Эксергетический анализ и управление энергоресурсами процесса конверсии метана - Дипломная работа

.3.1 Паровая каталитическая конверсия углеводородов 1.4 Эксергетический анализ основных стадий паровоздушной конверсии метана2.2 Термодинамический анализ установки3.1 Конверсия метана в трубчатой печи 3.1.1 Определение расходов природного газа на конверсию и сжигание для производства 1360 т/сут аммиака 3.1.3 Технологический расчет и эксергетический анализ процесса конверсии метанаДля достижения высокой производительности аппарата процесс синтеза аммиака следует вести, не стремясь к получению равновесных выходов. Поэтому необходимо, выделив аммиак из газа, вновь направить азотоводородную смесь на синтез, что может быть осуществлено двумя приемами. Каждый агрегат состоит из колонны синтеза, холодильника (в котором газ охлаждается и конденсируется аммиак) и газоотделителя для разделения газа и жидкого аммиака. Можно проводить процесс в одном агрегате, направляя азотоводородную смесь после выделения аммиака и добавки к ней соответствующего количества свежей смеси обратно в колонну синтеза. Первой стадией процесса является сжатие азотоводородной смеси до давления, под которым осуществляется процесс синтеза аммиака.Зная зависимость степени превращения исходной смеси от объемной скорости, температуры, давления и размеров зерен катализатора, можно определить условия, необходимые для достижения высокой производительности катализатора. При данной объемной скорости производительность катализатора прямо пропорциональна содержанию аммиака, т. е. достигает максимума при оптимальном температурном режиме и увеличивается с повышением давления. С увеличением объемной скорости производительность катализатора растет, потому что, как было показано выше, содержание аммиака уменьшается медленнее, чем возрастает объемная скорость. Для повышения производительности катализатора нужно увеличивать объемную скорость, что приводит к понижению содержания аммиака в газе после контакта. При выборе объемной скорости учитывают не только необходимость наилучшего использования катализатора, но и влияние изменения объемной скорости на производительность остальных аппаратов (входящих в агрегат синтеза аммиака), а также на расход энергии на транспорт газа и на нагревание и охлаждение газовых смесей.Большие масштабы потребления водорода и его смесей с азотом, окисью и двуокисью углерода требуют постоянного совершенствования технологии их получения, оптимизации и интенсификации крупнотоннажных промышленных процессов каталитической конверсии природного газа. Поскольку в процессах паровой и пароуглекислотной конверсии метана протекают эндотермические реакции, то для поддержания необходимой температуры в зоне реакции избыточное количество тепла подводится извне путем обогрева реакционных труб печи, заполненных катализатором, горячими топочными газами. Анализ большого экспериментального материала по механизму реакций, протекающих в процессах конверсии метана показывает, что каталитическая конверсия протекает многостадийно через окисление-восстановление катализатора и образование газификации углерода на катализаторе. Как правило, паровую конверсию метана проводят с двукратным избытком водяного пара по сравнению со стехиометрическим, а парокислородную-при соотношении водяной пар: метан равным единице и расходе кислорода на процесс 0,55-0,65 мол/моль метана. Поэтому вполне понятно, что расчетам равновесия реакции, протекающих в процессах конверсии углеводородов (преимущественно метана) водяным паром, углекислотой, кислородом и их смесями, посвящено достаточно много работ.Источником теплоты в топливных печах служат различные виды углеродного топлива (газ, мазут и т.д.), процесс генерации теплоты в них органически сочетается с теплообменом в зоне технологического процесса. Термодинамические расчеты печей позволяют получить величину и знак теплового эффекта реакций в печи и определить возможный механизм процесса термической переработки топлива. В данной работе проводится эксергетический анализ установки паровоздушной конверсии метана (трубчатая печь шахтный реактор), определение КПД трубчатой печи, шахтного реактора, а так же суммарный расчет КПД узла конверсии метана при производстве аммиака мощностью 1360 т/сут, а так же основных характеристик процессов в печи конверсии метана - теплоты и работы, фундаментальное значение для которого имеет закон сохранения энергии. Технологические газы, получаемые на выходе из трубчатой печи и шахтного реактора - смесь используют в агрегатах синтеза аммиака и метанола. Наиболее объективной оценкой степени термодинамического совершенства процесса является эксергетический КПД, который для технологической установки, не производящей механической работы, имеет вид: Где соответственно эксергия, вносимая в установку и покидающая ее с продуктами.В качестве топлива был выбран природный газ Ставропольского месторождения Суммарные затраты на ПГ на сжигание и конверсию при расчете на 1 т/сут аммиака составляют 1200 , следовательно, для производства 1360 т/сут затрачивается 1632000 ПГ.

Содержание

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Краткое описание технологической схемы производства аммиака

1.2 Оптимальные условия синтеза аммиака

2.2 Термодинамический анализ установки

2.3 Цели работы

2.4 Описание технологической схемы

Введение

Каталитическая конверсия природного газа в настоящее время стало основным методом получения водорода и синтез газа для ведущих отраслей народного хозяйства. Наиболее крупными потребителями водорода и его смесей с окисью углерода или азотом являются нефтеперерабатывающая (гидрогенизационные процессы), химическая и нефтехимическая (процессы гидрирования, синтез метанола, бутанола, высших спиртов, аммиака, карбамида, искусственных топлив, пластмасс, синтетических волокон и т.д.), пищевая, энергетическая, металлургическая и другие отрасли промышленности. Промышленными методами получения водорода и его смесей конверсией природного газа являются процессы паровой, паровоздушной и парокислородной с последующей конверсией окиси углерода.

На современном этапе развития науки и техники для производства собственно водорода (технического) считается более перспективным и прогрессивным процесс паровой конверсии под давлением, осуществляемый при высоких температурах (1200-1300 0С) и высоких давлениях 40-100 МПА в реакторах, заполненных никелевым катализатором. В нефтехимии и азотной промышленности наибольшее распространение получил двухступенчатый автотермический каталитический процесс конверсии природного газа смесью водяного пара и кислорода или обогащенного кислородом воздуха при давлении порядка 40-60МПА, осуществляемый в первой стадии в трубчатых печах и доконверсией в реакторах шахтного типа. Одностадийная парокислородная каталитическая конверсия природного газа в шахтных конверторах признана менее экономичным и поэтому неперспективным процессом. Однако вопрос о том, какой из технологических вариантов процессов каталитической конверсии окажется перспективным, далеко не ясен.

Природный газ - очень распространенное природное сырье, используемое для получения синтез-газа. Прямое одностадийное окисление природного газа в синтез-газ может осуществляться двумя способами: каталитическое и термическое. Совершенствование технологических процессов превращения природного газа в метанол путем разработки эффективных катализаторов не дает положительных результатов, так как конверсия природного газа при их использовании не превышает 16%. В настоящее время степень, конверсии природного газа в метанол доведена до 32%. Пока практически единственным методом химической переработки природного газа является его паровая конверсия с получением синтез-газа (СО ЗН2) на никелевых катализаторах. Водород из синтез-газа далее используют для получения аммиака, а смесь состава СО 2H2 - для синтеза метанола.