Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема проекта: Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа

Содержание

Введение

1. Общие сведения об ацетилене

1.1 Физико-химические свойства

1.2 Применение

1.3 Опасные факторы и меры безопасности

2. Производство ацетилена

2.1 Производство ацетилена электрокрекингом

2.2 Производство ацетилена термическим крекингом

2.3 Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана

3. Энергосберегающие технологии ацетилена

3.1 Цели энергосбережения

3.2 Энергосберегающие решения

4. Материальные и тепловые расчёты производства

4.1 Составление материального баланса производства ацетилена

4.2 Расчет теплового баланса

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Современное химическое производство представляет собой многотоннажное специализированное производство, основой которого является химическая технология.

В химической технологии рассматриваются процессы, связанные с изменением химического состава перерабатываемых материалов.

Химическая технология относится к естественным наукам, так как имеет дело с объектами и процессами. Реальное химическое производство представляет собой совокупность большого числа взаимосвязанных технологических процессов и аппаратов, предназначенных для переработки сырья в продукты потребления.

Ацетилен, этин СН = GH, -- бесцветный газ со слабым сладковатым запахом. Температура плавления --81,8°, температура возгонки -- 83,6 °С. Плотность по воздуху 0,9056, удельный вес при 0°С и 760 мм рт. ст. 1,1709 кг/м³.

Основной метод получения ацетилена из карбида кальция дает возможность получить ацетилен высокой концентрации. Существенным недостатком этого метода является весьма значительный расход электроэнергии па получение карбида кальция (около 3000 квт-час на 1 тонну карбида, что соответствует около 10000 квт-час на 1 тонну ацетилена).

В настоящее время перспективным является получение ацетилена из углеводородных газов нефтепереработки или из природного газа. Производство ацетилена из этих газов основано на крекинге их, требующем затраты большого количества энергии для создания высокой температуры. При этом ацетилен получается низкой концентрации и загрязненный гомологами. Применение такого ацетилена невозможно без выделения его из реакционной смеси и очистки.

В промышленном масштабе используются электротермический крекинг метана и термический крекинг пропана. Большое внимание уделяется термоокислительному пиролизу метана, так как этот способ позволяет наиболее комплексно использовать природный газ. Электрокрекинг характеризуется высокими затратами в подсобных цехах, связанных с обеспечением этого производства. Без утилизации побочных продуктов электрокрекинга стоимость ацетилена значительно повышается.

Термический крекинг требует меньше капитальных затрат и электроэнергии на единицу продукта. Существенное значение имеет вопрос подбора жароупорных материалов. Применение регенеративных печей с цикличностью их работы вызывает трудность при выдерживании режима на последующих стадиях процесса. Это же обстоятельство усложняет автоматизацию производства.

1. Общие сведения об ацетилене

Ацетилен -- ненасыщенный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. В природе на Земле практически не встречается, т.к. из-за присутствия кислорода это крайне неустойчивое соединение, получается путем синтеза. Ацетилен обнаружен в атмосфере Урана, Юпитера и Сатурна. Впервые газообразный ацетилен получил в 1836 г. Эдмунд Дэви при разложении водой карбида калия, полученного при сплавлении металлического калия с углем: К2С2 + 2Н2О = С2Н2 + 2КОН. С конца 19 в., когда был разработан дешевый способ получения ацетилена из карбида кальция (CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2, который в свою очередь получали прокаливанием смеси угля и негашеной извести (СаО + 3С = СаС2 + СО), этот газ стали использовать для освещения. В пламени при высокой температуре ацетилен, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени -- от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому). Ацетиленовые горелки давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.

1.1 Физико-химические свойства

ацетилен кальций газ нефтепереработка

При нормальных условиях -- бесцветный газ, запах которого напоминает запах чеснока, малорастворим в воде, легче воздуха. Чистый ацетилен при охлаждении сжижается при -83,8 °С, а при дальнейшем понижении температуры быстро затвердевает. Он умеренно растворим в воде (1150 мл в 1 л воды при 15°С и атмосферном давлении) и хорошо в органических растворителях, особенно в ацетоне (25 л в 1 л ацетона при тех же условиях и 300 л под давлением 12 атм). Термодинамически ацетилен неустойчив: он взрывается при нагревании до 500 °С, а при обычной температуре - при повышении давления до 2 атм. Поэтому его хранят в баллонах, наполненных пористым инертным материалом, который пропитан ацетоном.

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации.Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания -- 14000 ккал/м³. При сгорании температура пламени достигает 3300 °С (5972 °F). Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C. Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди. Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Физико-химические основы процесса получения ацетилена методом термоокисленного пиролиза метана.

Из метана и других парафинов ацетилен получают путем высо­котемпературного пиролиза по следующим обратимым реакциям:

Эти реакции эндотермичны, и их равновесие смещается вправо только при 1000--1300 °С. Однако при практическом осуществлении процесса с целью его ускорения требуется более высокая температура: 1500--1600 °С для метана и 1200 °С для жидких углеводородов.

1.2 Применение

Ацетилен используют для так называемой автогенной сварки и резки металлов. Для этого нужны два баллона с газами -- с кислородом и с ацетиленом. Газы из баллонов поступают в специальную горелку. При сгорании ацетилена в кислороде получается очень горячее пламя; максимальная его температура (3200 °С) достигается при содержании ацетилена 45% по объему. В таком пламени очень быстро расплавляются даже толстые куски стали. Как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (карбидка).

Ацетилен может служить исходным продуктом для синтеза многих более сложных органических соединений. Эта область применения ацетилена в настоящее время является самой обширной. Ацетилен - реакционноспособное соединение, вступающее в многочисленные реакции. Химия ацетилена богата. Из него можно получить сотни разнообразных соединений.

Он используется в производстве взрывчатых веществ (ацетилениды), для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.

Применение ацетилена для газопламенной обработки металлов испытывает сильную конкуренцию со стороны более доступных горючих газов (природный газ, пропан-бутан и т.д.). Однако, преимущество ацетилена - в самой высокой температуре горения, которая достигает 3200 °С. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.

Сравнительные характеристики пламени при сварке различным газами

Газ Температура пламени,

Ацетилен 3000 - 3200

МАФ 2930

Пропан 2600-2750

Водород 2100-2500

Метан 2000-2200

1.3 Опасные факторы и меры безопасности

Хранят и перевозят ацетилен в заполненных инертной пористой массой (древесным углем или литой пористой массой) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «АЦЕТИЛЕН») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа. Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта.

Ацетилен - взрывоопасный газ. С воздухом образует взрывоопасную смесь. Температура самовоспламенения ацетилена 335 °С. Температура воспламенения ацетилено-воздушных смесей 305-470 °С, ацетилено-кислородных 297-306 °С,

При хранении ацетилена и его применении необходимо заботиться о достаточной вентиляции и учесть правила классификации электрооборудования. Открытое пламя и курение категорически запрещены.

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. При длительном вдыхании технического ацетилена появляется рвота и головокружение.

Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях:

- при нагреве до 450-500 °С и одновременном повышении давления от 1,5 -2,0 атмосфер ацетилен взрывается без внешнего источника воспламенения;

- в смеси с воздухом, если в воздухе содержится ацетилена в пределах от 2,3-80,7% по объему;

- в смеси с кислородом, если ацетилена содержится в пределах от 2,3-93% по объему;

- ацетилено-воздушные и ацетилено-кислородные смеси взрываются при наличии искры, открытого огня, нагретой поверхности или какого-либо другого источника воспламенения.

- при длительном соприкосновении ацетилена с красной медью и серебром образуются взрывчатые соединения, которые взрываются при ударе и повышении температуры;

- при контакте с водой ацетилен способен образовывать твердый кристаллогидрат, представляющий собой кристаллическое вещество белого цвета, напоминающий снег или лед.

Все применяемые материалы, в т.ч. неметаллические части, как, например, заглушки вентилей, прокладки и мембраны должны обладать стойкостью к ацетилену и его растворителям. Ацетиленовая проводка должна быть стальной. Детали, изготовленные из серебра, меди или сплава, содержащего более 65% меди, нельзя применять из-за опасности образования взрывоопасных соединений меди и ацетилена.

2. Производство ацетилена

Сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа - метана: электрокрекинг 2СН4 ® С2Н2 + 3Н2 (струю метана пропускают между электродами при температуре 1600 °С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена); термоокислительный крекинг (неполное окисление) 6СН4 + 4О2 = С2Н2 + 8Н2 + 3СО + СО2 + 3Н2О (в реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена).

Основной промышленный метод получения ацетилена - крекинг (разрыв связей -С-С- под действием высоких температур и в присутствии катализаторов) природного газа метана. Он наиболее обоснован экономически и технологически ввиду наличия легкодоступного и недорогого сырья. Осуществляется двумя путями: либо пропуском метана через раскаленные электроды (температура реакционного объема порядка 1600 градусов), с последующим быстрым охлаждением, либо с использованием тепла, образующегося при частичном сгорании ацетилена.

2.1 Производство ацетилена электрокрекингом

Сырьем для получения ацетилена по описываемой схеме служит метан.

Метан, разбавленный водородом под давлением 1,7 атм. ротационным компрессором подается через трубчатый подогреватель 1 в конвертор 2. В конверторе газ проходит через зону дугового разряда, температура которого достигает 1600 °С. При этом протекает основная реакция:

2СН4 > С2Н2 + 3Н2-- 92 ккал/г-молъ

Возможно, что процесс протекает сложнее по уравнениям:

2СН4 > С2Н4 + 2Н2 -- 56 ккал/г-молъ,

2СН4 > С2Н6 + Н2 -- 14 ккал/г-молъ,

С2Н4> С2Н2 + Н2-- 47,4 ккал/г-молъ,

С2Н6> С2Н2 + 2Н2 - 78,8 ккал/г-молъ.

Побочной реакцией является

СН4 > С + 2Н2--21 ккал/г-молъ.

Реакционные газы из конвертора 2 проходят по трубе, охлаждаемой водяной рубашкой. Внутрь трубы впрыскивается вода для их усиленного охлаждения. Охлажденные реакционные газы проходят циклон 7, в котором осаждается часть образовавшейся сажи, небольшое количество смолообразных продуктов, получающихся в результате побочных реакций, и сконденсировавшаяся вода. Реакционные газы идут через холодильник 3, затем с температурой 40--50° через сажеуловитель 8 для отделения сажи и сконденсировавшейся воды, которые спускаются в сборник 9. Для окончательного отделения от сажи реакционные газы промываются в скруббере 4 маслом, поступающим на орошение скруббера из сборника 10. Очищенные реакционные газы сжимаются компрессором до 15 атм., проходят через буфер-маслоотделитель 11 и поступают в абсорбер 5, в котором ацетилен поглощается водой. Непоглощенные газы, состоящие в основном из водорода и непрореагировавшего метана, направляются в блок разделения газов. Часть водорода отделяется, а метан с частью водорода в отношении СН4: Н2 = 1: 2 идет в виде циркуляционного газа в линию всасывания турбокомпрессора и, смешавшись со свежей порцией газа, поступает в систему. Вода с поглощенным ацетиленом дросселируется до атмосферного давления и подается в десорбер 6. Выделившийся сверху десорбера ацетилен направляется на сушку (на схеме не указана) и отправляется к потребителю. Горячая вода из куба десорбера охлаждается в холодильнике 12, собирается в сборнике 13 и центробежным насосом подается на орошение абсорбера 5.

Основные параметры производства

· Температура на входе газа в конвертор 800° С

· Температура в конверторе в зоне дугового разряда 1600° С

· Давление на входе в конвертор 1,7 атм.

· Температура газов на входе в циклон 150--200° С

· Соотношение СН4: Н2 в поступающем в конвертор газе 1:2

· Выход ацетилена от исходной смеси 15%

· Давление газовой смеси перед абсорбером 15--18 атм.

· Температура в абсорбере 30--40° С

· Давление в десорбере атмосферное

· Температура в кубе десорбера 80°С

2.2 Производство ацетилена термическим крекингом

Сырьем для производства ацетилена по описываемой схеме служит жидкий пропан, который испаряется в испарителе 1 и поступает в смеситель 25; в него же подается возвратный газ и водяной пар. Отношение объемов пропан: возвратный газ: пар=1: 2: 6. Смесь указанного состава поступает в печь 16 на крекинг. Имея температуру 300 °С на выходе из печи, газы крекинга проходят последовательно охладитель 3, смолоотделитель 4, теплообменник 5, охлаждаясь до 38 °С, и ротационным вакуум-насосом направляются далее. Тепло, полученное крекинг-газом в вакуум-насосе, снимается холодильником 6. Сконденсировавшиеся смола и вода выпускаются из башенного смолоотделителя 7. Вода собирается в сборник 19 и подается на орошение в смолоотделитель 4. Крекинг-газ очищается от остатков смолы в электрофильтре 8 и поступает в газгольдер, который выравнивает работу печей (на схеме одна печь), так как крекинг-процесс в каждой печи протекает периодически. Из газгольдера с помощью компрессора крекинг-газ сжимается до давления 10,5 атм., охлаждается в холодильнике 20, проходит смолоотделитель 9 и поступает на очистку. В абсорбере 21 происходит поглощение диацетилена диметилформ-амидом, при этом поглощается около 5% ацетилена, имеющегося в крекинг-газе. Диметилформамид, вытекающий из абсорбера, направляется на де-. сорбцию (на схеме не показано). Освобожденные от диацетилена крекинг-газы поступают в абсорбер ацетилена 22, в котором происходит поглощение диметилформамидом ацетилена, метилацетилена и некоторого количества других газов: этана, этилена, метана и пр.

Газовый отход, содержащий углекислый газ, водород, азот, метан, этилен проходит очистку в водяном скруббере 11 и используется как топливо в печи 16. Насыщенный диметилформамид поступает в стабилизатор растворителя 14. Температура в нижней части стабилизатора с помощью кипятильника 15 поддерживается равной 87°С. В стабилизаторе отделяются почти все газы, кроме ацетилена, которые уходят через водяной скруббер 2. Диметилформамид, насыщенный ацетиленом, с частью оставшихся газов направляется в десорбер ацетилена 23. При температуре в нижней части десорбера, равной 120 °С, ацетилен весь выделяется и через водяной скруббер 12 поступает в газгольдер. Из пего ацетилен, пройдя осушитель 13 с хлористым кальцием, подается компрессором потребителю. Диметилформамид, содержащий растворенный метилацетилен, из кипятильника 24 направляется в конечный десорбер (на схеме не показан) для извлечения метилацетилена, затем после соответствующей очистки диметилформамид снова возвращается в напорный бак 10.

Основные параметры процесса

· Давление пропана на входе в испаритель 1 8,8 атм.

· Соотношение объемов газов, поступающих

· в смеситель 25--пропан: возвратный газ: пар =1:2:6

· Давление в смесителе 37--40 мм рт. ст.

· Температура в центре печи 16 1100°С

· Давление в печи 15 мм рт. ст.

· Цикл работы печи 2 минуты: 1 мин. нагрев,

· 1 минута -- крекинг

· Система проектируется и работает минимум

· с двумя печами

· Давление после вакуум-насоса 420 мм вод. ст.

· Температура после теплообменника 50°С

· Давление после компрессора 10,5 атм.

Состав газов крекинга пропана после печи 16

С2Н2-10,0; СН4-15,0; Н2-55,7; N2--5,2; СО-6,9; С2Н4--3,8;

С02--1,6, прочие--1,8 объемных процента.

2.3 Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана

Сущность термоокислительного пиролиза метана заключается в том, что тепло, необходимое для реакции превращения метана в ацетилен, получается за счет окисления (сжигания) части метана. Основными реакциями термоокислительного пиролиза метана являются:

СН4+0,5О2 - СО+2Н2+6,1 ккал/г-моль,

2СН4 - С2Н2+ЗН2--91,1 ккал/г-моль

Быстрый вывод реакционной смеси из зоны реакции и резкое понижение температуры -- закалка -- способствует прекращению распада ацетилена, повышая его выход. Существенным является соотношение между количествами метана и кислорода. Процесс получения ацетилена возможно осуществить в многоканальном реакторе (способ Заксе), состоящим из смесителя, диффузора и горел очной плиты с большим числом каналов. Скорость движения исходных компонентов 15--50 м/сек. Этот способ получил пока наибольшее распространение.

Одноканальные реакторы Гриненко имеют реакционную зону -- капал--относительно малого диаметра. Скорость движения газов в зоне реакции равняется, 330--550 м/сек. Стабилизация пламени осуществляется путем подачи дополнительного кислорода через топочную камеру.

Концентрация ацетилена в газах пиролиза составляет 8--10%, поэтому для дальнейшей переработки его необходимо выделить из этих газов (см- схему № 3). По описываемой схеме производство ацетилена осуществляется в многоканальном реакторе, выделение ацетилена производится адсорбцией селективным растворителем--диметилформамидом. Сырьем является природный газ, содержащий 92--95% метана и 95--99% кислорода.

Кислород и природный газ очищаются в фильтрах 15 и 16 от окислов железа и других примесей, могущих вызвать воспламенение смеси до реакционной зоны, и поступают в подогреватели, вмонтированные в общую печь 13. Подогрев газов, идущих на реакцию, производится теплом, полученным от сжигания топливного газа. Во избежание перегрева природного газа и кислорода в топку подогревателей вводятся циркуляционные дымовые газы, часть которых сбрасывается для использования под котлами-утилизаторами. Циркуляция дымовых газов осуществляется газодувками, выдерживающими высокую температуру. Нагретые кислород и природный газ поступают в реактор 17. В его смесителе газы смешиваются, проходят диффузор, затем горелочную плиту, по каналам которой смесь газов направляется в реакционную зону. В зоне реакции происходит образование ацетилена и протекают побочные реакции, приведенные выше. Продукты реакции проходят через зону закалки, резко охлаждаясь водой, подаваемой форсунками под горелочную плиту. Вода из реактора, загрязненная смолой и сажей, поступает в отстойник 20, из которого центробежным насосом возвращается в реактор. Часть йоды откачивается на очистку. Охлажденный газ пиролиза из реактора уходит в скруббер 14 для очистки от сажи и смолы водой. Окончательная очистка от этих примесей производится в электрофильтре 1, смонтированном на скруббере.

Поступающий на разделение газ пиролиза нагнетается турбокомпрессором в абсорбер ацетилена 2, орошаемый диметилформамидом и конденсатом из сборника 21 и холодильника 22. Диметилформамид из абсорбера 2 дросселируется в десорбер 3, работающий при атмосферном давлении, сверху десорбера отбираются возвратные газы. Растворенный в диметилформамиде ацетилен выделяется и промывается в промывателе 4 и направляется в газгольдер потребителя. Диметилформамид, вытекающий из десорбера 5, с некоторым содержанием ацетилена центробежным насосом через теплообменник 25 подается в десорбер второй ступени 5, работающий под вакуумом. Вытекающий из него диметилформамид, не содержащий газов, через теплообменник 25 и холодильник 24 возвращается в сборник 21, из которого подается на орошение абсорбера 2. Высшие ацетилены из десорбера второй ступени 5 поступают в промыватель 12, орошаемый конденсатом из сборники 23. Промывные воды из промывателя стекают в десорбер 5. Пары высших ацетиленов через барометрический конденсатор 7 и лопушку 8 вакуум-насосом подаются в отделение пиролиза. Вода из барометрического конденсатора сбрасывается через барометрический стакан 18. Сверху из десорбера 5 ацетилен возвращается в десорбер 3. Диметилформамид, вытекающий из десорбера второй ступени 5, после теплообменника 25 частично откачивается в сборник 26, из которого поступает на дистилляцию. Затем он подогревается в подогревателе І0 и направляется в колонну 28. Отгоняющиеся инерты и пары воды через конденсатор 9 уходят из системы. Сконденсировавшийся диметилформамид стекает обратно в колонну. Из нижней части колонны, обогреваемой кипятильником 12, вытекает очищенный диметилформамид, который после охлаждения в холодильнике 27 перекачивается в сборник 21.

Основные параметры производства

· Температура природного газа и кислорода

· перед входом в реактор 500--600 °С

· Соотношение между метаном и кислородом

· перед реактором (по объему) 1,6 - 2,0:1

· Давление газовой смеси перед реактором не более 0,4 атм.

· Температура реакционной зоны 1400 - 1500 °С

· Состав газа после закалки в пересчете на сухой (в объемн. %):

С2Н2--8-9; С02--3-4; СО--24-26; Н2-54--56:

СН4--4-6; О2-0--0,4; прочих-1-7.

Температура газа на выходе из реактора около 80 °С

Время пребывания смеси галоп в зоне реакции 0,003 -- 0,01 сек.

Скорость газового потока в реакционном канале печи 15--50 м/сек

Давление и абсорбере 2 около 10 атм.

Расход на 1 т 100% ацетилена

метана (на синтез) 6000 нм3

кислорода (100%-ного) 3280-- 3430 нм3

На 1 г ацетилена получается синтез-газа до 11000 нм

3. Энергосберегающие технологии ацетилена

В современном мире необходимым условием сохранения жизни и развития цивилизации стало обеспечение человечества достаточным количеством энергии и топлива. Проблема ограниченных запасов природных топливно-энергетических ресурсов, к которым относятся невозобновляемые источники энергии (торф, уголь, нефть, природный газ), заставила мировое сообщество всерьез обратиться к разработке программ по энергосбережению. На данный момент энергосбережение стало основным и самым эффективным способом развития современной мировой энергетики.

В Российской Федерации начало формирования государственной политики в вопросах энергосберегающих технологий положило принятие в 1992 году постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.). В том же году Правительством РФ была одобрена «Концепция энергетической политики России», а в 1996 году вступил в силу Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении».

Энергосбережение -- комплекс мер по реализации правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии (ГОСТ Р 51387-99 «Энергосбережение»).

В настоящее время энергосберегающие технологии являются одним из ключевых направлений развития энергетической политики России. Так как экономика страны характеризуется высокой энергоёмкостью, необходимыми мерами по обеспечению экономии энергии являются: ликвидация технологической отсталости промышленности, оснащение предприятий новым энергосберегающим оборудованием, модернизация сферы ЖКХ, внедрение энергосберегающих технологий, привлечение в энергосбережение должного объема инвестиций, работа с населением, борьба с бесхозяйственностью в использовании энергетических ресурсов.

Ещё одним направлением, призванным в будущем заменить традиционные виды топлива, является переход на энергосберегающие технологии в рамках использования возобновляемых источников энергии, к которым относятся: твердая биомасса и животные продукты, промышленные отходы, гидроэнергия, геотермальная энергия, солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов морских волн и океана. Это даёт не только значительное уменьшение расходов на энергетические затраты, но и имеет большие экологические плюсы.

Энергосберегающие технологии позволяют относительно простыми методами госрегулирования значительно снизить нагрузку на государственный и федеральные бюджеты, сдержать рост тарифов, повысить конкурентоспособность экономики, увеличить предложения на рынке труда.

На современном этапе можно выделить три основных направления энергосбережения:

· Полезное использование (утилизация) энергетических потерь;

· Модернизация оборудования с целью уменьшения потерь энергии;

· Интенсивное энергосбережение.

3.1 Цели энергосбережения

Основной целью энергосбережения является повышение энергоэффективности всех отраслей, во всех пунктах населения, а также в стране в целом.

Перед тем, как разработать и назначить необходимые меры для обеспечения успешного внедрения комплекса мер по энергосбережению и повышению энергоэффективности для конкретного предприятия или здания, проводят энергоаудит. Энергетическое обследование -- сбор информации об использовании энергетических ресурсов с целью получения достоверных данных об объеме используемых энергетических ресурсов, показателях энергетической эффективности, выявление возможностей энергосберегающих технологий и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте. Энергоаудит помогает грамотно применить существующие технологии энергосбережения в центрах непосредственного потребления энергии.

Важнейшей стратегической задачей государственной политики энергосбережения является создание совершенной системы управления энергетической эффективностью и энергосбережением. В неё входит обязательное оснащение предприятий, госучреждений и жилых комплексов приборами учета энергии.

Помимо этого в созданной Правительством РФ законодательной базе прописаны приоритетные задачи развития энергосберегающих технологий:

Снижать энергопотребление в сопоставимых условиях не менее чем на 3% в год в течение пяти лет;

Создание новой идеологии государственных закупок, включающее в себя замену освещения на энергосберегающие лампы и осветительные приборы, введение права устанавливать минимальные требования по энергоэффективности при закупке товаров для нужд государства;

Введение требований для производителей и импортеров товаров по обязательной маркировке продукции по классам энергоэффективности;

Изменение тарифной политики путем применения долгосрочных методов тарифного регулирования;

Введение требований к организациям коммунального комплекса, обязывающих учитывать при формировании инвестиционных программ мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

В последнее время энергетика обеспечивает значительный рост благосостояния во всем мире за счет увеличения производства энергоресурсов, их эффективного использования и внедрения энергосберегающих технологий. Поэтому повышение энергетической эффективности экономики является главной задачей энергетической стратегии России.

3.2 Энергосберегающие решения

Энергосберегающие технологии представляют собой комплекс мер и решений, направленных на уменьшение бесполезных потерь энергии. Это новый подход к технологическим процессам, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов.

По данным специалистов, доля энергозатрат в себестоимости продукции в России достигает 30-40%. Во многом это вызвано использованием устаревшего оборудования на крупных предприятиях, в ЖКХ и других сферах деятельности. К примеру, на большинстве отечественных предприятий до сих пор используются электродвигатели с большой мощностью, которые рассчитаны на максимальную нагрузку, хотя пиковый период работы составляет всего 10-15% от общего количества рабочего времени.

Решением этой проблемы может стать оптимизация оборудования за счет использования электроприводов, автоматизация технологических и производственных процессов. Хорошо зарекомендовали себя частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления.

Частота их вращения изменяется в зависимости от реальной нагрузки, причем зачастую не требуется менять стандартные электродвигатели, что позволяет уменьшить затраты на модернизацию, а экономия потребляемой электроэнергии достигает 30-50%. модернизации производств. Такие приводы особенно актуальны для создания энергосберегающего режима в работе механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой: вентиляторы, кондиционеры, насосы.

Ещё одним видом эффективного применения энергосберегающих технологий является применение так называемого «умного» освещения. Такие энергосберегающие системы освещения позволяют снизить потребление электроэнергии в десять раз. Энергосберегающий эффект достигается тем, что свет включается автоматически и только тогда, когда он нужен.

Это достигается путем встраиваемого микрофона и оптического датчика, реагирующих на появление человека в помещении. К тому же, «умные системы» автоматически регулируют яркость свечения ламп, в зависимости от времени суток. Ещё одним решением в экономии электроэнергии является использование современных энергосберегающих ламп.

Более трети всех энергоресурсов страны расходуется на отопление зданий. Без минимизации непродуктивных потерь тепла, перечисленные энергосберегающие меры будут малоэффективны. Поэтому, в современном строительстве применяются технологии с использованием утепления стен, энергосберегающей кровли, энергосберегающих красок, современных стеклопакетов, экономичных систем обогрева.

Хороший энергосберегающий эффект дают новейшие котельные, где применение новых энергоносителей позволяет снизить затраты на обслуживание и существенно повысить КПД, а также перейти на использование более дешевого и экологичного топлива. При проектировании систем вентиляции применяют системы рекуперации (утилизации для повторного использования) тепла отработанного воздуха и переменной производительности приточно-вытяжных агрегатов в зависимости от числа людей в здании.

4. Материальные и тепловые расчёты производства

В данной курсовой работе приводится материальные и тепловые расчеты производства.

Основой технологических расчетов являются материальные и тепловые расчеты. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства.

При разработке химико-технологических процессов проводятся разнообразные расчеты для количественной оценки протекающих операций, а также для определения оптимальных значений параметров технологического процесса. Во всех случаях при расчетах учитываются законы гидродинамики, тепло- и массопередачи и химической кинетики, поэтому расчеты материальных потоков обычно сочетаются с энергетическими расчетами, для этого составляют материальный и энергетический балансы.

Материальный баланс - это вещественное выражение закона сохранения массы, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате этого взаимодействия, то есть приход веществ равен его расходу.

Для того чтобы обеспечить оптимальную производительность, необходимо вводить в эксплуатацию два параллельно работающих агрегата.

4.1 Составление материального баланса производства ацетилена

Принимаем концентрацию метана 90% CH4, этана 5% C2H6, пропана 2% C3H8; степень превращения метана составляет 91%

Молекулярная масса: CH4 + C2H6 + C3H8 + N2 = 16 + 30 + 44 + 28 =118

Теоретический расход метана на 1 т ацетилена:

1*2*16/60 = 0,534 т

с учетом выхода продукта по стадиям:

0,534/(0,9*0,6*0,15) = 6,59 т или 6,59*22,4*103/16 = 9226 м3

Расход природного газа: 9226/0,97 = 9500 м3.

4СН4+3О2=2С2Н2+6Н2О+Q

Из 4 моль СН4 и 3 моль О2 - 2 моль С2Н2 и 6 моль Н2О;

Для ацетилена -; ;

Для воды - ;

Для кислорода - .

Расход кислорода (на технический кислород)

Расход чистого кислорода12308+96506+193010=301824 кг/ч;

Расход примесей:

;

;

;

Gтехн.кисл.

Выход целевого продукта.

Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:

По метану стехиометрический коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

Кр= Кс/= 0,615 / 0,088= 6,99 т/т продукта.

По кислороду стехиометрический расходный коэффициент на 1 т ацетилена:

4.2 Расчет теплового баланса

Тепловой баланс отражает основное содержание закона сохранения энергии, согласно которому количество тепла, введенной в процесс (приходные статьи баланса), равно количеству тепла, получаемой в результате процесса (расходные статьи баланса). Так же как и материальный баланс, тепловой баланс можно составлять для всего производственного процесса или для отдельных его стадий. тепловой баланс может быть составлен для единицы времени (час, сутки), для цикла работы, а также на единицу исходного сырья или готовой продукции.

Температура при входе 1600С на выходе 2200С

По закону сохранения энергии:

1.Рассчитываем:ацетилена=33959,2*1,72*160=9345571,84 кДж. НСl =46720*2.43*160=18164736 кДж.

Qприхода=9345571,84+18164736+112,4=19100420,24 кДж.

Полную тепловую нагрузку печи, или теплопроизводительность газовых горелок при КПД печи равному 0,823 найдем из формулы:

Qт=Qполез/з

где - полезное тепло печи,.

Полезное тепло печи рассчитываем по формуле:

Qпол=L(hk-hn)

Qа=5454*1895=10338

Qк=6545*645=4225

Выводы

Важной задачей в настоящее время является улучшение товарных свойств ацетилена. Для этого ведутся исследования по подбору высокоэффективных добавок, улучшающих состав вещества, повышающих термостабильность удобрения [2].

Эффективность процесса выделения ацетилена имеет большое практическое значение в связи с тем, что около 70 % эксплуатационных расходов и капитальных затрат на производство ацетилена из углеводородного сырья падает на процесс выделения. В настоящее время весьма перспективными считаются низкотемпературные процессы абсорбции ацетилена, однако в промышленности не менее распространены процессы абсорбции при положительных температурах.

На основании литературного обзора выбран метод получения ацетилена окислительным пиролизом метана [4].

Список использованной литературы

1. Производство ацетилена. Новый справочник химика и технолога. Сырьё и продукты промышленности органических и неорганических веществ (часть II) (1 апреля 2009 года).

2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М. «Химия», 2012.

3. Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии. М. «Химия», 2000.

4. Адельсон С.В. Технология нефтехимического синтеза. М. «Химия», 2009.

5. Справочник нефтехимика. Л. «Химия», 2009.

6. Харламов В.В., Алипов Н.Е., Коновалов Н.И. Окислительный пиролиз метана до ацетилена.- М. «Химия», 2000.

7. Федоренко Н.П. Химия и химическая технология, № 3, т. I, 2012.

8. Ватнаев Ф.П., Вайнштейн В.В., Лапидус А.С. Бюллетень опытом в азотной промышленности, ГХИ, № 10, 2010.

9. IV Международный нефтяной конгресс, т. V, Химическая переработка не газа. Гостоптехиздат. 2008.

10. Андреев Д.Н. Органический синтез в электрических разрядах, 2013

11. Андреев Д. Н., Применение электрических разрядов в химико-технологических процессах. Методы и процессы химической технологии. Сборник 1, 2011.

12. Марковский Л.Я., Оршанский Д.Л., Прянишников В.П. Химическая электротермия, ГХИ, 2006.

13. Ньюленд Ю., Фогт Р., Химия ацетилена. Иниздат, 2013.

14. Фастовский В.Г.. Метан. Гостоптехиздат, 2010.

15. Федоренко Н. П., Методы и экономика получения ацетилена, Химическая наука и промышленность, 3, том I, 2011.

16. Стрижевский И.Н., Фалькевич А.С. Производство ацетилена из карбида кальция, ГХИ. 2012.

17. Смирнов Н.И. Синтетические каучуки, ГХИ, 2010.

18. Бикслер Г., Коберлай К. Вульф-процесс производства ацетилена. Иниздат, 2011.

19. Федоренко Н.П. Методы и экономика получения ацетилена. Химическая наука и промышленность, 3, т. 1, 2008.

20. Гриненко В.С. Окислительный пиролиз метана в высокоскоростном газовом потоке, Химическая переработка нефтяных углеводородов, 2010, стр. 106.

21. Бесков В.С., Флокк В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. М. Химия, 2012. 253 с.

22. Васильев Б.Т., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. М.: Химия, 2010. 385 с.

23. Кафаров В.В., Макаров В.В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности. М.: Химия, 2012. 320 с.

Размещено на Allbest.ru

...