Метод оценки интенсивности образования вторичного сероводорода при нагреве нефти в печах

Аннотация

Рассмотрены вопросы разложения компонентов нефти при ее нагреве в печах с образованием вторичного сероводорода. Предложен метод оценки интенсивности данного процесса.

Полный текст

Одной из проблем, возникающих при нагреве нефти в технологических печах, является возможность термического разложения серосодержащих углеводородов с образованием вторичного сероводорода. Эта проблема весьма актуальна для установок подготовки нефти, где происходит доведение содержания сероводорода в нефти до нормативных требований. Как правило, температура нагрева нефти в печах выбирается таким образом, чтобы исключить появление вторичного сероводорода. Однако авторами работы описывается возможность его образования в тепловом пограничном слое на внутренней поверхности труб змеевика, где локальная температура может быть существенно выше средней по потоку. Для оценки интенсивности образования вторичного сероводорода была разработана модель данного процесса, учитывающая тепловой и гидродинамический аспекты проблемы. Для проведения оценки необходима экспериментальная зависимость содержания серы в рассматриваемой нефти от ее температуры x(T). В рамках теплового аспекта проблемы на основании двухслойной модели теплового пограничного слоя было построено распределение температуры нефти в зависимости от расстояния y от внутренней стенки печной трубы радиуса R [1] (1) где TR – температура нефти на оси трубы (средняя температура потока); q – теплонапряженность змеевика печи;  – плотность нефти; cp – теплоемкость нефти; вн – внутренний коэффициент теплоотдачи; T – толщина теплового подслоя, равная [1] ; (2) u0 – характерная скорость турбулентных пульсаций, равная [1] ; (3)  – напряжение трения, вычисляемое по эмпирическим данным [2]. Значения постоянных коэффициентов, фигурирующих в уравнениях (1) и (2), равны  = 0,4,  = 1,2, b = 11,7 [1]. Будем считать, что процесс разложения соединений в каждой точке потока на выходе из печи достигает своего равновесного значения. Тогда расход вторичного сероводорода на выходе из печи, образовавшегося в слое с координатой y, будет равен , (4) где dG – расход нефти в слое с координатой y; Tвх – температура нефти на входе в печь; MH2S, MS – молекулярные массы сероводорода и серы соответственно. Массовый расход нефти в элементарном кольцевом слое потока с координатой y будет равен . (5) В рамках гидродинамического аспекта проблемы с использованием трехслойной модели было построено распределение скоростей нефти u(y) в пограничном слое на внутренней стороне печного змеевика [1, 3] (6) где y* – безразмерное расстояние от поверхности трубы, определяемое как ; (7)  – динамическая вязкость нефти. Распределение скоростей (6) позволяет определить локальные расходы жидкости в зависимости от расстояния от поверхности трубы. Интегрирование расхода (4) по полному сечению трубы с учетом теплового (1) и гидродинамического (6) факторов позволяет определить общий расход вторичного сероводорода на выходе из печного змеевика . (8) Конечным результатом данной работы является теоретическая методика, позволяющая провести оценку количества образовавшегося вторичного сероводорода в зависимости от свойств нефти и режима ее нагрева в печи. Для дальнейшего развития предложенного подхода и его практического использования необходимо проведение экспериментальных исследований, посвященных анализу снижения количества серы в нефти при ее нагреве и объемов образовавшегося сероводорода.