Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Синтез газ

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 16.07.2012. Сдан: 2011. Страниц: 9. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


     Введение 

     История знает немало примеров, когда в  силу острой необходимости рождались  новые оригинальные подходы к  решению давно существующих жизненно важных проблем. Так, в предвоенной  Германии, лишенной доступа к нефтяным источникам, назревал жесткий дефицит топлива, необходимого для функционирования мощной военной техники. Располагая значительными запасами ископаемого угля, Германия была вынуждена искать пути его превращения в жидкое топливо. Эта проблема была успешно решена усилиями превосходных химиков, из которых прежде всего следует упомянуть Франца Фишера, директора Института кайзера Вильгельма по изучению угля.
     В 1926 году была опубликована работа Ф. Фишера и Г. Тропша "О прямом синтезе  нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", в которой сообщалось, что при восстановлении водородом монооксида углерода при атмосферном давлении в присутствии различных катализаторов (железо - оксид цинка или кобальт - оксид хрома) при 270 оС получаются жидкие и даже твердые гомологи метана.
     Так возник знаменитый синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода, называемый с тех пор синтезом Фишера-Тропша. Смесь CO и H2 в различных соотношениях, называемая синтез газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья.
     Промышленность  искусственного жидкого топлива  достигла наибольшего подъема в  годы второй мировой войны. Достаточно сказать, что синтетическое топливо  почти полностью покрывало потребности  Германии в авиационном бензине. После 1945 года в связи с бурным развитием нефтедобычи и падением цен на нефть отпала необходимость синтеза жидких топлив из СО и Н2 . Наступил нефтехимический бум. Однако в 1973 году разразился нефтяной кризис - нефтедобывающие страны ОПЕК резко повысили цены на сырую нефть, и мировое сообщество вынуждено было осознать реальную угрозу истощения в обозримые сроки дешевых и доступных нефтяных ресурсов. Энергетический шок 70-х годов возродил интерес ученых и промышленников к использованию альтернативного нефти сырья, и здесь первое место, бесспорно, принадлежит углю. Мировые запасы угля огромны, они, по различным оценкам, более чем в 50 раз превосходят нефтяные ресурсы, и их может хватить на сотни лет. Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив (здесь трудно пока конкурировать с нефтяным топливом), но, прежде всего для целей органического синтеза. В настоящее время в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины только в Южной Африке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Способы получения синтез газа 

     Первым  способом получения синтез газа была газификация каменного угля, которая была осуществлена еще в 30-е годы XIX века в Англии с целью получения горючих газов: водорода, метана, монооксида углерода. Этот процесс широко использовался во многих странах до середины 50-х годов XX века, а затем был вытеснен методами, основанными на использовании природного газа и нефти. Однако в связи с сокращением нефтяных ресурсов значение процесса газификации снова стало возрастать.
     В настоящее время существуют три  основных промышленных метода получения  синтез газа.
     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. Каталитическая конверсия углеводородов. Реакция взаимодействия углеводородов с водяным паром проводится в присутствии никелевых катализаторов (Ni-Al2O3) при повышенных температурах (800-900 оС) и давлении:
     CH4 + H2O > CO + 3H2
     В качестве сырья вместо метана может  быть использовано любое углеводородное сырье.
     3. Высокотемпературная конверсия углеводородов. Процесс заключается в неполном термическом окислении углеводородов при температурах выше 1300 оС и отсутствием катализаторов:
     CnH2n + 2 + 1/2nO2 > nCO + (n + 1)H2
     Способ  применим к любому углеводородному  сырью, но наиболее часто в промышленности используют высококипящую фракцию  нефти - мазут.
 
 
 
 
 
     Назначение  и область применения проектируемого технологического процесса.
     Синтез-газ  служит исходным сырьем для производства многих химических и нефтехимических  продуктов (метанол и другие оксигенаты, продукты синтеза Фишера—Тропша), а  также используется для восстановления железной руды.
     Что касается промышленного потребления СО, то наибольшее его количество расходуется для получения метанола (более 50%), продуктов оксосинтеза (15%) и уксусной кислоты (10—15%). В небольших количествах СО используется в производстве гербицидов и фармацевтических препаратов.
     Преобладающим сырьем для производства синтез газа по-прежнему остаются природный газ и легкие углеводороды (попутный газ). Это связанно, с тем что объем его запасов значительно больше чем нефти и более низкой стоимостью природного газа по сравнению с нефтью. Современные методы газификации угля не достаточно разработаны и являются затратными.
     

     Рис. 1. Источники получения синтез газа и основные направления его использования 
 
 

     Таблица. 1.
     Потребность в синтез газе для мирового производства основных нефтехимических продуктов
     Продукт      Требуемое соотношение      Объем производства,      Потребность в синтез-газе,
            H2/CO, моль/моль      т/год      м3/ч (н.у.)
     Метанол      2:1      160000—1275000      48000—1900000
     Уксусная кислота      0:1      275000—545000      18000—36000
     Уксусный ангидрид      0:1      90000      3500
     Продукты оксосинтеза      2:1      115000—275000      12000—25000
     Фосген      0:1      45000—160000*      3500—12000
     Муравьиная кислота      0:1      45000      3500
     Метилформиат      0:1      9000      600
     Пропионовая кислота      0:1      45000—68000      2400—3500
     Метилметакрилат      1:1      45000      4700
     1,4-Бутандиол      2:1      45000      4700
 
     Процесс Фишера-Тропша — это химическая реакция, происходящая в присутствии  катализатора, в которой монооксид  углерода (CO) и водород H2 преобразуются  в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — это производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.
     Процесс Фишера-Тропша можно описать следующим химическими уравнениями 

     CO + 2 H2 U –CH2 –+ H2O
     2 CO + H2 U  – CH2 –+ CO2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Теоретические основы процесса.
     Основным  методом переработки природного газа является каталитическая конверсия  метана. Он используется для производства водорода, аммиака и метанола. Для синтеза метанола каталитическая 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 стоимость природного газа покрывает эти затраты.
     Основная  реакция, лежащая в основе этого  метода, состоит в конверсии углеводородов  водяным паром на катализаторе Ni на А1203:
     СН4 + Н2U   СО + ЗН2, - DН°298 = – 206 кДж/моль. 

     Реакция сильно эндотермична, ее равновесие смещается  вправо лишь при повышении температуры. Чтобы увеличить степень конверсии метана процесс ведут при 800—900 °С в избытке водяного пара. При атмосферном давлении этот избыток не велик (2:1), но повышение давления  неблагоприятно влияет на состояние равновесия, и в этом случае приходится работать с объемным отношением пара к метану, равным 4: 1.
     Кроме конверсии метана протекает также  конверсия оксида углерода:
     СО + Н2U С02 + Н2, -DН°298 = 41,0 кДж/моль.
     Эта реакция экзотермична, и ее равновесие при повышении температуры смещается  влево, причем избыток водяного пара вызывает повышенное образование диоксида углерода. Конверсия оксида углерода протекает быстро, и состав конвертированного газа определяется ее равновесием.
     При конверсии метана водяным паром  получается газ с большим отношением Н2: СО (как минимум 3:1), в то время как для органического синтеза требуется синтез-газ с отношением Н2:СО от 1 : 1 до (2,0-2,3): 1. Этого отношения можно добиться, во-первых, подвергая конверсии жидкие углеводороды и, во-вторых, добавляя при конверсии к водяному пару диоксид углерода, который также конвертирует углеводороды:
     —СН2—+ Н20 U СО + 2Н2,
     СН4 + С02  U2СО + 2Н2,      -DН°298 = - 247 кДж/моль.
     Последняя реакция эндотермична, и ее равновесие смещается вправо при достаточно высокой температуре. Она протекает медленнее, чем конверсия водяным паром.
     Состав  продуктов на выходе из риформера  обычно очень близок к равновесному и может быть предсказан, исходя из следующих параметров: а) температуры на выходе из установки, б) мольных соотношений пар/углерод и CO2/углерод и в) давления. В качестве примера на рис. 2 приведен равновесный выход продуктов, достигаемый при различных условиях проведения процесса.
     

     Рис. 2. Зависимость равновесного соотношения H2/CO в продуктах конверсии метана от мольного соотношения CO2/CH4 в сырье:
     1 – H2O/CH4 = 2, 2 – H2O/CH4 = 4, 3 – H2O/CH4 = 8. 

     Другой  важный технологический аспект связан с протеканием побочных реакций  образования углерода, которые могут иметь место при подаче недостаточного количества водяного пара в установку риформинга. Коксообразование первоначально дезактивирует катализатор (никелевый), затем вызывает разрушение его гранул, что в свою очередь приводит к частичной или полной блокировке реакционного потока в слое катализатора, который заполняет трубное пространство. В результате возникают участки локального перегрева. Кроме того, неравномерное распределение  потока в слое катализатора может усугубить ситуацию с перегревом в трубном пространстве установки риформинга.
     В связи с этим было бы целесообразно  осуществлять процесс паровой конверсии  метана на незауглероживаемом катализаторе, что особенно актуально при получении  СО и синтез-газа с низким соотношением H2/CO. В последнем случае тенденция к образованию углерода гораздо выше вследствие более низкого отношения пар/углерод.
     Начиная с 1994 г. фирма «Technip Benelux B. V.» совместно с Университетом г. Лимерик (Ирландия) проводят исследования по созданию нового катализатора на основе платиновых металлов, нанесенных на диоксид циркония. В настоящее время работа продолжается совместно с фирмами, занимающимися производством катализаторов и их испытаниями.
     Для получения CO или синтез газа с низким соотношением H2/CO благоприятны следующие факторы:
     — низкое соотношение пар/углерод;
     — высокая температура на выходе из установки риформинга, требующая  специальной конструкции выпуска;
     — интенсивный тепловой поток.
     Низкое  соотношение пар/углерод вызывает смещение равновесия конверсии водяного газа в сторону CO и H2O, что позволяет уменьшить размеры установки для удаления образующегося CO2 и рециркуляционного компрессора для CO2.
     При более высоких соотношениях пар/углерод  глубина превращения метана снижается  при постоянной температуре на выходе процесса. Таким образом, для достижения конверсии метана более 96% следует повышать температуру на выходе из установки риформинга.
     Ввиду высокой эндотермичности конверсию  углеводородов проводят в трубчатых  печах. Исходное сырье подают в трубы, заполненные гетерогенным катализатором и обогреваемые топочным газом, причем температура осуществляется главным образом за счет излучения (радиантные печи). Недостатки этой системы — большая потребность в жаростойких трубах и малое полезное использование объема печи, в которой катализатор занимает очень небольшую часть.
     По  этим причинам была разработана другая система, в которой эндотермические  реакции конверсии совмещены  с экзотермическим процессом  сгорания части углеводорода при  подаче в конвертор кислорода, благодаря чему суммарный процесс становится немного экзотермическим. Расчеты показывают, что для этой цели на конверсию надо подавать смесь СН4 и О2 в отношении 1,0 : 0,55, находящуюся вне пределов взрываемости, которые тем более не достигаются из-за разбавления смеси водяным паром. Объемное отношение последнего к метану в этом случае можно брать более низким, чем в отсутствии кислорода, а именно от 1 : 1 до (2,5 3,0): 1 в зависимости от применяемого давления. Этот процесс окислительной, или автотермической конверсии получил большое распространение. Он не требует подвода тепла извне и осуществляется в шахтных печах со сплошным слоем катализатора .
     Корпус  конвертора футерован огнеупорным  кирпичом и имеет охлаждающую  водяную рубашку, в которой генерируется пар. В верхней части конвертора имеется смеситель, куда подают смеси СН4 + Н20 и 02 + Н20. Смеситель должен обеспечить гомогенизацию смеси в условиях, исключающих взрыв или воспламенение. Сгорание метана протекает примерно в 10 раз быстрее конверсии, поэтому в верхних слоях катализатора температура быстро повышается до максимума (1100—1200 °С) и затем падает (до 800—900 °С) на выходе из печи. По сравнению с конверсией в трубчатых печах при этом методе устраняется потребность в жаростойких трубах, конструкция реактора становится очень простой и большая часть его объема полезно используется для размещения катализатора. При окислительной конверсии в получаемом газе несколько возрастает количество СО.
     

     Рис. 3 Шахтная печь окислительной конверсии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Технология  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 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.)
     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 теплообменник 10 вновь на поглощение CO2 в абсорбер 9. CO2 с верха 11 компримируют до соответствующего давления и возвращают на конверсию, смешивая перед теплообменником 2 с природным газом и водяным паром.
     Расход  на 1 м3 синтез газа составляет:
     Природный газ   – 0,35 – 0,40 м3,
     Технический O2   – 0,2 м3,
     и в зависимости от применяемого
     давления  и добавки CO2 ?  0,2 - 0,8 кг водяного пара.
     Дальнейший  технологический маршрут синтез газа зависит от выбранного процесса его вторичной переработки (получение H2, CO, оксосинтез, синтез аммиака и т.д.). Для получения водорода газ направляют в реактор конверсии водяного газа и поглотительный реактор переменного давления. Если требуется получить CO, то используется технологическая схема, включающая секцию удаления CO2 и установку низкотемпературного разделения (т.н. «холодный ящик»). Выделяемый диоксид углерода повторно используется в процесс реформинга. 
 
 
 
 
 


     Рис. 4. Технологическая схема окислительной конверсии природного газа при высоком давлении;
     1 – турбокомпрессор; 2, 3, 10 – теплообменники; 4 – котел-утилизатор; 5 – паросборники; 6 – конвертор; 7 скруббер; 8 – холодильник; 9 – абсорбер; 11 – десорбер; 12–дроссельный вентиль; 13–кипятильник. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Материальный  баланс
     Реакции лежащие в основе процесса
     СН4 + С02  U2СО + 2Н2
     СН4 + Н2U   СО + ЗН2
     СН4 + 1/202  U   СО + 2Н2
     Найдем  объемы веществ вышедших из реактора.
     Нам известен состав смеси газов по объему.
     СО2-8%
     Синтез  газ – 90%
     СН4 – 1%
     N2-1%
     Из  задания установка производит синтез газ с производительностью 34м3
     Найдем  объемы СО2, СН4 и N2 на выходе из реактора
     34м3/ч-90%
     V(CO2)-8%
     V(CH4)-1%
     V(N2)-1%
     V(CO2)=8?34/90=3,02м3
     V(CH4)=1?34/90=0,38м3
     V(N2)=1?34/90=0,38м3
     Найдем  объемы СО и Н2
     Соотношение Н2/СО=2/1
     СО+Н2=34
     Н2/СО=2/1
     Н2=2?СО
     3?СО=34
     СО=11,33м3
     Н2=2?11,33=22,66м3
     Перейдем  от объемов к массе
     m(CH4)=V?M/22.4=0.038?16/22.4=0.2714 кг/ч
     m(СО2)=3,02?44/22,4=5,93кг/ч
     m(N2)=0,38?28/22,4=0,475кг/ч
     m(СО)=11,33?28/22,4=14,16кг/ч
     m(Н2)=22,66?2/22,4=2,023кг/ч
     Масса смеси газов на выходе из реактора
     m(смеси) = m(CH4)+ m(СО2)+ m(N2)+ m(СО)+ m(Н2)=0.2714+5.93+0.475+14.16+2.023=22.86кг/ч
     Найдем  массу и объем кислорода на входе в реактор
     Из  условия известно, что на получение 1 м3 синтез газа на израсходовать 0,2 м3 кислорода, следовательно на получение 34 м3 надо
     3 – 0,2м3
     34м3 – V(О2)
     V(О2)=0,2?34=6,8м3
     m(О2)=V?M/22.4=6.8?32/22.4=9.71 кг
     Так же из условия известно, что объемное отношение СН42 должно составлять 1/0,55.
     Из  этого соотношения находим объем  и массу метана
     V(CH4)=V(O2)/0.55=6.8/0.55=12.36м3
     m(СН4)=12,36?16/22,4=8,83м3
     на 1 кг метана для образования синтез газа надо затратить 0,2 кг водяного пара, следовательно масса водяного пара на входе находится
     m(H2O)=m(CH4)?0.2=8.83?0.2=1.8кг
     По  условию на 1 м3 синтез газа требуется примерно 0,035м3 углекислого газа, чтобы добиться соотношения Н2/СО=2/1.
     Следовательно на 34м3 синтез газа требуется
     V(СО2)=0,035?34=1,19м3
     m(СО2)=1,19?44/22,4=2,34кг/ч
     Азот является инертным веществом, он не участвует в реакции, следовательно, количество азота на входе в реактор  равен количеству на выходе из реактора.
     m(N2)= 0,475кг/ч 

     Масса смеси газов на входе в реактор
     m=m(СН4)+m(О2)+m(CO2)+m(H2O)+m(N2)=
     =8.83+9.71+2.34+1.8+0.475=23.155кг/ч. 

     Таблица 2
     Материальный  баланс процесса окислительной конверсии  природного газа
Приход Расход
Наименование кг % Наименование кг %
метан 8,83 38,14 Углекислый газ 5,93 26
Водяной пар 1,8 7,77 Угарный газ 14,16 61,94
кислород 9,71 41,94 Водород 2,023 8,85
азот 0,475 2,051 Метан 0,2714 1,19
Углекислый  газ 2,34 10,1 азот 0,475 2,078
итого 23,15 100 итого 22,86 100
 
     Невязка составляет (23,15-22,86)/23,15=0,012 (1,2%).  
 
 
 
 
 
 
 
 

     Тепловой  баланс
     Исходные  данные
     Твх=400 0С, Твых=900 0С
     Находим теплоемкости веществ по формуле
     
     Находим теплоту образования по формуле
       

     Вычисления  производим в Excel и результаты сводим в таблицу
     Табл. 3. Теплоемкости и теплота образования  веществ 
Исходные  вещества Т=400 0С Продукты  Т=900 0С
Вещество НТ ср Вещество НТ      ср
Кислород 8916,664 33,7414 Угарный газ -85436,8 33,2193
Метан -56262,3 58,13 Водород
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.