Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород
Методи за получаване на водород: термохимични, електрохимични, фотоелектрохимични. Получава водородът в нефтохимическата промишленост. Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване водород като съставна част на азото-водородния синтез газ.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | дипломная работа |
Язык | болгарский |
Дата добавления | 10.10.2009 |
Размер файла | 1,9 M |
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.
С` = С - (0,02 + 0,008)
Количеството на водорода в суровината, участващ в процеса на га-зификация се определя по уравнението:
Н` = Н - 0,00134 - 0,056.S
,където 0,00134 и 0,056.S е количеството водород, превръщащо се в СН4 и Н2S съответно.
Добива на отделните газови компоненти се определя по уравнения, приведени в таблица 16
Табл. 16 Материален баланс за пресмятане на паро-кислородната газификация на нефтените остатъци
Компоненти |
Обем, м3 за 1 кг суровина |
||
Изходни компоненти |
Конвертиран газ |
||
Н2О О2 N2 CO CO2 H2 CH4 H2S COS + CS2 |
1,243.(a + W) 0,935.C` + д (0,935.C` + д)(1 - СО2)/ СО2 - - - - - - |
1,243.(a+W)-1,867.C`.в+2.д - (0,935.C`+д).(1-СО2)/СО2+0,8N 1,867.C`(1 - в) 1,867.C`.в 11,2.H` + 1,867. C`.в - 2д 0,015 0,63.S 100.S |
След заместване на обема на компонентите Н2, СО2, СО, Н2О от таблицата в уравнението на константата на равновесие за реакцията на конверсия на СО с водни пари ще получим:
K2 = CH2.CCO2
CCO.CH2O
K2 = в.(11,2.H` + 1,867.C`.в - 2.д)
(1 - в).[1,243.(a + W) - 1,867.C`.в + 2.д]
Топлинният баланс на процеса на газификация се описва с урав-нението:
Qн + qт + qH2O + qO2 = 1,867.C`.(1 - в).(12600 + t2.cCO) + (11,2.H` +
1,867.C`.в - 2.д).(11100 + t2.cH2) + [1.243.(a + W) + 2.д]. t2cH2O +
1,867.C`.в. t2.cCO2 + qc + q
,където Qн е топлината от изгаряне на суровината, kJ/kg; qт е количество топлина, въвеждано със суровината в реактора, kJ/kg; qH2O е количество топлина, което се въвежда с парата, kJ/kg; qO2 е количеството топлина, което се въвежда с кислорода в реактора, kJ/kgl; t2 e температурата на из-ход от реактора, 0С; cCO, cH2, cH2O, cCO2 са средни топлинни капацитети на компонентите при постоянно налягане и температура на изход от реактора, kJ/(m3.0C); q - загуба на топлина в околната среда, kJ; qc - топлината на изгаряне и енталпията на саждите, метана, сероводорода, серните окиси, въглеродния сулфид и азота, пресметнати по уравнението:
qc = 1347 + 0,005.Qн + 18200.S
Решавайки съвместно уравнението на равновесие на реакцията на конверсия на СО с водни пари и топлинния баланс ще намерим в и д.
Szargan, P. е изучавал процеса на паро-кислородна газификация на течно гориво в промишлен реактор. Реакционните зони в газгенератора, според неговите изследвания, са показани на фигура 10.
а б
Фиг. 10 а) Реакционни зони на факелния процес на газификация на течно гориво: 1 - зона на факела; 2 - зона на циркулация; 3 - зона на завършване на реакцията.
б) Изменение концентрацията на кислорода във факела при газификация на течни горива (прекъсната линия - екпериментални данни, непрекъсната линия - теоретични данни)
В горните зони течното гориво се разпръсква механично с форсун-ки и пневматично от паро-кислородната смес в горелката. Малките капки се изпаряват в атмосфера на горещ газ в зона 1 и 2. Потокът на окислителя засмуква изпареното гориво и газ от зона 2 в зона 1. В пламъка част от парите на горивото и газа изгарят, при което се достига температура по-висока от 2500 0С.
В противоположност на типичното направление на пламъка, този пламък е преобърнат, тъй като свободният кислород се намира отвътре, а горещият газ се засмуква отвън.
На фиг. 10 - б) е показано изменението на концентрацията на кисло-рода във факела за газификация на течни горива с отдалечаване от усти-ето. В пламъка, при концентрация на кислорода 2,2 м3 на 1 кг гориво, тем-пературата достига до 3000 0С. Заедно с продуктите от пълното горене СО2 и Н2О се образуват и продукти от дисоциация: СО, Н2, О2, а също и атомен кислород, водород и хидрооксиден радикал. Свободен и атомен кислород има не само на границите на пламъка, но и на разстояние, пре-вишаващо 1,6 пъти дължината на пламъка (концентрация на О2 > 1,2 м3/кг), а атомният водород и радикалът -ОН - на разстояние 2,2 (концентрация на О2 > 0,9 м3/кг). Дължината на пламъка се определя основно от сечение-то на изходната дюза на форсунката. Налягането в реактора не влияе на дължината на пламъка.
Обяснявайки химизма на процеса на газификация на течни горива и сравняването му с механизма на частично окисление на газообразно го-риво, авторите считат, че процесът протича в два стадия. Първо протича пълно изгаряне на въглеводородите, при което се изразходва всичкия кис-лород. Във втория стадий става конверсия на останалите въглеводороди с пара и въглероден диоксид. Предложен и механизъм на частично окисление на метана във факела с отчитане образуването на ацетилен в качеството му на междинен продукт. Съобразно с този механизъм проце-сът протича на три стадия: на първия става верижна реакция на окисле-ние на метана и се образуват предимно въглеводороди С2 и вода, на вто-рият стадии има окисление на ацитилена и водорода, а на третия - пълно окисление на всички междинни продукти до въглероден оксид и водород.
Л.Н. Алейнова и колектив експериментално определят основните стадии на непълно горене на метана. Авторите считат, че процесът се състои от три стадия. Първият се характеризира с пълно отреагиране на кислорода и натрупване на СО, водород, СО2, вода и малки количества ацетилен; на вторият стадий се натрупва ацетилен и спира натрупването на водни пари и СО2; на третият стадий става конверсия на въглеводоро-ди, разграждане на ацетилена до отделните елементи и газификация на саждите.
Отличителна особеност на газификацията на течни горива е отделя-не на сажди. Газификацията се води при условия, водещи до образуване на сажди, въпреки че при достигане на ТД равновесие, въглеродът в продуктите на реакцията трябва да отсъства. Получаването на сажди зависи от относителния разход на кислород и водна пара, температурата и налягането на процеса, качеството на разпръскане на горивото и смес-ването му с окислителя. Получаването на сажди намаля с увеличаване от-носителния разход на кислород и водна пара. Установено е, че при отно-сителен разход на кислород, равен на 0,6 м3 на 1 кг мазут, се отделя 7% (масови) сажди (изчислено по мазута), при относителен разход 0,8 м3/кг - 0,5% (масови).
Образуването на дисперсен въглерод се обяснява с това, че заедно с процесите на непълно и пълно изгаряне при газификация протичат процеси на разцепване на въглеводородите. В съответствие с основните положения в теорията на П. А. Теснер, образуването на сажди се предшества от образуването на радикал, от който се образува зародиша на саждената частица. От съотношението кислород:гориво зависи не само добива на сажди, но и тяхната относителна повърхност.
Електронно-микроскопски изследвания на сажди, получени от паро-кислородна газификация на мазут, показали, че първичните частици имат сферична форма и диаметър 20 - 50зm. Има и по-големи частици, които, както предполагат авторите, се образуват от механично съединяване на първичните. От това изследване се прави извод, че саждите в процеса на газификация на течни горива се образуват от паровата фаза, а не от теч-на при коксуване на капки от гориво, както се е предполагало по-рано.
Електронно-микроскопските изследвания показали също, че първич-ните частици изгарят отвън и с повишение на температурата стават силно пористи. Някои частици се окисляват до търкостенни черупки, защото окислението при тях протича първо във вътрешността на частицата.
Изборът на режим на газификация на течните и газообразни въгле-водороди се определя не само от условията на ТД равновесие, отколкото от техническите възможности за водене на процеса. Давлението се под-бира в зависимост от технико-икономическите разчети. Широко разпрост-ранение са получили инсталации за газификация при налягане 2,0 - 4,2 MРa; максималното налягане на процеса може да достигне 10 Mрa.
В зависимост от условията на ТД равновисие, ниска концентрация на метан в газа може да се достигне при температура по-висока от 1000 0С. Но скоростта на реакция при такава температура без катализатор е малка, а при това се наблюдава значително саждообразуване. Затова процесът се провежда при температура по-ниска от 1300 0С. С повишава-не на налягането трябва да се повиши и температурата на процеса, например по следния начин:
Налягане, МРа............................ 3 6 10
Температура, 0............................ 1300 1350 1400
Отношението пара:суровина се приема също от емпиричните данни от 0,3 до 0,5, при което колкото по-тежка е суровината, толкова по-висок е разхода на пара. Подгряването на изходните компоненти позволява малко да се намали разхода на кислород и да се подобрят условията на проце-са.
Температурата на подгряване на суровината се колебае в широки граници от 80 до 300 0С. Минималната температура е ограничена от вис-козността на суровината: суровината трябва да бъде подгрята минимум до 20 - 30 0С, като при тази температура визкозитета става достатъчен за по-даване и разпръскване във форсунките. В тях суровината се разпръсква добре при вискозитет 3 - 4 условни градуса. Максимално допустима тем-пература на нагряване на суровината се ограничава от условията на отде-ляне на кокс по стените на подгревателя на суровината. Суровината ряд-ко се подгрява в подгреватели с пряк огън, а с водна пара с ниско наляга-не и температура 110 - 120 0С.
Най-сложно се явява подгряването на кислорода във връзка с ръста на неговата реакционна активност по отношение на металите. Температу-рата на кислорода, подаван в реоктора, се избира в границите от 20 - 300 0С. Безопасното подгряване на кислород до 300 0С може да се обезпечи при използване на прегрята водна пара.
Разходът на кислород зависи също и от загубите на топлина в реак-ционната зона, а последните зависят от производителността и конструк-тивното оформление на газгенератора и е в границите 0,1 - 4% от топли-ната на изгаряне на изходната суровина. В съвремените високопроизводи-телни промишлени газгенератори загубата на топлина в реакционната зона не превишава 0,3 - 0,5%.
В таблица 17 са приведени показатели на процеса паро-кислородна газификация на природен газ, бензинови пари и тежко котелно гориво при налягане около 3 МРа, а в талица 18 - газификация на различни суровини про налягане 6 МРа по данни на фирма Shell. В таблица 19 е даден мате-риален баланс от газификацията на мазут.
Табл. 17 Показатели на процеса паро-кислородна газификация на въглеводороди при налягане 3 МРа
Показатели |
Приро-ден газ |
Бен-зин |
Тежко котелно гори-во |
|
Разход за 1 кг от суровината кислород (95%-ен)............... водна пара (с температура на насищане 246 0С)........... Температура на подгряване, 0С суровина.............................. кислород.............................. водна пара.......................... Добив на газ, м3 за 1 кг суровина Състав на газа, % СО2 ………………………….. СО …………………………… Н2 ……………………………. СН4 ………………………….. N2 + Ar ………………………. H2S + COS …………………. |
0,98 0,05 236 236 246 3,73 2,8 34,5 61,0 0,3 1,4 - |
0,83 0,35 300 300 300 3,29 3,9 41,7 52,7 0,3 1,4 7.10-3 |
0,75 0,40 236 236 246 2,95 4,3 46,9 46,2 0,3 1,4 0,9 |
Табл. 18 Показатели за процеса паро-кислородна газификация на Различни суровини при налягане 6 МРа
Показатели |
Природен газ |
Лек бензин от пър-вична дестилация |
Мазут |
Крекинг-остатък |
Вакуум остатък |
Остатък от деас-фалтизация |
Мазут |
Крекинг-остатък |
|
Температура, 0С, на вход в реактора суровина............... кислород............... пара....................... Разход на кислород за 1 кг суровина (95%) м3/кг....................... пара, кг.................. газ (сух), м3........... Състав на газа, % СО2........................ СО......................... Н2.......................... СН4....................... N2.......................... Ar.......................... H2S....................... COS..................... Производство на пара в котел-утилизатора, кг/кг............................ Налягане на насите- ната пара, МРа........ Добив на сажди, % (тегл.) |
Без циркулация на сажди |
С циркула- ция на саж- ди |
|||||||
300 245 313 0,983 0,20 3,63 3,88 33,82 60,13 0,60 0,72 0,85 - - 3,54 10,5 0,02 |
250 245 313 0,879 0,40 3,21 5,21 41,29 51,45 0,60 0,58 0,86 0,01 - 3,06 10,5 3,0 |
245 245 313 0,750 0,45 2,94 4,91 46,19 46,02 0,60 0,65 0,80 0,80 0,03 2,72 10,5 3,0 |
245 245 313 0,763 0,45 2,98 4,86 46,89 45,81 0,60 0,63 0,81 0,38 0,02 2,81 10,5 3,0 |
245 245 313 0,745 0,50 2,90 5,55 46,54 45,03 0,60 0,68 0,81 0,76 0,03 2,80 10,5 3,0 |
300 245 313 0,771 0,55 2,80 6,09 46,99 43,26 0,60 0,62 0,80 1,57 0,07 2,80 10,5 3,0 |
245 245 313 0,776 0,45 3,01 5,10 46,61 45,42 0,60 0,65 0,81 0,78 0,03 2,85 10,5 3,0 |
245 245 313 0,786 0,47 3,06 5,15 47,01 45,41 0,60 0,63 0,81 0,37 0,02 2,90 10,5 3,0 |
Табл. 19 Материален баланс на паро-кислородната газификация на мазута
Компоненти |
Коли- чество |
Тук се включват елементите |
|||||
С |
Н |
О |
N |
S |
|||
Приход, кг |
|||||||
Мазут........................... Водна пара................. Кислород..................... |
100,0 46,0 100,9 |
87,3 - - |
9,8 5,1 - |
0,8 40,9 100,9 |
0,7 - - |
1,4 - - |
|
Общо...... |
246,9 |
87,3 |
14,9 |
142,6 |
0,7 |
104 |
|
Н2................................. СО……………………… СО2 ……………………. Н2О ……………………. Н2S.............................. COS............................. N2................................. CH4.............................. Сажди.......................... |
12,0 178,0 26,9 24,1 1,4 0,1 0,7 0,4 3,3 |
- 76,4 73 - - 0,02 - 0,3 3,3 |
12,0 - - 2,7 0,1 - - 0,1 - |
- 101,6 19,6 21,4 - 0,02 - - - |
- - - - - - 0,7 - - |
- - - - 1,3 0,1 - - - |
|
Общо....... |
246,9 |
87,3 |
14,9 |
142,6 |
0,7 |
1,4 |
3. Методи за отделяне на водорода от водородсъдържащи газове
Нефтозаводските газове представляват смес от въглеводороди и водород. Основните физични константи на водорода и на газообразните въглеводороди са дадени в таблица 20. Водородът се отделя от тези газо-ве чрез методите: дълбоко охлаждане, абсорбция, адсорбция, дифуция през мембрани с избирателна пропускливост. Криогенният метод е наме-рил промишлено приложение за отделяне на Н2 от водородсъдържащи газове. За получаване на водород с висока чистота се използва метода на адсорбция при променливо налягане (PSA - pressure swing adsorption, КЦА - короткоцикловая адсорбция), върху зеолити. Водород с висока чистота се получава в малки количества при дифузия на през мембрани от сплави на паладия, проницаеми спрямо водорода, но непроницаеми за други газ-ове и пари. Разработват се и полимерни мембрани притежаващи подобни свойства. Методът за абсорбция с въглеводороди и следваща ректифика-ция, особенно при понижена температура, също може да бъде използван за концентриране на водорода. Посочените процеси може да се използват не само за отделяне на Н2 от нефтозаводски газове, но и за отделянето му в различни процеси за производство на водород. Доколкото способите и принципите са аналогични, отделянето на водорода и неговата доочистка се разглежда във всеки раздел съвместно с отделянето на водорода от нефтозаводските газове.
Табл. 20 Физични константи на газове, влизащи в състава на нефтозаводските газове
Газ |
Плътност при 0 0С и 0,1 МРа, кг/м3 |
Молекулна маса |
Т. кип. при 0,1 МРа, К |
Газова кон-станта R, J/(kg.K) |
Специфична топлина на кипене, kJ/kg |
Критични константи |
||
Ткр, К |
Ркр, МРа |
|||||||
Н2................. СН4............... С2Н6.............. С2Н4.............. С3Н8.............. С3Н6.............. n-C4H10 …….. n-C4H8 ……… n-C5H12 …….. |
0,09 0,717 1,356 1,260 2,005 1,914 1,703 - - |
2,0159 16,04 30,07 28,05 44,09 42,08 58,12 56,104 72,146 |
20,38 111,67 184,53 169,37 231,1 225,45 272,65 266,66 309,21 |
4124,2 518,2 276,7 296,6 188,5 197,5 143,0 - - |
451,8 510,4 489,9 483,2 448,0 427,0 386,5 404,0 483,2 |
33,08 190,1 308,27 282,5 369,81 365,0 425,01 417,0 470,2 |
1,30 4,62 4,89 5,14 4,26 4,59 3,80 4,02 3,35 |
3.1 Криогенен метод за концентриране на водорода
Отделяне на водорода от негови смеси с газообразни въглеводоро-ди чрез метода на фракционна кондензация се провежда с охлаждане на газовата смес до температури, при които въглеводородите преминават в течно състояние, а водородът остава в газообразно. Разделянето се осно-вава на разлики в парциалните налягания на водорода и въглеводороди-те. Концентрирането на водорода представява по същество задача свър-зана с отделянето на водорода от метана, доколкото другите въглеводоро-ди кондензират при по-високи температури от метана. Равновесието на системата водород - метан се определя от режимните условия по темпе-ратура, необходими за получаване на водород с необходимата степен на чистота. На фигура 11 е показана зависимостта на концентрацията на по-лучавания водород от температурата при различни налягания. Конденза-цията на метана се води при 2 - 6 МРа. Както се вижда от фигурата, водо-род с концентрация 95% може да се получи при налягане 2 МРа и темпе-ратура минус 166 0С, а при 6 МРа - при температура минус 158 0С. За по-лучаване на водород с по-восока концентрация е необходима по-ниска температура.
В областта на използваните налягания, разтворимостта на водорода в течен метан не е голяма, което се вижда от следните данни:
Температура, К Налягане, МРа Съдържание на Н2, % (мол)
в течната фаза в газовата фаза
90,3 4,84 2,4 96,8
7,50 3,6 97,5
103,1 3,85 2,2 94,7
7,60 4,0 96,4
3.2 Отделяне на водорода с помощта на полупроницаеми мембрани
Мембрани, проницаеми за водород и непроницаеми за други газове се използват в някои отрасли на промишлеността за получаване на свръх чист водород.
Механизмът на проникване на водород през паладиева преграда е следния. Водородът се адсорбира на повърхността на метала и се дисо-циира с образуване на атомен водород. Последният, отдавайки електрон на паладия, преминава в положително зареден протон. Протонът преми-нава през слоя на паладиевата атомна решетка и присъединявайки елек-трон образува отново неутрален атом на водорода. Атомите на водорода от се съединяват в молекули и десорбират от повърхността в газова фаза. Проникването на Н2 приз паладиевата мембрана не представлява типичния дифузионен процес.
Чистият паладий не издържа на налягане, а се пука и разрушава в среда от водород, затова са направени много изследвания по подбора на сплави на паладия с други метали. Днес съществуват сплави с по-висока якост, устойчиви в среда на водород и при наличие на такива примеси като СО, СО2, Н2О и въглеводороди С1 - С5, поради което проницаемостта на водород пред сплави на палодий е по-висока, отколкото през чист пала-дий. Такива сплави, обаче, са неработоспособни при наличие на серни съединения в газа. Добра проницаемост и висока устойчивост показали сплавта на паладий със сребро и никел (85% Pd, 10% Ag, 5% Ni), сплав на паладия със сребро, иридий и платина (66% Pd, 31% Ag, 3% Ir, 0,2% Pt). Има предложения с цел да се намали стойността на сплавта да се замени среброто с мед.
Колкото по-тънка е паладиевата преграда, толкова повече водород може да премине през нея и в същото време по-малко са разходите за оборудване с този скъп метал. Изготвят се дискове от пориста керамика и на тях се нанасят глазури от 91% Pd или сплав на паладия със сребро с последващо изпичане. В електронните приспособления са разработени много способи за нанасяне на свръхтънки филми: катодно напрашаване, електролиза, пиролиз на металоорганични съединения и др.
Една от най-характерните формули за пресмятане на проницаемост-та на водорода е:
w = [K1.(10.p1)n - K2.(10.p2)m].e-E/RT.1/д
, където w - пронецаемост, м3/(м2.ч); д - дебелина на мембраната, мм; р1 и р2 - парциални налягания на Н2 на и след мембраната, МРа (р1 > р2); К1, К2 - коефициенти; Е - енергия на активация, kJ/mol; R - газова константа, kJ/(mol.K); n, m - степенни показатели.
За сплав от 85% Pd, 10% Ag и 5,5% Ni се препоръчва да се приеме Е = 13400 kJ/mol.
При р1 > 1,2: n = 0,78; m = 0,85; K1 = 0,87; K2 = 0,96
При p2 > 1,2: n = 0,63; m = 0,68; K1 = 1,26; K2 = 1,20.
Освен мембраните от паладиеви сплави, които се използват в интер-вала 200 - 700 0С, са разработени и полимерни мембрани, пропускащи во-дород и задържащи другите газове. Използват се например снопове от ку-хи полиетерни влакна с вършен диаметър 36 мкм при вътрешен диаметър 18 мкм за отделяне на Н2 от водородсъдържащи газове в нефтопреработ-вателните заводи. Сноп с диаметър 300 мкм има около 32 млн. Такива влакна. Газът навлиза в каналите на влакната, водородът преминава през стените и се извежда от пространството между влакната.
3.3 Абсорбционна очистка на газове в процеса на производство на водород
3.3.1 Изисквания към системата за очистка на газове
Абосорбционната очистка на газове се използва в производството на водород чрез метода на паро-каталитична конверсия и паро-кислородна газификация на въглеводороди. При получаване на водород чрез метода на паро-каталитична конверсия на въглеводороди, газът след конверсия на СО се подлага на очистване от СО2. В газа след конверсия, както се вижда от таблица 21, се съдържа до 23% СО2 и практически отсъстват серни компоненти. Общото налягане в системата за конверсия на СО е 1,6 - 2,0 МРа. По такъв начин парциалното налягане на СО2 на вход в абсор-бера е равно на 0,28 - 0,46 МРа. При производство на водород под ниско налягане парциалното налягане на въглеродния диоксид пред очистката е около 0,02 МРа. Предложени са схеми, предвиждащи компресиране на газа след конверсия до това налягане, при което ще бъде използван.
Табл. 21 Съдържание на СО2 и Н2S в сухите газове до и след очистка в инсталациите за производство на водород
Съдържание до очистка |
Съдържание след очист-ка |
||||
СО2, % |
H2S, % |
CO2, % |
H2S, мг/м3 |
||
Паро-каталитична конверсия на въглеводороди Газ след конверия на СО.................... 16 - 23 - 1,5 - 0,1 - Паро-кислородна газификация на нефтени остатъци Газ след газификация*........................ 4 - 6 0,1 - 1,0 неогнани- до чено 30 - 50 Газ след конверсия на СО*................ 33 - 34 - 0,2 - 0,8 - Газ след конверсия на СО*................ 33 - 34 0,1 - 1,0 0,2 - 0,8 1 - 2 |
* схема с котел-утилизатор
* схема с впръскване на вода
В производството на водород по метода на паро-кислородна газифи-кация на нефтените остатъци трябва да се проведе абсорбционна очистка на газовете не само от СО2, но и от H2S и други серни съединения. В схе-ма с котел-утилизатор след газогенератора охлаждения и очистения от сажди газ се полага на сероводородна очистка по абсорбционния метод, а след конверсията на СА се провежда очистване от СО2. Газът постъпващ за сероочистка съдържа 0,1 - 1% сероводород и 20 - 600 мг/м3 органични съединения на сярата, главно карбамил сурфид. В газа се съдържа също 4 - 6% СО2, отделянето на който на стадия на очистване от сероводород технологично не е необходимо да се провежда, но въпреки това става пог-лъщане, в една или друга степен. След конверсията на СО, газът съдържа до 34% СО2.
Паро-кислородната газификация на нефтените остатъци с охлажда-не на газа в котел-утилизатор при налягане 3 - 6 МРа.Парциалното наля-гане на H2S преди очистване може да варира от 0,002 до 0,07 МРа, а пар-циалното налятане на СО2 след конверсия на СО е от 0,83 до 2,4 МРа.
Производство на водород по метода на паро-кислородна газифика-ция на нефтените остатъци се осъществява и без котел-утилизатор. В този случай газа се охлажда за сметка на впръскване на вода в количество, осигуряващо също и очистване от сажди. Наситеният на водни пари газ, съдържащ серни съединения, постъпва за среднотемпературна конверсия на въгледороден оксид. След конверсията на СО, газа се очиства от СО2 и сероводород. Процесът се води при налягане 11 - 17 МРа. Газът, постъп-ващ за очисване е с парциално налягане на СО2 от 3,6 до 5,8 МРа и на сероводород от 0,011 до 0,17 МРа.
Газовете, подавани за получаване на сяра, трябва да съдържат не по-малко от 10 - 15% Н2S, а останалото - СО2. Примесите Н2S в отделе-ния от газа въглероден диоксид трябва да бъдат минимални, за да е въз-можно изхвърляне на СО2 в атмосферата, без тя да се нарушават сани-рните норми. Задачата е сложна, тъй като в газа след газификация се съдържа 6-20 пъти повече СО2, отколкото Н2S, а в газа след конверсия на СО - 30 - 60 пъти повече отколкото Н2S.
Препоръчва се процеса да се води за сметка на топлинната енергия, съдържаща се във влажния конвертиран газ. Използването на нископотен-циална топлина (от нереагиралите водни пари) за процеса може същест-вено да снижи разходите.
Съдържанието на въглероден диоксид в сухия очистен газ не трябва да превишава 0,1 - 0,2%. Използването, обаче, на един от най-разпрост-ранените методи на очистване - с горещ разтвор на К2СО3 (поташ) без активни добавки, не позволява да се достигне такава дълбочина на очистка и в сухия газ остава до 0,8% СО2. Повишаване на неговото съдържание води до допълнителен разход на водород в процеса на метаниране и увеличено съдържание на метан в получения водород. Преимуществата на очистването с горещ разтвор на поташ са толкова го-леми, че без да се има предвид на преразхода на водород, този метод се използва широко.
В схемите за производство на водород, които не предвиждат мета-ниране на СО или обезпечаващи селективно метаниране на на въглерод-ните оксиди се допуска по-груба очистка - до 1,5% СО2. Тя може да бъде при производство на водород под налягане, ако водородът е предназна-чен за хидроочистка на сулфидни катализатори; тук СО2 не взаимодейства с водорода, а само понижава неговото парциално налягане. Невстъпвайки в реакция, СО2 се разтваря в хидрогенизата.
В схемите на паро-кислородна газификация на нефтени остатъци с впръскване на вода след газогенератора, газът след конверсия на СО трябва да е практически напълно освободен от серни съединения. Това се налага, защото газа ще бъде подаден на никелов катализатор за метани-не (чувствителен към отравяне със серни съединения) или в системата за медно-амонячна очистка от СО.
В процесите на производство на водород се случва да се очиства газ с различни кисели компоненти при много различни пациални налягания на тези компоненти. В производството на водород се използват абсорбцион-ни способи за очистка - химични, физични и комбинирани поглътители.
3.3.2 Основни принципи на абсорбционната очистка
Очистка на газа от СО2 и H2S се извършва с течни поглътители в абсорбер, а после тези компоненти се отделят от газа в десорбер. Проц-сът на абсорбционна очистка е цикличен. Поглъщането се основава на хи-мически взаимодействия със слаби базистни свойства и образуване с тях на неустойчиви съединения. Другите компоненти на газовата смес, непри-тежаващи киселинни свойства, не се поглъщат от течността. На стадия на регенерация, в резултат на повишената температура на поглътителя и снижаване на парциалното налягане на погълнатите компоненти, химичес-ките връзки се разрушават.
Очистване на газове от въглероден диоксид и сероводород, с поглъ-тител разтварящ газа, в цикличен процес се основава на изменяне на на-лягането в абсорбера и регенератора, за което не се изисква разходване на топлина и охлаждаща вода. Отначало в качество на абсорбент се е използвала вода, а по-късно били подбрани органични поглътители. Веще-ства, химически свързващи СО2 и Н2S, разтварят или се смесват с химиче-ски неутрални течности, например вода и действат също като поглътите-ли. Затова всеки химически поглътител е в една или друга степен абсор-бент. Изборът на поглътител се определя от налягането на абсорбцията. Физически поглътители се използват само при високи налягания.
Химични поглътители позволяват да се получи по-висока степен на очистка, отколкото физическите, но са необходими енергийни разходи за разрушаване на образуващите се съединения. По-голяма дълбочина с по-малки разходи на топлина може да се получи, комбинирайки два типа поглътители: леко регенериращи се за груба предварителна очистка и по-трудно регенериращи се за по-дълбока очистка.
Константата на фазово равновесие или коефициента на разпределе-ние на газа между газова и течна фаза се определя по формула:
KCO2 = pCO2:x KH2S = pH2S:y
, където pCO2, pH2S - парциални налягания на СО2 и Н2S над разтвора, МРа; x, y - количеството СО2 и Н2S, разтворено в течността, м3/м3.
Уравнението на фазово равновесие с отчитане зависимостта на коефициента на температурно разпределение лежи в основата на циклич-ната очистка на газове от СО2 с течни поглътители. Коефициента на раз-пределение и неговото изменение в зависимост от температурата е основ-на характеристика на поглътителя.
Кривата на разпределение, тоест зависимостта на количеството на газа, погълнато от течността, от парциалното налягане на газа на течност-та pCO2, pH2S се опледеля за всеки поглътител експериментално. Общият характер на кривите на разпределение е показан на фигура 12, от която е видно, че поглътителя имащ крива на разпределение 1 е по-малко ефек-тивен от този с крива на разпределение 2, тъй като неговата поглъща-емост при едно и също парциално налягане. За достигане на тази степен на очистка регенерацията на поглътител 1 трябва да е по-дълбока (х``1<x``2). Подгряването на поглътителя в регенератора до t``1 позволява да се достигне необходимата дълбочина на регенерация х``1 при по-висо-ко парциално налягане на СО2 в регенератора и да се създадат условия, при които парциалното налягане на СО2 по-високо от равновесното, тоест ррСО2>р``СО2.
Принципната схема на абсорбционна очистка на газа от СО2 и Н2S с нагряване на поглътителя в процеса на регенерация е показана на фигура 13. Газът се въвежда в абсорбер 1 отдолу и след очистване излиза отгоре. Регенерираният поглътител с температура t1, близка до температурата на върха на абсорбера, се подава отгоре. Поглътителят, наситен на въглеро-ден диоксид, се извежда от абсорбера и преминава през топлообменник 3, където се подгрява за сметка на топлината на регенерирания поглътител. Ако процесът протича при по-високо налягане, отколкото налягането в регенератор 6, то понижаване налягане на поглътителя се извършва, като го прекарват през турбина 5; при това от поглътителя се отделя част от СО2.
По-нататък поглътителят с разтворен в него СО2 постъпва на върха на регенератора 6. В долната част на регенератора поглътителят се нагря-ва с помощта на ребойлер 7 и тук завършва регенерацията. Регенерира-ният абсорбент се прекарва посредством помпа през топлообменник 4 и хладник 3 и хладилник 2 в абсорбера.
Подобные документы
Водород в сплавах на основе железа. Способы определения содержания водорода в металле. Техника производства стали. Технология плавки. Исследования в условиях сталеплавильного производства. Струйно-кавитационное рафинирование.
дипломная работа [171,1 K], добавлен 13.09.2006Получение водорода–будущая технология. Как и из чего в настоящее время получают водород. Сколько его получают и для каких целей. Роль водорода и водородной технологии в кругообороте веществ в природе. Проблемы получения энергии. Водородные двигатели.
реферат [32,9 K], добавлен 11.12.2007Нефть как природная маслянистая горючая жидкость. Углеводороды как основные компоненты нефти и природного газа. Анализ технологии добычи и переработки нефти. Первичный и вторичный процесс. Термический крекинг, каталитический реформинг, гидроочистка.
презентация [2,5 M], добавлен 29.09.2013Определение выхода целевого и побочного продуктов, расхода водорода на гидроочистку, потерь водорода с отдувом, составление материального баланса установки. Объемный баланс по водороду и углеводородным газам. Гидрирование олефинов и диеновых углероводов.
лабораторная работа [499,4 K], добавлен 12.11.2022Измерение рН как один из наиболее важных методов непрерывного анализа, применяемых в химической промышленности. Работа с прибором, проверка его технического состояния рН-метров типа рН-4110. Измерение активности ионов водорода и температуры водных сред.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.01.2015Предварительный тепловой расчет турбины, значение теплоперепада в ней. Расчет газовой турбины. Описание спроектированной паротурбинной установки. Система газификации угля. Производство чистого водорода. Экономическая эффективность проектируемой турбины.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 17.09.2011Возможности образования в отливке дефектов, обусловленных взаимодействием сплава с водородом, кислородом и другими газами. Определение содержания водорода в сплаве методом первого пузырька. Анализ процессов формирования кристаллического строения отливки.
курсовая работа [466,1 K], добавлен 21.01.2011Физико-химические расчет по равновесию C-O, C-FeO. Растворимость азота и водорода в металле по стадиям технологического процесса. Расчет степени дефосфорации и десульфурации стали. Оценка себестоимости жидкой стали и точки безубыточности ее производства.
презентация [144,4 K], добавлен 24.03.2019Описание и основные характеристики изделия: рН-метр со стеклянным электродом, предназначенного для измерения показателя активности ионов водорода, температуры водных растворов и электродвижущей силы. Изучение принципа работы, мер безопасности, упаковки.
курсовая работа [306,7 K], добавлен 23.03.2010Гидрирование композитов, сплавов на основе магния. Равноканальное угловое прессование. Изменение свойств веществ после обработки методами ИПД. Микроструктурный анализ. Устройство растрового микроскопа и физико-химические основы метода. Анализ изображения.
курсовая работа [561,1 K], добавлен 27.10.2016