Отделение одноступенчатой каталитической паровоздушно-кислородной конверсии метана (стр. 5 из 5)
Отсюда
=4560*1,110+998*14,345+3126*1,083-3671*3,513-74*3,157-- 4479*1,020-460*2,079=4109кдж/град,
5Q=q298-
(t2-t1)=21303136-4109*(800-25)==21303136-3184475=18118661кдж/ч.
Общий приход тепла.
Qпр=7399200+16395344+322084+107520+18118661=42342809кдж/ч.
Расход тепла.
С конвертированным газом
6Q=(6mCH4*6cCH4+6mN2*6cN2+6mAr*6cAr+6mCО*6cCО+6mСО2*6cСО2+
+6mН2*6cН2)*6t+6mH2O*6iН2О,
6Q=(74*3,561+5533*1,105+129*0,519+4560*1,116+3126*1,099+
+998*14,690)*830+4036*4276=41850836кдж/ч.
Потери в окружающую среду (по разности)
7Q=Qпр-6Q=42342809-41850836=491973кдж/ч.
Таким образом, потери в окружающую среду составляют
=1,2% от прихода теплаТабл.3
Сводный тепловой баланс конверсии природного газа
| Приход | Расход | ||
| статья | кдж/ч | статья | кдж/ч |
| С природным газом | 7399200 | С конвертированным газом | 41850836 |
| С паром | 16395344 | В окружающую среду | 491973 |
| С воздухом | 322084 | ||
| С техническим кислородом | 107520 | ||
| Тепло реакции | 18118661 | ||
| Всего | 42342809 | Всего | 42342809 |
8.АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
Как было отмечено ранее, протеканию процесса способствует высокая температура. Катализатор в этих условиях весьма активен, и равновесие достигается быстро, поэтому достигаемое в реакторе превращение можно с достаточной точностью определить из равновесных данных. Конверсия метана - реакция эндотермическая: тепловой эффект взаимодействия метана с водой Q1=-206,4 кдж/моль и превалирует над экзотермическим эффектом другого этапа Q2=+41,0 кдж/моль. Необходимую теплоту можно подвести через стенки обогреваемых труб, в которых находится катализатор и протекает реакция, т.е. осуществить процесс в трубчатом реакторе, или, как его называют, в трубчатой печи. Обогрев осуществляется сжиганием природного газа в факельных инжекционных горелках.
Необходима вторая ступень конверсии. Она представлена адиабатическим реактором, или, как его называют, шахтным конвектором, стенки которого футерованы внутри высокотемпературным материалом (бетоном) для предохранения корпуса о перегрева. Необходимую температуру создают подачей в реактор воздуха; часть метана сгорает, и температура повышается до 1230-1280 К. Если в трубчатом реакторе теплота подводится внешним теплообменником, то в шахтном реакторе – внутренним теплообменником. В шахтном конвекторе подачей воздуха, точнее, кислорода воздуха обеспечивается нужный температурный режим процесса, но так как с воздухом вводится и азот, необходимый для синтеза аммиака, шахтный конвектор еще выполняет функцию выделения азота из воздуха. Количество подаваемого воздуха должно быть таким, чтобы соотношение водород:азот было стехиометрическим для синтеза аммиака, т.е. соответствовало 3:1.
Процесс можно провести только в шахтном конвекторе. Аппаратурно это выгодно: теплота сгорания природного газа выделяется внутри реактора, и её использование для поддержания режима эндотермической реакции будет наиболее полным (в трубчатом реакторе необходимо преодолеть термическое сопротивление стенки и зернистого слоя катализатора). В этом случае в шахтный конвектор дополнительно подают воздух, обогащенный кислородом, так как количество азота должно быть дозировано, а теплоты подвести надо достаточно много, и кислорода воздуха не хватает. Одноступенчатая парокислородовоздушная конверсия метана была распространена ранее. Вследствие затруднений, возникающих на стадиях утилизации теплоты реакционной смеси и отделения продуктов горения, оптимизация схемных решений превалировала над оптимизацией процесса в реакторе, поэтому современные производства аммиака включают двухступенчатую конверсию метана.
9.ОТХОДЫ И ВЫБРОСЫ ДАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Производство аммиака считается наиболее передовым с точки зрения химической технологии. Аммиак используют в получении азотной кислоты, которая идет на производство удобрений, лекарств, красителей, пластмасс, искусственных волокон, взрывчатых веществ. Сегодня уже нет причины опасаться будущего «азотного голодания». Но возникла угроза совсем другого рода – экологическая.
Вредны атмосферные выбросы аммиака, способные вызвать массовые отравления животных и человека и сильно загрязняющие гидросферу вследствие высокой растворимости аммиака в воде (до 700 объемов на 1 объем воды при нормальных условиях). Отходы производства аммиака подразделяются на жидкие, состоящие из конденсата в смеси с продуктами продувки систем охлаждения и промывки растворов, и газообразные, содержащие аммиак, диоксид углерода и другие, в том числе инертные газы. Последние накапливаются на стадии синтеза, и их приходится периодически отдувать из циркуляционного газа. При этом состав продувочных газов обычно остается достаточно стабильным ( % об. ): NH3 - 11,4; CH4 - 13,6; 3H2 + N2 - 71,2; Ar - 3,8. Аммиак из этой смеси поглощают водой, и полученный раствор используют в сельском хозяйстве. Остальной газ промывают жидким азотом и получают практически чистый рекуперационный синтез-газ, который направляют в колонны синтеза аммиака. На крупных заводах объемы очищаемых таким способом газов составляют тысячи м3/час.
Однако в ряде случаев (аварии, внеплановые остановки крупных агрегатов из-за образования свищей и утечек в трубопроводных системах) разовые выбросы аммиака могут достигать тысяч кубометров. В этих случаях, помимо постоянно действующих, включают дополнительные мощные замкнутые системы аварийной вентиляции, в состав которых входят высокопроизводительные агрегаты для очистки циркулирующих газов. В целом же системы вентиляции на крупных аммиачных производствах действуют постоянно в режиме санитарной очистки. Функционирование последней, в зависимости от производительности завода, может быть основано на следующих методах: до 5 тысяч м3/час - ионитная очистка; сорбция водой с централизованной денитрификацией; сорбция кислотами с централизованным улавливанием солей; до 30 тысяч м3/час - сорбция водой и кислотами с получением товарного аммиака, аммиачной воды и солей аммония; свыше 30 тысяч м3/час - круговой аммонийно-фосфатный метод, обеспечивающий получение ценных удобрений; сорбция кислотами при обеспечении сбыта солей.
Помимо экологических и экономических причин необходимости извлечения аммиака из производственных выбросов имеется также и чисто технологическое обоснование этого, поскольку растворы, содержащие аммиак и соли аммония, являются наиболее опасными из существующих коррозионных агентов.
10.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Одним из наиболее неблагоприятных факторов производства аммиака является загрязнение наружного воздуха на территории предприятия и внутренних помещениях ядовитыми парами.
Во избежание чрезвычайных ситуаций необходимо заранее проводить проверку рабочего оборудования, газоводов, кислотопроводов, систем безопасности и прочего оборудования.
Основные направления создания безопасной техники, безопасных и здоровых условий труда на производстве - укрупнение и комбинирование производственных агрегатов, автоматизация и комплексная механизация процессов, внедрение автоматических систем управления (АСУ), переход на непрерывные процессы, создание принципиально новых машин и оборудования, широкое внедрение специальных средств безопасности - систем взрывозащиты и взрывоподавления, новых типов и конструкций предохранительных клапанов, мембран, быстродействующих отсекателей, огнепреградителей; санитарно-гигиенические и физиологические исследования условий и режимов труда и разработка соответствующих рекомендаций.
В связи с повышением технического уровня предприятий химической промышленности, разработкой и освоением новых, модернизацией и усовершенствованием действующих производств возрастают требования к квалификации работников химической промышленности, поэтому их подготовке должно уделяться особое внимание. Главная роль в обеспечении безопасных и безвредных условий труда на производстве принадлежит инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами охраны труда и техники безопасности.
11.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антрощенко В.И. Технология азотной кислоты. – М.: Химия, 1970
2.Бесков В.С. Общая химическая технология. – М.:ИКЦ «Академкнига», 2005
3. Дыбина П.В. и др. Расчеты по технологии неорганических веществ. – М.: Высшая школа, 1967.
4.Ксензенко В.И. и др. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. – М.: Химия, 2001.
5.Общая химическая технология, Под ред.проф. И.П. Мухленова. –М.: Высшая школа,1984.
6.Основы химической технологии. Под ред.проф. И.П. Мухленова. –М.: Высшая школа,1991.
7. Позин Н.Е. Технология минеральных удобрений. – М.: Химия 1974.
8.Расчеты химико – технологических процессов. Под ред. И.П. Мухленова. – М.: Высшая школа, 1976.