устройство для утилизации кислого газа

Формула изобретения

Устройство для утилизации кислого газа, содержащее последовательно соединенные смеситель газов, камеру сгорания, теплообменный аппарат и конвертер, отличающееся тем, что в нем теплообменный аппарат выполнен в виде регенератора и рекуператора газотурбинной установки регенеративного цикла, установленных последовательно с камерой сгорания, в дымовой трубе, при этом конвертер изготовлен с элементами орошения продуктов сгорания водным раствором кальцинированной соды, отвода в атмосферу обезвреженных газов и отбора полученных водных растворов сульфитов и бисульфитов натрия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на нефтегазовых перерабатывающих заводах (НПЗ, ГПЗ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для переработки (утилизации) кислого газа в серную кислоту, содержащее последовательно соединенные камеру сгорания, котел-утилизатор, воздуходувку, теплообменный аппарат и конвертер, который загружен катализатором окисления SO₂ в SO₃. (139. Переработка кислого газа. - Нефтегазовые технологии. № 4, апрель 2005 г. - прототип).

Недостатком известного устройства является наличие затратного процесса и капиталоемкого оборудования из-за потребления электроэнергии от внешнего источника, а также небольшой спрос на конечный продукт.

Технической задачей данного изобретения является расширение и упрощение технологий переработки кислого газа и повышение экономичности процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные смеситель газов, камеру сгорания, теплообменный аппарат и конвертер, согласно изобретению в нем теплообменный аппарат выполнен в виде регенератора и рекуператора газотурбинной установки регенеративного цикла, установленных последовательно с камерой сгорания, в дымовой трубе, при этом конвертер изготовлен с элементами орошения продуктов сгорания водным раствором кальцинированной соды, отвода в атмосферу обезвреженных газов и отбора полученных водных растворов сульфитов и бисульфитов натрия.

Выполнением теплообменного аппарата в виде регенератора и рекуператора газотурбинной установки (ГТУ) регенеративного цикла достигается эффективное использование тепловой энергии технологического процесса путем превращения ее в электрическую. Данная электроэнергия может быть использована на собственные нужды и для других потребителей, что повышает экономичность процесса.

Последовательным расположением после турбины ГТУ камеры сгорания, регенератора и рекуператора достигается осуществление процесса сжигания при подаче низконапорного газа любого состава, что расширяет и упрощает технологию процесса утилизации кислого газа и повышает надежность работы оборудования.

Для описания предложенного способа утилизации кислого газа на фиг.1 схематично представлено устройство.

Устройство выполнено с тремя функциональными блоками: с газотурбинной установкой (ГТУ) 1, смесителем газов 2 и конвертером 3.

ГТУ предназначена для подачи воздуха (кислорода) в технологический процесс и преобразования тепловой энергии в электрическую.

Смеситель газов предназначен для «обогащения» кислого газа топливным (природным) газом в заданном соотношении с целью обеспечения его полного сжигания.

Конвертер предназначен для изменения агрегатного состояния газовой среды и отделения полезных продуктов.

В свою очередь ГТУ выполнено с регенеративным циклом и содержит воздушный компрессор 4, турбину 5, регенератор 6, камеру сгорания 7, свободную турбину 8, электрогенератор 9, рекуператор 10. Воздушный компрессор 4 расположен на одном валу с турбиной 5 и предназначен для повышения давления атмосферного воздуха. Регенератор 6 предназначен для нагрева воздуха после компрессора до рабочей температуры турбины. Камера сгорания 7 расположена после свободной турбины 8, обеспечивает сжигание топливной смеси кислого газа и создает определенную температуру перед регенератором 6. Свободная турбина 8 предназначена для привода электрогенератора 9 и при одновальной схеме ГТУ выполняется с турбиной 5 за одно целое. Рекуператор 10, например, с протоком воды предназначен для понижения температуры продуктов сгорания, поступающих в конвертер. В качестве теплоносителя рекуператора кроме воды можно использовать воздух и другие среды.

Смеситель газов содержит элементы системы подвода топливного 11 и кислого 12 газов.

Конвертер содержит элементы систем подвода 13 водного раствора кальцинированной соды, отвода 14 обезвреженных газов и отбора 15 сульфитов, бисульфитов натрия.

Для упрощения описания предложенного технического решения системы управления и регулирования, а также трубопроводы с запорной и регулирующей аппаратурой на фиг.1 не показаны.

Устройство для утилизации кислого газа работает следующим образом.

Запуск ГТУ начинается с раскрутки компрессора 4 и турбины 5, например, электростартером (на фиг.1 не показан). Воздух после компрессора поступает в регенератор 6, затем на турбину 5, турбину 8 и попадает в камеру сгорания 7. При определенных оборотах компрессора в камеру сгорания из смесителя подают топливную смесь и организуют горение. Продукты сгорания проходят через регенератор 6, подогревают в нем воздух, который поступает на турбины 5 и 8, увеличивая их мощность. При определенных оборотах компрессора электростартер отключается и ГТУ выходит на номинальный режим «самоходом». В свою очередь свободная турбина 8 приводит во вращение электрогенератор, который подключается к нагрузке. На основном режиме температурная карта следующая. Температура воздуха после компрессора (до регенератора) при степени сжатия 4, 2 будет порядка 170°С, после регенератора - 750°С, после турбин - 460°С. В камере сгорания сжигание осуществляется при коэффициенте избытка воздуха ( ) около =1, после чего вторичным расходом воздуха температура снижается до 800°С.После регенератора температура продуктов сгорания ожидается до порядка 230°С. Для снижения температуры с 230 до 60°С, которая необходима для работы конвертера, служит рекуператор 10, например, с протоком воды. В конвертер подают водный раствор кальцинированной соды, которая связывает в продуктах сгорания кислый газ и позволяет образовать водные растворы сульфитов, бисульфитов и другие аналогичные компоненты. При этом обезвреженные газы выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает новый подход к утилизации кислого газа с упрощением конструкции и повышением экономичности технологического процесса. Последнее достигнуто за счет эффективного использования типового оборудования и собственного тепла для выработки электроэнергии, которая используется на собственные нужды и для других потребителей.