ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Содержание

Вступ.

Першим способом отримання синтез-газу була газифікація кам'яного вугілля, яка була здійснена ще в 30-і роки XIX століття в Англії з метою отримання горючих газів: водню, метану, монооксиду вуглецю. Цей процес широко використовувався в багатьох країнах до середини 50-х років XX століття, а потім був витіснений методами, заснованими на використанні природного газу та нафти. Однак у зв'язку зі скороченням нафтових ресурсів значення процесу газифікації знову почала зростати.

Виробництво синтез-газу є важливим елементом сучасної технології хімічного синтезу. Збільшення конкурентоспроможності продукції може бути досягнуто як за рахунок зростання загального рівня ресурсоенергозбереженні, так і за рахунок ефективного впровадження нових розробок в напрямку отримання синтез-газу. В даній роботі запропонована схема отримання синтез-газу з природного газу шляхом комбінування парової та кисневої конверсій.

1. Огляд відомих технологій синтезу.

    У промисловому масштабі для виробництва синтез-газу використовують три основні методи:

  1. Конверсія природного газу водяною парою і киснем.
    (Реакція взаємодії метану з водяною парою проводиться в присутності нікелевих каталізаторів (Ni-Al2O3) при підвищених температурах (800-900 °С) та тиску. В якості сировини замість метану можно використовувати будь яку вуглеводневу сировину.)
  2. Окислення важкого мазуту.
  3. Газифікація кам'яного вугілля.

При різних методах отримання синтез-газу утворюється газ з різним співвідношенням СО/H2. Конверсія природного газу водяною парою -1:3, киснем - 1:2, решта 1:1. Співвідношення СО/H2 має велике значення для подальшої переробки синтез-газу. Наприклад, для синтезу метанолу потрібно синтез-газ з співвідношенням СО/H2 = 1:2.

2. Опис запропонованої технологічної схеми отримання синтез-газу.

У відділення для отримання синтез-газу надходить природний газ, у кількості 2711 м3/ч і з температурою 20 °С. Проходячи крізь теплообмінник ТО11, газ нагрівається до температури 90 °С. Після чого, природний газ потрапляє в газо-газовий теплообмінний апарат. У ньому відбувається киснева конверсія природного газу в обсязі 1289 м3/год з іншого потоку. Перебуваючи в трубному просторі, який омивається продуктами конверсії, природний газ нагрівається до температури 300 °С і потім надходить до десульфуратору для очищення від сірки. Проходячи крізь перший теплообмінник ТО11, природний газ віддає частину тепла знову надійшов газу і його температура падає з 300 °С до 250 °С.

В один з теплообмінних апаратів, розташований в камері неповного спалювання, подається пар для підігріву, після чого цей пар розділяється на два потоки, у співвідношенні 9:1. Перша частина потоку пари (90%) надходить безпосередньо в ежектор №1, в якості ежектуючого середовища. Друга частина пара (10%) змішується в змішувачі з природним газом, і отримана суміш прямує в той же ежектор №1, в якості ежектуємої середи, в якому відбувається повне змішування природного газу із залишковою частиною пара. Дана суміш з температурою 229 °С і тиском 9,5 атм. потрапляє в теплообмінник ТО10, де підігрівається до температури 697 °С і поступає в теплообмінний апарат для додаткового нагріву. Після чого суміш з високою температурою і тиском в 9 атм. слід в перший реактор НІАП-03-01, де протікає реакція парової конверсії природного газу за рівнянням:


  • СН4 + Н2О= СО + 3Н2;

    • Суміш, що зреагувала, з тиском 8,05 атм. спрямовується в другій реактор НІАП-03-01, в який додатково подається окислювач (О2) для парокисневої конверсії продуктів реакції, тому що парова конверсія природного газу протікає з поглинанням тепла, а киснева - з його виділенням.

    Реакція протікає за рівнянням:


  • СН4 + xО2+yH2O = aСО +bН2+cCO2+dH2O;

    • Комбінування двох способів конверсії, парової та кисневої, дозволяє ефективніше і більш повно проводити розкладання природного газу на його складові, тому можна говорити про скорочення витрат на виробництво синтез-газу.

    На виході з другого реактора ми отримуємо суміш, що складається з газів СО та Н2, по суті синтез-газу, а так само побічних продуктів СО2 та Н2О, які необхідно видалити перед подальшою переробкою синтез-газу. Весь обсяг газу 10750 м3/год, з температурою 750 °С та тиском 7,2 атм. спрямовується в теплообмінник Т010 для нагріву наступної порції суміші природного газу та пари.

    Продукти згоряння, отримані при кисневої конверсії природного газу в камері неповного спалювання, надходять до десульфуртору. Пройшовши очищення від сірки продукти кисневої конверсії, маючи температуру 350 °С і з витратою в 4250 м3/год, змішуються з отриманим раніше синтез-газом в ежекторі №2. Остаточна суміш проходить крізь теплообмінник ТО9, який охолоджується технічною водою, для зниження температури синтез-газу до рівня 30 °С. Проходячи ланцюг теплообмінників, ми відбираємо фізичне тепло від синтез-газу та передаємо його для нової суміші природного газу та пари, тим самим підвищуючи ступінь використання теплоти.

    Після проходження газом ланцюга теплообмінників, ми маємо синтез-газ з тиском 3,9 атм. та в обсязі 15000 м3/ч. Отриманий синтез-газ необхідно направити на ділянку очищення від СО2 та Н2О, після чого він надійде на ділянку отримання метанолу.

    Нижче, на рис. 1, наведена схема отримання синтез-газу з природного газу шляхом парової та кисневої конверсії.



    Рисунок 1 – Технологічна схема отримання синтез-газу.


    Висновки.

    Таким чином, в даній роботі запропонована ресурсоенергозберігаюча схема виробництва синтез-газу та представлена конкретна технологічна схема, яка дозволяє отримувати 15000 м3/год синтез-газу при переробці 4000 м3/год природного газу.

    Список джерел

    1. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов / Бекиров Т.М. // Химия – 1987. - 256 с.
    2. Богомолов А.И., Гайле А.А., Громов В.В. Химия нефти и газа / Богомолов А.И., Гайле А.А., Громов В.В. // Химия – 1995. - 448 с.
    3. Катализ в Cl-химии / Под ред. Л. Кайма. Л.: Химия, 1987. - 296 с.
    4. Патент 2052492 РФ. Способ получения синтез-газа и газификатор вертикального типа / С. Р. Исламов, С. Г. Степанов, А. Б. Морозов, О. С. Пивоваров, В. А. Збруев. - Опубл. 20. 01.1996 г. в БИ № 2. - 4 с.
    5. Шелдон Р. А. Химические продукты на основе синтез-газа: Пер. с англ. М.: Химия. - 1987.
    6. Синтез-газ
    7. В.И. Мурин, Н.Н. Кисленко, Ю.В. Сурков и др. Технология переработки природного газа и конденсата. Справочник / В.И. Мурин // Недра - 2002. - 517 с.
    8. Караханов Э. А. Синтез-газ как альтернатива нефти. / Караханов Э. А. // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 6. С.69.
    9. Катализ в С1 – химии. / Под ред. Л. Кайма. Л.: Химия, 1987. 296 с.
    10. Арутюнов, В. С. Окислительная конверсия природного газа /РАН; Отв. Ред. А. Л. Лапидус. - М.: КРАСАНД, - 2011