Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород - Производство и технологии дипломная работа

Главная

Производство и технологии
Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород

Методи за получаване на водород: термохимични, електрохимични, фотоелектрохимични. Получава водородът в нефтохимическата промишленост. Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване водород като съставна част на азото-водородния синтез газ.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство на образованието и науката
Университет „Професор доктор Асен Златаров”
на Петър Стефанов Делчев, ф. Н. ТНГ 4012
«Органични химични технологии. Технология на нефта и газа»
Водородът е най-простият, най-лекият и най-често срещан в природата елемент. Навсякъде е в свързано състояние - във водата, в сложните молекули на въглеводородите - нефта, в природния газ. Има три изотопа: протий, деутерий и тритий, като най-разпространен е първият. Водородът изобилства в Слънчевата система като съставлява 71% от нейната маса или 91% от всички атоми.
Притеглен от гравитационните сили на Слънцето водородът се превръща в хелий чрез реакции на ядрен синтез, процесът който осигурява енергия за живот на Земята.
Молекулярният водород е газ без цвят и миризма и е практически неразтворим във вода. Противно на всички останали газове той се стопля при разширение, но само до определено налягане. Водородът е 14,5 пъти по-лек от въздуха и 16 пъти по-лек от кислорода и съгладно закона на Грем, той дифундира 4 пъти по-бълзо от кислорода във въздуха. Коефициентът му на топлопроводност е 7 пъти по-голяма от тази на въздуха.Водородът се втечнява при -253 0 С, а изкристализира при -259 0 С.
В химично отношение при обикновени температури водородът не е много активен. Енергично се свързва само с флуора, с хлора - фотохимично, а с кислорода при нагряване. При подходящи високи температури взаимодейства с много елементи като получените съединения се наричат хидриди.
Водородът е едно изключително перспективно гориво - при изгаряне отделя 120 МКал/кг, като продукт от изгарянето е само вода. В космическите совалки отдавна го използват за снабдяване с енергия, а получената вода астронавтите използват за пиене. Създаването на ДВГ работещ с водород би подобрило значително екоравновесието на земята.
Поради опасността от експлозия и неудобството при съхранение и транспорт, водородът все още не е намерил широко приложение като гориво за ДВГ. Най-използван метод на съхранение е в балони, като с увеличение на допустимото налягането, намаля масовото съдържание на водорода в съхранявания газ(300атм - 13% mass, 500атм - 11% mass, 900атм - 9% mass). Надежда за развитието на водорода като гориво е, че той се разтваря много добре в няко метали (600 до 3000 обема в паладий) и при загряване се освобождава. Друга насока в изследванията е използване на въглеродни нанотръбички или стъклени микросфери за съхраняване на водорода. От друга страна разтварянето на водорода в желязото е причина за намаляне на механичните му показатели (т. н. „водородна слабост”), което е причина за аварийни ситуации. В инсталации за производство на водород се използват скъпи, висококачествени стомани.
Съществуват следните методи за получаване на водород:
· Термохимични - наричат се още реформинг процеси и в момента намират най-широко приложение. Използват термокаталитично преобразуване на въглеводороди като природен газ, метанол, газолин и дори въглища във взаимодействие с водни пари.
· Електрохимични - при пропускане на електрически ток през воден разтвор на електролит се получава водород
· Фотоелектрохимични - водородът се получава, когато към потопен във вода електрод, през който протича ток, се насочи светлина.
· Фотобиологични - фотобиологичните системи принципно използват естествената фотосинтетична активност на бактерии и зелени водорасли, които синтезират водород.
В настоящето водородът е основна суровина, без който е немислимо съществуването на торовата промишленост, производството на горива, в хранителната промишленост - за произходство на хидрирани мазнини, за получаване на някои метали(W, Mo) в чист вид от техните оксиди поради неговото редукционно действие.
Водородът в нефтохимическата промишленост се получава основно при процесите на реформинг и крекинг и се използва за хидроочистка на средно и високо дестилатните фракции от серни и азотни съединения. Без него е немислимо производството на дизелови горива. В хидрокрекинг процесите се използва за получаване на изключително висококачествени бензини. Инсталациите за реформинг са източник на водород, поради протичащите в тях процеси на дехидрогенизация и циклизация на въглеводородите, но някои нефтопреработвателни заводи строят специални инсталации за производство на водород.
В торовата промишленост водородът се използва за синтез на амоняк, от който се произвеждат едни от най-високотонажните минерални торове - амониева селитра и карбамид.
Цел на настоящата дипломна работа е да се обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород като съставна част на азото-водородния синтез газ в цех АМ - 76 на „Неохим” АД.
В днешни дни основен метод за производство на водород е паро-каталитическата конверсия на въглеводородите, в частност природения газ. Нефтопреработвателната и нефтохимическа индустрия разполага с значителни ресурси на водородсъдържащи газове, които обаче не могат да се използват, заради ниското съдържание на водород в тях и присъствието на вредни примеси. Този метод е добре разработен технологично и апаратурно.
За метода на паро-кислородната газификация нефтените остатъци важи същото, но при него са нужни по-големи експлуатационни разходи и капиталовложения. Що се отнася до другите методи за получаване на водород като основен продукт (крекинг на въглеводороди, метало-паров метод, електролиза на водата, термохимични методи), те не са намерили приложение в промишлеността и затова няма да бъдат разгледани в тази дипломна работа.
Водородът в процесите на частично дехидриране (каталитически риформинт на бензина, дехидриране на бутана и бутилена), се явава страничен макар и ценен продукт.
1. Паро-каталити чн а конверсия на въглеводородите
Производството на водород по този метод се състои в три етапа: подготовка на суровината, конверсия и отделяне на оксидите на въглерода от конвертирания газ. На стадия на подготовка суровината се очиства от ненаситени въглеводороди, органични съединения на сярата, в някои случаи се провежда стабилизация, посредством частична конверсия на хомолозите на метана. На стадия на отделянето на въглеродните оксиди от конвертирания газ се извършва конверсия на въглеродния оксид с водна пара, очистка на газа от въглероден диоксид и отделяне на остатъчните оксиди на въглерода чрез метаниране. Изброените етапи, с изключение на отделянето на въглеродния диоксид, са каталитични процеси близки по апаратурно оформление.
1. 1 Подготовка на суро вината за каталитична конверсия
Катализатоторите използвани при парова конверсия на въглеводородите, нискотемпературна конверсия на въглеродния оксид и метаниране лесно се отравят от серни съединения. В изходната суровина може да се съдържат като примеси сероводород, меркаптани, сулфиди, тиофен и др.
В процеса на парова конверсия на въглеводородите на никеловия катализатор съединенията на сярата се хидрират с образуване на сероводород. Той взаимодейства с никеловия катализатор по реакцията:
Отравянето на катализаторите, използвани за нискотемпературна конверсия на въглеродния оксид става в резултат на неговото взаимодействие с сероводород по реакцията:
В суровината трябва да отсъстват примеси на ненаситени въглеводороди, наличието на които създава опасност от отложения на кокс върху катализатора.
В качеството на суровина за парова конверсия се използват различни газове, но най-често метан. В нефтопреработването, използваните за процеса на конверсия газове са странични продукти с променлив състав. Затова е целесъобразно на стадия на подготовка да се осигури стабилен по състав газ, чрез нискотемпературна конверсия на хомолозите на метана в метан по реакцията:
C n H 2n+2 + (n-1)/2H 2 O ЃЁ (3n+1)/4CH 4 + (n-1)/4CO 2
1.1.1 Очистване от серните съединения и ненаситени въглеводороди
Изискванията към дълбочината на очистване от серни съединения за различните стадии на производство на водород са различни и зависят от условията, при които се води процеса и от използвания катализатор. Отравяне на никеловия катализатор се наблюдава още при съдържание на сяра 0,1% от масата на катализатора, въпреки че за покриване повърхността му е нужно около 1% сяра.
Равновесното съдържание на никелов сулфид при конверсия се снижава с увеличаване на температурата. За различните катализатори пределно допустимата концентрация на H 2 S в газа в зависимост от съдържанието на никел и активността на катализатора е (в мг/м 3 ):
Твърде чувствителен към отравяне със сероводород са катализаторите за нискотемпературна конверсия на въглеродния оксид, съдържащи медни и цинкови оксиди. Например при съдържание на сяра в газа 0,2 мг/м 3 и обемна скорост 3000 ч -1 срокът на използване на катализатора НТК-4 е две години. Отчитайки увеличения обем на газа в процеса с 4-6 пъти, концентрацията на сените съединения в очистения газ, постъпващ за конверсия, се ограничава до 1 - 1,5 мг/м 3 . Още по-големи са изискванията към дълбочината на очистване на газа за нискотемпературната конверсия на метана. Съдържанието на сероводород в очистения газ в този случай не трябва да превишава 0,5 мг/м 3 .
В условията на парова конверсия, ненаситените въглеводороди образуват циклични структури и полимеризират с образуване на кокс, което води до блокиране на активните центрове на катализатора. Едновременно с това протичат реакции на хидрогениране и парова конверсия на ненаситени въглеводороди:
Съдържанието на ненаситени въглеводороди в суровината се ограничава от съотношението на скоростта на тези реакции и скоростта на образуване на кокс.
Много серни съединения се разлагат термически при нагряване до 400 0 С. Продустите от терморазпада на серните съединения са сероводород и съответните олефини, но процесът е съпроводен с образуването на високомолекулни смолисти вещества. Например меркаптаните и дисулфидите се разлагат при 200 0 С, но тиофена и сулфидите не се разлагат и при 400 0 С. Ако в суровината има само термически неустойчиви серни съединения, очистването се провежда в един стадий с поглътител на основата на цинковия оксид. С негова помощ от газа се отделя сероводорода, серовъглерод и меркаптани, но не се отделят тиофена и сулфидите.
По-надеждна е двустепенната схема за извличане на серните съединения из въглеводородната суровина, вчключваща деструктивно хидриране на серните съединения и последващо поглъщане на сероводорода с цинков оксид.
В интервала 300 - 400 0 С, в които се осъществява процеса на очистване, реакцията на хидриране на серните съединения е практически необратима.
Концентрацията на водорода в нефтозаводските газове, постъпващи за хидриране е 10 -15%. При хидриране на серни съединения, съдържащи се в природния газ или бензина, към суровината се добавят още 5 - 7% водород. Концентрацията на органаничните серни съединения не превишава 50 мг/м 3 , тоест 10 3 - 10 4 пъти по-ниска от тази на водорода.
В инсталациите за парова конверсия на природен газ или нефтозаводски газове, работещи при ниско налягане, със съдържание на ненаситени въглеводороди не повече от 0,5%, за очистване на серните съединения се използват контактни маси 481-Cu и 481-Zn. Процесът се води при 300-350 0 С. Тези поглътители се зареждат в тарелкови реактори по слоеве, при което първият се използва за преобразуване на серните съединения в сероводород, а втората - за поглъщане на H 2 S. Следва да се отбележи, че и 481-Cu в значителна степен реагира и със сероводорода като го поглъща, а цинковият оксид поглъща и такива съединения като меркаптаните, серовъглерод и други. Необходимата дълбочина на очистване се достига при обемна скорост до 1000 м -1 като се отчете и общия обем на контактните маси.
При повишено налягане (2 - 3 MPa) в стадия на хидриране се използват модифицирани алумокобалтомолибденов и алумоникелмолибденов катализатор, намиращи приложение за хидрогенизационни процеси в нефтопреработката и нефтохимията.
Между серните съединения върху катализатора и сярата и водорода, намиращи се в газа се установява равновесие. При промяна на съдържанието на сяра или водород в газа равновесието се нарушава и е възможно отделяне на сяра от катализатора или поглъщане на сяра от газа. При очистването по двустепенната схема този процес обаче не дава отражение на общия ефект от очистката, доколкото след хидриращия катализатор следва поглътител на серните съединения на основата на цинкови оксиди. Взаимодействието на сероводорода и цинковия оксид при 350 - 400 0 С и излишък на водород протича до край.
На основата на цинка, освен 481-Zn, се изработват поглътители ГИАП-10 и ГИАП-10-2. За очистване от сероводород е възможно използването също на отработен катализатор за нискотемпературна конверсия на въглеродния оксид НТК-4., съдържащ цинков оксид. Стандартният цинков оксид има малка относителна повърхност (4,2 - 6,6 м 2 /гр) и много ниска сярополгътимост (1,7 - 4,2%). Неговото използване като очистващ реагент е нецелесъобразно. Активираната форма на цинковия оксид се получава при разлагането на цинков карбонат или хидрооксид при 350 - 400 0 С. При това се получава цинков оксид с относителна повърхност 32,8 м 2 /гр и серопоглътимост 32%, а при разлагане на цинков хидрооксид - относителна повърхност 26,9 м 2 /гр и серопоглъщаемост 21,9%. ГИАП-10 се получава на основа цинков карбонат, а 481-Zn - цинков хидрооксид. Въвеждането на меден оксид в катализатора позвалява реакционната температура да се намали до 260 -280 0 С.
В табл. 1 са приведени характеристиките на някои катализатори с хириращо действие, а в табл. 2 на катализатори-поглътители на серните съединения на основата на цинков оксид.
диаметър.................. 2,8 - 3,0 4,0 - 4,1 4,0 - 4,5
височина................... 4 - 8 5,0 - 5,5 4,0 - 4,5
кг/м 3 .................................. 690 640 640 - 670
м 2 /гр................................. 242 150 100 - 120
Активност * , % mass ......... 99 98,4 95
* Активността характеризира дълобочината на превръщане на
C 2 H 5 SH , съдържащ се в природния газ, при 350 0 С и обемна
Скорост 2000 ч -1 при количество на добавяния водород 5%
В схемата на инсталации, предвиждащи провеждане на конверсия на въглеводороди при 2,2 - 2,4 MPa, на стадия на очистка на серните съединения е целесъобразно да се използва алумоникелмолибденосиликатен катализатор и поглътител ГИАП-10. Тогава и за двата стадия условията на очистка са еднакви: температура 350 - 400 0 С, обемна скорост 1000 ч -1 , налягане 2,3-2,5 MPa. Такива условия са благоприятни за хидриране на ненаситените въглеводороди, които се превръщат в съответните наситени въглеводороди по реакция:
C n H 2 n + H 2 ЃЁ C n H 2 n +2 + Q
Термодинамически в дадения температурен интервал е възможно също да протичат реакции на хидрокрекинг на наситените въглеводороди с образуване на метан:
C n H 2 n +2 + (n - 1)H 2 ЃЁn CH 4 + Q
В таблица 3 са дадени константите на равновесие и топлинните ефекти на реакцията на хидриране на ненаситените въглеводороди и хидрокрекинг на етан и пропан.
Както се вижда от таблицата, хидрирането на ненаситените въглеводороди в интервала 300 - 400 0 С практически протича до край. Такива термодинамично благоприятни условия има и за хидрокрекинг на наситените въглеводороди, но хидрокрекинг на наситените въглеводоро-ди C 2 - C 5 не протича на катализатори съдържащи сяра и при наличие на серни съединения в газа.
Провеждани са опити за едновременно очистване на нефтозаводските газове от серни съединения и хидриране на ненаситените въглево-дороди в лабораторни условия с използване на алумокобалтомолибденов и алумоникелмолибденов катализатор и поглътител ГИАП-10. Условията и резултатите от опита са следните:
Продължителност на изпитанието, ч 3000
Налягане, MPa.................................... 2,0
Температура, 0 С................................. 380 - 400
Обемна скорост, ч -1 ............................ 1000 - 1500
Съдържание на H 2 в суровината, % 35 - 60
в суровината............................... 5 - 20
в изходящите газове.................. отсъства
в суровината.............................. 5,3 - 28
в изходящите газове................. 0,1 - 0,9 0,1 - 0,3
Лабораторните опити погазали, че хидриране на ненаситените въглеводороди протича до край, в същото време хидрокрекинг на наситените въглеводороди не се наблюдава.
Реакцията на хидрокрекинг на серните съединения е екзотермична, но впредвид малките количества на тези съединения в суровината, топлинния ефект може да бъде пренебрегнат. При значително съдържание на ненаситени съединения в суровината, в резултат на тяхното хидрира-не, се повишава температурата на процеса. Например, при съдържание на 2,5% етилен, температурата на газа на изход от реактора се повишава с 25 0 С. В такъв случай, ако се хидрира газ, съдържащ повече от 4% ненаситени въглеводороди, за да се избегне прегряване на катализатора е необходимо да се обезпечи отвеждане на топлината от реактора.
Продължителността на работа на катализатора, използван за очистване на суровината от серни съединения и ненаситени въглеводороди, обикновено е 2 - 3 години. Срокът на използване на поглътителя зависи от съдържанието на H 2 S в газа. Ако сяроуловяемостта на поглътителя е недостатъчна или концентрацията на серни съединения е висока, в схемата се предвижда включване на два последователно действащи апарата с поглътител.
Нефтозаводските газове след моноетаноламиновата очистка от сероводород съдържат 50 - 100 мг/м 3 серни съединения. В този случай про серопоглъщаемост 20% от масата, срокът на използвана за едно зареждане с поглътител е 3 - 6 хил. часа, т.е. доста по-малко от срока на използване на хидриращите катализатори. Затова е нерационално да се използват така наречените бифункционални катализатори, представляващи полгътител с добавка от хидриращ агент и предназначени за гидрогенолиза на серните съединения и едновременно поглъщане на сяроводо-рода. Освен това, на бифункционалните катализатори хидрирането на ненаситените въглеводороди не протича с достатъчна дълбочина.
1.1.2 Частична конверсия на хомолозите на метана
Паровата конверсия на въглеводороди с преимуществено образуване на метан, наричаща се частична конверсия, в днешно време намира приложение за получаване на заместители на природния газ, от въглеводороди достигащи до С 8 - С 10 .
Пълна конверсия на нефтозаводските газове и бензини в тръбни реактори с външно подгряване фактически протича в два стадия: първи - частична конверсия - парова конверсия на хомолозите на метана преи-муществено в метан в началния участък на реакционната зона и втори - конверсия на метана и получаване на водород и въглеродни оксиди. Първият стадий може да се осъществи в отделен реактор при 350 - 500 0 С, в режим призък до адиабатния. Това би позволило по-ефективно да се използват скъпите пещи за конверсия с тръбни реактори за провеждане на основната реакция за пълна конверсия на метана и да се съкрати разхода на пара, без опасност от отложение на кокс върху катализатора.
Частичната конверсия може да се разглежда като стадии за подготовка, чрез стабилизация на суровината, за пълна парова конверсия на метана. В този случай, налягането на процеса на частична конверсия се определя от налягането на вход в тръбния реактор за пълна конверсия. Отношението пара/газ не може да бъде по-високо от това в стадия на пълна конверсия, но то може да се намали до 2/1 с цел да не се натоварва реактора за частична конверсия с излишно количество пара.
В процеса на частична конверсия протичат реакции с отделяне на топлина (хидрокрекинг на въглеводородите с образуване на метан) и с поглъщане на топлина (парова конверсия на метана, служеща като донор на водород за реакциите на хидрокрекинг). Колкото е по-висока температурата, толкова по-силно развитие получава процеса на конверсия на метана. Температурата на процеса на частична конверсия се избира така, че процесът да протича при адиабатни условия. Реактора за частична конверсия е разположен след реактора за очистване на газа от серни съединения, където температурата на процеса е 350 - 400 0 С. Поради това, долната граница на процеса на частична конверсия е 350 0 С, а гор-ната се определя от условията на адиабатност - 500 0 С. В табл. 4 са представени данни за термодинамическите характеристики по състава и добива на газ при частична конверсия на нефтозаводските газове при 2,4 MPa, и 400 0 С с различен въглероден еквивалент на изходящия газ (n) приведен в табл. 4
1.2 Процес на паро-ката лити чна конверсия на въгле водо- родите
1.2.1 Термодинамични основи на процеса
На съвременните катализатори конверсията на въглеводородите протича при условия доближаващи се до термодинамическото равновесие. Реакциите на парова конверсия са обратими. Състава и добива на продуктите се определя от термодинамическото равновесие на протичащите реакции.
Конверсията на метана с водна пара може да се опише с реакциите:
CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 - 206,4 kJ (1)
CO + H 2 O CO 2 + H 2 + 41,0 kJ (2)
Константите на равновесие на реакциите (K 1 и K 2 ) се изразяват с уравненията:
където P CO , P H 2 , P CO 2 , P H 2 O , P CH 4 - парциалните налягания на съответстващите компоненти в равновесната смес.
Началният и крайният състав на конвертирания газ, а също парциалните налягания на неговите компоненти при установяване на равновесие се изразяват с уравненията, приведени в табл. 5.
Табл. 5 Уравнения на равновесния състав на конвертирания газ и парциалните налянагия на неговите компоненти при конвесия на метана
Парциално налягане на компонентите в конвертирания газ,
Легенда: a - обем на подадената пара за единица от обема CH 4 ; б - част на реагиралия CH 4 ; в - част на реагиралия CO; Р - налягане в систе-мата; V - общ обем на конвертирания газ.
Замествайки съответно на парциалните налягания на компонентите в уравненията на константите на равновесие на реакциите се получава:
K 1 = [( б - в ).(3 б + в ) 3 ]. P 2
(1 - б ) .( a - б - в ).(1 + a + 2 a ) 2 (5)
Хомолозите на метана C 2 - C 10 са по-неустойчиви при еднакви температурни условия отколкото метана, което е видно от данните за константите на равновесие на реакциите на конверсия на метана, етана и пропана с водна пара, приведени в табл. 6. Термодинамичните разчети са показали, че при 300 0 С и по-висши хомолози на метана присъвстват в конвертирания газ в нищожни количества.
Табл. 6 Константи на равновесие на реакцията на кон версия на метана, етана и пропана в водна пара
Термодинамичните изчисления на паровата конверсия на алифатните въглеводороди, започваща от 300 0 С, може да бъде водена използвайки уравненията за парова конверсия на метана (2) и окиси на въглеро-да (3), а също и уравнението за парова конверсия на хомолозите на метана в метан (1). Предвид последните уравнения за стехиометричните съотношения на компонентите и техните парциални налягания при паровата конверсия на алифатните въглеводороди приемат значенията, приведени в табл.7.
Табл. 7 Уравнение за равновесния състав на конвертирания газ и парциалните налягания на неговите компоненти при конверсия на алифатните въглеводороди
Замествайки парциялните налягания със значенията им от таблицата, в уравненията за константите на равновисие ще получим
K 1 = ( б - в ).(3 б + в ) 3 . [(3 n - 1)/4. P / V ] 2
K 2 = [( n - 1)/(3 n +1) + в ] (3 б + в )
Уравнения (5) и (6) са частен случай на уравнения (7) и (8), когато n=1.
Последните уравнения позволяват да се изчисляват състава и добива на конвертиран газ не само за процеса на пълна конверсия на въглеводородите, когато преобладаващи компонент стават H 2 , CO, CO 2 , а съдържанието на CH 4 неголямо, но и за частична конверсия на въглеводородите, когато преобладаващ продукт на реакциите се явява CH 4 .
С помощта на горните уравнения и таблици с метода за последователното приближение се извършват дигитални изчисления за условията на протичане на реакциите на парова конверсия за съвременните схеми за производство на водород. Във връзка с това, че в реални условия рав-новесието на реакциите на конверсия на метана с пара не се достига, за практически изчисления на K 1 се приема температура, по-ниска от темпе-ратурата на изход от реактора. При провеждане на процеса под налягане 2 - 3MPa разликата е 20 -30 0 С.
Паровата конверсия на въглеводородите се провежда така, че на катализатора да не се отлага водород. Закоксуването с въглерод върху катализатора може да доведе до неговото разрушение и увеличаване на съпротивлението на катализаторния слой. Затова едновременно с описаните по-горе изчисления се правят и разчети на термодинамичното равновесие на реакциите с възможно образуване на въглерод в системата по една от следващите реакции:
Константите на равновесие на реакциите на разпадане на въглеводородите приведени в приложение в табл. 8. Константите на равновесие на последните две реакции K 3 и K 4 са следните:
Температура K 3 = P CO P H 2 K 4 = ( P CO ) 2
Табл. 8 Константи на равновесие на реакциите на разпадане на въглеводородие
За определяне на термодинамичните условия за отложение на въглерод по реакция CO + H 2 C + H 2 O намираме константата на равновесие по формулата:
Използвайки парциалните налягания на реакцията на конверсия от табл. 7 ще получим за K 3 следното уравнение:
K 3 = ( б - в)(3б + в)(1 + a + 2б) . V
Минималният разход на пара в процеса на парова конверсия на нефтени газове и бензини, под който е възможно закоксуване, се определя като се решат съвместно последното уравнение с уравнения (7) и (8). Тогава ще получим:
K 3 = ( б - в )(3 б + в )( 3 n + 1) . V
Тези уравнения обаче не се отнасят за конверсия на газове, съдържащи ненаситени и ароматни въглеводороди, които на вход в реакторната зона могат да се разпаднат с отделяне на въглерод.
Процесът на парова конверсия се извършва с топлообмен през стените на реактора. Количеството на подаваната топлинна енергия може да се изчисли след като са определени добива и състава на конвертирания газ. Сметките се правят възоснова на първия закон на термодинамиката по уравнението на топлинния баланс:
q = Q н ' + t ' .( c ' + ac ' ) - V .( Q н '' + c '' t '' )
, където q - топлината подадена отвън в процеса на парова конверсия (ПК) на 1 м 3 изходящ газ, kJ/m 3 ; Q н ' - топлината на изгаряне на изходния газ, kJ/m 3 ; Q н '' - топлината на изгаряне на влажния конвертиран газ, kJ/m 3 ; t' и t'' - температура на парогазовата смес на вход в реактора и температура на конвертирания газ на изход от реактора, 0 С; c' - средна топлоемкост на изходния газ и водната пара при постоянно налягане и температура на вход в реактора, kJ/(m 3 . 0 C); c'' - средна топлоемкост на влажния конвертиран газ при постоянно налягане и температура на изход от реактора, kJ/(m 3 . 0 C); V - обем на влажния конвертиран газ, получен за 1 м 3 от изходния газ, м 3 ; a - обем на водната пара, подавана за 1 м 3 от изходния газ, м 3 .
Режимът на паро-каталитичната конверсия на въглеводородите трябва да осигурява получаване на технически водород със съдържание 95 - 98% H 2 . При по-ниска концентрация се повишават разходите на инсталацията за хидрокрекинг. Производството на водород с висока концентрация изисква големи капита-ловложения и не е оправдано икономически. Технически водород с концентра-ция около 95% водород може да се получи при съдържание в сухия конвертиран газ 2 - 2,5% метан, тъй като в следващите процеси на очистване от CO 2 след конверсията на въглеродния оксид и метаниране съдържанието на метана в газа нараства до 4 - 5%. Степента на конверсия на метана в такъв случай е 0,9. Технически водород със съдържание 98% Н 2 се получава при съдържание в конверти-рания газ на 1 - 1,3% СН 4 или степен на конверсия на метана 0,95.
Водород със съответната концентрация може да бъде получен чрез изменение на налягането, температурата и отношението пара/метан. Връзката между тези параметри е илюстрирана на фигура 1 и 2.
Фиг. 1 Зависимост на конц. СН 4 в сухия газ от температурата, на негането, отношението п ара/метан в условията на достиг нато термодинамично равновесие
Фиг.2 Режими на процеса на ПК на метана, осигуряващи в условията на ТД равновесие получаване на 95% Н 2 и 96% Н 2 (съответно първата и втора графика; защрихованите об ласти са условията , п ри които се работи в съществуващи те инсталации)
Както се вижда от фигурите, режимът може да се променя в широки диапазони, но техническите възможности на оборудването, а също и режимите на другите стадии на производство и отделянето на въглерод при определени гранични условия, значително стесняват този диапазон. Резултатите от пресмятането за минимален разход на пара, под които се отделя въглерод, са показани във фи-гура 3.
Фиг. 3 Граници на отделяне на въглерод в процеса на ПК при различни налягания (с непрекъсната - ПК на бензин, прекъсната - ПК на метан)
Разхода на пара за конверсия на метана трябва да е не по-нисък от 2:1, за да се предотврати отделянето на въглерод, но такова отношение не са използва, защото в случай парата трябва да се добавя на стадия на парова конверсия на въглероднидния оксид. В реактора за ПК за излишното количество добавена пара се изразходва допълнителна топлина, но то се възстановява в котел-утилизатора. Подаване на излишък от пара подобрява топлопредаването, затова за 1м 3 метан се изразходва не по малко от 3 м 3 водна пара, а при налягане 2 МРа са не-обходими 4 - 5 м 3 .
Режима на ПК е ограничен не само от разхода на пара, но и от температу-рата, налягането. Максималната температура на процеса зависи от качеството на стоманата, диаметъра на реактора, допустимото топлинно напрежение на върху повърхността на реакционните тръби и особено от налягането на процеса. В голяма част от инсталациите температурата на процеса се поддържа в границите 830 - 880 0 С. При по-ниска температура е трудно да се получи водород с необходимите качества, а под 750 0 С процесът е неефективен. В интервала 750 - 800 0 С ПК се осъществява при ниско налягане, но провеждане на процеса при наля-гане под 1,0 МРа е нецелесъобразно.
Изборът на налягане е обусловен най-вече от възможността да се използва то
Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород дипломная работа. Производство и технологии.
Реферат: «Историческое краеведение»
Курсовая работа: Факторы, формирующие стиль руководства. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат Гимнастика В Начальной Школе
Шпаргалки: Безопасность жизнедеятельности (БЖД).
Дипломная работа по теме Разработка мероприятий по стимулированию сбыта продукции и услуг кафе "Рантье"
Пособие по теме Специальные схемы усилительных каскадов
Реферат по теме Природа человеческих способностей
Объекты Жилищных Прав Реферат
Реферат: Структура педагогических способностей преподавателя. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Контрольно-советующий аудит. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная Работа По Тексту Недоросль
Курсовая работа: Аполлоническое и дионисийское в теории культуры Ницше
Дипломная Работа На Тему Учет И Анализ Готовой Продукции (На Примере Зао "Рабочий")
Курсовая работа: Эффективность инновационной деятельности предприятия
Контрольная работа: Формы и методы привлечения денежных средств населения
Особо охраняемые природные территории РФ
Эссе На Тему Древний Египет
Терроризм Как Глобальная Проблема Современности Реферат
Сочинение 2 Класса По Картине За Обедом
Реферат по теме Контроль в коммерческом банке и его организация
Роль государства в области поддержки инновационной деятельности - Менеджмент и трудовые отношения курсовая работа
Рассмотрение хозяйственных споров в арбитражном суде - Государство и право контрольная работа
Методика аудирования на уроках английского языка - Педагогика курсовая работа