Получение синтез-газа методом конверсии метана водяным паром

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Открытый

Университет им. Черномырдина В.С.

Курсовой проект

по дисциплине : Общие химические технологии

«получение синтез-газа методом конверсии метана водяным паром.»

Студент Черных А.Е.

Факультет Химико-технологический

Специальность 240401 курс 4

Москва 2013

Оглавление

1. Опишите способы применения синтез-газа в химической технологии

2. Проведите сравнительный анализ методов получения синтез-газа из различного сырья

3. Опишите физико-химические свойства системы, положенной в основу получения смеси водорода и окиси углерода из природного газа. На основе анализа этих свойств проведите обоснование оптимального варианта технологического режима, необходимость применения катализатора и работы в 2 ступени

4. Приведите чертеж и обоснование технологической схемы двухступенчатой конверсии метана водяным паром

5. Рассчитайте и составьте материальный баланс процесса двухступенчатой конверсии метана водяным паром с получением смеси СО и Н2

Список использованной литературы

1. Опишите способы применения синтез-газа в химической технологии

Синтез-газ - это промежуточный продукт , получаемый в результате переработки углеводородного сырья. Технологии его получения известны достаточно давно, но они не получали применения, вследствие дешевизны и доступности нефти. Ограниченность нефтяных запасов заставила специалистов вспомнить о технологиях, позволяющих заменить традиционно используемый тип сырья на альтернативные. В качестве вариантов альтернативного сырья были названы газ и уголь. Это связано с тем что, так называемые «подтвержденные месторождения» этих ископаемых углеводородов в настоящий момент достаточно велики и намного превышают нефтяные. Единственная проблема, которую необходимо решить, это найти эффективный способ переработки угля и природного газа в обычные нефтепродукты - бензин и дизельное топливо. Именно это обстоятельство стимулирует исследования по совершенствованию существующих способов производства синтез-газа. Получение синтез-газа является первой стадией превращения природного газа и угля не только в жидкие топлива, но и химические продукты. Помимо упомянутых бензина и дизельного топлива , из синтез-газа производят : ароматические соединения, метанол, уксусную кислоту , аммиак , олефеины и другие соединения , которые используются в качеств сырья в химической промышленности.

Синтез-газ представляет собой смесь окиси углерода и водорода. Существует много способов для его производства, например с помощью паровой конверсии или окислением метана. Эти способы обладают высокой себестоимостью. Применение катализаторов означает осуществление на поверхности катализатора ряда химических превращений, этот метод зарекомендовал себя как более эффективный и дешевый. Эта технология стала основой для создания бортового генератора синтез-газа для автомобилей.

Преимущества бортового генератора.

Устройство, о котором пойдет речь, создавалось для того , чтобы использовать получаемый прямо на автомобиле синтез-газ в качестве водородосодержащей добавки к обычному топливу для улучшения показателей работы двигателя внутреннего сгорания. 6-10 -процентная добавка позволяет, по словам разработчиков, обеспечить устойчивую работу двигателя автомобиля на обедненных топливных смесях. Это объясняется инициирующим воздействием водорода, который образует центры сгорания. О перспективах создания подобных устройств в свое говорил академик Я. Б. Зельдович в своей теории сгорания. Сейчас уже известно, что водородная добавка увеличивает эффективность работы двигателя и его экологические характеристики, а именно : - расход топлива при движении автомобиля в условиях городского цикла сокращается на 20-25 процентов

-содержание окиси углерода и еще более опасных для окружающей средыокисей азота уменьшается до норм Евро-4

- уменьшение расхода топлива на холостом ходу достигает 40 процентов. Устройство представляет собой компактный комплект , состоящий из катализаторного блока и блока управления бортовым генератором. Катализаторный блок производит конверсию в синтез-газ углеводородного топлива, в качестве которого применяются природный газ, сжиженный газ, бензин или попутный нефтяной газ. Блок управления осуществляет дозирование поступающей смеси, производит начальный запуск генератора и контролирует систему охлаждения. Разработчикам удалось создать генератор с оптимальными для применения в автомобиле массогабаритными и динамическими характеристиками. Реактор имеет массу 8 кг и объем 2,5 л, запуск осуществляется за 35 секунд, что соизмеримо со временем прогрева нейтрализатора. В настоящее время приоритет , по свидетельству конструкторов, отдается оборудованию для применения на городских автобусах.

Представители разработчиков обещают, что в случае серийного производства, генератор синтез-газа, установленный на автобусе, будет иметь такую же стоимость, что и для легкового автомобиля, что составляет около 50 тыс.рублей. Применение на легковых автомобилях генератора синтез-газа несколько ограничено необходимостью решения задачи для оптимальной компоновки оборудования в отсеке двигателя автомобиля. Кроме того, существует общая проблема с внедрением подобных устройств, поскольку это новая, непривычная для потребителя продукция.

Эффективность применения подобных устройств не вызывает сомнений. Входе проведенных исследований совместно исследователями российских и украинских исследовательских институтов были созданы различные варианты опытных образцов автомобилей, работающих на водородном топливе. Из-за ограниченного запаса водорода на борту автомобиля испытывались варианты с комбинированным питанием водородом и бензином, а также исследовалась возможность работы автомобиля на чистом водороде.

Результаты испытаний подтвердили экологические преимущества водорода. Даже при смешанном питании двигателя водородом 5% и бензином выбросы оксида углерода снижаются в10 раз, выбросы несгоревших углеводородов - в 2-3 раза, окислов азота - в 2 раза. Топливная экономичность при работе автомобиля на бензоводородном топливе по сравнению с работой на бензине выше в среднем на 17%.

Работающий на водороде двигатель с искровым зажиганием имеет возможность качественного регулирования топливовоздушной смеси в очень широких пределах (вплоть до значений коэффициента избытка воздуха 3 и более), что с одной стороны, оказывает перспективы существенного улучшения экономичности двигателя, а с другой - позволяет резко снизить выбросы оксидов азота с отработавшими газами. Входе испытаний было подтверждено, что применение водородобензиновой смеси не вызывает сколько-нибудь серьёзных проблем устойчивой работы двигателя из-за увеличения циклов нестабильности рабочего процесса, в то время как улучаются эксплуатационные характеристики двигателя в условиях городской эксплуатации. Общие выбросы оксидов азота при работе транспортного средства на водородном топливе по городскому ездовому циклу в 4-5 раз меньше, чем у двигателя, работающего на углеводородном топливе. Отработавшие газы тпрактически не содержат оксид углерода и углеводороды.

Внедрение генераторов синтез-газа на автомобильном транспорте, согласно выводам специалистов, имеет обширные возможности , как для повышения экономичности использования транспортных средств , так и для улучшения экологической обстановки в крупных городах.

Создание компактных генераторов синтез-газа стало возможным, благодаря разработкам новых типов катализаторов, использующихся для конверсии углеводородов. Они могут использоваться как для переработки природного и попутного нефтяного газов, но более интересным является применение катализаторов конверсии метанола, поскольку метиловый спирт является возобновляемым сырьем. Он может быть произведен, например, из древесины.

2. Проведите сравнительный анализ методов получения синтез-газа из различного сырья

Нужно отметить, что только небольшая часть природного газа (около 5%) используется для квалифицированной переработки в химические продукты. Основная часть природного газа потребляется в качестве энергоносителя. В химической промышленности основное количество метана используется для получения синтез - газа.

СН4 + Н2О > СО + 3Н2

СН4 + СО2 > 2СО + 2Н2

СН4 + 1/2О2 > СО + 2Н2

Последний в свою очередь используется для получения таких крупнотоннажных продуктов основного органического синтеза как метанол, уксусная кислота, продукты оксосинтеза.

Метан также используется для получения ацетилена, хлорметанов (СН3Сl, CH2Cl2, CHCl3), сажи.

Новое потенциальное промышленное использование метана - окислительная димеризация с образованием этана и этилена. Занимаются также разработкой таких процессов как получение метанола и формальдегида непосредственно из метана (не через синтез - газ).

Другой альтернативный источник углерода - каменный уголь. По самым скромным прогнозам его хватит на 1300 лет, тогда как запасы нефти и газа могут исчерпаться уже через 50-70 лет (может быть этот период окажется чуть больше с учетом вновь открываемых месторождений)3. В случае использования угля в качестве основного сырья для получения химических продуктов встает проблема получения водорода.

Еще один перспективный источник углерода - биомасса, объемы которой год от года растут.

Изменение сырьевой базы химической промышленности вызвано не только потребностью в использовании более дешевого и доступного необходимостью снижения энергозатрат за счет уменьшения числа стадий синтеза, повышения селективности процессов (экономия на стадиях разделения и на стоимости сырья, уменьшение расходов на утилизацию побочных продуктов), смягчения условий осуществления реакций (экономия энергии на теплообмен и компрессию).

На сегодняшний день при создании новых технологий получения продуктов основного органического синтеза все большее внимание уделяется экологической безопасности процессов. Создание малоотходных технологий, комплексная переработка отходов, защита окружающей среды - вот основные требования, предъявляемые к новым технологиям. Качество технологии любого химического процесса с точки зрения расхода сырья и воздействия на природу характеризуется количеством отходов в килограммах на 1 кг целевого продукта - экологическим фактором Шелдона5. Этот фактор учитывает не только степень селективности процессов, обусловленную протеканием побочных реакций, но и природу самих реакций.

В настоящее время существуют три основных промышленных метода получения синтез-газа[9].

1. Газификация угля. Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром:

C + H2O - H2 + CO

Эта реакция является эндотермической, равновесие сдвигается вправо при температурах 900-1000 оС. Разработаны технологические процессы, использующие парокислородное дутье, при котором наряду с упомянутой реакцией протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс:

C + 1/2O2-CO

2. Конверсия метана. Реакция взаимодействия метана с водяным паром проводится в присутствии никелевых катализаторов (Ni-Al2O3) при повышенных температурах (800-900 оС) и давлении:

CH4 + H2O > CO + 3H2

3. Парциальное окисление углеводородов. Процесс заключается в неполном термическом окислении углеводородов при температурах выше 1300 оС:

CnH2n + 2 + 1/2nO2 > nCO + (n + 1)H2

Способ применим к любому углеводородному сырью, но наиболее часто в промышленности используют высококипящую фракцию нефти ? мазут.

3. Опишите физико-химические свойства системы, положенной в основу получения смеси водорода и окиси углерода из природного газа. На основе анализа этих свойств проведите обоснование оптимального варианта технологического режима, необходимость применения катализатора и работы в 2 ступени

В связи с тем, что реакция конверсии метана с водяным паром сильно эндотермична, для ее осуществления требуется подвод тепла. В промышленности этот процесс проводится в трубчатых печах. В трубы пожаропрочной стали загружается никелевый катализатор, снаружи трубы обогреваются топочными газами. Такой метод конверсии нашел применение в тех случаях, когда требуется получить технический водород с минимальным содержанием азота. Процесс ведется при температуре 800 ? 82,50°С на выходе из слоя катализатора. К 1 м3 природного газа добавляют обычно 2?2,2,5 м3водяного пара. Остаточное содержание, метана в конвертированном газе составляет 1 ? 2%.

Преимущество этого метода заключается в том, что для обогрева труб могут быть использованы любые горючие газы, в том числе отходы производства. Недостатком этого метода являются большие капитальные затраты на сооружение установок и необходимость использования высококачественных легированных сталей.

В тех случаях, когда имеются дешевые источники тепла для обогрева реактора, получают методом двухступенчатой конверсии природного газа.

Равновесная концентрация конвертированного газа прямо пропорциональна температуре, давлению процесса и соотношению пар : углеводород в исходной конвертируемой смеси. Процесс можно проводить в одну стадию. Однако в ряде случаев его целесообразнее вести в две стадии (две ступени).

Для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо, т. е. в сторону получения водорода, применяется избыток водяного пара по сравнению со стехиометрическим соотношением. Кроме того, избыток пара

предотвращает выделение элементарного углерода (сажи) и уменьшает процентное содержание метана в конвертированном газе.

Полную конверсию метана можно осуществить в одну стадию с образованием водорода и двуокиси углерода. При низкотемпературной конверсии в продуктах реакции остается значительное количество метана. При повышенных температурах газ содержит в большом количестве окись углерода. И в том и в другом случае для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо требуется значительный избыток пара. Расход пара уменьшается при проведении конверсии метана в две стадии.

4. Приведите чертеж и обоснование технологической схемы двухступенчатой конверсии метана водяным паром

Паровая двухступенчатая конверсия метана является наиболее распространенным способом получения водорода по реакции:

CH4 +H2O=CO+3H2 - 206 кДж/моль.

Способ паровой конверсии в трубчатых печах применяется для получения синтез-газа, используемого для производства водорода, аммиака и метанола. Для синтеза метанола паровая конверсия обладает существенным недостатком - получают газ с избыточным содержанием водорода, а переработка таких газов приводит к увеличению затрат на сжатие. Кроме того, избыточный водород - балласт в процессе синтеза, и его приходится отводить с продувочными газами. Но, несмотря на это, процесс паровой конверсии все еще считается наиболее экономически эффективным вариантом для крупнотоннажных (750 тыс. т/год) установок производства метанола, имеющих одну технологическую линию и рассчитанных на использование в качестве сырья газа по низкой или умеренной цене.

В России наиболее широко распространен процесс паровой конверсии метана. Процесс идет в несколько стадий: подготовка сырья, конверсии, утилизации тепла, очистки газов от CO2. Сырье очищают по необходимости.

Исходный метан сжимают турбокомпрессором 1 до 2 - 3 МПа (см. рис. 15) и смешивают с необходимым количеством водяного пара и CO2. Смесь подогревают в теплообменнике 2 до 400 оС частично охлажденным конвертированным газом и подают в смеситель конвертора 6, куда поступает предварительно приготовленная смесь O2 с равным объемом водяного пара. Конвертор охлаждается кипящим в рубашке конденсатом; при этом генерируется пар с давлением 2 - 3 МПа, который отделяют в паросборнике 5. Тепло горячего конвертированного газа, выходящего из конвертора при 800 - 900 oC, используют в котле-утилизаторе для получения пара высокого давления, направляемого затем в линию пара соответствующего давления или используемого для привода турбокомпрессора. Тепло частично охлажденного газа утилизируют для предварительного подогревания смеси в теплообменнике 2 и в теплообменнике 3 для нагревания водного конденсата, питающего котел-утилизатор. Окончательное охлаждение осуществляют в скруббере 7 водой, циркулирующей через холодильник 8. При этом на выходе газ содержит смесь газов следующего состава:

CO - 15 - 45% (об.) газ водород углерод катализатор

H2 - 40-75% (об.)

CO2 - 8-15% (об.)

CH4 - 0,5% (об.)

N2 и Ar - 0,5-1% (об.)

Очищают от CO2 через абсорбцию под давлением, хемосорбцию водным раствором моноэтаноламина или карбоната калия.

Наверх газ поступает в абсорбер 9, где поглощается CO2, а очищенный газ направляется к потребителю. Насыщенный абсорбент подогревается в теплообменнике 10 горячим регенерированным раствором и направляется в десорбер 11, с низа которого абсорбент направляется через т/о 10 вновь на поглощение CO2 в абсорбер 9. CO2 с верха 11 компримируют до соответствующего давления и возвращают на конверсию, смешивая перед т/о 2 с природным газом и водяным паром.

Конверсию метана осуществляют и неполным окислением по реакции:

CH4 + 0,5 O2 = CO + 2 H2 + 36 кДж/моль. (2)

Для осуществления процесса по реакции (2), что существенно увеличивает выход водорода, была разработана конструкция смесителя.

Смеситель состоит из канала осевого ввода кислорода, поступающего с температурой 453 К. Поверх его расположен канал подачи природного газа, поступающего с температурой 623 К, с завихрителями потока в нижней части канала.

Нижняя часть смесителя имеет расширение, в объеме которого протекает реакция неполного окисления метана. Снаружи эту камеру обтекает поток парогазовой смеси, с температурой 773 К, поступающей с линии подачи парогазовой смеси в трубчатый реактор первичной конверсии метана. Конвертированный газ, поступающий с трубчатой печи первичной конверсии при температуре 1063 К, подается в верхнюю часть реактора, обтекает смеситель и поступает на слой катализатора.

Поверхность, разделяющая реакционную зону неполной конверсии, не только охлаждается потоком парогазовой смеси. При поступлении тепловой энергии протекает реакция. Поверхность можно рассматривать как перегородку, на которой одновременно протекают экзо- и эндотермическая реакции.

При моделировании процесса необходимо знать характер движения потоков и границы термодинамических режимов протекания процесса, в основе физико-химического механизма которого лежит перенос массы, количества движения (импульса) и энергии.

Математическое моделирование в конечном итоге позволяет количественно рассчитать оптимальные параметры процессов и аппаратов и определить пути и методы совершенствования технологии производства. Одним из направлений при моделировании является унификация математических моделей, при которой сам процесс моделирования существенно облегчается за счет накопления подобных моделей, их идентификации и использования.

В последних работах, рассматривающих процессы тепло_ и массопереноса через перегородку при одновременном осуществлении экзо_ и эндотермические процессов осуществлено математическое моделирование процесса синтеза CH3OH . Поскольку теория позволяет описать подобные процессы, методами математического моделирования были рассмотрены процессы, протекающие в нижней расширяющейся части смесителя метана и кислорода.

Проведенные расчеты показывают, что в этом случае суммарный выход водорода и оксида углерода по реакции увеличивается на 4%.

Другим направлением интенсификации процесса конверсии метана может служить изменение конструкции смесителя , в случае разработки каналов подачи потоков реагирующих газов эндотермической реакции и экзотермической реакции при противотоке.

Для рассматриваемой схемы противотока проведенные расчеты показывают, что процесс теплопередачи увеличивается и суммарный выход водорода и оксида углерода по реакции увеличивается на 7%.

Моделирование процесса паро-кислородной конверсии метана при неполном окислении в специальном смесителе техническим кислородом, содержащим 95% O2 и 5% N2 (объемных) проводили в предположении, что соотношение между CO и CO2 при определении состава конвертированного газа, полученного в смесителе, до смешения с конвертируемым газом, поступающем из трубчатой печи первичной конверсии, соответствует равновесию реакции конверсии CO с водяным паром. Общее соотношение газ: пар в смесителе составлял 1:1,1. Расчет выполняли на 1000 м3 CH4. Объем водяного пара составлял 1100 м3. Подача кислорода по стехиометрии составляла 500 м3.

Состав газа на выходе из смесителя при температуре 1273 К получается следующим: CO2 - 290 м3, CO - 635 м3 , H2_2180 м3. CH4 - 47 м3. N2_ 40 м3. В реальном технологическом процессе в течение эксплуатации активность катализатора снижается и для обеспечения на выходе из реактора вторичной конверсии метана остаточного содержания метана необходимо будет немного увеличивать температуру технологического газа перед слоем катализатора, что достигается введением дополнительного количества технического кислорода. Тепловая энергия в этом случае получается по реакции:

CH4+2O2 = CO2 +2H2O+892 кДж/моль.

Таким образом, учитывая, что при первичной паровой конверсии метана в трубчатом реакторе на конверсию 1000 м3 метана расходуется около 400 м3 природного газа, моделирование рассматриваемого процесса с учетом подачи 1000 м 3 на первичную конверсию показывает,

5. Рассчитайте и составьте материальный баланс процесса двухступенчатой конверсии метана водяным паром с получением смеси СО и Н2

Рассчитать процесс конверсии метана водяным паром по следующим данным:

Производительность по метану:

1т/час (1000кг/час)

Состав сухого газа:

метан - 94%об этан- 2,5%об азот - 3.8% СО2- 0.2%об.

Степень конверсии: 90%

Температура: на первой ступени-750 С

на второй ступени- 1160°С

1. Пересчитаем состав сухого газа из объемных % в массовые %.

М(СН4)= 16 кг/кмоль, М(С2Н6)= 30 кг/кмоль, М(СО2)= 44 кг/кмоль, М(N2)= 28 кг/кмоль

Х(СН4)= 94*16/(94*16+2,5*30+0,2*44+3,3*28)*100= 142,56/1721*100= 84,6%

Х(С2Н6)= 2,5*30/(94*16+2,5*30+0,2*44+3,3*28)*100= 8,71%

Х(СО2)= 0,2*44/(94*16+2,5*30+0,2*44+3,3*28)*100= 2,51%

Х(N2)= 3,3*28/(94*16+2,5*30+0,2*44+3,3*28)*100= 6,18%

2. Рассчитаем массы всех веществ, поступающих в конвертор в месте с 1 тонной метана. Составим пропорцию:

1000кг(СН4) - 84,6%

m(x) - %(x), m(x)-масса вещества, %(x)- массовая доля вещества.

m (С2Н6)= 1000*8,71/84,6= 102,95 кг

m(СО2)= 1000*2,51/84,6= 29,7 кг

m(N2)=1000*6,18/84,6= 73,05 кг

3. Рассчитаем равновесную степень превращения на 1 ступени.

Температура 72,50°К, из таблицы:

Для 700°К равновесная степень превращения- 0,08

Для 800°К- 0,225,

найдем равновесную степень превращения на каждый градус:

0,225-0,08/100= 0,0014,

0,0014*2,50= 0,07- равновесная степень превращения для 2,50°К,

Тогда, равновесная степень превращения для 72,50°К: 0,08+0,07=0,15

4. Рассчитаем количество пара (Н2О).

Соотношение пар:газ на 1 ступени конверсии 1:1 по объему, тогда рассчитаем общий объем газа:

m/M=V/22,4; V= m*22,4\M,

V(СН4)= 1000*22,4/16= 1400м?

V(С2Н6)= 102,95*22,4/30= 76,87 м?

V(СО2)= 29,7*22,4/44= 15,12 м?

V(N2)=73,05*22,4/28= 58,44 м?

Общий объем газа: 1400+76,87+15,12+58,44=1550,43м?

Пар:газ- 1:1, тогда пересчитаем количество пара(Н2О) в массу,

m/M=V/22,4; m=M*V/22,4

m(Н2О)= 18*1550,43/22,4= 1245,88 кг.

5. Расчет конвертированного количества.

Степень конверсии= 90% (0,9) от равновесной степени превращения.

Равновесная степени превращения=0,15, тогда рассчитаем:

m(CH4)=1000*0,15=150 кг, тогда по конверсии:

m(CH4)=150*0,9= 135 кг.

С2Н6 реагирует полностью, СО2 и N2 не участвуют в реакции.

6. Рассчитаем количество веществ по реакциям

135 кг

СН4 + Н2О = СО + 3Н2 основная реакция

16 кг/кмоль 18 кг/кмоль 28 кг/кмоль 6кг/кмоль

m(Н2О)= 135*18/16= 151,87 кг

m(СО)= 135*28/16= 236,25 кг

m(Н2)= 135*6/16= 50,62 кг

102,95

С2Н6 + 2Н2О = 2СО + 2,5Н2 побочная реакция

30 кг/кмоль 36кг/кмоль 56кг/кмоль 10кг/кмоль

m(Н2О)= 102,95*36/30= 123,54 кг

m(СО)= 102,95*56/30= 192,17 кг

m(Н2)= 102,95*10/30= 34,32 кг.

Общий объем:

m(Н2О)общ = 151,87 +123,54= 275,41 кг

m(СО) общ = 236,25 + 192,17= 428,42 кг

m(Н2) общ = 50,62 + 34,32= 84,94 кг.

7. Непрореагировавшее количество.

m(СН4)= 1000-135= 865 кг

m(Н2О)= 1245,88- 275,41= 970,47кг

8. Составим материальный баланс для 1 ступени.

Переведем в проценты.

Приход: 1000+102,95+29,7+73,05+1245,88=2418,23кг

2418,23- 100%, тогда

1000- 41,36%, 102.95- 4,22%, 29,7- 0,26%, 73,02,5- 3,03%, 1236,2- 2,51,13%

Расход:862,5+29,7+73.05+970,47+428,42+84,94=2418,23кг

2418,23- 100%, тогда

862,5-35,76%, 29,7-0,26%, 73,05-3,03%, 970,47-39,72%, 428,42-17,72%, 84,94-3,51%.

Материальный баланс 1 ступени конверсии.

Приход Масса, кг. % Расход Масса, кг. %

СН4 1000 кг 41,36 СН4 862,5 35,76

С2Н6 102,95 4,22 СО2 29,7 0,26

СО2 29,7 0,26 N2 73,05 3,03

N2 73,05 3,03 Н2О 970,47 39,72

Н2О 1245,88 51,13 СО 428,42 17,72

Н2 84,94 3,51

Итого: 2418,23 100% Итого: 2418,23 100%

1.Рассчитаем равновесную степень превращения для второй ступени.

Температура 980 ?С

Т= 980+273?К= 122,53?К,

Для 1173 равновесная степень превращения= 0,99, т.к. степень равновесия не может быть больше 1, то тогда возьмем 0,99 для 122,53 ?К

Тогда:

m(CН4)=862,5*0,99=853,87 кг

2. Рассчитаем массы веществ по реакции.

853,87кг

СН4 + Н2О = СО + 3Н2

16 кг/кмоль 18 кг/кмоль 28 кг/кмоль 6кг/кмоль

m(CO)=853,87*28/16=1498,61 кг

m(H2)=853,87*6/16= 321,1 кг

m(H2О)=853,87*18/16= 963,4 кг.

m(CO) общ=1498,61+428,42=1927,03 кг

m(H2) общ =321,1+84,94=406,04 кг

3. Рассчитаем количество воды.

На 2 ступени конверсии соотношение объема Н2О к объему СН4 - 2:1

m/M=V/22,4;

V(CH4)=853,87*22,4/16= 1211 м?

V(Н2)1211*2= 2422 м?

m(Н2О)=2422*18/22,4= 1946,2 кг

m(Н2О)общ=1946,2+960,79=2906,99 кг.

4. Расчет непрореагировавшего количества.

m(СН4)=865-853,87=11,13 кг

m(Н2О)=2906,99-963,4= 1943,59 кг

Составим материальный баланс для 2 ступени.

Переведем в проценты.

Приход:

4362,5- 100%, тогда

862,5-19,82 %, 2906,99- 66,6%, 428,42- 9,82%, 73,05- 1,67%, 84,94- 1,95%, 29,7- 0,14%,

Расход:862,5+29,7+73,05+960,79+428,42+84,94=2418,23кг

2418,23- 100%, тогда

862,5-35,76%, 29,7-0,26%, 73,05-3,03%, 960,79-39,72%, 428,42-17,72%, 84,94-3,51%

Материальный баланс 2 ступени конверсии.

Приход Масса, кг. % Расход Масса, кг. %

Н4 862,5 19.82% СН4 862,5 0,2

Н2О 2906,99 66,6 Н2О 1943,59 44,53

СО 428,42 9,82 СО 1927,03 44,15

Н2 84,94 1,95 Н2 406,04 9,3

N2 73,05 1,67 N2 73,05 1,68

CО2 29,7 0,14 СО2 29,7 0,14

Итого: 4364,43 кг 100% Итого: 4364,39 кг 100%

Потери: 4364, 43- 4364,39= 0,04 кг.

Приход Масса, кг % Расход Масса, кг %

СН4 1000 19.82% СН4 8,65 0,2

Н2О 3182,4 66,6 Н2О 1943,59 44,53

С2Н6 102,95 9,82 СО 1927,03 44,15

CО2 29,7 0,14 Н2 406,04 9,3

N2 73,05 1,67 N2 73,05 1,68

СО2 29,7 0,14

Итого: 4364,43 кг 100% Итого: 4364,39 кг 100%

Потери процесса: 4364, 43- 4364,39= 0,04 кг

Список использованной литературы

1. А.Г. Аншиц, Е.Н. Воскресенская. Окислительная конденсация метана - новый процесс переработки природного газа.

2. Сосна М.Х., Энтин Б.М., Лейтес И.Л. Нонограммы для определения состава газа конверсии метана//Химическая промышленность. - 2003. - №7. -

3.Щукин В.П., Лебедев М.А., Трушников В.Е., Матюнин С.П. Способ получения синтез_ газа для производства аммиака и шахтный реактор для его осуществления: МКИ C 01 B 36/36, B 01J 8/02.

Бесков В.С. Общая химическая технология-Москва ИКЦ «Академкнига»-2005

Размещено на Allbest.ru

...