Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 [ 96 ] 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

из него. Индексы g, с, е, Н относятся соответственно к газу, коксу, воде в жидком состоянии и жидким углеводородам, индекс / - к какой-либо из фаз.

Обычно принято заменять сумму объемных знтальпии каждой фазы на S(fic)* dT, где (рс)* - зквивалентная обьемная теплоемкость насыщенной пористой среды. Величина (рс) * завишт в основном от свойств пласта и мало меняется при вариациях температуры. Вследствие незнания истинного распределения фаз в любой точке пористой среды берут среднюю зквивалентную объемную теплоемкость (рс)*, что позволяет с учетом перемещения температурного профиля записать:

(6.5)

Если принять за 7 начальную температуру для знтальпии, уравнение (6.4) принимает вид:

Л., [j-. (Т,)-, (Т,) ] + о«. = (Т.- то V,,

Выразим следукяцим образом:

щер - плотность нагнетаемого газа, насыщенного кислородом, взятая пристандартных условиях (15 °С и 760 мм рт. ст. или же 1Д26 кг/м для воздуха); Vg - расход насыщенного кислородом газа на фронте горшия в единицу времени.

Отношение g/fub связано с количеством топлива в единице объема пористой среды (mf.lv) и стехиометрическим козффициштом о, если кислород потребляется полностью при сгорании. Если же доля нагнетаемого кислорода, потребляемая в реакции горения, составляет Х,, то

«. Х« (6.8)

Будем считать, что реакция горедия подчиняется уравнению

СН, +

Oj-2- со + - cOj -f--кр,

2(i+P) 4j i + P i + P 2 (6-9)

где 0 - молярное отношение CO/CO2 в газообразных продуктах реакции; X - атомное отношение водород/углерод дпя топлива.

Если окислитель представляет собой смесь кислорода и азота, можно показать, что

(6.10)

где т = 11,82 нм/кг; Nj и Оа - обозначения мольных долей азота и кислорода в окислителе.

При нагнетании воздуха (Оа = 21 %, Nj = 79 %) получаем:

(l + Nj/Oa) =563 нм/кг.

Подставив (6.7) и (6.8) в (6.6), имеем

-g+P.[j«.(T,)--,(T,)] (6.11)

Численные исследования показывают, что величина члена Pg [Xg (Тв) - 3<(7»] лежит в пределах 10-17 % от Х, Q/a при сжигании в воздухе и в пределах 2-3,5 % от Х, Qfa при сжигании в чистом кислороде.

Рассмотрим случай использования воздуха в качестве окислителя, а также полного сгорания топлива с величиной атомарного отношения водород/углерод, равной единице (Х„ = 1, Р = О, Nj/Oa = 79/21). Здесь а = 103 им/кг.

Положим, что (рс)* = 430 ккал/(м-С) (1800 кДж/м.С), Q = = 10 ООО ккал/кг (42 ООО кДж/кг), Т; = 20 °С, р = 10 бар и предельная температура затухания процесса гор«шя (7д)с, = 350 "С. Тогда минимальное количество воздуха, который должен попасть на фронт горшия для обеспечения его продвижения, равно

а соответствующее количество топлива составит

Эти данные хорошо согласуются с зкспериментальными результатами, получошыми Шовальтером [6.3] в адиабатической камере. Он получил следующие минимальные параметры, необходимые для поддержания сухого горения (7д)„ = 345 "С, (.mjv), = 12,3 кг/м и {ygflu,,)„ = = {Уди)сг = 140нм/м воздуха (см. рис. 5.11).

На практике можно заменить изменение объемной знтальпии воздуха пр1£лиженным выражением. При зтом соотношение (6.11) принимает вид:

"У+?Л1Т,-Т,) (6 12)

где Рд Сд - средняя объемная теплоемкость воздуха при изменении температуры от Г, до 7.

JEcHH принять Сд = 0,24 kkan/CKT-C"*) и p„ = 1Д26 кг/м, то РдСд = \ ,23 кДж/ (м С" *), а погрешность в определении Vgflui, не превышает 1 %.

Соотношение (6.12) выгодно отличается от (6.11) простотой выражения Тд-.

Т„-Т, =

и»

Влажное горение. Для влажного горения задача ставится несколько иначе, чем для сухого. Действительно, экспериментальные результаты указывают, что при определенных условиях (давлении,отношении обьемов вода-воздух и количестве кокса в единице обьема пористой среды) температурный профиль имеет горизонтальную касательную в точке начала конденсации водяного пара (см. рис. 6.2, б). Температура Гув данной точке несколько ниже температуры насыщения воды ирт данном давлении, и требуется найти условия, при которых возможно существование гокнцадки на кривой профиля температуры. Если они реализуются, то при переходе через точку начала конденсации водяного пара тепл(Х1роводность обращается в нуль. Появляется возможность рассматривать два контрольных обьема - один в области между точками дс1 и Х2> а второй- между Xl ихз.

Из зкспериментов видно, что температуршой профиль между точками Xi и Х2 имеет тенденцию к быстрому поступательному перемещению, сделав те же допущения, что и для случая сухого горения, и приняв эа Гуначальную температуру для отсчета энтальпий, запишем уравнение теплового баланса в вцде, аналогичном уравнению (6.6):

К Ь (TS) - ЛГ. (ТЛ] + Я. [ЛГ. (Т!) - ЛГ, (T,)J

,,.,4)

Здесь использованы те же индексы, что и в уравнениях для сухого горения, только величины, отличные по своим значащим от величин,