Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

Электрофильтры бывают вертикальные и горизонтальные. Их часто изготовляют из нескольких секций, что дает возможность отключать одну из них для осмотра или ремонта, не останавливая всего электрофильтра. В некоторых случаях для повышения степени очистки газа секции электрофильтров располагают последовательно по ходу газа и снабжают самостоятельным электрическим питанием. Таким образом, электрические поля создаются в каждой секции. В зависимости от числа электрических полей эти электрофильтры называют двупольными или многопольными.

 

 

 

Электрофильтры делятся  на сухие, в которых улавливается сухая пыль, т. е. очистка газов  происходит при температуре выше точки росы, и мокрые — для  удаления пыли, увлажненной в результате конденсации паров влаги из очищаемого газа, а также для осаждения капель и тумана.

Конструкции сухих и  мокрых электрофильтров разнообразны. Институтом «Гипрогазоочистка» разработаны конструкции сухих электрофильтров для очистки дымовых газов (с температурой не более 250 °С) и для очистки кислых тазов (с температурой не более 425 °С), мокрые электрофильтры для неагрессивных и химически агрессивных холодных и горячих газов. При очистке агрессивных газов корпус электрофильтра футеруют изнутри кислотоупорными материалами (кислотоупорным кирпичом), а крышки аппарата защищают листовым свинцом либо изготовляют из ферросилида или фаолита. Коронирующие и осадительные электроды выполняют из свинца, освинцованной стали или ферросилида.

Для очистки промышленных газов в химической промышленности применяют однозонные электрофильтры, в которых процессы ионизации газа и осаждения частиц пыли происходят в одном и том же электрическом поле. Для тонкой очистки вентиляционного воздуха используют двухзонные электрофильтры, в которых эти процессы протекают в отдельных зонах аппарата.

В зависимости от формы осудительных электродов различают электрофильтры трубчатые и пластинчатые.

Трубчатый электрофильтр (рис. 13) представляет собой камеру , в которой расположены осудительные электроды 2, выполненные из труб диаметром 150—300 мм и длиной 3—4л«. По оси труб натянуты коронирующие электроды 3 из проволоки диаметром 1,5—2 мм, которые подвешены к раме 4, опирающейся на изоляторы 5. Для предотвращения колебаний все электроды соединены снизу рамой 6. Загрязненный газ через газоход 7 попадает под решетку 8 и равномерно распределяется по трубам.

Пройдя электрическое  поле, газ очищается и выходит.  В пластинчатом электрофильтре (рис. 14) между параллельными поверхностями осадительных электродов 2 подвешены коронирующие электроды 3 из нихромовой (или фехралевой) проволоки. Сверху коронирующие электроды подвешены к раме 4, а снизу соединены рамой 6. Очищаемый газ по газоходу 7 подается под распределительную решетку 5, поднимается вверх между параллельными листами осадительных электродов и очищенный удаляется через выходной газоход 9. Частицы пыли или тумана отделяются в электрическом поле от газа и оседают на поверхности осудительных электродов через газоход 9. Взвешенные частицы осаждаются на внутренней поверхности труб и периодически удаляются. В сухих электрофильтрах пыль удаляется периодически при помощи различных ударных механизмов встряхивания электродов: молоткового, магнитно-импульсного и пр. В мокрых электрофильтрах осевшие частицы удаляются периодической или непрерывной промывкой внутренней по верности осудительных электродов водой, распыляемой брызгалами или форсунками. В некоторых случаях промывная жидкость свободно стекает по внутренней поверхности электродов в виде пленки, на которую оседают взвешенные частицы.

В пластинчатых электрофильтрах легче, чем в трубчатых, удаляется осевшая на электродах пыль и меньше расходуется энергии на единицу длины проводов. Они более компактны, требуют меньшего расхода металла и отличаются простотой монтажа. Вместе с тем трубчатые электрофильтры позволяют получить большую напряженность электрического поля и соответственно допускают большие скорости газа, т. е. более производительны. В них лучше отделяется трудноулавливаемая пыль из газов умеренной влажности. Степень очистки достигает 99%, а иногда 99,9%.

Степень очистки газа в электрофильтрах. Степень очистки ц_э может быть выражена общим уравнением:

где х_г и х₂ — содержание взвешенных частиц в газе соответственно на входе в электрофильтр и выходе из него, кг/м³; — скорость движения заряженных частиц к поверхности электрода, м/сек; % f — удельная поверхность осаждения, выражаемая отношением площади осадительных электродов к объемному расходу очищаемого газа, м²/(м³/сек).      

                                                                        X₂

для  трубчатых  электрофильтров  η_э=1-              = 1-e^{- f}

                                                                        X₁

для   пластинчатых  электрофильтров              2L  

                                                                       f=

                                                                              rv

где L — длина трубы или пластины, м;  — радиусГтрубы осадительного электрода, м; Н— расстояние между осадительным и коронирующим электродами, м; — скорость газа в электрофильтре, м/сек.

Для точного определения степени  очистки при заданном содержании взвешенных частиц до и после очистки (х₁ и х₂) для выбранной конструкции коронирующих и осадительных электродов необходимо правильно выбрать скорость заряженных частиц. Теоретически ее расчет мало надежен, поэтому определяют опытным путем.

Коагуляция и укрупнение частиц, отделяемых при газоочистке 

Степень очистки газов в аппаратах  различных типов может быть повышена и процесс очистки ускорен путем предварительного укрупнения (коагуляции) взвешенных частиц. Для этой цели может быть применена акустическая коагуляция — воздействие на загрязненный газ упругих акустических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Звуковые и ультразвуковые колебания вызывают интенсивную вибрацию мельчайших взвешенных частиц, что приводит к резкому увеличению числа их столкновений и укрупнению (коагуляции). Коагуляция частиц происходит более интенсивно в поле стоячих волн.

Акустическую коагуляцию пыли и туманов используют лишь перед  их очисткой под действием сил тяжести или инерционных сил. В качестве примера на рис. 15 показана схема установки для акустической коагуляции аэрозолей в процессе сепарации конденсата из попутных и природных газов при их добыче. Газ, находящийся под избыточным давлением 10 000—20 000 кн/м² (100—200 ат), вводится в сепарационную камеру через штуцер, в котором размещен источник акустической энергии — механический вибратор, или свисток 2. За счет создания перепада давлений в свистке получают необходимую акустическую мощность. Озвучивание газа приводит к резкому укрупнению капелек конденсата, которые под действием силы тяжести падают вниз и выводятся через штуцер 5. Очищенный газ  удаляется через  штуцер 4.

Акустическую обработку газов  проводят при уровне звука не менее 145 — 150 об и частоте колебаний 2 — 50 кец.

Аппараты для акустической коагуляции взвешенных частиц отличаются простотой и компактностью. Они  могут быть использованы для обработки  горячих газов при температурах вплоть до 550 °С, а также для обработки химически агрессивных и взрывоопасных газов. Существенным недостатком этих аппаратов являются тяжелые условия труда обслуживающего персонала (при работе на звуковых частотах).

Укрупнение взвешенных в газе частиц может быть осуществлено также посредством конденсации на них водяных паров. Это может быть достигнуто перееыщением газа в результате быстрого его охлаждения в поверхностных холодильниках или путем введения в поток горячего газа тонкораспыленной холодной воды, подачи водяного пара в поток холодного газа   и т.  д.  непосредствен но перед его очисткой или в ходе самого процесса.

 

 

Сравнительные характеристики и выбор газоочистительной аппаратуры. При выборе аппаратов для очистки газа следует принимать во внимание технико-экономические показатели их работы, при определении которых необходимо учитывать степень очистки газа, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, пара и воды на очистку, стоимость аппарата и стоимость очистки газа (обычно все расходы относят к 1000 м³ очищаемого газа). При этом должны быть приняты во внимание факторы, от которых зависит эффективность очистки: влажность газа и содержание в нем пыли, температура газа и его химическая агрессивность, свойства пыли (сухая, липкая, волокнистая, гигроскопическая и т. д.), размеры частиц пыли и ее фракционный состав и пр.

Ниже приведены некоторые  усредненные характеристики распространенных газоочистительных аппаратов:

 

Как видно из этих данных, инерционные пылеуловители и  циклоны пригодны лишь для отделения  сравнительно крупных частиц и могут быть использованы для предварительной, грубой очистки от сухой, нелипкой и неволокнистой пыли. Вместе с тем эти аппараты не требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Их не рекомендуется применять для отделения мелкой пыли с размерами частиц менее юмкм. Инерционные пылеуловители и циклоны часто используют в качестве первой ступени очистки перед более эффективными газоочистительным аппаратами, например перед электрофильтрами.

Циклоны и батарейные циклоны целесообразно применять для очистки газов с относительно высоким содержанием пыли, причем батарейные циклоны рекомендуется использовать при больших расходах очищаемого газа.

Рукавные фильтры применяют  для тонкой очистки газов от сухой  или трудноувлажняемой пыли, размеры  частиц которой превышают 1 мкм₉ например для улавливания цемента, сажи, окислов цинка и т. д. Они эффективно работают при очистке газов от волокнистой пыли, например асбестовой, но не пригодны для удаления липкой и влажной пыли.

Для весьма полной очистки  газов от мелкодисперсной пыли используют мокрые пылеуловители и электрофильтры. Мокрые пылеуловители применяют тогда, когда желательно или допустимо охлаждение и увлажнение очищаемого газа, а отделяемая пыль химически не взаимодействует с орошающей жидкостью и может быть впоследствии выделена из жидкости, если пыль является ценным продуктом. Эти пылеочистители достаточно просты в изготовлении, а стоимость аппаратуры и затраты на ее обслуживание меньше, чем для электрофильтров.

При электрической очистке  газов можно получить весьма высокую степень улавливания взвешенных частиц. При этом расход энергии невелик вследствие малого потребления тока и низкого гидравлического сопротивления электрофильтров. Расход энергии на очистку 1000 м³/ч газа составляет в них обычно 0,2—0,3 кетч. Для очистки сухих газов используют преимущественно пластинчатые электрофильтры, а для отделения трудноулавливаемой пыли и туманов — трубчатые. Электрофильтры являются относительно дорогостоящими и сложными в эксплуатации аппаратами. Они мало пригодны для очистки газов от твердых частиц, имеющих очень малое удельное электрическое сопротивление и в некоторых других случаях.

 

Вопросы для  проверки

1. На какой процесс основана электрическая очистка газов
2. Что такое узорная ионизация
3. Понятие о коронирующих и осудительных электродах
4. От чего зависит степень очистки газов
5. На каком токе работает электрофильтры
6. Устройства электрофильтров электрофильтры
7. «Сухие и мокрые »  электрофильтры
8. Трубочные и   пластинчатые   электрофильтры  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 4

УСТАНОВКИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

 

 План

1. Реакторы и регенераторы установок каталитического крекинга
2. Аппараты установок с циркулирующим шариковым катализатором
3. Аппараты установок с кипящим (псевдоожиженным) слоем пылевидного катализатора

 

 

Удельный вес высокоэффективных  процессов, связанных с химическим превращением сырья в нефтеперерабатывающей промышленности, постоянно увеличивается. Химическое превращение нефтяного сырья осуществляется в реакционных аппаратах, или реакторах. Процессы, протекающие в них, обеспечивают получение многих нефтепродуктов улучшенного качества. Конструкция реактора должна отвечать требованиям данного химического процесса. Реакция в реакторе должна протекать с максимально допустимой скоростью при условии наибольшего выхода целевой продукции. При известном технологическом процессе и данном катализаторе этого добиваются поддержанием оптимальных значений температуры, давления в аппарате, а также времени протекания химической реакции.

В промышленных реакторах  в реакции участвуют две фазы и более. В реакторах, работающих на твердых катализаторах, кроме  скорости протекания собственно реакции  превращения должна быть обеспечена также скорость переноса реагирующих  веществ между фазами. Все известные конструкции реакционных аппаратов по общности принципов работы подразделяются на реакторы полного смешения (периодического или непрерывного действия) и реакторы полного вытеснения. По способу теплообмена в реакционной зоне различают реакторы с теплообменом через стенку (перегородку) и непосредственно с катализатором (адиабатические реакторы).

К реакторам с теплообменом через стенку относятся трубчатые реакторы, конструктивно представляющие собой кожухо-трубчатый теплообменник. Катализатор заполняет трубное или межтрубное пространство, теплоноситель (хладоноситель) омывает соответственно наружную или внутреннюю поверхности труб.

Адиабатические реакторы просты по конструкции; в них отсутствует теплообмен с окружающей средой, а выделение или поглощение незначительной теплоты реакции приводит к несущественному отклонению температуры реакционной смеси по высоте реакционной зоны.

Катализатор в реакторе может располагаться неподвижным  слоем или находиться в движении. Применяемые катализаторы отличаются адсорбционной и кинетической характеристиками, кристаллической структурой, а также размерами гранул (зерен). Для конструктивного оформления наибольшее значение имеют размеры гранул (фракционный состав гранул).