Химия \ Химическая технология неорганических веществ

Процесс конверсии метан и его гомологов, страница 4

CН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О

Н2 + 0,5О2  Н2О

CО + 0,5О2  СО2

CН4 + Н2О ® СО + 3Н2

CН4 + СО2 ® 2СО + 2Н2

CО + Н2О ® СО2 + Н2

В результате этих реакций объемная доля метана в газе снижается до 0,3-0,5 % в пересчете на сухой газ. Она определяется автоматически анализатором CН4 R-2 и лабораторным анализом из точки S-12. Контроль температур в зоне катализатора вторичного риформинга производится приборами TI-4 и TRA-7.

Объемные доли компонентов газа после вторичного риформинга (в пересчете на сухой газ):

диоксид углерода, СО2            – 6,58,3 %

оксид углерода, СО                 – 10,013,0 %

водород, Н2                               – 56,060,0 %

метан, СН4                                – 0,30,5 %

азот, N2                                      – 20,023,0 %

Конвертированный газ после реактора 103-Д с температурой не более 1010 °С и давлением не более 3,24 МПа поступает в два параллельно работающих котла первой ступени 101-СА и 101-СВ, в которых за счет утилизации тепла газа получается пар давлением 10,35 МПа. Температура конвертированного газа на выходе из котлов-утилизаторов первой ступени не более 482 °С. Затем газ поступает в котел-утилизатор второй ступени 102-С, где охлаждается до температуры не более 390 °С с получением пара давлением не более 10,35 МПа. Для регулирования температуры охлаждаемого конвертированного газа котел 102-С снабжен байпасом, по которому часть газа через регулирующий клапан TCV-10 проходит мимо котла.

Прибор TRCA-10  также сигнализирует в ЦПУ о минимальной 350 °С и максимальной 390 °С после котла 102-С. Для предотвращения повышения давления в системе конверсии сверх допустимого на котле-утилизаторе 102-С установлены предохранительные клапаны SV-8A, SV-8B, SV-8C, SV-8D. После котлов-утилизаторов на линии конвертированного газа предусмотрена свеча с электрозадвижкой EmV-6, через которую газ в аварийной ситуации и в пусковой период сбрасывается на факельную установку 102-U.

Передаточный коллектор 107-Д, реактор вторичного риформинга 103-Д и котлы-утилиза-торы 101-СА, 101-СВ оборудованы водяными рубашками для защиты металла от перегрева при байпасировании газа через футеровку.

Технологической схемой предусмотрена подача в рубашки парового конденсата из сборников 104-JCF и 101-JCF, отпарного конденсата из дегазатора 151-F и оборотной воды.

Рубашки снабжены дренажами для периодического сброса воды во избежание накопления осадка.

Температура металла корпуса 103-Д контролируется многоточечным прибором TI-3-20AH.

3.3. Расчеты химико-технологических и теплотехнических процессов

3.3.1. Расчеты материальных балансов

Расчет трубчатой печи

          Исходные данные [6]:

нагрузка по сухому газу                                                            41665 нм3/ч;

состав сухого газа (об. %):      СН4                                            80,3;

                                                   С2Н6                                          2,74;

                                                   С3Н8                                          0,98;

                                                   С4Н10                                         0,36;

                                                   N2                                              4,93;

                                                   Н2                                              10,69;

отношение пар:газ                                                                      3,5;

давление                                                                                      4,07 МПа;

температура газа на входе                                                         380 °С;

температура газа на выходе                                                      860 °С;

концентрация метана на выходе                                               10 об.%

          Расчет ведем по следующим уравнениям:

СН4 + Н2О = СО + 3Н2

СО + Н2О = СО2 + Н2

          Принимаем, что все высшие гомологи метана конвертируются до СН4. Реакция конверсии монооксида углерода идет до равновесия.

          Рассчитаем константу равновесия (3.6) [1]:

          Расчет материального баланса ведем на 100 нм3 сухого газа.

          Введем обозначения: Х1 – объем водорода на выходе, нм3; Х2 – объем СО на выходе, нм3; Х3 – объем СО2 на выходе, нм3; Х4 – объем прореагировавшей воды, нм3; Х5 – объем сухого газа на выходе, нм3. С учетом принятых обозначений составляем балансовые уравнения по элементам, входящим в состав реагирующих веществ, общий баланс и условие равновесия:

          Решая систему уравнений, получаем

Х1 = 202,45; Х2 = 29,11; Х3 = 30,22; Х4 = 89,56; Х5 = 308,23.

          Тогда объем водорода на выходе

202,45 + 10,69 = 213,14 нм3.

          Объем водяных паров на выходе

100×3,5 – 89,56 = 260,44 нм3.

          Объем метана на выходе

308,23×0,1 = 30,82 нм3.

          Результаты расчета сводим в таблицу 3.1.

          Коэффициент пересчета на реальную производительность

41665/100 = 416,65.


Таблица 3.1

Материальный баланс трубчатой печи на 100 нм3 сухого газа

Компо-

Приход

Расход

нент

нм3

% об.

нм3

% об.

Сухой газ, в т.ч.

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

N2

H2

СО

СО2

100

80,3

2,74

0,98

0,36

4,93

10,96

–

–

100

80,3

2,74

0,98

0,36

4,93

10,96

–

–

308,23

30,82

–

–

–

4,93

213,14

29,11

30,22

100

10

–

–

–

1,60

69,15

9,45

9,81

Водяной пар

350

100

260,44

100

Итого

450

568,67

Таблица 3.2

Сводная таблица материального баланса трубчатой печи

Компонент

Приход

Расход

нм3/ч

кг/ч

% об.

нм3/ч

кг/ч

% об.

1

2

3

4

5

6

7

Сухой газ, в т.ч.

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

N2

H2

СО

СО2

41655

33457

1142

408

150

2054

4454

–

–

29583

23898

1529

802

388

2568

398

–

–

100

80,3

2,74

0,98

0,36

4,93

10,96

–

–

126376

12843

–

–

–

2054

88806

12131

12592

59568

9173

–

–

–

2568

7929

15163

24734

100

10

–

–

–

1,60

69,15

9,45

9,81
Скачать файл