Сравнительный анализ: методы получения синтез-газа - Дипломная работа

Министерство образования Российской Федерации Московская государственная академия тонкой химической технологии им. Кафедра Технологии нефтехимического синтеза и искусственного жидкого топлива АТТЕСТАЦИОННАЯ РАБОТА на соискание степени бакалавра по направлениюТропша "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", в которой сообщалось, что при восстановлении водородом монооксида углерода при атмосферном давлении в присутствии различных катализаторов (железо - оксид цинка или кобальт - оксид хрома) при 270 о С получаются жидкие и даже твердые гомологи метана. Так возник знаменитый синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода, называемый с тех пор синтезом Фишера-Тропша. Смесь CO и H2 в различных соотношениях, называемая синтез-газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья. Следует отметить, что к моменту разработки синтеза Фишера-Тропша существовал другой способ получения жидкого топлива - не из синтез-газа, а непосредственно из угля прямой гидрогенизацией. Справедливости ради подчеркнем, что синтез Фишера-Тропша возник не на пустом месте - к тому времени существовали научные предпосылки, которые базировались на достижениях органической химии и гетерогенного катализа.Первым способом получения синтез-газа была газификация каменного угля, которая была осуществлена еще в 30-е годы XIX века в Англии с целью получения горючих газов: водорода, метана, монооксида углерода. Этот процесс широко использовался во многих странах до середины 50-х годов XX века, а затем был вытеснен методами, основанными на использовании природного газа и нефти. Однако в связи с сокращением нефтяных ресурсов значение процесса газификации снова стало возрастать. Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром: C H2 O - H2 CO Разработаны технологические процессы, использующие парокислородное дутье, при котором наряду с упомянутой реакцией протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс: C 1/2O2 -COГазификация - высокотемпературный процесс взаимодействия углерода топлива с окислителями, проводимый с целью получения горючих газов (Н2 , СО, СН4 ).Впервые промышленная реализация газификации твердых топлив была осуществлена в 1835 г в Великобритании. К 50-м годам XIX в. практически во всех крупных и средних городах Европы и Северной Америки действовали газовые заводы для производства отопительного, бытового и светильного газа [4]. К середине XX в этот процесс получил широкое развитие в большинстве промышленных стран мира. Начиная с 60-х годов XIX в., все более серьезную конкуренцию углю начинает оказывать нефть. Например, в ЮАР углепереработка (главным образом на основе газификации угля) стала крупной промышленным сектором изза эмбарго на поставку нефти.Во-вторых, эффективно сработали государственные программы энергосбережения, что в конечном итоге привело к снижению темпа роста потребления нефти и природного газа. В-третьих, динамичное развитие нефтегазовой отрасли и масштабные работы по разведке новых месторождений нефти и газа показали, что запасы углеводородного сырья на самом деле значительно больше, чем предполагалось. По достаточно авторитетным данным глобальную замену нефти углем следует ожидать после середины XXI в., а замену природного газа углем - к концу века. Более десятка проектов были завершены на стадии 5-летней готовности, т.е. при изменении конъюнктуры рынка углеводородного сырья можно в течение 5 лет на основе демонстрационных установок производительностью 10-60 т/ч по углю развернуть промышленное производство. В 1990-е годы бурное развитие получила внутрицикловая газификация для производства электроэнергии, т.е. использование бинарного цикла, при котором горючий газ утилизируется в газовой турбине, а продукты сгорания используются при генерации пара для паровой турбины.В настоящее время выявились следующие наиболее экономически эффективные области применения метода газификации: - газификация сернистых и многозольных топлив с последующим сжиганием полученных газов на мощных тепловых электростанциях. В углях, ежегодно добываемых в России, содержится около 10 млн. т серы, большая часть которой при сжигании выбрасывается в атмосферу в виде токсичных оксидов серы и серооксида углерода. · по способу подвода тепла: при частичном сжигании топлива в газогенераторе, при смешении топлива с предварительно нагретым твердым, жидким или газообразным теплоносителем (регенеративный нагрев), при подводе тепла через стенку аппарата (рекуперативный нагрев). Наряду с этим повысить теплоту сгорания газа можно, проводя газификацию при повышенном давлении. Основа повышения теплоты сгорания газа - обогащение его метаном за счет проведения газификации при повышенном давлении, благодаря чему интенсифицируется взаимодействие углерода и его оксидов с водородом, образующимся в слое топлива.

Содержание

Введение

1. Способы получения синтез-газа

2. Газификация угля

2.1 Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля

2.2 Взгляд на углепереработку сквозь десятилетия

2.3 Инженерные разработки за прошедшее столетие

2.4 Аппаратурно-техническое оформление процесса

3. Конверсия метана в синтез-газ

3.1 Термодинамика процесса

3.2 Кинетика углекислотной конверсии метана

3.3 Механизм конверсии смеси CH4 CO2

3.4 Катализаторы углекислотной конверсии метана

3.5 Технология конверсии метана

4. Синтез Фишера-Тропша

4.1 Выбор катализаторов

5. Альтернативный способ получения синтез-газа

5.1 Термохимическая конверсия биомассы

5.2 Биотехнологическая конверсия биомассы

6. Продукты, получаемые на основе синтез-газа

Выводы

Используемая литература