|
|
Реакторы, используемые на различных стадиях производства аммиака (подробная технологическая схема).Стр 1 из 3Следующая ⇒ Очистка природного газа от серосодержащих соединений.
Природный газ содержит примеси серосодержащих соединений, таких как меркаптаны, тиофен, сероуглерод, сероводород и т.д. Кроме того, на стадии извлечения газ одорируется – к нему прибавляют к этилмеркаптан. Несмотря на то, что содержание серы невелико, в целях избегания отравления катализаторов, используемых в производстве аммиака, ее содержание не должно превышать 0,5 мг/м3. Для очистки от малых количеств примесей эффективны сорбционные методы. Чтобы избежать многоступенчатой сорбции, все соединения сначала приводят в одно состояние – гидрируют до сероводорода. Технологическая схема сероочистки приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Технологическая схема сероочистки (1 – огневой подогреватель, 2 – реактор гидрирования, 3 – абсорберы).
Необходимый для гидрирования водород в виде азотоводородной смеси поступает со стадий конверсии метана. Процесс проводят при высоких температурах, так как используемый кобальт-молибденовый катализатор становится активен при 670 К. Выходящий из реактора гидрирования газ содержит серу только в виде H2S и направляется в абсорберы, в которых и происходит очистка от сероводорода. В качестве поглотителя используют оксид цинка:
ZnO + H2S = ZnS + H2O
Полная сероемкость поглотителя при температуре процесса составляет 28% от его массы. Реально, поскольку сорбция зерном поглотителя происходит послойно, фактическая сероемкость составляет порядка 15-18% Конверсия метана.
Взаимодействие метана с водой протекает на никельсодержащем катализаторе и может быть представлено двумя обратимыми реакциями:
CH4 + H2O D CO + 3H2 – Q1 CO + H2O D CO2 + H2 + Q2
Влияние температуры на эти реакции различно – ее повышение способствует протеканию лишь первой эндотермической стадии. Поскольку сначала необходимо обеспечить как можно более полную конверсию метана, то температуру целесообразно повышать. При этом равновесие второй стадии сдвинется влево. Так как конверсия метана протекает с увеличением объема, то низкое давление будет способствовать его более полному превращению. Затраты энергии на сжатие пропорциональны объему (числу молей) сжимаемого газа. При полном превращении метана и СО образуется 4моля водорода, к которому для получения аммиака добавляется стехиометрическое количество азота - 4/3моля. Если конверсию метана провести при термодинамически выгодных условиях - при атмосферном давлении, то в дальнейшем нужно будет сжать более пяти объемов азотоводородной смеси. Энергетические затраты будут меньше, если конверсию провести при промежуточном давлении, сжимая один объем газа - только метан (водяной пар поступает под давлением). Тогда энергия сжатия существенно уменьшится. Детальные техноэкономические расчеты показали, что на стадии конверсии оптимальным будет давление 4МПа.Увеличение давления до 4 МПа при стехиометрическом соотношении пара к газу 2:1 не позволяет достичь полного превращения даже при температуре 1300К, при двукратном же избытке водяного пара ( 4:1) это достигается (хр = 99%). Такой исходный состав реакционной смеси использован в промышленности. Избыток Н2O также предотвращает образование углерода на катализаторе. На рисунке 4 приведена технологическая схема конверсии метана.
Рисунок 4. Технологическая схема конверсии метана (1 – трубчатая печь, 2 – шахтный конвертор, 3 – котел-утилизатор, 4 – смеситель, 5-7 – подогреватели). Как было уже отмечено ранее, протеканию процесса способствует высокая температура. Катализатор в этих условиях весьма активен, и равновесие достигается быстро, поэтому достигаемое в реакторе превращение можно с достаточной точностью определить из равновесных данных. Конверсия метана - реакция эндотермическая: тепловой эффект взаимодействия метана с водой преобладает над экзотермическим эффектом конверсии CO. Необходимую теплоту можно подвести через стенки обогреваемых труб, в которых находится катализатор и протекает реакция, т.е. осуществить процесс в трубчатом реакторе, или, как его называют, в трубчатой печи. Обогрев осуществляется сжиганием природного газа в факельных инжекционных горелках. Дымовые газы с температурой 1200 – 1300 К отводятся из нижней части реактора. Температура, необходимая для полного превращения метана (1300К), ограничена термостойкостью металла, из которого сделаны трубки, поэтому допускаемый нагрев не превышает значений температуры 1180 - 1200 К. Максимальная температура на выходе из слоя будет, естественно, ниже: 1080-1100 К и превращение метана не превысит 60-75%. Необходима вторая ступень конверсии. Она представлена адиабатическим реактором, или, как его называют, шахтным конвертором, стенки которого футерованы внутри высокотемпературным материалом (бетоном) для предохранения корпуса от перегрева. Необходимую температуру создают подачей в реактор воздуха; часть метана сгорает, и температура повышается до 1230 – 1280 К. Если в трубчатом реакторе теплота подводится внешним теплообменом, то в шахтном реакторе - внутренним теплообменом. В шахтном конверторе подачей воздуха, точнее, кислорода воздуха обеспечивается нужный температурный режим процесса, но так как с воздухом вводится и азот, необходимый для синтеза аммиака, шахтный конвертор еще выполняет функцию выделения азота из воздуха. Количество подаваемого воздуха должно быть таким, чтобы соотношение водород: азот было стехиометрическим для синтеза аммиака, т.е. соответствовало 3:1. Температура газа после шахтного конвертора достигает 1230 - 1280 К, а давление из-за гидравлического сопротивления реакторов немного падает - 3,3 МПа. Разбавление реакционной смеси азотом (инертным газом), и уменьшение давления способствуют сдвигу равновесия вправо. Теплота реакционной смеси после реактора утилизируется в котле-утилизаторе. Конечно, процесс можно провести только в шахтном конвертере. Аппаратурно это выгодно – теплота сгорания природного газа выделяется внутри реактора и ее подвод к эндотермической реакции будет наиболее полным. В таком случае в шахтный реактор необходимо дополнительно подавать воздух обогащенный кислородом, так как количество азота должно быть дозировано, а теплоты подвести надо достаточно много, и кислорода воздуха не хватает. Одноступенчатая конверсия метана была распространена ранее. Однако, вследствие затруднений, возникающих на стадиях утилизации теплоты реакционной смеси и отделения продуктов горения, оптимизация схемных решений превалировала над оптимизацией процесса в реакторе, поэтому современные производства аммиака включают двухступенчатую конверсию метана.   Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
