Физико-химические основы процесса конверсии метана. Одноступенчатая каталитическая парокислородная конверсия метана при повышенном давлении в реакторе шахтного типа. Устройства и принцип работы шахтного конвертора. Материальный баланс конверсии метана.
Аннотация к работе
Практическое применение водорода многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он служит сырьем для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в пищевой - для выработки из растительных масел твердых жиров и т. д. Высокая температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т. Расчет равновесных составов конвертированного газа на основе известных методик требует использования ЭВМ и соответствующего программного обеспечения. Для упрощения этой задачи целесообразно построить номограммы для определения содержания отдельных компонентов в конвертированном газе, а также номограммы для нахождения его энтальпии и эксэргии.Сырьем для каталитической конверсии метана служи природный газ. Готовым продуктом служит водород либо азотоводородная смесь для синтеза аммиака. Этот газ в процессе каталитической конверсии образует водород и угарный газ (СО), угарный газ в последующем окисляют до диоксида углерода. Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДЖ на 1м3. Диоксид углерода CO2 - бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, со слегка кисловатым вкусом, плохо растворяется в воде.В самом деле, в обратимых реакциях, например в реакции (2.3), оба процесса - прямой (взаимодействие метана с водяным паром) и обратный (взаимодействие окиси углерода с водородом) - протекают одновременно. При повышении температуры увеличиваются скорости обеих реакций (прямой и обратной), но увеличиваются они в разной степени. В случае же реакций, протекающих с выделением тепла (экзотермических реакций), например реакции (2.5), равновесие сдвигается влево, т. е. степень конверсии окиси углерода снижается. Равновесный состав газа для реакций, протекающий без изменения объема, например, реакции (2.5), не зависит от давления. Так, например, чтобы получить при указанном составе исходной смеси газ с остаточным содержанием метана 0.5 % при абсолютном давлении 10 атм, нужно повысить температуру до 960 °С, а при 20 атм - до 1060 °С.Парогазовая смесь нагревается в теплообменнике горячим конвертированным газом до температуры 400 °С и поступает в смеситель 4 конвертора метана. Кислород, необходимый для процесса каталитической конверсии метана, под давлением 27 атм поступает в смеситель 4 из цеха разделения воздуха. Парогазокислородная смесь с температурой 350 °С направляемся в конвертор метана 5, где на никелевом катализаторе при температуре 900 °С и давлении 20 атм протекает процесс взаимодействия метана с кислородом и водяным паром. В конвертор 6 первой ступени загружен цинкхромовый катализатор, в конвертор 7 второй ступени - железохромовый. Далее конвертированный газ направляется в скруббер 2 первой ступени охлаждения, в котором охлаждается циркулирующим конденсатом до температуры 120 °С при этом конденсируется большая часть водяных паров, содержащихся в газе.В азотной промышленности используется конверсия природного газа при повышенном давлении, включающая в себя конверсию оксида углерода. В результате снижается расход энергии на сжатие конвертированного газа, объем которого существенно больше объема исходных газов; уменьшаются размеры аппаратов, коммуникаций и арматуры; полнее рекуперируется теплота влажных газов (так как повышается температура конденсации водяных паров), упрощается конструкция азотоводородного компрессора, что создает предпосылки для сооружения агрегатов большой единичной мощности с использованием принципов энерготехнологии. Широкое применение в мировой и отечественной азотной промышленности получил процесс двухступенчатой паровой и паровоздушной каталитической конверсии под давлением. Теплота химических процессов стадий конверсии СН4, СО, метанирования и синтеза аммиака используется для нагрева воды высокого давления и получения перегретого пара давлением 10,5 Мпа.Природный газ под избыточным давлением 0,7 - 0,8 атм поступает в теплообменник 8, в котором подогревается до температуры 380 °С за счет тепла газов, исходящих после конверсии окиси углерода. Из теплообменника природный газ подается в аппарат 10, заполненный поглотителем на основе окиси цинка, для связывания соединений серы. Очищенный газ смешивается в аппарате 9 с водяным паром, нагретым до 380 °С в пароперегревателе 7 за счет тепла газа после конверсии СО. Парогазовая смесь (отношение пар: газ = 2: 1) с температурой 380 °С поступает в трубчатую печь 1, снабженную подвешенными трубами, изготовленными из специальной жаропрочной стали. Снаружи трубы обогреваются топочными газами, образующимися при сжигании какого-либо газа.Конструктивной особенностью трубчатых печей является большое число (от нескольких десятков до нескольких сотен) одинаковых трубчатых реакторов - реакционных труб, образующих трубные экраны. Трубы заполнены катализатором и объединены коллектором парогазовой смеси на входе и конверт тированного газа на выходе. Конструкция трубчатых печей
План
Содержание
Введение
1. Характеристика сырья и готовой продукции
2. Физико-химические основы процесса конверсии метана
2.1 Катализаторы конверсии метана
3. Литературный обзор способов конверсии метана
3.1 Одноступенчатая каталитическая парокислородная конверсия метана при повышенном давлении в реакторе шахтного типа
3.2 Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана под давлением 30 атм
3.3 Двухступенчатая каталитическая паровоздушная конверсия метана в трубчатых печах
4. Технологическая часть
4.1 Описание технологической схемы
4.2 Устройство и принцип работы оборудования
4.2.1 Устройство и принцип работы трубчатой печи
4.2.2 Устройства и принцип работы шахтного конвертора
Приложение А Характеристики трубчатых печей печных труб
Введение
конверсия метан конвертор реактор
В настоящее время конверсия метана является основным промышленным методом получения водорода и технологических газов для синтеза аммиака, спиртов и других продуктов. Практическое применение водорода многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он служит сырьем для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в пищевой - для выработки из растительных масел твердых жиров и т. д. Высокая температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. П. Жидкий водород является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т. Известны различные способы конверсии метана. От метода конверсии зависят как технологическая, так и энергетическая схемы производства аммиака в целом. Для выбора оптимального варианта необходимо знать состав конвертированного газа, его энтальпию и эксэргию.
Расчет равновесных составов конвертированного газа на основе известных методик требует использования ЭВМ и соответствующего программного обеспечения. Для упрощения этой задачи целесообразно построить номограммы для определения содержания отдельных компонентов в конвертированном газе, а также номограммы для нахождения его энтальпии и эксэргии. В литературе приведены номограммы только для паровой конверсии метана, однако, имеется возможность построения подобных номограмм и для других способов конверсии. Конверсия метана, представляет собой наиболее экономичный способ получения азотоводородной смеси.
Природный газ бесцветен, не имеет запаха, значительно легче воздуха, горюч и взрывоопасен. При транспортировке по трубопроводам в природный газ добавляют меркаптаны, обладающие резким запахом, что позволяет легко обнаружить утечку газа, но создает дополнительные трудности при его переработке, так как меркаптаны - серосодержащие соединения, а сера является ядом для всех катализаторов производства аммиака.
Состав природного газа в зависимости от месторождения изменяется следующим образом: метан - 55-99%, этан - 1-10 (пропан бутан) - до 10, С5-углеводороды и выше - 1-5%, остальное - азот, углекислый газ, сернистые соединения, гелий.