Составим материальный баланс конверсии природного газа 1 ступени по следующим исходным данным
Download 29.92 Kb.
|
|
5.1 Материальный баланс Составим материальный баланс конверсии природного газа 1 ступени по следующим исходным данным. Исходные данные:
Дымовых газов 1060 С Равновесная на выходе 805 С Расчет ведем на 100 природного газа (при н. у.) Обозначим содержание компонентов в конвертированном газе (в ): ………….a, CO……………b, …………..c Количество водяного пара, вступившего в реакцию с и СО….d Примем степень конверсии по углероду 67%. Количество углеводородов в пересчете на в конечном газе: = 22,08 Составим балансовые уравнения по содержанию каждого элемента в исходном и конвертированном газах (в ). Баланс по углероду: 91+2 2+2 1+1 1 = а +b+22,08 a = 75,92-b Баланс по кислороду (с учетом , что в исходной парогазовой смеси содержится 100 3,5 = 350 ): 350 0,5+2 0,5 = a+0,5b+0,5(350-d) a+0,5b-0,5d = 0 Баланс по водороду: 91 2+2 3+350+2 1 = с+22,08 2+(350-d) c=d+145,84 Соотношение между СО и в конечном газе по условию определяется равновесием реакции конверсии окиси углерода водяным паром и при 825 С равна К=0,95 (по условию). = = = 0,95 Подставляя значение а получим: 75,92-b+0,5b-0,5d = 0 151,84-d = b Подставляем в уравнение значение b и находим а: a = 75,92-(151,84-d) а = d-75,92 Подставим все найденные значения компонентов: = 0,95 Решая это уравнение находим d = 95,89 . Зная величину d, находим значения а, b и с: а = 95,89-75,92 = 19,97 b= 151,84-95,89 = 55,95 c=95,89+145,84 = 241,73 Количество водяного пара вступившего в реакцию: С углеводородами………………………100-19,97 = 80,03 С СО…………………………………………...………19,97 Осталось в газе водяного пара 350 -100 = 250 Ниже приведен состав газа после конверсии (таблица 5.1) Отношение пар : газ : n = = 0,731 Плотность азота 1,2506 кг/мі (при н.у.) Таблица 5.1 Состав газа после конверсии
Таблица 5.2 Материальный баланс конвертора
5.2 Тепловой баланс Приход тепла. Средние теплоемкости при 525 С: сухого газа 0,603 кДж/( град), водяного пара 0,443 кДж/( град). Физическое тепло поступающей паро-газовой смеси: Q = V∙ ∙T, кДж где V – объем компонента, , – средняя объемная теплоемкость при Т, кДж/( ∙град), Т – температура, С. = 100∙0,603∙525+350∙0,443∙525 = 113058,75 кДж Тепло сгорания 1 природного газа определяем, исходя из теплотворной способности компонентов и состава газа. Теплота сгорания углеводородов при 18 С и 1 атм (в кДж/кг-моль): …..212790 ……372810 q = 212790 +372810 = 8977,45 кДж, где 0,91- содержание углеводорода, %. Тепло сгорания х природного газа расходуемых на обогрев трубчатой печи: = 8977,45х Физическое тепло, вносимое сжигаемым газом при 18 С = х ∙ 0,496 ∙ 18 = 8,95х Тепло, вносимое в конвертор воздухом будет рассчитано ниже. Расход тепла. Тепло расходуется для осуществления эндотермического процесса конверсии. Одновременно с конверсией углеводородов протекает и реакция окисления СО водяным паром с выделением тепла. Суммарный тепловой эффект протекающих при конверсии реакций определяем в соответствии с законом Гесса, по которому Q = ∑∆ - ∑∆ где - ∑∆ и ∑∆ - суммы теплот образования соединений в конечной и начальной смесях, кДж. Теплоты образования соединений представлены в таблице 5.3. Таблица 5.3 Теплоты образования соединений ∆Н,кДж/
Q = 790∙22,08+1180∙55,95+2580∙250+4200∙19,97 - 91∙790 - 2∙880 - 2580∙350 = -164311,8 кДж Физическое тепло влажного конвертированного газа при 825 С: 591,73∙0,37∙825 = 180625,5 кДж Для определения расхода тепла с дымовыми газами найдем количество их, образующееся при сжигании 1 природного газа до и , при коэффициенте избытка воздуха 1,25. Потребное количество кислорода для сжигания 1 газа: 1,25(0,91∙2+0,02∙3,5) = 2,36 . Т.к. содержание кислорода в воздухе 21%, воздуха потребуется = 11,25 . Количество водяного пара, поступающего с воздухом при 18 С и влажности воздуха 0,016 / . 11,25∙0,016 = 0,18 . Азота в воздухе содержится: 11,25-2,36-0,18 = 8,71 . Определяем состав дымовых газов в соответствии с реакциями: СН4 + 2 О2 = СО2 + 2Н2О С2Н6 + 3,5О2 = 2 СО + 3Н2О находим, что при сгорании 1 газа образуется: СО2………..…0,91∙1+0,02∙2 = 0,95 , Н2О…………..0,91∙2+0,02∙3 = 1,88 . Останется кислорода: 2,36 - = 0,472 . Водяных паров с учетом влажности будет: 1,88+0,18 = 2,06 . Состав получаемого дымового газа представлен в таблице 5.4. Таблица 5.4 Дымовой газ получаемый при сжигании 1 м3 природного газа
Средняя теплоемкость такого газа при 800 оС, отнесенная к 1 м3 равна 0,355 кДж/( ∙град). Расход тепла с дымовым газом составит: Q’=12,2х∙0,355∙1024 = 3573,07х Приход тепла с поступающим в печь воздухом: Q4 = (11,25∙0,23+0,18∙0,43)18x = 47,96x кДж. Составим уравнение теплового баланса: 113058,75+8977,45х+8,95х+47,96x = 164311,8+180625,5+3573,07х откуда х = 42,453 м3. В соответствии с этим находим = 8977,45∙42,453 = 381127,1 кДж = 8,95∙42,453 = 379,95 кДж Q4 = 47,96∙42,453 = 2036,04 кДж Q’=3573,07∙42,453 = 151687,54 кДж. Расход влажного воздуха, подаваемого в топку, составляет: (11,25+0,18)42,453 = 485,23 м3. Количество дымового газа составит: 12,2х = 517,9 м3. Составляем тепловой баланс трубчатой печи таблица 5.5. Таблица 5.5 Тепловой баланс конвертора
6. Основные природоохранные мероприятия Очистка газообразных промышленных выбросов остается пока наиболее распространенным направлением в решении вопросе охраны окружающей среды. Различные способы очистки газообразных промышленных выбросов и сточных вод - традиционный прием, пока наиболее широко применяемый для защиты окружающей среды. Ранее очистка рассматривалась как основной прием уменьшения содержания токсичных примесей в выхлопных газах перед их спуском в естественные водоемы. Сейчас очистка выхлопных газов и сточных вод – это обязательный элемент приближения к безотходному производству, осуществляемому в замкнутом цикле. В газообразных промышленных выбросах могут содержаться различные примеси: а) взвешенные твердые и жидкие вещества ( аэрозоли); б) газо - или парообразные примеси. Аэрозоли представляют собой дисперсные системы с газообразной ( воздушной) дисперсионной средой и твердой ( пыль, дым) или жидкой ( туман) дисперсной фазой. Скорость оседания частиц аэрозоля очень мала, и они могут неопределенно долгое время находиться во взвешенном состоянии. Концентрация пыли в атмосферном воздухе в значительной степени уступает ( составляет одну десятитысячную часть) концентрации пыли и паров в газообразных промышленных выбросах, поэтому значительные накопления пыли в фильтре происходят очень медленно. Вторая группа - газообразные и парообразные примеси - более многочисленна. К ней относятся, например, кислоты, галоиды и галоидопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, пиридины, меркаптаны, пары металлов и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов. Необходимость ликвидации газообразных промышленных выбросов или хотя бы их глубокой очистки диктуется не только вредностью для людей, растений и животного мира. Помимо того, наличие в воздухе химикатов вызывает преждевременную коррозию металлов; в промышленных районах сталь ржавеет в 3 - 4 раза быстрее, чем в сельской местности. В связи с этим в некоторых случаях принято сооружать очистные установки, состоящие из ряда мелких блоков; они могут легко заменяться по истечении определенного промежутка времени - от 1 до 12 мес. Использованные фильтры могут очищаться для дальнейшего использования либо выбрасываться. Для улавливания кислых газов в основном используются насадочные скрубберы а также скрубберы Вентури. Присутствие водорода в небоьших количествах в выбросах не представляет опастности. В результате значительных усовершенствований технологии и аппаратурного оформления сегодня достигнута высокая степень использования синтез –газа. Заключение В ходе выполнения данного курсового проекта был рассмотрен промышленный способ конверсии природного газа. В качестве наиболее эффективной была выбрана одноступенчатая каталическая технологическая схема конверсии метана под атмосферным давлением . Сырьём для процесса конверсии служит природный газ с массовой долей метана не менее 91%, диоксида углерода с массовой долей 2%, этана 2%, моноокиси углерода 1%, паров воды 2% и азота 2%. В результате материального расчёта конверсии газа определили, что для получения 373,2 синтез-газа необходимо 100 метана и 250 паров воды. Кроме того, рассмотрены основные источники выбросов в окружающую среду при производстве синтез-газа и, как следствие, перечислены природоохранные мероприятия, главным из которых является очистка отходящего воздуха от кислых газов. Download 29.92 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||