Каталитическая конверсия метана водяным паром
Этапы первичной переработки природного газа, его состав и принципиальная схема паровоздушной конверсии метана. Схема химических превращений, физико-химические основы, термодинамика и кинетика процесса, сущность и преимущество каталитической конверсии.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.03.2009 |
| Размер файла | 1011,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Н= 03 - 110,53 + 241,81 + 74,85 = 206,13 кДжмоль
1.2. Найдем энтропию реакции:
S= (niS)- (niS)
S=3130,52 +197,55 -188,72 -186,27= 214,12 ДжмольК
1.3. Найдем изменение энергии Гиббса в ходе реакции при нормальных условиях:
G = (niG)-(niG)
G= 30-137,15+288,61+50,85=142,31 кДжмоль
2. Найдем функцию зависимости теплоемкости от температуры С= f(Т)
|
СН |
НО |
СО |
Н |
||
|
a |
14,32 |
30 |
28,41 |
27,28 |
|
|
b |
74,6610 |
10,7110 |
4,110 |
3,2610 |
|
|
с' |
0,3310 |
-0,4610 |
0,510 |
||
|
с |
-17,4310 |
Ср(СН4) = 14,32 + 74,6610Т - 17,4310Т
Ср(Н2О) = 30 + 10,7110-3Т + 0,33105Т-2
Ср(СО) = 28,41+ 4,110-3Т - 0,46105Т-2
Ср(Н2) = 27,28 + 3,2610-3Т + 0,5105Т-2
Ср = а + bT + с'Т2+cТ-2
Ср = (327,28+28,41-30-14,32) + (33,26+4,1-10,71-74,66)10-3Т +
+ (30,5-0,46-0,33)105Т-2 - 17,4310-6Т2
Ср = 65,93 - 71,4910-3Т + 0,71105Т-2 - 17,4310-6Т2 ДжмольК
2.1. Для азота зависимость теплоемкости от температуры выглядит следующим образом:
Ср(N2) = 27,88 + 4,2710-3Т
3.1. Найдем изменение энтропии в ходе реакции при нагревании от t1=25C до t2=900C:
S=dТ =
S=16.54 Дж/мольК
3.2. Найдем изменение энтальпии в ходе реакции при нагревании от t1=25C до t2=900C:
H= 65,93 (1173-298) - 71,4910-3(11732-2982) - -
Н= - 2375 Дж/моль
3.3. Рассчитаем энергию Гиббса на выходе t2=900С:
4. Найдем константу равновесия:
G=-RTlnKp
Kp = exp(-G/RT)
Kp=exp(-(-62058,71/8,311173))=582,04
4.1. Рассчитаем равновесную степень превращения метана. При температуре от 827С и составе исходной смеси СН4 Н2О = 1 2 необходимо проводить процесс при абсолютном давлении 10 атм.
СН4 + Н2О СО + 3Н2
т.к. водяной пар в избытке, то РН2О = 2РСН4
Робщ = РСН4 + 2РСН4= 3РСН4
РСН4 = Робщ/3 = 10/3 атм.
При равновесии:
xe = 0,8115 и xe = - 2,29
Равновесная степень превращения равна 0,8115.
Вывод: равновесная степень превращения метана xe=0,8115 ,степень конверсии = 0,7 , данный процесс, возможно, провести в указанных условиях.
5. Составим материальный баланс.
|
Приход |
Расход |
|||||
|
Исходное вещество |
m, кг |
V,м3 |
Продукт |
m, кг |
V,м3 |
|
|
СН4 |
714,29 |
1000 |
СН4 |
214,29 |
300 |
|
|
N2 |
25,51 |
20,41 |
N2 |
25,51 |
20,41 |
|
|
Н2О |
1607,14 |
2000 |
Н2О |
1044,64 |
1300 |
|
|
СО |
875 |
700 |
||||
|
Н2 |
187,5 |
2100 |
||||
|
Итого: |
2346,94 |
3020,41 |
Итого: |
2346,94 |
4420,41 |
5.1.Найдем количество поступающего метана (в час):
по закону эквивалентов
(кг)
Найдем количество конвертируемого метана:
V=0, 71000=700 (м3)
После реакции осталось:
m(СН4) = 714,29 - 500 = 214,29 (кг)
V(СН4)= 1000 - 700 = 300 (м3)
5.2. Найдем необходимое количество воды для осуществления реакции:
В промышленном производстве для осуществления процесса воду и метан берут в отношении 2:1. Исходя из этого условия рассчитаем количество поступающего водяного пара:
V = 2 1000 = 2000 (м3)
Не прореагировало водяного пара:
m(Н2О) = 1607,14 - 500 = 214,29 (кг)
V(Н2О) = 2000 - 700 = 300 (м3)
5.3. В реактор поступает :
Т.к. азот не участвует в химической реакции, то на выходе:
m = 25,51 (кг)
V = 20,41 (м3)
5.4. Найдем количество образовавшегося в ходе реакции СО:
5.5. Найдем количество образовавшегося водорода:
Вывод: . Материальный баланс сошелся.
6. Составим энергетический баланс:
|
Приход |
кДж |
% |
Расход |
кДж |
% |
|
|
Q(СН4) |
675,87 |
4 |
Q(СН4) |
1224,04 |
7,2 |
|
|
Q(N2) |
10,16 |
0,06 |
Q(N2) |
35,15 |
0,2 |
|
|
Q(Н2О) |
1156,9 |
6,87 |
Q(Н2О) |
4460,2 |
26,4 |
|
|
Qподв |
15029,6 |
89,07 |
Q(СО) |
1216,5 |
7,23 |
|
|
Q(Н2) |
3420,87 |
20,24 |
||||
|
Qх.р. |
6515,8 |
38,62 |
||||
|
Итого: |
16872,53 |
100% |
Итого: |
16872,56 |
100% |
6.1. Найдем тепло, которое поступает с исходными веществами - физическое тепло:
где T1 - температура на входе, (t1=105C); Ср - теплоемкость, будем считать, что теплоемкость зависит от температуры (п.2).
Реакция конверсии водяным паром сильно эндотермична, поэтому необходимо подогревать исходную реакционную смесь. В промышленности для подогрева системы используют природный газ, за счет сжигания которого выделяется необходимое количество тепла Q.
6.2. Найдем тепло веществ на выходе из реактора:
где T2 - температура на выходе из реактора.
6.3. Найдем теплоту, поглощенную в ходе химической реакции:
6.4. Найдем количество теплоты, которое необходимо затратить на подогрев исходной смеси:
6.5. Найдем количество природного газа, которое необходимо затратить для подогрева исходной смеси, считая, что природный газ на 95% состоит из метана (состав природного газа зависит от месторождения, колеблется от 55-99%):
По справочнику:
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. Г. Аншиц, Е. Н. Воскресенская. Окислительная конденсация метана - новый процесс переработки природного газа.
2. Сосна М.Х., Энтин Б.М., Лейтес И.Л. Нонограммы для определения состава газа конверсии метана//Химическая промышленность. - 1989. - №7. - с.59
3. Крейндель Э.М. Конверсия метана природного газа. Л.:-1964.
4. Г.С. Яблонский. Кинетические модели гетерогенно-каталитических реакций. Элементы теории кинетики сложных химических реакций. Глава 1. В сб.: Химическая и биологическая кинетика / Под ред. Н.М. Эмануэля, И.В. Березина, С.Д. Варфоломеева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983.
5. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ. изд./Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, , Л.Н. Смирнова; Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. - М.: Химия, 1989.
Подобные документы
Конверсия метана природного газа с водяным паром — основной промышленный способ производства водорода. Виды каталитических конверсий. Схема устройства трубчатого контактного аппарата. Принципиальная технологическая схема конверсии метана природного газа.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 20.11.2012Технологическая схема производства аммиака и получения синтез-газа. Эксергетический анализ основных стадий паровоздушной конверсии метана. Термодинамический анализ процесса горения в трубчатой печи. Определение эксергетического КПД шахтного реактора.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 05.11.2012Реакция процесса конверсии оксида углерода водяным паром. Температурный режим на каждой стадии конверсии. Свойства применяемых катализаторов. Схемы установки конверсии. Реакторы идеального вытеснения. Изменение температуры в адиабатическом реакторе.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 17.10.2012Влияние температуры и избытка пара в парогазовой смеси на равновесие реакции конверсии оксида углерода водяным паром. Кинетические расчёты и теоретическая оптимизация процесса конверсии. Конструкция и расчет конвертора оксида углерода радиального типа.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.10.2014Метан — бесцветный газ без запаха, первый член гомологического ряда насыщенных углеводородов; получение и химические свойства. Процесс высокотемпературной конверсии метана для производства метанола; определение углеродного эквивалента исходного газа.
курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.12.2012Определение степени конверсии мезитилена. Дегидрирование н-бутана, схема реактора. Графическая зависимость перепада температур на входе и выходе от степени конверсии. Количественный анализ процесса пиролиза изопентана с образованием метана и изобутилена.
курсовая работа [415,3 K], добавлен 24.01.2009Создание катализаторов для процессов углекислотной и пароуглекислотной конверсии биогаза. Подбор параметров процессов для получения синтез-газа с регулируемым соотношением Н2/СО. Определение условий проведения взаимодействия метана с углекислотным газом.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 01.11.2014Особенности строения предельных углеводородов, их изомерия и номенклатура. Гомологический ряд алканов неразветвленное строения. Получение метана в лабораторных условиях, его физические и химические свойства. Области применения метана как природного газа.
презентация [113,5 K], добавлен 22.12.2013Степень конверсии мезитилена. Селективность продуктов. Теплота реакции. Зависимость перепада температур на входе и выходе от степени конверсии. Линейное увеличение адиабатического перепада температур в зоне реактора при увеличении степени конверсии.
курсовая работа [416,1 K], добавлен 04.01.2009Вычисление степени конверсии реагентов при взаимодействии мезитилена со спиртом, выхода продукта на пропущенное сырье. Составление схемы теплового баланса реактора. Количественный анализ процесса пиролиза изопентана с образованием метана и изобутилена.
курсовая работа [410,5 K], добавлен 21.02.2009
