УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПЛАМЕННОГО СЖИГАНИЯ СБРОСНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2005 года по МПК F23J15/00 F23G7/06 

Изобретение относится к газосжигающему оборудованию и может быть использовано для сжигания сбросных газов, в том числе высокого давления, в процессе добычи и переработки природного газа и нефти.

Преимущественно для этого используют факельные установки, факельные горелки и другие устройства для факельного сжигания. При факельном сжигании количество вредных веществ: моноксида углерода, продуктов неполного окисления (бенз-α-пирена, альдегидов), оксидов азота, сажи составляет 25-50 кг на тонну выбросов. При залповых выбросах, осуществляемых при плановой или аварийной остановке реакторов, количество выбросов возрастает до 100 кг на тонну топлива. Для рассеивания вредных продуктов сжигания в атмосфере как в штатном режиме и особенно при залповых выбросах возникает необходимость создания высоких (до 100 метров) факельных сооружений, из-за чего обслуживание и оперативный ремонт факельных устройств затруднены.

Известны устройства, предназначенные для полного сжигания углеводородов в атмосфере и безотходной утилизации попутных газов на нефтепромыслах и производствах. Известна (заявка на патент РФ №98116483, F 17 D 1/08, 2000.08.27) система приема и сжигания факельных нефтяных газов, состоящая из факельной колонны, факельных сепараторов, дренажных насосов, факельной ямы, гидрозатвора, огнепреградителей, пилотной системы зажигания, факельной головки, емкости для пропана, инженерных коммуникаций, газгольдера, уравнивающего неравномерность поступающего углеводородного потока, блоков адсорбционной очистки или осушки, извлечения части тяжелых углеводородов, блока компрессора для компримирования утилизируемой части газов. Такая система повышает эффективность нефтепромыслового производства и улучшает экологическую обстановку района нефтегазодобычи.

Известен оголовок факельной установки (пат. РФ 2046255, F 23 L 17/02, 1995.10.20) для сжигания аварийных выбросов газа в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической отраслях промышленности, связанных с аварийным сжиганием газа. Оголовок факельной установки содержит цилиндрическую трубу, в которой установлен затвор в виде пакета диафрагм, герметично прикрепленных к трубе. Диафрагма имеет кольцевые проходные отверстия, размеры которых уменьшаются в направлении движения потока газа. Изобретение уменьшает расход продувочного газа путем снижения его скорости.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является горелочное устройство для факельной установки (а.с. СССР №1455129, F 23 D 14/38, 30.01.89), содержащее смонтированную на газоподводящем стволе факельную горелку, корпус которой разделен обечайкой на внешний и внутренний каналы, и дополнительно снабженное поворотными заслонками, установленными во внешнем канале, которые открываются при аварийном сбросе больших объемов газа. Изобретение направлено на повышение надежности и качества сжигания сбросных газов в широком диапазоне расхода.

К недостаткам известного устройства относятся:

- низкая экологическая надежность, что связано с использованием факельного сжигания выбросов (количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, при сжигании залповых выбросов составляет до 100 кг на тонну выбросов);

- низкая эффективность сжигания, особенно в режиме сжигания залповых выбросов, что связано с резким повышением линейной скорости в газоподводящем стволе;

- сложность и высокая металлоемкость конструкции.

Задача, решаемая изобретением, - повышение экологической безопасности и полноты сжигания сбросных газов в широком диапазоне расхода, упрощение конструкции и удобство обслуживания.

Поставленная задача решается тем, что у горелочного устройства для факельной установки, установленного на газоподводящем стволе и снабженного поворотными заслонками, корпус выполнен с коническим с расширением вверху, в корпусе дополнительно установлены два каталитических элемента, причем снизу на входном сечении расположен первый каталитический элемент, а сверху на выходном сечении - второй каталитический элемент, поворотные заслонки установлены на основании конического корпуса таким образом, что в закрытом положении примыкают к первому каталитическому элементу, а в открытом положении между первым каталитическим элементом и корпусом образуется зазор, кроме того, устройство дополнительно снабжено одним или несколькими дежурными факелами, установленными в газоподводящем стволе ниже поворотных заслонок и первого каталитического элемента.

Перечень фигур графических изображений. На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого устройства при обычном режиме подачи сбросных газов, на фиг.2 - положение в режиме залпового выброса, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1.

Заявляемое устройство содержит конический корпус 1, установленный на газоподводящем стволе 2, дежурные факелы 3 с подачей углеводородного сырья (сбросного газа), первый каталитический элемент 4, расположенный в нижней части корпуса, второй каталитический элемент 5, расположенный вверху на выходном сечении корпуса, а также поворотные заслонки 6.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При обычном режиме подачи сбросных газов (фиг.1) предварительно разогревают каталитический элемент 4 с помощью дежурных факельных устройств 3 до температуры 450-500°С, затем отключают дежурные факельные устройства, и происходит беспламенное сжигание сбросного газа, подаваемого в штатном режиме, на каталитическом элементе 4. Каталитический элемент 5 разогревается до рабочей (пусковой) температуры. Сбросные газы, проходя через каталитический элемент 5 в атмосферу, полностью окисляются и на выходе не содержат вредных веществ (продуктов неполного сгорания).

В режиме залпового выброса (фиг.2) поворотные заслонки 6 открывают, создавая зазор для прохождения высокоскоростного потока сбросных газов, происходит беспламенное сжигание сбросных газов на каталитических элементах 4 и 5, предварительно нагретых до рабочей температуры. После прекращения залпового выброса поворотные заслонки закрывают и переводят работу устройства в штатный режим. При понижении температуры каталитического элемента 4 до 400°С включают дежурные факельные устройства 3.

Преимущественно соотношение диаметров каталитических элементов 4 и 5 соответствует соотношению дебитов сбросных газов, подаваемых в штатном режиме и при залповом выбросе.

Преимущественно каталитические элементы изготовлены в виде блоков сотовой структуры с направлением каналов параллельно направлению подачи сбросных газов. Могут применяться и другие каталитические элементы, пригодные для эффективного окисления углеводородного сырья в условиях переменного расхода сбросных газов, в частности кассеты с гранулированньм катализатором, например, кольцами Рашига, или кассеты с каталитически активной металлической стружкой, или кассеты с каталитически активными металлическими сетками.

Изобретение может быть использовано для сжигания сбросных газов, в том числе высокого давления, в процессе добычи и переработки природного газа и нефти. Корпус горелочного устройства, установленного на газоподводящем стволе, выполнен коническим с расширением вверху, в корпусе дополнительно установлены два каталитических элемента, снизу на входном сечении расположен первый каталитический элемент, а сверху на выходном сечении - второй каталитический элемент, поворотные заслонки установлены на основании конического корпуса таким образом, что в закрытом положении примыкают к первому каталитическому элементу, а в открытом положении между первым каталитическим элементом и корпусом образуется зазор, кроме того, устройство дополнительно снабжено одним или несколькими дежурными факелами, установленными в газоподводящем стволе ниже поворотных заслонок и первого каталитического элемента. Соотношение диаметров первого и второго каталитических элементов соответствует соотношению дебитов углеводородного газа, подаваемого в штатном режиме и при залповом выбросе. Каталитические элементы изготовлены либо в виде блоков сотовой структуры с направлением каналов параллельно направлению подачи сбросных газов, либо в виде кассет с гранулированным катализатором, например, кольцами Рашига, либо в виде кассет с каталитически активной металлической стружкой, либо в виде кассет с каталитически активными металлическими сетками. Технический результат - повышение экологической безопасности и полноты сжигания сбросных газов в широком диапазоне расхода, упрощение конструкции и удобство обслуживания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для беспламенного сжигания сбросных газов, включающее корпус, установленный на газоподводящем стволе и снабженный поворотными заслонками, отличающееся тем, что корпус выполнен коническим с расширением вверху, в корпусе дополнительно установлены два каталитических элемента, причем снизу на входном сечении расположен первый каталитический элемент, а сверху на выходном сечении - второй каталитический элемент, поворотные заслонки установлены на основании конического корпуса таким образом, что в закрытом положении примыкают к первому каталитическому элементу, а в открытом положении между первым каталитическим элементом и корпусом образуется зазор, кроме того, устройство дополнительно снабжено одним или несколькими дежурными факелами, установленными в газоподводящем стволе ниже поворотных заслонок и первого каталитического элемента.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение диаметров первого и второго каталитических элементов соответствует соотношению дебитов углеводородного газа, подаваемого в штатном режиме и при залповом выбросе.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каталитические элементы изготовлены в виде блоков сотовой структуры с направлением каналов параллельно направлению подачи сбросных газов.4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каталитические элементы изготовлены в виде кассет с гранулированным катализатором, например, кольцами Рашига.5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каталитические элементы изготовлены в виде кассет с каталитически активной металлической стружкой.6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каталитические элементы изготовлены в виде кассет с каталитически активными металлическими сетками.