ВУЗ:
Составители:
5
ния сорбента серой. Когда концентрация на выходе превышает
допустимую , поток переключают на другой адсорбер, а отработанный по -
глотитель заменяют свежим (примерно через 2-3 месяца).
Конверсия метана . Очищенный природный газ смешивается с водя -
ным паром и поступает в реакционные трубы печи первичного реформинга
3 (трубчатой печи (Т .П.)), заполненные никелевым катализатором. Здесь
происходит превращение большей части СН
4
и сопутствующих углеводо -
родов в смесь Н
2
, СО и СО
2
. Итоговые уравнения основных реакции, про -
текающих в Т . П . можно записать в виде:
CH
4
+ H
2
O = CO + 3H
2
- Q
1
, (1)
CO + H
2
O = CO
2
+ H
2
+ Q
2
. (2)
Реакция (1) идет с поглощением теплоты , реакция (2) – с ее выделе-
нием . Суммарный тепловой эффект процесса определяется эндотермиче-
ской реакцией (1). Необходимая теплота подводится к реакционным тру-
бам от сжигаемого в межтрубном пространстве природного газа. Темпера-
тура, необходимая для полного превращения метана -1300 К , а металл, из
которого сделаны трубки, допускают нагрев не выше 1180-1200 К . Макси-
мальная температура в слое (на выходе) будет, естественно, ниже: 1080-
1100 К . Конверсия метана протекает с увеличением объема, а потому низ -
кое давление будет способствовать более полному превращению метана.
Итак, высокая температура и низкое давление термодинамически вы-
годны для конверсии метана. Но эти условия могут быть невыгодны для
технологического процесса в целом. Конечная стадия – синтез аммиака –
протекает при высоком давлении (30 МПа). Затраты энергии А на сжатие
газа от давления Р
1
до Р
2
составляют
1−
=Α
γ
γ
nRT[1-(P
2
/P
1
)
(γ-1/γ
],
где γ - показатель политропы
Затраты энергии пропорциональны объему газа – числу молей . При
полном превращении метана и СО образуется 4 моль водорода, к которым
добавляется стехиометрическое количество азота – 4/3 моль. Если конвер-
сию метана провести при термодинамически выгодных условиях, при ат-
мосферном давлении, то в дальнейшем необходимо сжать более пяти объ -
емов азотоводородной смеси. Энергетические затраты будут меньше, если
конверсию метана провести при промежуточном давлении, сжимая только
метан (водяной пар поступает под давлением ). Тогда существенно умень-
шится энергия сжатия пятикратного объема азотоводородной смеси. Де-
тальные техноэкономические расчеты показали, что на стадии конверсии
оптимальным будет давление 4 МПа.
5
н ия со рбен та серо й. К о гда ко н цен трац ия н а вых о де превыш ает
до пустимую , по то к переклю чаю тн а друго й адсо рбер, а о трабо тан н ый по -
гло титель з амен я ю тсвеж им (примерн о через 2-3 меся ца).
Ко нвер с ия метана. О чищ ен н ый приро дн ый газ смеш ивается с во дя -
н ым паро м и по ступаетв реакц ио н н ые трубы печи первичн о го реф о рмин га
3 (трубчато й печи (Т .П .)), з апо лн ен н ые н икелевым катализ ато ро м. Здесь
про исх о дитпревращ ен ие бо льш ей части СН 4 и со путствую щ их углево до -
ро до в в смесь Н 2 , СО и СО 2. И то го вые уравн ен ия о сн о вн ых реакции, про -
текаю щ их в Т .П . мо ж н о з аписать в виде:
CH4 + H2O = CO + 3H2 - Q1 , (1)
CO + H2O = CO2 + H2 + Q2 . (2)
Реакц ия (1) идетс по гло щ ен ием тепло ты, реакция (2) – с ее выделе-
н ием. Суммарн ый тепло во й эф ф ектпро цесса о пределя ется эн до термиче-
ско й реакцией (1). Н ео бх о димая тепло та по дво дится к реакцио н н ым тру-
бам о тсж игаемо го в меж трубн о м про стран стве приро дн о го газ а. Т емпера-
тура, н ео бх о димая для по лн о го превращ ен ия метан а -1300 К , а металл, из
ко то ро го сделан ы трубки, до пускаю тн агрев н е выш е 1180-1200 К . М акси-
мальн ая температура в сло е (н а вых о де) будет, естествен н о , н иж е: 1080-
1100 К . К о н версия метан апро текаетс увеличен ием о бъема, апо то му н из -
ко е давлен ие будетспо со бство вать бо лее по лн о му превращ ен ию метан а.
И так, высо кая температура и н из ко е давлен ие термо дин амически вы-
го дн ы для ко н версии метан а. Н о эти усло вия мо гутбыть н евыго дн ы для
тех н о ло гическо го про цесса в цело м. К о н ечн ая стадия – син тез аммиака –
про текаетпри высо ко м давлен ии (30 М П а). Затраты эн ергии А н а сж атие
газ ао тдавлен ия Р1 до Р2 со ставля ю т
γ
Α= nRT[1-(P2/P1)(γ-1/γ ],
γ −1
где γ - по каз атель по литро пы
Затраты эн ергии про по рцио н альн ы о бъему газ а – числу мо лей. П ри
по лн о м превращ ен ии метан аи СО о браз уется 4 мо ль во до ро да, к ко то рым
до бавля ется стех ио метрическо е ко личество аз о та– 4/3 мо ль. Е сли ко н вер-
сию метан а про вести при термо дин амически выго дн ых усло вия х , при ат-
мо сф ерн о м давлен ии, то в дальн ейш ем н ео бх о димо сж ать бо лее пя ти о бъ-
емо в аз о то во до ро дн о й смеси. Эн ергетические з атраты будутмен ьш е, если
ко н версию метан апро вести при про меж уто чн о м давлен ии, сж имая то лько
метан (во дя н о й пар по ступаетпо д давлен ием). Т о гда сущ ествен н о умен ь-
ш ится эн ергия сж атия пя тикратн о го о бъема аз о то во до ро дн о й смеси. Д е-
тальн ые тех н о эко н о мические расчеты по каз али, что н а стадии ко н версии
о птимальн ым будетдавлен ие 4 М П а.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- …
- следующая ›
- последняя »
