Конверсия оксида углерода водяным паром (низкотемпературная)

Скачать

Реакция 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.

Размер: 2,6 M
Тип: курсовая работа
Категория: Химия
Скачать

Другие файлы:

Расчёт реактора для конверсии оксида углерода водяным паром в ХТС производства аммиака
Влияние температуры и избытка пара в парогазовой смеси на равновесие реакции конверсии оксида углерода водяным паром. Кинетические расчёты и теоретиче...

Влияние давления на процесс в адиабатическом режиме идеального вытеснения и полного смешения при производстве водорода
Конверсия метана природного газа с водяным паром — основной промышленный способ производства водорода. Виды каталитических конверсий. Схема устройства...

Конверсия угарного газа с паром
Синтез фосгена через конверсию угарного газа с паром. Расчёты равновесной температуры, давления, объёма адиабатического реактора по степени превращени...

Состав газа конверсии углеводородов. Справочник
В справочнике представлены таблицы равновесных составов газа, получаемого в процессе конверсии углеводородов для производства водорода и синтез-газа....

Отравление оксидом углерода
Физико-химические свойства и токсикологическое значение оксида углерода. Его обнаружение и определение газохроматографическим, спектроскопическим мето...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Тема «Конверсия оксида углерода водяным паром (низкотемпературная)»

Конверсию оксида углерода проводят по уравнению:

CO + H2O - CO2 + H2 ? ?H0

Состав исходной газовой смеси (мольные доли):

z0CO=0,13; z0H2O=0,50; z0CO2=0,05; z0H2=0,1 , остальное азот.

Кинетическое уравнение окисления:

Е = 40000 кДж/кмоль; k0 = 2.03•106.

Задание:

1. Проанализировать изменение скорости конверсии СО с водяным паром от температуры (Т=400ч1300К) при давлении Р=1,5,10 ат. для степеней превращения Х=0,2 и 0,9

2. Рассчитать значение равновесной степени превращения в зависимости от входной температуры смеси (T0 задаётся интервалом) при двух давлениях.

3. Сравнить адиабатические и изотермические РИВ и РПС в зависимости от температуры, построить графики зависимостей мольной доли ключевого компонента от объёмов реакторов. Обосновать выбор реактора.

4. Рассчитать производительность реактора

Руководитель _______________ Александрова Юлия Владимировна

Студент _______________ Гребёнкин Евгений Викторович

Краткие сведения о процессе

Процесс конверсии оксида углерода водяным паром протекает по реакции:

CO + H2O - CO2 + H2 ? ?H0

Эта реакция частично осуществляется на стадии паровой конверсии метана, однако степень превращения оксида углерода при этом очень мала и в выходящем газе содержится до 11% СО и более. Для получения дополнительных количеств водорода и снижения до минимума концентрации оксида углерода в конвертированном газе осуществляют самостоятельную стадию каталитической конверсии СО паром.

В соответствии с условиями термодинамического равновесия повысить степень конверсии СО можно удалением диоксида углерода из газовой смеси, увеличением содержания водяного пара или проведения процесса при возможно низкой температуре. Конверсия оксида углерода, как видно из уравнения реакции, протекает без изменения объёма, поэтому повышение давления не вызывает смещения равновесия. Вместе с тем проведение процесса при повышенном давлении оказывается экономически целесообразным, поскольку увеличивается скорость реакции, уменьшаются размеры аппаратов, полезно используется энергия ранее сжатого природного газа.

Процесс конверсии оксида углерода с промежуточным удалением диоксида углерода применяется при производстве водорода с минимальным количеством примеси метана.

Концентрация водяного пара в газе обычно определяется количеством дозируемого на конверсию метана и оставшегося после её протекания. Соотношение: газ перед конверсией СО в крупных агрегатах производства аммиака составляет 0.4-0.5. Проведение процесса при низких температурах - рациональный путь повышения равновесной степени превращения оксида углерода, но возможный только при наличии высокоактивных катализаторов. Следует отметить, что нижние предельные температуры процесса ограничены условиями конденсирования водяного пара. В случае проведения процесса под давлением 2-3 МПа они составляют 180 - 200 0С. Снижение температуры ниже точки росы вызывает конденсацию влаги на катализаторе, что не желательно.

Реакция конверсии СО сопровождается значительным выделением теплоты, что обусловило проведение процесса в две стадии при разных температурных режимах на каждой. На первой стадии высокой температурой обеспечивается высокая скорость конверсии большого количества оксида углерода; на второй стадии при пониженной температуре достигается высокая степень конверсии оставшегося СО. Теплота экзотермической реакции используется для получения пара.

Таким образом, нужная степень конверсии достигается при одновременном сокращении пара.

Катализаторы

Температурный режим на каждой стадии конверсии определяется свойствами применяемых катализаторов. На первой стадии используется среднетемпературный железохромовый катализатор, который выпускается в таблетированном и формованном видах.

Для железохромового катализатора ядами являются сернистые соединения. Сероводород реагирует с Fe3O4, образуя сульфид железа. Органические сернистые соединения в присутствии железохромового катализатора взаимодействуют с водяным паром с образованием сероводорода.

Помимо сернистых соединений отравляющее действие на железохромовый катализатор оказывают соединения фосфора, бора, кремния, хлора.

Низкотемпературные катализаторы содержат соединения меди, цинка, алюминия, иногда хрома. Известны двух-, трех-, четырех- и многокомпонентные катализаторы. В качестве добавок к указанным выше компонентам применяются соединения магния, титана, палладия, марганца, кобальта и др. Содержание меди в катализаторах колеблется от 20 до 50% (в пересчёте на оксид). Наличие в низкотемпературных катализаторах соединений алюминия, магния, марганца сильно повышает их стабильность, делает более устойчивыми к повышению температуры.

Перед эксплуатацией низкотемпературный катализатор восстанавливают оксидом углерода или водородом. При этом формируется его активная поверхность. Оксид меди и другие соединения восстанавливаются с образованием мелкодисперсной металлической меди, что, по мнениюмногих исследователей, и обуславливает его каталитическую активность.

Срок службы низкотемпературных катализаторов обычно не превышает двух лет. Одной из причин дезактивации катализаторов является рекристаллизация под действием температуры и реакционной среды. При конденсации влаги на катализаторе происходит снижение его механической прочности и активности. Потеря механической прочности сопровождается разрушением катализатора и ростом гидравлического сопротивления реактора. Соединения серы, хлора, а также ненасыщенные углеводороды и аммиак вызывают отравления низкотемпературных катализаторов. Концентрация сероводорода не должна превышать 0,5 мг/м3 исходного газа.

НТК-4, НТК-8 техническая характеристика низкотемпературных катализаторов:

Показатели

Марка катализатора

НТК - 4

НТК - 8

Содержание (на прокаленное вещество), %

меди (На СuO)

хрома (На Cr2O3)

цинка (На ZnO)

алюминия (на Al2O3)

Размер гранул, мм

диаметр

высота

Насыпная плотность, кг/л

Удельная поверхность, м2/г

Пористость, %

Прочность, МПа

средняя

минимальная

Теплоёмкость при 2000С кДж.(кг•К)

54,0±3,0

14,0±1,5

11,0±1,5

19,6±2,0

5 или 6

5 или 4

1,5-1,6

50-60

35-40

28

17

0,712

38,0±3,0

1,5±0,5

27,0±2,0

33,0±3,0

5 или 6

5 или 4

1,1-1,4

70-80

50-60

32

20

0,712

Основные показатели характеризующие работу низкотемпературных катализаторов конверсии оксида углерода:

Катализатор……………………………………………….. НТК-4 НТК-8

Температура

максимально возможная на входе в слой катализатора. 200-210 190-200

максимально допустимая в слое катализатора………. 250 280

Объёмная скорость, ч-1…………………………….. 2000-3000 3000-5000

Соотношение пар:газ……………………………. (0,4-0,7):1 (0,3-0,7):1

Степень превращения СО (от равновесия), %.................... до 95 97

Срок службы, годы…………………………………………. 2-4 3-5

В случае частичной потери активности катализатора в результате кратковременного повышения температуры он может быть регенерирован окислением (температура не выше 2300С) с последующим восстановлением.

Схемы установки конверсии оксида углерода

При совмещении процессов каталитической конверсии метана и оксида углерода при 2,0 МПа в одном агрегате газ после конвертора метана и увлажнителя при температуре 4000С и отношении пар:газ=1,187:1 последовательно проходит конвектор 1 оксида углерода I ступени (рис.1), испаритель 2 и конвектор 3 оксида углерода II ступени. В конверторах газ движется в радиальном направлении. Тепло газа, выходящего из конвертора СО, используют для нагревания исходной смеси природного газа и пара в теплообменнике. При этом температура конвертированной парогазовой смеси (80%) используется в процессе очистки газа от диоксида углерода. Окончательное охлаждение газа с использованием его тепла зависит от схемы производства и потребности в тепловой энергии.

рис.1 Схема конверсии оксида углерода в агрегате с каталитической конверсией природного газа под давлением 2,0 МПа. 1-конвертор СО I...