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, м33.

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 13.09.2006

  • Получение 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 11.12.2007

  • Нефть 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 29.09.2013

  • Определение 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 12.11.2022

  • Измерение 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 07.01.2015

  • Предварительный 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 17.09.2011

  • Возможности 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 21.01.2011

  • Физико-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 24.03.2019

  • Описание 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 23.03.2010

  • Гидрирование 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.