Пароводный конвертор метана

Реферат

С52, табл. 7; іл.5, бібліографічні посилань 6.

Розглянуто отримання азотно-водневої суміші для виробництва синтетичного аміаку. Розглянуті фізико-хімічні основи процесу та його кінетика. Відзначений та описаний  вибір технологічної схеми агрегату синтезу аміаку, виконані матеріальні, теплові та технологічні розрахунки.

Розглянуті питання охорони  навколишнього середовища та охорони праці у виробництві аміаку.

Результати досліджень можуть бути використовуватись студентами хімічних спеціальностей та інженерами-технологами.

Ключові слова:  синтетичний  аміак, конвертор природного газу, конвертований газ, технологічна схема, баланс, опора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

Вступ   ……………………………….………………...….………….…4

1. Загальна частина……………………………………….………....….……5
1. Характеристика вихідних матеріалів та готової продукції…………….4
2. Аналітичний огляд літератури……….…………….....................…….....7

1.2.1. Фізико-хімічні основи виробництва  продукції………..……..….. 9

1.2.2. Порівняльний аналіз існуючих варіантів технологічних схем………………………………………………………………………...13

1.2.3. Порівняльний аналіз існуючих  варіантів конструкцій апарата, що проектується..……..…………………………………………...………......27

1.3. Обґрунтування вибору конструкції апарата, що проектується…....31

1.4. Норми технологічного режиму…………………………….…..………..33

2. Спеціальна частина………………………………………………………...33

2.1.  Матеріальні розрахунки…...…………………………...…………....33

2.2.  Теплові розрахунки…………………………….…..………………..39

2.3. Технологічні розрахунки…………………………………………….43

          2.3.1. Розрахунки елементів конструкції………………………....39

3. Охорона праці…………………………………………………..….….....…47

4. Охорона навколишнього  середовища……………………………….....…49

5. Висновки………………...………………………………………..…….…..51

6. Список рекомендованої  літератури……………………………..………52

ВСТУП

Азот входить до складу різноманітних хімічних з’єднань: нітратів, нітридів, амінів, амінокислот та ін.. Виключно велика роль азоту в утворюванні життя на землі. Він являється складовою частиною білків, нуклеїнових кислот, ферментів, нуклеотидів.

У всіх індустріально розвинених країнах азотна промисловість є  однією з основних галузей. Бурхливий  розвиток азотної промисловості  обумовлюється в першу чергу  необхідністю задоволення потреб зростаючого  населення земної кулі продуктами землеробства. Без мінеральних добрив, і в  першу чергу азотних, неможливо  вирішити задачі інтенсифікації розвитку сільського господарства.

Виробництво аміаку, як відомо, відрізняється великою енергоемкістю. Історію розвитку виробництва аміаку можна розглядати як боротьбу за збільшення корисного використання електричної, теплової, та механічної енергії. На перших установках виробництвах аміаку вихід не перевищував 10-11%. Використання природного газу у виробництві аміаку збільшило загальний енергетичний вихід до 40%. Сучасні енерготехнічні апарати для виробництва аміаку практично автономні і мають велику продуктивність. Це забезпечено досягненнями хімічної технології та енергетичного машинобудування, металургійної та приладобудівної промисловості.

Синтетичний аміак  і продукти, отримані на його основі, мають важливе  значення в розвитку багатьох промислових  галузях, а особливо в піднятті родючості  сільськогосподарських культур. Аміак  використовується для отримання  азотної кислоти, аміачної селітри, мочевини, сульфату амонію, рідких добрив, медицині та інших відгалуженнях народного господарства.

Основною сировиною для  отримання синтетичного аміаку являються  азот і водень, отримані різними  методами із різноманітної сировини, але зауважимо що найбільш економічно вигідно отримувати суміш азоту і водню(синтез-газ) із природного газу або із попутних газів нафтової промисловості.

Мета роботи розглянути та порівняти конвертори природного газу для отримання АВС, яка надалі експлуатується для синтезу аміаку. Також порівняти технологічні схеми виробництва і розрахувати конвертор другої ступені .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Загальна частина

1.1.Характеристика  вихідних матеріалів та готової  продукції.

Аміак ( NH₃).

Аміак отримують із синтез-газу, який на виході із конвертора має наступний

              За звичайної температури аміак -безкольоровий газ із удушливим різким запахом та їдким смаком, має подразливу дію на слизову оболонку.

Таблиця 1 - Характеристики аміаку[5]

Молекулярнамаса	Мольний об’єм м3/кмоль	Температура,К		Критичні константи
кг/кмоль	(при 273К, 0,1013МПа),л.	Ткип.	Тпл.	Ткр., К	Ркр, атм.	Vкр., см3/моль
17,0306	22049	237,6	195,2	405,4	111,5	72,5

 

 

За фізико-хімічними показниками водний аміак повинен відповідати нормам, зазначеним у таблиці 2.

 

 

 

 

Таблиця 2 – Аміак - ГОСТ 9-92[5]

Найменування показника	Норма для марки
	А ОКП 21 33250200	Б ОКП 21 81330200
1. Зовнішній вигляд	Прозора безбарвна рідина	Прозора безбарвна або жовтувата рідина
2. Масова частка аміаку, %, не менше	25	25
- в перерахунку на азот, %, не менше;   3. Масова концентрація нелеткого залишку, г/дм3, не більше;   4. Масова концентрація диоксиду вуглецю, г/дм3, не більше;	Не нормується     0,07   Не нормується	20,5     Не нормується   8

               Аміак дуже добре розчинний у воді. При кімнатній температурі та атмосферному тиску в 1 літрі воді розчиняється приблизно 750 літрів  газоподібного аміаку.

При звичайній температурі  аміак стійкий. Аміак – досить реакційно здатна речовина, яка вступає в реакції приєднання, заміщення та окислення. Аміак вступає в реакції приєднання, заміщення та розкладання. З кислотами він утворює солі; наприклад, з азотною кислотою –нітрат амонію (аміачна селітра):

                     NH₃ +HNO₃ = NH₄NO₃                            

З сірчаною кислотою –сульфат амонію:

                    2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄  

Ці та ряд інших солей  амонію знаходять широке застосування в промисловості та в сільському господарстві. Рідкий аміак, його водні  розчини, а також розчини карбаміду, аміачної селітри та інших солей  в аміаку, які називаються аміакати, використовують в якості рідких добрив.

Природний газ

Природний газ – це суміш, склад якої коливається в досить широких межах, в залежності від родовища газу, який не має запаху, смаку та кольору. Але незважаючи на це, основним компонентом природного газу є метан, вміст якого може коливатися від 75 до 98 %.Також  до складу природного газу можуть входити важкі вуглеводні – гомологи  метану:

• етан(C₂H₆),
• пропан(C₃H₈),

• бутан(C₄H₁₀),

а також інші не вуглеводні речовини:

• водень(H₂),
• сірководень(H₂S),
• діоксид вуглецю(СО₂),
• азот(N₂),
• гелій(Не).

Прикладом цього є Ставропільський природний газ (%): CH₄ – 97,6; CO₂ – 0,5; N₂ – 1,5; C₂H₆ – 0.25; C₃H₈ – 0.15;

Фізичні властивості(залежать від складу):

• Молекулярна маса CH₄ – від 16,04 кг/кмоль.
• Густина:
• від 0,68 до 0,85 кг/м³ відносно повітря (сухий,газоподібний);
• 400 кг/м³ (рідкий).
• Температура самозапалення: 650 °C;
• Вибухонебезпечні концентрації суміші газу з повітрям від 5 % до 15 %(об’ємних);
• Відносна теплота згорання: 28—46 МДж/м³

• Порівняно з рідким і твердим паливом природний газ має ряд наступних переваг:
• відносна дешевизна, яка пояснюється більш легким способом здобуття і транспортування;
• відсутність золи і виділення твердих частинок в атмосферу;
• висока теплота згорання;
• полегшує умови автоматизації робочих процесів;

 

1.2. Аналітичний огляд літератури

1.2.1. Фізико-хімічні основи виробництва.[3]

              В наш час конверсія метану та його гомологів являється основним промисловим методом одержання водню і технологічних газів для синтезу аміаку, спиртів, моторних палив та інших продуктів.

Отримати водень можна  трьома способами:

• Конверсією з водяним паром:

СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂ - 206,2 кДж;                                                     (1.1)

• Конверсією з вуглекислим газом:

СН₄ + СО₂ = 2СО + 2Н₂ - 247,4 кДж;                                                       (1.2)

• Неповним окисненням киснем: 

СН₄ + 0,5О₂ = СО + 2Н₂ +35,7 кДж.                                                        (1.3)

Якою б із схем не отримували водень, утворений при цьому окис вуглецю конвертують водяним  паром:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ + 41,2 кДж.                                                            (1.4).

Якщо необхідно отримати технологічно чистий водень проводять  реакції (1.1) та (1.3) із послідуючою конверсією СО по реакції (1.4).

При отриманні азотно-водневої суміші для синтезу аміаку потрібну кількість азоту вводять з киснем на стадії конверсії вуглеводних газів або при промивці конвертованого газу рідким азотом для видалення залишку окису вуглецю.

           У тому випадку, коли конверсія  метану проводиться за реакцією (1.1), треба компенсувати втрати  тепла на реакцію, а азот, необхідний  для синтезу аміаку, вводити ззовні. При конверсії за реакцією (1.2) витрата тепла ще більше, а  азот також треба вводити ззовні. При неповному окисненні за  реакцією (1.3) тепло виділяється,  а азот можна подати у складі  повітря. Тепла виділяється стільки,  що виникає потреба відводу  його із надлишку.

Можна було б одночасно проводити конверсію частини метану по реакції (1.1) та неповне окиснення його по реакції (1.3) таким чином, щоб надлишок тепла покривав втрати в навколишнє середовище. Але, як показують теоретичні розрахунки при подачі кисню в складну суміш реакція (1.3) не проходить, а весь кисень взаємодіє з воднем, який виділився внаслідок реакції (1.1),(1.4), утворюючи пари води. Теплота цієї реакції використовується для підтримання теплового режиму процесу.