Расчёт материального баланса установки конверсии метана
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также
промокод
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Введение
Азотно-водородная смесь служит сырьем в исключительно значимых для народного хозяйства, медицины и оборонной промышленности производствах. В настоящее время основным промежуточным продуктом для получения различных азотсодержащих соединений является аммиак, а синтез его из водорода и азота – единственный крупномасштабный метод производства. Аммиак используется при получении соды по аммиачному способу, в органическом синтезе для введения в субстрат аминогруппы, в производстве важных полимеров – полиамидов, полиуретанов, полиакрилонитрила. Аммиак необходим для приготовления водных растворов (нашатырный спирт), находящих различное применение в химической промышленности и в медицине; он используется как хладагент в холодильных машинах. Жидкий аммиак, его водные растворы, а также растворы карбамида, аммиачной селитры и других солей в аммиаке, называемые аммиакатами, используется в качестве жидких удобрений. Мировое производство аммиака оценивается в 150 – 160 млн. т /год. Исключительно из синтетического аммиака, получаемого на основе конверсии природного газа, в промышленных масштабах производится азотная кислота. Она является одной из важнейших минеральных кислот и по объему производства занимает второе место после серной кислоты. В России ежегодно производится около 15 млн. т (9 – 10%) азотной кислоты и азотных удобрений или водорода, необходимого в производстве синтетических углеводородов. Растворимые в воде соли азотной кислоты (нитраты) используются в производстве взрывчатых веществ в оборонной промышленности. Азотная кислота и ее соли применяются в сельском хозяйстве – 40% производимой азотной кислоты расходуется на получение азотных минеральных удобрений, в медицине – для производства синтетических лекарственных веществ, в народном хозяйстве – для производства пластмасс, нитролаков, синтетических красителей и т.д. Таким образом, широчайший спектр применения и востребованность продуктов, получаемых с использованием азотно-водородной смеси в технологическом цикле, обусловливает актуальность технологических разработок в процессе конверсии метана (природного газа), поскольку на долю водорода приходится около 80% себестоимости получаемого аммиака. Целью данной работы является рассмотрение технологической схемы и расчет материального баланса процесса конверсии метана. В работе решаются следующие задачи: - обзор литературы по теме исследования, - анализ физико-химических основ процесса конверсии метана, - описание технологии промышленного производства водорода конверсией метана, - расчет материального баланса процесса, - формулирование выводов о результатах курсовой работы.
Назначение и физико-химические основы конверсии метана
Конверсия метана представляет собой типичный окислительный процесс. В качестве окислителей могут выступать: водяной пар, кислород, диоксид углерода или смесь окислителей. При этом происходят следующие реакции [1]: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 – 206,19 кДж; C...
Открыть главуКонструктивное оформление процесса конверсии метана
Технологическая схема конверсии метана представлена на рис. 1.2 [3]. Метан поступает на центробежный компрессор 1, в котором сжимается до давления 3,9–4 МПа. Затем нагревается в огневом подогревателе 2 до температуры около 640 К дымовыми газами, обра...
Анализ технологии конверсии и получаемых продуктов
Рассмотренная технология конверсии метана обладает рядом неоспоримых преимуществ. 1) В качестве окислителей используются недорогие агенты – водяной пар и воздух. 2) Приведенная технологическая схема позволяет осуществить глубокую рекуперацию теплоты ...
Открыть главуРасчет материального баланса блока конверсии метана
На рис. 2.2 приведена блок-схема двухступенчатой конверсии метана с пронумерованными потоками реагентов и продуктов. Рисунок 2.2 – Блок-схема двухступенчатой конверсии метана Приведенное ниже соотношение количеств участников реакции выходе из шахтног...
Открыть главуЗаключение
В данной работе проведен анализ литературных данных по теме конверсии метана. Процесс конверсии метана для создания азотно-водородной смеси – очень востребованная технология, незаменимая для промышленного получения аммиака и продуктов его последующей переработки, чем обусловлена актуальность разработок в этом направлении. Конверсия метана по выбранной в настоящей работе современной технологической схеме представляет собой последовательно проводимые паровую и паровоздушную конверсию метана (первый блок установки) и дальнейшую конверсию образовавшегося монооксида углерода (второй блок установки). В теоретической части рассмотрены существенные факторы, влияющие на глубину протекания и селективность рассматриваемых процессов. Применение избытка водяного пара при конверсии метана увеличивает выход водорода и предотвращает закоксовывание используемого никелевого катализатора. Паровоздушная конверсия позволяет, во-первых, создать стехиометрическую смесь азота и водорода заданного состава непосредственно на стадии конверсии, поэтому отпадает необходимость в выделении азота из воздуха путем его сжижения и низкотемпературной ректификации. Во-вторых, сжигание части метана с участием кислорода вводимого воздуха повышает температуру конверсии и тем самым увеличивает выход водорода, т.к. реакция паровой конверсии – эндотермическая. Проведение процесса под давлением позволяет утилизировать тепло химических превращений, делая технологическую схему энергетически выгодной. При дальнейшей конверсии СО, накопившегося в конвертированном газе, основное достоинство указанного в работе процесса – проведение каждой стадии самостоятельно в отдельном конверторе с применением двух разных каталитических систем. Поскольку конверсия СО – экзотермическая и обратимая реакция, то повышение температуры в процессе нежелательно. Однако область применения традиционного (и достаточно эффективного) железохромового катализатора конверсии требует поддержания температуры в пределах 380 – 450 0С, что имеет результатом недостаточно полную конверсию СО. По этой причине в работе предложено вторую ступень конверсии провести на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе при температуре около 200 0С, что позволит практически полностью конвертировать оксид углерода (II). Полному протеканию реакции способствует и избыток водяного пара, смещающий равновесие в сторону продуктов конверсии. Повышение давления также интенсифицирует диффузионные процессы между парогазовой смесью и катализаторной поверхностью. В теоретической части размещена технологическая схема и ее описание, приведены ее достоинства и недостатки, проведен анализ масштабов производства и потребления получаемых продуктов на мировом и российском рынках. В расчетной части рассчитаны материальные балансы стадий конверсии метана и дальнейшего превращения оксида углерода (II) в составе конвертированного газа. Результаты расчетов сведены в таблицы. Отношение рассчитанных количеств образующегося водорода и введенного в составе воздуха азота составило 3,1, что удовлетворяет цели балансовых расчетов.
Список литературы
1. Кутепов, А.М. Общая химическая технология [Текст] : учебник для технических ВУЗов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. – М : Высшая школа, 1990. – 512 с. 2. Соколов, Р.С. Химическая технология [Текст] : учебное пособие. Т.1. / Р.С. Соколов. – М : ВЛАДОС, 2000. – 368с. 3. Воробьев, Н. И. Технология связанного азота и азотных удобрений : учебное пособие / Н. И. Воробьев. – Текст электронный – Минск : БГТУ, 2011. – 216 с. – URL: https://core.ac.uk/download/pdf/144009251.pdf (дата обращения 03.11.2020). 4. Тетеревков, А.И. Оборудование заводов неорганических веществ и основы проектирования [Текст] : учебное пособие / А.И. Тетеревков, В.В.Печковский – Минск : Вышейш. шк., 1981. – 335 с. 5. Лейбуш, А.Г. Производство технологического газа для синтеза аммиака и метанола из углеводородных газов [Текст] : учебник / А.Г. Лейбуш, В.П. Семенов, Я.С. Казарновский, Н.В.Кархов; под редакцией А.Г Лейбуш. – М : Химия, 1971. – 288 с. 6. Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза [Текст] : учебник для вузов / Н.Н. Лебедев. – М : Химия, 1988. – 592 с. 7. Ахметов, С.А. Технология переработки нефти, газа и твёрдых горючих ископаемых [Текст] : учебное пособие / С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.А. Кауфман. – СПб : Недра, 2009.– 832 с. 8. Основы химической технологии [Текст]: учебник для вузов / И. П. Мухленов, А. Я. Авербух, Е. С. Тумаркина и др.; под редакцией И. П. Мухленова. – М : Высшая школа, 1984. – 256 с. 9. Аммиак: обзор мирового рынка 2020 г. и прогноз до 2029 г. – Текст электронный. – URL: https://marketpublishers.ru/report/industry/chemicals_petrochemicals/ammonia_world_market_outlook_n_forecast.html (дата обращения 03.11 2020).
