2 Расчетная часть

2.1 Расчет материального баланса процесса переработки рсо

Загрузка реактора на один рабочий цикл складывается из количества РСО и количества растворителя, необходимого для получения СРР согласно исходным данным (таблица 1 приложения).

Примерный состав продуктов, образующихся в результате процесса термодеструкции в течение одного рабочего цикла, представлен в таблице 2 приложения.

В процессе термодеструкции в реакторе образуется парогазовая смесь, состоящая из различных углеводородов. После конденсации парогазовая смесь разделяется на углеводородный газ и углеводородный конденсат.

Материальный баланс реактора для переработки РСО представляется в виде таблице 3 приложения.

Составы углеводородного газа и углеводородного конденсата представлены в таблицах 4 и 5 приложения соответственно.

2.2 Расчет печи для нагрева вот

В качестве топлива в печь поступает углеводородный газ, образующийся в процессе термодеструкции (таблица 4 приложения), а также природный газ. С целью определения количества природного газа, необходимого для сжигания в печи, а также общего состава газообразного топлива, поступающего в печь, необходимо рассчитать общее количество газообразного топлива.

Расчет рекомендуется проводить в следующей последовательности.

2.2.1 Определение количества теплоты, которое должно быть подведено с парами ВОТ в реактор для разогрева сырья, кДж,

(1)

где G_рсо – массовое количество РСО в расчете на один рабочий цикл реактора, кг;

t_рсо^кон, t_рсо^нач – конечная и начальная температуры РСО соответственно, С;

С_рсо – удельная теплоемкость РСО, кДж/(кг·С).

Значение С_рсо находится в интервале 1,6 ÷ 1,7 кДж/(кг·С).

2.2.2 Определение количества теплоты, которое должно быть подведено с парами ВОТ в реактор для разогрева растворителя, кДж,

(2)

где G_р – массовое количество растворителя в расчете на один рабочий цикл реактора, кг;

t_р^кон, t_р^нач – конечная и начальная температуры растворителя, С.

С_р – удельная теплоемкость растворителя, кДж/(кг·С).

При использовании битума в качестве растворителя значение С_р составляет 1,5 ÷ 1,6 кДж/(кг•С).

2.2.3 Определение удельного количества теплоты, необходимого для разогрева сырья и растворителя, кДж/ч,

, (3)

где Q_р – теплота, необходимая для разогрева растворителя, кДж;

Q_рсо – теплота, необходимая для разогрева сырья, кДж;

τ – продолжительность разогрева, ч.

2.2.4 Определение количества теплоты, необходимого для проведения процесса термодеструкции с образованием углеводородного конденсата и газа, кДж,

, (4)

где G_г, G_увк – массовое количество образовавшихся в процессе термодеструкции газов и углеводородного конденсата, кг; I_с - энтальпия парогазовой смеси, кДж/кг.

Значение I_с находится в интервале 380 ÷ 420 кДж/кг.

2.2.5 Определение удельного количества теплоты, необходимого для проведения процесса термодеструкции, кДж/ч,

, (5)

где Q_Т - количество теплоты, необходимое на один рабочий цикл, кДж;

τ - продолжительность процесса термодеструкции, ч;

2.2.6 Определение суммарного количества теплоты, которое необходимо подвести с парами ВОТ, кДж/ч,

. (6)

С учетом потерь теплоты в окружающую среду в дальнейших расчетах используется величина максимальной полезной нагрузки на печь Q_пол=1,15Q_Σ.

2.2.7 Определение расхода топлива, сжигаемого в печи для нагрева паров ВОТ до температуры 375 С, нм³/ч,

, (7)

где Q_пол – максимальная полезная нагрузка на печь, кДж/ч;

 - коэффициент полезного действия печи; Q_сг – низшая теплота сгорания топлива, кДж/нм³.

Значение Q_сг находится в интервале 28 ÷ 34 МДж/нм³ .

2.2.8 Определение расхода природного газа:

, (8)

где B_т – расход топлива, нм³/ч; B_г – расход углеводородного газа, нм³/ч (см. таблицу 4 приложения).

Состав природного газа представляется в виде таблицы 6 приложения.

Исходя из данных таблиц 4 и 6 приложения, определяется общий состав и количество газообразного топлива, поступающего в печь на сжигание. Результаты заносятся в таблицу 7 приложения.

2.2.9 Определение состава дымовых газов, образующихся при сгорании 1 м³ топлива.

Реакции горения топлива представляются в следующем виде:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O 2C₂H₄ + 7O₂ = 4CO₂ + 6H₂O С₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O 2C₄H₁₀ + 13O₂ = 8CO₂ + 10H₂O C₅H₁₂ + 8O₂ = 5CO₂ + 6H₂O 2C₄H₉SH + 15O₂ = 8CO₂ + 10H₂O + 2SO₂ C₂H₄ + 3O₂ = 2CO₂ + 2H₂O 2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O

2.2.9.1 Определение объема кислорода, необходимого для горения топлива, м³,

, (9)

где n – количество атомов кислорода в реакциях;

–содержание компонентов в природном газе, % (об.) (см. таблицу 6 приложения).

2.2.9.2 Определение необходимого теоретического объема воздуха, расходуемого на горение, м³/(м³ топливного газа),

, (10)

где 0,21 – содержание кислорода в воздухе, % (об.);

- объем кислорода, рассчитанный по формуле (9), м³.

2.2.9.3 Определение удельного расхода воздуха, подаваемого в топку, м³/(м³ топлива),

, (11)

Для снижения температуры горения значение коэффициента избытка воздуха  принимается равным 2,36.

2.2.9.4 Определение объема продуктов сгорания газообразного топлива, нм³,

, (12)

где – объем углекислого газа в продуктах сгорания;

–объем водяных паров в продуктах сгорания;

–объем азота в продуктах сгорания;

–объем кислорода в продуктах сгорания;

–объем сернистого ангидрида в продуктах сгорания.

2.2.9.5 Определение содержания углекислого газа в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (13)

где , – содержание компонентов топлива, % (об.);

m – количество атомов углерода в компонентах топлива.

2.2.9.6 Определение содержания водяных паров в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (14)

где n – количество атомов водорода в компонентах топлива;

– содержание компонентов топлива, % (об.);

Z_m – объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 м³ топлива, м³;

d_в – влажность воздуха, г/м³.

Для загрязненного воздуха, используемого в процессе горения, среднее значение d_в составляет 15,7 г/м³ .

2.2.9.7 Определение содержания азота в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (15)

где  - коэффициент избытка воздуха; Z_m – объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 м³ топлива, м³;

–содержание азота в топливе, % (об.).

2.2.9.8 Определение содержания кислорода в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (16)

где – содержание кислорода в топливе, % (об.).

2.2.9.9 Определение объема сернистых соединений в продуктах сгорания, нм³/м³,

, (17)

где и – содержание сернистых соединений в топливе, % (об.).

2.2.9.10 Определение общего количества дымовых газов, нм³/ч,

, (18)

где V_п.сг. – объем продуктов сгорания, нм³/м³ (см. табл. 8 приложения);

В_т – расход топлива согласно уравнению (7), нм³/ч.

2.2.9.11 Определение массового расхода компонентов дымовых газов, кг/ч,

, (19)

где m_i – массовый расход i-го компонента дымовых газов, кг/ч;

V_i – объемный расход i-го компонента дымовых газов, м³/ч;

M_i – молекулярная масса i-го компонента дымовых газов;

М_в – молярный объем 1 м³ воздуха, м³.

Состав дымовых газов представляется в виде табл. 8 приложения.

2.2.10. Определение расхода воздуха, необходимого для горения, нм³/ч,

. (20)

Для составления материального баланса процесса горения необходимо определить содержание кислорода и азота в воздухе, подаваемом на горение, исходя из того, что в воздухе содержится 21 % (об.) кислорода и 78 % (об.) азота, а затем определить содержание влаги с учетом влажности воздуха d_в. Материальный баланс процесса горения представляется в виде таблицы 9 приложения.