В ходе переработки нефти на различных этапах получается легкая фракция в виде углеводородного газа, в котором могут присутствовать этан, пропан, бутан, метан, водород и др. Доля таких летучих фракций в исходном сырье может достигать 20 %. Состав этого газа зависит от применяемой технологии и может меняться во времени. Несмотря на его специфические особенности, этот газ можно использовать в качестве топлива для энергетических установок. Создание подобных установок собственной генерации электроэнергии позволит повысить надёжность электроснабжения предприятия, снизить расходы на электроэнергию, покупаемую у сетевой компании. В случае создания когенерационных комплексов с выработкой пара и/или холода на технологические нужды возможно заметное повышение эффективности основного технологического процесса и, как следствие, снижение себестоимости продукции. Далее рассматриваются несколько технических решений создания подобных установок, в том числе с применением, получающей всё большее распространение, ОЦР-технологии (Органический Цикл Ренкина).

1. Применение ОЦР-установок с прямым сжиганием топлива.

Один из вариантов применения технологического газа – это его непосредственное сжигание в термомасляном котле, чтобы в дальнейшем выработать электроэнергию в ОЦР-установке. Использование такого топливного газа в традиционной, паротурбинной технологии, в паровых котлах, вызывает определённые сложности из-за его нестабильного состава. Термомасляный котёл работает стабильно, в нём нет процесса парообразования, по простоте конструкции он похож на водогрейный котёл, только термостойкое масло, циркулирующее в нём, нагревается не до 90 °С, а до 300…320 °С. Кроме того, нагрев и охлаждение термического масла процесс достаточно инерционный. Это позволит обеспечить постоянство вырабатываемой энергии при частом изменении состава топливного газа (а значит и его калорийности). Нагретое термомасло передаёт тепло низкокипящему рабочему телу, которое работает по органическому циклу Ренкина и по аналогии с паротурбинным циклом вращает турбину, на валу которой генератор вырабатывает электроэнергию.

Для примера рассмотрим газ следующего состава:

Пробы брались в разное время с интервалами в несколько дней. Средняя калорийность топлива принимается равной 5848 ккал/м3 Для расчёта принимается расход топливного газа – 500 т/день. Для заданных параметров, сжигая такой газ в термомасляных котлах, можно получить 33 МВт тепловой мощности, из которой в ОЦР-установке можно получить 8 МВт полезной электрической мощности. Схема электростанции представлена на рисунке ниже. Для отвода тепла из цикла предлагается использовать воздушный конденсатор-охладитель. Это позволит полностью отказаться от применения воды, которой понадобилось бы значительное количество для паротурбинной технологии.

.

На рисунке показан пример подобного термомасляного котла. В основном всё оборудование размещается на открытом воздухе, только турбина с насосами размещается в легковозводимом здании для удобства обслуживания. Электро-оборудование и автоматика размещаются в двух стандартных сорокафутовых контейнерах. Значительную площадь занимает воздушный конденсатор-охладитель – требуется отвести около 25 МВт тепла. Для случая, если требуется тепло на технологию в виде пара или горячей воды, то конденсатор будет небольших габаритов. При этом будет более высоким коэффициент использования топлива, а срок окупаемости проекта небольшим. ОЦР-технология позволяет получить после турбины горячую воду (от 105 °С), или даже пар не очень высоких параметров. При этом электрическая мощность немного снизится. Вырабатываемый пар или горячую воду можно подать в абсорбционную холодильную машину (АБХМ) и на выходе из неё получить холод в виде холодной воды с температурой 5…7 °С (имеются АБХМ, дающие холод -5 °С). Улучшение охлаждения в технологическом процессе нефтепереработки позволит повысить его эффективность. Подобный проект был реализован компанией Turboden на УППН-0501 «Оса» ЦДНГ № 5 ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» (недалеко от гор. Оса Пермского края). Установка сжигает попутный нефтяной газ и вырабатывает 1,8 МВт электричества и 10 МВт тепла в виде горячей воды.

2. Использование тепла уходящих газов технологического оборудования.

В некоторых случаях для нагрева сырья в технологических установках углеводо-родный газ сжигается в горелочных устройствах эти установок. Выбрасываемые отработанные горячие газы могут иметь достаточно высокую температуру. Например, выхлопные газы после печей установки каталитического риформинга имеют температуру 360…380 °С. Если в выхлопном тракте установить утилизационный котёл ОЦР-установки, то можно получить свою недорогую электроэнергию, без расхода топлива.

Рассмотрим следующий конкретный пример. В печи каталитического риформинга сжигается топливный газ следующего состава: Расход указанного топливного газа составляет 90 тонн/сутки. Температура дымовых газов – 380 °С. Для указанного состава и расхода топлива расчётное значение расхода дымовых газов составит Gдг = 24,8 кг/с. Количество тепла, которое можно получить в утилизационном котле при охлаждении газов до 150°С составит Q= Gдг∙Cp∙(tвх-tвых)=24,8∙1,08∙(380-150)=6160 кВт. При этом полезная электрическая мощность ОЦР-установки составит 1,25 МВт.

3. Использование тепла горячих жидкостей (бензин, керосин) технологических процуссов.

Рассмотрим следующий пример. Источник тепла бензин с относительно низкой тепературой - 157 °С. Расход - 38 кг/с. Схема утилизационного комплекса показана на рисунке ниже.

Горячий бензин направляются в водогрейный котёл-утилизатор, нагревая воду до 145 °С. Вода подаётся в испарители и подогреватели ОЦР-установок, где нагревает и переводит в паро-газообразное состояние низкокипящее рабочее тело (НРТ). НРТ, расширяясь, заставляет вращаться вал винтового экспандера, который соединён с электрогенератором, на клеммах которого вырабатывается электроэнергия. Отработанное НРТ направляется в охлаждаемый водой конденсатор-охладитель. Низко-потенциальное тепло из цикла отводится холодной водой.

В данной конфигурации предлагется применить три ОЦР установки 6500B+ компании EletctraTherm, которые как раз эффективно работают на горячей воде. Количество тепла, которое можно получить в утилизационном котле составит 3,2 МВт. При этом полезная электрическая мощность ОЦР-установок составит 320 кВт.