Метанды күкіртті қоспалардан тазарту
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
1. Әдеби шолу
1. Синтез – газ алу жолдары
2. Бастапқы шикізат сипаттамасы
3. Дайын өнімнің сипаттамасы
2. Технологиялық бөлім
1. Технологиялық поцессті таңдау және сипаттау
2. Материалдық балансты есептеу
3. Өндірісті есептеу
4. Реакторды есептеу
5. Механикалық есептеу
3. Құрылыс бөлімі
4. Қауіпсіздік техникасы, қоршаған орта мен еңбекқорғау бойыеша мероприятия
4.1. Жұмысшыларды улы және зиянды заттардан қорғау мероприятиясы
4.2 Шумен күресу тәсілдері
4.3 Жарықты есептеу
4.4 Өрт пайда болуының алдын алу
4.5 Жерге қосу қорғанысын есептеу
4.6 Еңбекқорғау бойынша заңды актілер және экология мәселелері
5. Экономикалық бөлім
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Аннотация
Раскрываемая тема по вопросу: Строительство цеха по производству синтез
– газа на 10000 тонн в год свидетельствует, что данный проект является
одним из эффективных и рентабельных производств.
Исследования, проведенные в ходе данной работы, полностью
обеспечивают взаимосвязь всех технологических процессов и являются
оптимальными.
В работе даны основные расчетные данные и которые взаимоувязаны с
технико – экономическими показателями проектируемого цеха.
Структура работы построена таким образом, что первая часть
раскрывает основные технические параметры проектирования цеха, вторая часть
дает графическое изображение данного проекта.
Андатпа
Жылына 10000 тонна көлемінде синтез – газ өндіру бойынша цех құрылысы
мәселесі бойынша ашылып жатқан тақырып берілген жобаның тиімді
өндірістердің бірі екенін көрсетеді.
Берілген жұмыс барысында жүргізілген зертттеулер барлық
технологиялық үрдістердің байланысын қамтамасыз етеді.
Жұмыста жобаланған цехтың техникалық - экономикалық
көрсеткіштерімен байланысты негізгі есеп беру мәліметтері қамтылған.
Жұмыс құрылымы келесі түрде берілген: бірінші бөлім цехты
жобалаудың негізгі техникалық параметрлерін, ал екінші бөлім атаулы жобаның
графикалық бейнелеуін қамтиды.
КІРІСПЕ
Бұл тақырыптың өзектілігі химиялық өндірістің обьектілерін жобалау
өте күрделі, көптүрлі және көп еңбек қажет ететін процесс. Оны бірнеше
инженерлі- техникалық және ұйымдастырушы сатылардың байланысы ретінде
қарастырады.
Синтез- газ өндірісі ең өзекті сұрақтардың бірі.Органикалық синтезде
таза көміртегі оксидін және оның сутегімен қоспасын (синтез- газ) 1:1 ден 2
- 2.3:1 қатынасында қолданады.Көміртегі оксиді түссіз, қиын сығылатын газ.
( т.кон д. Атмосфералық қысымда -192 С; шектік қысымы 3.43МПа; шектік
температурасы -130 С). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, концентрациясы 12.5-
74% аралығында.
Көміртегі оксиді улы зат, оның шекті жіберілетін концентрациясы
өндірістік орындарда 20мгм болады. Жай газға қарсы құрылғылар оны
адсорбирлемейді, сондықтан изомерленген немесе әдейі арналған гопкалитті
патроны бар құрылғылар қолданады. Соңғысының ішінде СО мен СО –нің тотығуын
катализдейтін мырыш оксиді бар. Көміртегі оксиді қатты заттармен ғана аз
сорбирленбейді, сонымен қатар сұйықтармен де. Оған көміртегі оксидінде
нашар еритін сұйықтар кіреді. Бірақ кейбір тұздар көміртегі оксидімен
комплекс түзеді, оларды көміртегі оксидінің бір валентті мыс тұздарының
сулы- аммиак ерітіндісімен сорбциясы үшін қолданады.
Сутегі- синтез- газдың екінщі компоненті- ең қиын сығылатын газ
(т.конд. атмосфералық қысымда -252.8 С). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, 4.0-
75% аралығында. Сутегі- көміртегі оксидінің қатарында жарылғыш қасиеті
жоғары болғандықтан, синтез-газ өндірісінде қауіпсіздік техникасына үлкен
көңіл бөлінеді.
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде алғашында көмірді
пайдаланған. Сосын көмірсутек конверсиясын пайдаланды, оны екі жолмен
жүзеге асырады: каталитикалық және жоғарғы температуралық. Шикізат ретінде
метан немесе табиғи газ қолданылады, сонымен қатар мұнайдың сұйық
фракцияларын.
ҚР.Президентінің жолдауы бойынша жасалған индустриалды- инновациялық
стратегияның дамуы 2003-2015 жылдар аралығына арналған. Қазақстан халқына
жолдауы барысында Қазақстан кәсіпкерлерінің оныншы форумында
Республикадағы 2002 жылғы ішкі және сыртқы саясаттың басты жолдары жайлы
айтылған. Қазақстан Республикасының экономикалық тұрақты дамуы үшін
экономикалық салаларды диверсификациялап шикізатты қолданудың бағыты
қарастырылды:
- бәсекелеске төзімді және экспортқа арналған тауарлар өндірісі;
- шикізат бағыты, ішкі нарықтағы тауарларға төменгі тұтынушылық
сұраныс;
- кәсіпорындардың жалпы техникалық және технологиялық артта
қалуы, өндірістік және социалды инфроқұрылымның дамымауы;
Осыған қарағанда, бұл жұмыстың мақсаты- Қазақстан
Республикасының бір аумағында метаннан синтез- газдың өндірілу цехын
жобалау. Айтып кететін жай, цехтың құрылысын шикізат базасы бар аймақтарда
жүргізу керек. Соған байланысты құрылыс Ақтөбе облысында салынады, себебі
ол химия аймағының бірі. Бұған жұмыс күшінің, маман- химиктердің болуы
себеп. Жұмыстың мақсаты бойынша жобаның бастапқы мәселелері:
- синтез-газ өндіру цехын жобалау;
- цех құрылысының тиімділігі, өнімнің өзбағасы;
- цех құрылысының орындылығы.
Жұмыс құрылымы төрт бөлімнен тұрады: кіріспе, негізгі бөлім,
қорытынды, қолданылған әдебиеттер.
Жұмыс барысында көңіл бөлінгені 2015 жылға дейінгі Қазақстан
Республикасының инновациялық даму стратегиясы аймақтардың дамуы жайлы
статистикалық көрсеткіштер және цехтың дәл сол аймақта салынуы. Жұмыста
статистикалық зерттеу тәсілі, шығын құрылымы, басқа да экономикалық
есептеулер қолданылған.
Андатпа
Жылына 10000 тонна көлемінде синтез – газ өндіру бойынша цех
құрылысы мәселесі бойынша ашылып жатқан тақырып берілген жобаның тиімді
өндірістердің бірі екенін көрсетеді.
Берілген жұмыс барысында жүргізілген зертттеулер барлық технологиялық
үрдістердің байланысын қамтамасыз етеді.
Жұмыста жобаланған цехтың техникалық - экономикалық көрсеткіштерімен
байланысты негізгі есеп беру мәліметтері қамтылған.
Жұмыс құрылымы келесі түрде берілген: бірінші бөлім цехты жобалаудың
негізгі техникалық параметрлерін, ал екінші бөлім атаулы жобаның графикалық
бейнелеуін қамтиды.
Аннотация
Раскрываемая тема по вопросу: Строительство цеха по производству
синтез – газа на 10000 тонн в год свидетельствует, что данный проект
является одним из эффективных и рентабельных производств.
Исследования, проведенные в ходе данной работы, полностью
обеспечивают взаимосвязь всех технологических процессов и являются
оптимальными.
В работе даны основные расчетные данные и которые взаимоувязаны с
технико – экономическими показателями проектируемого цеха.
Структура работы построена таким образом, что первая часть раскрывает
основные технические параметры проектирования цеха, вторая часть дает
графическое изображение данного проекта.
1Әдеби шолу
1.1 Синтез-газ алу жолдары
Синтез- газ алуды қарастырғанда негізгі өндіріс түрлері
қолданылды. Біріншісіне каталитикалық өндіру
тәсілі жатады, механизмі: негізгі реакция көмірсутегілердің сулы будағы,
Ni катализаторының конверсиясынан тұрады.
Сурет 1 – Тәуелділік температурасы
Реакция қатты эндотермиялы және оның тепе-теңдігі температураны
жоғарылатсақ оңға ығысады. Метанның конверсиялық дәрежесін жоғарылату үшін
процессті 800-900С, сулы будың артық мөлшерінде жүргізеді. Атмосфералық
қысымда бұл артықшылық үлкен емес (2:1), ал қысымды жоғарылатса тепе-
теңдік күйіне нашар әсер етеді.Сондай жағдайда бу көлемінің метанға 4:1
қатынаста жұмыс істеу керек.
Метан конверсиясынан басқа, көміртегі конверсиясы жүреді.
СО+Н2О→СО2+Н2 - ∆Но298=41,0 кДжмоль
Бұл реакция экзотермиялы, сондықтан температураны жоғарылатсақ оның
тепе-теңдігі солға ығысады, ал сулы будың артығы көміртегі диоксидінің көп
мөлшерде түзілуіне әкеп соғады.
Көміртегі оксидінің конверсиясы тез жүреді және конвертирленген газ
құрамы оның тепе - теңдігімен анықталады.
Метанды сулы бумен конверсиялағанда үлкен қатынаста газ түзіледі
Н2:СО (аз дегенде 3:1), ал органикалық синтезге синтез-газ Н2:СО
қатынасында болу қажет1:1 ден (2.0-г-2.3):1 дейін. Бұл қатынасқа жетуге
болады, біріншіден сұйық көмірсутекті конверсиялап, екіншіден конверсия
кезінде сулы буға көміртегі диоксидін қосып, оларда көмірсутектерді
конвертирлейді.
-СH2 + H2O→CO + 2H2,
СН4+СО→2СО2+2Н2 ∆Н = -247ĸДжмоль
Соңғы реакция эндотермиялы және оның тепе-теңдігі температураны
жоғары латқанда оңға ығысады.Реакция сулы бу конверсиясына қарағанда аз
уақытта жүреді.
Эндотермиялылығы жоғары болғандықтан көмірсутек конверсиясын құбырлы
пеште жүргізеді.
Шикізатты құбырға береді, ол гетерогенді катализатормен және жылуғыш
жанғыш газбен толтырулы, ал температура негізінен сәулеленуден беріледі.
Бұл жүйенің кемшілігі- ыстыққа төзімді көп құбырлардың қажеттілігі және пеш
көлемінің тиімсіз пайдаланылуы, онда катализатор өте аз бөлігін алады.
Бұл себептермен басқа жүйе жасалынды, онда конверсиясының
эндотермиялық реакциясы экзотермиялық процесспен қоылған,экзотермиялық
процессте конверторға оттегіні бергенде көмірсутектің жартысы жанады, соған
байланысты жалпы процесс жартылай экзотермиялы болады. Есептеуге қарағанда
конверсияға СН4 және О2 қоспасын 1.0:0.55 қатынаста беру керек, олар
жарылғыштық шегінен тыс күйінде болады, себебі қоспаны сулы бумен
араластырады.Соңғысының метанмен көлемдік қатынасы төмен болады. Оттегінің
қатыспаған кезіне қарағанда , дәлірек айтсақ1:1 ден (2.5-г-3.0 ):1
қолданылатын қысымға байланысты. Бұл тотығу немесе автотермиялы
конверсия процессі кең тараған. Ол сырттан жылу беруді қажет етпейді, және
шахталы пештерде түгел қабат катализатор қатысында жүзеге асады. Конвертор
денесі отқа төзімді кірпішпен футирленген және желдеткіш сулы жейдесі бар,
онда бу генерирленеді. Конвертордың жоғарғы бөлігінде араластырғыш
орналасқан, оған СН4+Н2О және О2+Н2О қоспасын береді. Араластырғыш қоспаның
гомогенизациясын қамтамасыз етуді, жарылу және жану болмайтын жағдайда.
Метанның жануы конверсиядан 10 есе тез жүреді, сондықтан катализатордың
жоғарғы қабатында температура шегіне дейін жылдам көтеріледі (1100-1200
оС), ал пештен шығарда төмендейді (800-900 оС). Құбырлы пештердегі
конверсиямен салыстырғанда бұл әдісте ыстыққа төзімді құбырлардың қажеті
жоқ, реактор құрылымы жәй болып келеді және оның көп бөлігі катализатордың
орын ауысуына қолданылады. Тотығу конверсиясында алынатын газда СО мөлшері
бірнеше рет өседі.
Отынның термиялы газификациясы .
Көмірсутектердің жоғары температуралы конверсиясының айырмашылығы
жоғарғы температурада (1350-1450 оС) және катализатордың болмауында.
Процессте метанның термиялы толық емес тотығуы жүреді, яғни басты
біріншілік тотығуы былай жүреді:
СН4 + О2 → СО + Н2О + Н2
Аз мөлшерде СО2 түзіледі және пиролиз реакциясының болуынан С2 пен С3
сонымен қатар ацетилен.Процесстің соңғы сатысында сулы бу қалған
көмірсутектерді СО және Н2 дейін конвертирлейді және көміртек оксидтерінің
арасында тепе-теңдік орнайды, ол жоғарғы температурада СО пайдасына қарай
ығысады. Ацетиленнің ыдырауы кезінде көміртек (күйе) бөлінеді, ол да сулы
бумен конверсияға бейім (С+Н2О СО+Н2). Күйенің бөлінуі сұйық
көмірсутектердің жоғары температуралы конверсия кезінде ерекше маңызды және
оның азаюы үшін шыққан шикізатқа сулы бу қосады.
Сондықтан бұл процесс көмірсутектердің ацетиленге тотығу пиролизіне
ұқсас, ерекшелігі тек қоспаның жоғары температурада көп уақыт болуы(1с
0.001 0.01с орнына). Метанның және сұйық көмірсутектердің жоғары
температуралы конверсиясының жалпы теңдеуі:
СН4 + 0.5О2 → СО + 2Н2, -∆Нo298 h 35.6кДжмоль;
СnН2n+2 + 0.5nО2 → nСО + (n +1) Н2
Ары қарай Н2 және СО қатынасы шикізатқа байланысты 2:1 ден 1:1 ге
дейін ауысуы мүмкін. Одан басқа газда 2-3% СО, 0.3-0.5% СН4 және 1%
дейін N2 мен Аr бар.
Көмірсутектің жоғары температуралы конверсиясын 2-3 тен 10-14 МПа
қысымда жүргізіледі. Бұл процесстің конверторы 28.15 суреттерге ұқсайды,
бірақ онда катализатор жоқ. Ол жоғарғы қысымға арналған, бос денелі
құрылғы. Конверторда ішкі оқшаулағыш және сулы жейде болады, олар денені
жоғары температурадан сақтайды, тағы да көмірсутек және оттекті
араластырғыш болады, ол қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді.
Процесстің ұтымдылығы ол жоғарғы қарқынды конвертор құрылымының жайлығы,
катализатордың болмауы, шикізат сапасын аз талап ету. Сондықтан жоғарғы
температуралы конверсия кең тараған, әсіресе көмірсутектердің конверсиясы
(мазут пен шикі мұнайға дейін ), оларды агрегатты энерготехнологиялық
сызбанұсқа ретінде сипаттайды.
Мазуттың жоғарғы температуралық конверсиясының жеңілдетілген
сызбанұсқасы мына суретте көрсетілген.
Мазут 2 - 3 МПа қысымда 500 – 800 оС дейін ыстық газ конверсиясының
блок 1-гі жылу рекуперациясында қыздырылады. Блок жылуалмастырғыштан және
қазанқоқыс тазалағыштан тұрады, ол 29 - суретке ұқсас.Кейбір ерекшелігі
конвертирленген газдардың жоғарғы температурада және оларда күйенің болуы.
Сондықтан қазанқоқыс тазалағышты конвертормен бір агрегатта істетеді, ал
күйенің көп болып бөлінуін болдыртпау үшін көбінесе газқұбырлы типтес
қазандарды қолданады. Оларда 14 МПа қысымға дейін бу генерирленеді, оларды
энерготехнологиялық жүйеде пайдаланады.
Қыздырылған мазутты форсунка арқылы конвертор 2 - нің араластырғышына
енгізеді, сонда тағы оттегінің сулы бумен қоспасынбереді. Конвертор
жейдесінде (денені суытатын) конверсия жүретін қысымдағы буды генерирлейді.
Конверсияның ыстық газдары дене рекуперациясының 1 - ші блогына түседі.
Сосын газдан күйені бөліп алу үшін скруббер 3 - те циркуляция суымен жуады.
Су мен күйе су тұндырмаға 4 - ке ағады, оған жеңіл мұнай фракциясын
коагуляция үшін және сулы қабаттан күйені бөліп алу үшін қосады. Күйенің
көмірсутекті суспензиясын әр түрлі пайдаланады: фильтрдан өтуізіп жағады,
күйе алу үшін мұнай фракциясын қайтарады, ал басқа кездерде мазуттағы
суспензия ретінде конверсияға жібереді. Кірленген суды 4 - ші су
тұндырғыштан күйені ұстап қалатын скруббер 3-ке қайтарады.
Күйені бөліп алғаннан кейін газды Н2S пен СО2 ден тазартуға жібере
алдында айтқан тәсілдермен жүзеге асырады. Жиі Н2: СО нің газдағы қатынасын
сутегінің пайдасына қарай өгерту керек болады. Бұл үшін көміртек оксидінің
конверсиясының блогы қызмет етеді: газды 5-ші жылуалмастырғышта 400 оС
дейін қыздырады, жоғарғы қысымдағы будың керек мөлшерін қосып, оны
конвертор 6 - ға жібереді, онда түгел катализатор қабатында (темір оксиді,
хром, магний оксидтері ) көміртек оксидінің конверсиясы жүреді
Н2 : СО қатынасында алынған синтез-газ конверсияға түсетін газға 5-ші
жылуалмастырғышқа жылу береді, 7-ші блокта СО2 ден тазартылады да
тұтынушыға жібертіледі.
СО+Н2 қоспасының 1000м3 алу үшін 250-270м3 оттегі және 60 кг сулы
бу, сонда қазанқоқыс тазалағышта 850-900 кг жоғарғы қысымды бу түзіледі.
Көмірді газификациялап синтез-газ алу.
Көмірді газификациялау синтез-газ алудың бірінші әдісі. Кейін синтез-
газды көмірсутектерден өндіру әдісін пайдалана бастады. Бірақ болашақта
мұнай мен табиғи газдың қымбаттауына байланысты бұл процесс қайта өз орнын
алуы мүмкін. Синтез-газдың көмірден алынуы оған сулы будың қатысуымен және
қайтымды эндотермиялы реакция бойынша жүреді.
С + Н2О→СО + Н2, ∆Но298 = -118.9кДжмоль
Тепе- теңдік 1000-1100 оС оңға ығысады, реакция жылдам жүреді. Тек
қана буды берсе көмір суи бастайды, сондықтан процессті ауамен және булы
үрлеумен жүргізген . Кейінірек үздіксіз паро – оттекті үрлеу әдісі қолдана
бастады, онда газогенераторда көмірдің жану экзотермиялық реакциясы жүреді,
ол процесстің жылу балансын қамтамасыз етеді. Одан басқа сулы будың
көміртек оксидімен конверсиясы жүреді, ондағы газ құрамы тепе-теңдікке
жақын:
СО + Н2О → СО2 + Н2
Бастапқыда көмір газификациясын қысымы атмосфералық қысымға жақын
болатын ол қондырғының өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік бермейді.
Кейінірек 2-3 МПа қысымдағы газификацияға көшті. Қазіргі заманғы
газогенераторлар екі құрылымнан тұрады. Біріншісінде жұмыс көмір бөлігінің
түгел қабатында жүреді, ол жоғарыдан төмен астыңғы қабаттың жнып болына
байланысты жылжиды. Сонда көмір мен газ қарама-қарсы жүреді, бұл генератор
бойымен әр түрлі сатылар алмасып, жылуды тиімді пайдалануға мүмкіндік
береді. Төменгі жақтағы газ бастапқыда газификация қалдықтарымен жылиды, ал
жоғарыда оттегімен жүретін реакция аймағы жану одан жоғары – кокстеу
газификациясы және көмірді кептіру аймақтары.
Екінші жүйеде ұсақ көмір қолданылады, ол газдар тоғында, сұйық
күйінде болады. Газ бен көмірдің қарама- қарсы ағынын туғызу үшін
газогенератор бірнеше секцияға бөлінген, оларда сәйкес сатылар жүреді.
Барлық гнераторлар отқа төзімді кірпішпен және сулы жейдемен футерленген.
1 cурет - Көмірдің паро-оттекті конверсиясының газогенераторы,
көмірдің псевдосұйылтылған қабатымен секционирленген.
Синтез-газ генераторлардан 700-800 оС шығады, жылуды утилизациялау
жүйесі өтеді, шайырдан тазартады, көміртегі қосылысынан және СО2; содан
кейін тұтынушыға жібереді. Көмірді газификациялау кемшілігі
көмірсутектердің конверсиясымен салыстырғанда үлкен қаржының көмірді
майдалау және тасымалдауға қажеттілігі, тағы газ тазалау жүйесінің
күрделілігі. Қазіргі кезде өнімді өндіру және жылуды утилизациялаудың
комплексті энерготехнологиялық жүйесі бар күшті агрегаттар жасалынады.
Нәтижесінде көмірден өндірілетін синтез-газдың үнемділігі артты.
1.2 Бастапқы шикізаттың сипаттамасы
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде метанды аламыз. Метан-
түссіз, иіссіз газ. Ауадан жеңіл, суда аз ериді. Қаныққан көмірсутектер
жанғыш, көміртегі (ΙV) оксидін түзеді. Метан көкшіл жалынмен жанады:
СН4+2О2=2Н2О2
Ауамен жанғыш қоспа түзеді. Сондықтан ол тұрмыста да, шахталарда да
қауіп төндіреді. Метанның толық емес жануында күйе түзіледі. Осылай оны
өнеркәсіпте алуға болады.Катализатор қатысында метанды тотықтырғанда метил
спиртімен формальдегид алуға болады. Қатты қыздырғанда метан былай
ыдырайды:
Отынның термиялық газификациясы
Көмірсутектердің жоғарғы температуралы конверсиясының ерекшелігі
жоғарғы температурада (1350-1450оС) және катализатордың жоқтығы. Процесс
толық емес метанның мұнайдың сұйық фракциясының термиялық тотығуынан
тұрады. Негізгі біріншілік реакция СН4 жағдайында мына қоспаларға
тотығады: СО, Н2О және Н2:
СН4 + О2 = СО + Н2О + Н2
Аз мөлшерде СО2 түзіледі және пиролиз реакциясынан С3 және С2, соның
ішінде ацетилен. Процесстің соңғы сатысында сулы бу қалған көмірсутектерді
СО және Н2 дейін конвертирлейді және көміртек оксидтерінің арасында тепе-
теңдік орнайды, ол жоғарғы температурада СО пайдасына қарай ығысады.
Ацетиленнің ыдырауы кезінде көміртек (күйе) бөлінеді, ол да сулы бумен
конверсияға бейім (С+Н2О СО+Н2). Күйенің бөлінуі сұйық
көмірсутектердің жоғары температуралы конверсия кезінде ерекше маңызды және
оның азаюы үшін шыққан шикізатқа сулы бу қосады.
Сондықтан бұл процесс көмірсутектердің ацетиленге тотығу пиролизіне
ұқсас, ерекшелігі тек қоспаның жоғары температурада көп уақыт болуы(1с
0.001 0.01с орнына). Метанның және сұйық көмірсутектердің жоғары
температуралы конверсиясының жалпы теңдеуі:
СН4+0.5О2→СО+2Н2, -∆Н 35.6кДжмоль;
Сn Н2 n +2+0.5О2→СО+(n+1) Н2
Ары қарай Н2 және СО қатынасы шикізатқа байланысты 2:1 ден 1:1 ге
дейін ауысуы мүмкін. Одан басқа газда 2-3% СО2, 0.3-0.5% СН4 және 1%
дейін N2 мен Аr бар.
Көмірсутектің жоғары температуралы конверсиясын 2-3 тен 10-14 МПа
қысымда жүргізіледі. Бұл процесстің конверторы 28.15 суреттерге ұқсайды,
бірақ онда катализатор жоқ. Ол жоғарғы қысымға арналған, бос денелі
құрылғы. Конверторда ішкі оқшаулағыш және сулы жейде болады, олар денені
жоғары температурадан сақтайды, тағы да көмірсутек және оттекті
араластырғыш болады, ол қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді.
Процесстің ұтымдылығы ол жоғарғы қарқынды конвертор құрылымының жайлығы,
катализатордың болмауы, шикізат сапасын аз талап ету. Сондықтан жоғарғы
температуралы конверсия кең тараған, әсіресе көмірсутектердің конверсиясы
(мазут пен шикі мұнайға дейін ), оларды агрегатты энерготехнологиялық
сызбанұсқа ретінде сипаттайды.
Мазут 2-3 МПа қысымда 500-800 оС дейін ыстық газ конверсиясының блок
1-гі жылу рекуперациясында қыздырылады. Блок жылуалмастырғыштан және
қазанқоқыс тазалағыштан тұрады, ол 29- суретке ұқсас.Кейбір ерекшелігі
конвертирленген газдардың жоғарғы температурада және оларда күйенің болуы.
Сондықтан қазанқоқыс тазалағышты конвертормен бір агрегатта істетеді, ал
күйенің көп болып бөлінуін болдыртпау үшін көбінесе газқұбырлы типтес
қазандарды қолданады. Оларда 14 МПа қысымға дейін бу генерирленеді, оларды
энерготехнологиялық жүйеде пайдаланады.
Қыздырылған мазутты форсунка арқылы конвертор 2-нің араластырғышына
енгізеді, сонда тағы оттегінің сулы бумен қоспасынбереді. Конвертор
жейдесінде (денені суытатын) конверсия жүретін қысымдағы буды генерирлейді.
Конверсияның ыстық газдары дене рекуперациясының 1-ші блогына түседі.
Сосын газдан күйені бөліп алу үшін скруббер 3-те циркуляция суымен жуады.
Су мен күйе су тұндырмаға 4-ке ағады, оған жеңіл мұнай фракциясын
коагуляция үшін және сулы қабаттан күйені бөліп алу үшін қосады. Күйенің
көмірсутекті суспензиясын әр түрлі пайдаланады: фильтрдан өтуізіп жағады,
күйе алу үшін мұнай фракциясын қайтарады, ал басқа кездерде мазуттағы
суспензия ретінде конверсияға жібереді. Кірленген суды 4-ші су тұндырғыштан
күйені ұстап қалатын скруббер 3-ке қайтарады.
Күйені бөліп алғаннан кейін газды Н2S пен СО2 ден тазартуға жібере
алдында айтқан тәсілдермен жүзеге асырады. Жиі Н2:СО нің газдағы қатынасын
сутегінің пайдасына қарай өгерту керек болады. Бұл үшін көміртек оксидінің
конверсиясының блогы қызмет етеді: газды 5-ші жылуалмастырғышта 400 оС
дейін қыздырады, жоғарғы қысымдағы будың керек мөлшерін қосып, оны
конвертор 6-ға жібереді, онда түгел катализатор қабатында (темір оксиді,
хром, магний оксидтері ) көміртек оксидінің конверсиясы жүреді
Н2:СО қатынасында алынған синтез-газ конверсияға түсетін газға 5-ші
жылуалмастырғышқа жылу береді, 7-ші блокта СО2 ден тазартылады да
тұтынушыға жібертіледі.
СО+Н2 қоспасының 1000м3 алу үшін 250-270м3 оттегі және 60кг сулы бу,
сонда қазанқоқыс тазалағышта 850-900 кг жоғарғы қысымды бу түзіледі.
Көмірді газификациялап синтез-газ алу. Көмірді газификациялау синтез-
газ алудың бірінші әдісі. Кейін синтез-газды көмірсутектерден өндіру әдісін
пайдалана бастады. Бірақ болашақта мұнай мен табиғи газдың қымбаттауына
байланысты бұл процесс қайта өз орнын алуы мүмкін. Синтез-газдың көмірден
алынуы оған сулы будың қатысуымен және қайтымды эндотермиялы реакция
бойынша жүреді.
С+Н2О→СО+Н2, ∆Но298 = -118.9кДжмоль
Тепе- теңдік 1000-1100 оС оңға ығысады, реакция жылдам жүреді. Тек
қана буды берсе көмір суи бастайды, сондықтан процессті ауамен және булы
үрлеумен жүргізген. Кейінірек үздіксіз паро – оттекті үрлеу әдісі қолдана
бастады, онда газогенераторда көмірдің жану экзотермиялық реакциясы жүреді,
ол процесстің жылу балансын қамтамасыз етеді. Одан басқа сулы будың
көміртек оксидімен конверсиясы жүреді, ондағы газ құрамы тепе-теңдікке
жақын:
СО+Н2О→СО2+Н2
Бастапқыда көмір газификациясын қысымы атмосфералық қысымға жақын
болатын ол қондырғының өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік бермейді.
Кейінірек 2-3 МПа қысымдағы газификацияға көшті. Қазіргі заманғы
газогенераторлар екі құрылымнан тұрады. Біріншісінде жұмыс көмір бөлігінің
түгел қабатында жүреді, ол жоғарыдан төмен астыңғы қабаттың жнып болына
байланысты жылжиды. Сонда көмір мен газ қарама-қарсы жүреді, бұл генератор
бойымен әр түрлі сатылар алмасып, жылуды тиімді пайдалануға мүмкіндік
береді. Төменгі жақтағы газ бастапқыда газификация қалдықтарымен жылиды, ал
жоғарыда оттегімен жүретін реакция аймағы жану одан жоғары – кокстеу
газификациясы және көмірді кептіру аймақтары.
Екінші жүйеде ұсақ көмір қолданылады, ол газдар тоғында, сұйық
күйінде болады. Газ бен көмірдің қарама- қарсы ағынын туғызу үшін
газогенератор бірнеше секцияға бөлінген, оларда сәйкес сатылар жүреді.
Барлық гнераторлар отқа төзімді кірпішпен және сулы жейдемен футерленген.
2 сурет - Көмірдің паро-оттекті конверсиясының газогенераторы,
көмірдің псевдосұйылтылған қабатымен секционирленген.
Синтез-газ генераторлардан 700-800 оС шығады, жылуды утилизациялау
жүйесі өтеді, шайырдан тазартады, көміртегі қосылысынан және СО2; содан
кейін тұтынушыға жібереді. Көмірді газификациялау кемшілігі
көмірсутектердің конверсиясымен салыстырғанда үлкен қаржының көмірді
майдалау және тасымалдауға қажеттілігі, тағы газ тазалау жүйесінің
күрделілігі. Қазіргі кезде өнімді өндіру және жылуды утилизациялаудың
комплексті энерготехнологиялық жүйесі бар күшті агрегаттар жасалынады.
Нәтижесінде көмірден өндірілетін синтез-газдың үнемділігі артты.
1.3 Бастапқы өнімнің сипаттамасы
Метан табиғатта кең тараған. Ол көптеген жанғыш газдардың құрамында
кездеседі, табиғи (90-98%) және жасанды.Олар ағаш, шымтезек, тас көмірді
құрғақ айдауда бөлінеді және мұнай крекингі кезінде бөлінеді.
Метан саз балшықтың түбінен бөлінуі мүмкін, бұлақтағы тас қыртысында,
ауасыз, өсімдіктердің қалдықтарының ыдырауынан түзіледі. Сондықтан метанды
жиі сазды газ немесе бұлақты газ деп атайды.
Лабораториялық жағдайда метанды натрий ацетаты мен натрий
гидроксидінің қоспасын 200оС -де қыздырып аламыз.
СН3СООNа+NаОН= Nа2СО3+СН4 немесе
Алюминий карбидінің сумен әрекеттесуі нәтижесінде:
Аl 4С3+12Н2О= 4Аl(ОН)3 + 3СН4
Соңғы әдісте таза метан алынады. Метанды жәй заттардан да алуға
болады, катализатор қатысында (Nį)
С+2Н2=СН4
Метан гомологтарынан басқа әдіс-Вюрц реакциясы, яғни
моногалогентуындыларын металл натриймен қыздырып, мысалы:
С2Н5Br + 2Nа + BrС 2Н5 = С 2Н5 - С 2Н5 + 2NаBr
алуға болады.
Синтетикалық бензин алу техникасында (көмірсутек қоспасы, 6-10
көміртек атомы бар) көміртегі (ΙΙ) оксидімен сутегі синтезін қолданады,
катализатор қатысында (кобальт қоспасы) және жоғарғы қысымда теңдеуі
мынандай: температурасы-200 оС
n СО+(2n+1) Н2=СnН2n+1+nН2О
Үлкен жылулық қасиетіне байланысты метанды көп мөлшерде отын ретінде
тұрмыста- тұрмыстық газ ретінде, өндірісте қолданады. Одан алынатын заттар
да кең қолданыс табуда: сутек, ацетилен, күйе. Ал шикізат ретінде
формальдегид, метил спиртін, әр түрлі синтетикалық өнімдерді алу үшін
пайдаланады.
Көміртек саны 20-25 болатын жоғарғы қаныққан көмірсутек-парафиндердің
тотығуы үлкен маңызды рөл алады. Бұл жолмен синтетикалық майлы қышқылдарды
алады. Оларды сабын өндірісінде, әр түрлі жуғыш заттар, майлағыш
материалдар, лак және эмаль өндірісінде қолданады.
Сұйық көмірсутектерді жанғыш заттар ретінде пайдаланады (олар бензин,
керосин құрамына кіреді). Алкандар органикалық синтезде кеңінен
қолданылады.
Көміртек атомы сутекке қарағанда үлкен электротеріс қасиет
көрсеткендіктен метан малекуласында электрондық жұптардың көміртек атомына
қарай ығысу болады. Бірақ мұндай формула кеңістіктегі малекула құрылымын
көрсетпейді. Көрсету үшін электронды бұлттарды және электрондардың
энергетикалық деңгейлерге орналасуын еске түсіру қажет.Нәтижесінде көміртек
атомындағы екінші энегетикалық деңгейдің барлық төрт сыртқы электроны
жұпсыз болады, көміртек атомы қызған кезде төрт валентті болады.
Синтез – газ өндірісі ең өзекті сұрақтардың бірі. Органикалық
синтезде таза көміртегі оксидін және оның сутегімен қоспасын (синтез-газ)
1:1 ден 2-2,3:1 қатынасында қолданады. Көміртегі оксиді түссіз, қиын
сығылатын газ (т. кон атмосфералық қысымда -192оС; критикалық қысымы – 3,43
МПа, критикалық температурасы – 130оС). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді,
концентрациясы 12,5 - 74% аралығында.
Көміртегі оксиді улы зат, оның шектік концентрациясы өндірістік
ғимараттарда 20 мгм3 болады. Жай газға қарсы құралдар оны адсорбирлемейді,
сондықтан изомерленген құрал немесе әдейі арналған гопкалитті патроны бар
газға қарсы құрал қолданады. Соңғысының ішінде СО мен СО2 – нің тотығуын
катализдейтін мырыш оксиді бар. Көміртегі оксиді қатты заттармен ғана аз
сорбирленбейді, сонымен қатар сұйықтарменде, оған нашар еритін сұйықтар
кіреді. Бірақта кейбір тұздар көміртегі оксидімен комплекс түзеді. Оларды
көміртегі оксидінің бір валентті мыс тұздарының сулы аммиак ерітіндісімен
сорбциясы үшін қолданады.
Сутегі – синтез – газдың екінші компоненті – ең қиын сығылатын газ
(т. конд атмосфералық қысымда -252,8оС). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, 4,0-
75% аралығында. Н2 – көміртегі оксидінің қатарында жарылғыштық қасиеті
жоғары болғандықтан, синтез- газ өндірісінде қауіпсіздік техникасына үкен
көңіл бөлініді, абай болу қажет.
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде алғашында көмірді
пайдаланған. Сосын көмірсутек конверсиясын пайдаланды, оны екі жолмен
жүзеге асыруға болады: каталитикалық және жоғарғы температуралық .Шикізат
ретінде метан немесе табиғи газ қолданылады, сонымен қатар мұнайдың сұйық
фракциялары.
2 Технологиялық процесс
2.1 Технологиялық процессті таңдау және сипттау
Процесс бірнеше сатыдан тұрады: шикізатты дайындау, конверсия, жылуды
утилизациялау, газды СО2 - ден тазарту. Шикізатты дайындауда ескеретін жәй
ол никель катализаторының органикалық күкірт қосылыстарына сезімтал болады,
көмірсутектердегі мөлшері Нмг Sв мs. Бұл жағдайға келмейтін шикізаттарды
тазартады, ол үшін каталитикалық гидрокүкіртсіздендіру жүргізеді, ары қарай
түзілген күкіртсутектердің жоғалуымен байланысты. Шикізатты дайындау
кезеңінде газды компримирлеу кіреді, оның сулы бумен ығысуы және алдын ала
қоспаны қыздыру. Көп уақыт бойы каталитикалык конверсия қондырғысы
атмосфералық қысымға жақын қысымда жүргізілген және ондай қондырғылар қазір
де бар. Соңғы кезде жоғары қысыфмдағы 2-3 МПа жұмыстарға көшті.Тепе-
теңдіктің керексіз ығысуына қарамастан ұтымды жақтары бар. Біріншіден
реакция жылдамдығының жоғарылауына байланысты процесстің қысымының қарқынын
күшейтеді, аппараттар мен құбырлар көлемінің кішіреюі. Екіншіден
энегетикалық шығындардың азаюы және ыстық газдардың жылуы жақсы
утилизденеді.
Бастапқы метанды (қажет болса күкіртті қосылыстардан тазартылған) 1
құбыркомпрессормен 2-3 МПа дейін қысып, сулы будың және көміртегі оксидінің
қажетті мөлшерімен араластырады. Қоспаны 2 жылуалмастырғыш 400оС дейін
суытылған конвертирленеген газбен қыздырып 6 конвертор араластырғышына
береді, онда алдын ала дайындалған оттегі мен сулы будың тең көлемдегі
қоспасы беріледі.
Конвертор жейдедегі қайнаған конденсатпен суытылады; сонда 2-3 МПа
қысымдағы бу генерирленеді, оны 5 бу жинағыш- та бөліп алады.Ыстық
конвертирленген газдың жылуын, конвертордан 800-900 оС шығатын 4 котел-
утилизатор қолданылады, жоғарғы қысымды бу алу үшін, ол сосын
құбыркомпрессор приводына қолданылады. Суытылған газдың жылуын алдын ала
қоспаны қыздыру үшін қолданады, ол қоспалар 2 жылуалмастырғыш, 3-те сулы
конденсатты жылытуға пайдаланады, котел-утилизаторды қамтамасыз етеді.
Газдың соңғы суытылуы 7 скрубберде сумен жүзеге асады,ол 8 мұздатқыш
арқылы айналады.
Осы сатыда алынған синтез- газ құрамында 15-45% СО, 40-75% Н2, 8-15%
СО2, 0.5% СН4 және 0.5-1% N2 мен Аr бар.
Бұл газды СО2-ден тазартады, ол үшін қысым қатысындағы сумен
абсорбциясын қолданады, моноэтаноламин немесе калий карбонатының сулы
еріткіштегі хемосорбциясын пайдаланады. Қыздыру және қысымды төмендету
кезінде қайтымды процесстер жүреді және СО2 бөлінеді, ол ерітінді
регенирленеді:
СН 2ОНСН2 NН 2 + СО 2→СН2 ОНСН2 NН3 * СО 2,
K2 СО3 + СО2 + Н 2О →2KНСО3
Конвертирленген газ 9 абсорбер түседі, онда көміртегі диоксиді
сіңіріледі, ал тазартылған газ жұтынушыға жіберіледі Қаныққан абсорбент 10
жылуалмастырғышта регенирленген ыстық ерітіндімен қыздырылып, 11 десорбер
келеді, астыңғы жағынан абсорбентті 10жылуалмастырғыш арқылы қайта СО-ні
сіңіруге 9 абсорбер жібереді. Көміртек диоксиді 11 десорбер жоғарғы
жағынан керекті қысымға дейін компримирлеп және конверсияға қайтарады,
табиғи газ бен сулы буды 2 жылуалмастырғыш алдында араластырады.
1м3 таза синтез-газ алу үшін 0.35-0.40м3 табиғи газ, 0.2м3 техникалық
оттегі, 0.2-0.8 кг дейін сулы бу кетеді.
Өндіріс сызбанұсқасы
Жоғарғы қысымдағы метанның немесе табиғи газдың тотығу
конверсиясының сызбанұсқасы.
2.2 Материалдық балансты есептеу
Материалдық есептеу барлық өндірістің мүлтіксіздік деңгейін
көрсетеді.
Материалдық есептеудегі бастапқы берілгендер:
1.Ұстанатын технологиялық сызбанұсқа, сипаттамасы және өндірістік
технологиялық сатылардың реті;
2. Цех берген өнімінің жылдық өндірісі. Егер цехта бірнеше өнім
өндірілсе, әрқайсысына жеке материалдық баланс жүргізеді;
3. Барлық компоненттердің әр технологиялық сатыдағы өндірістік
рецептурасын енгізу;
4.Барлық технологиялық сатыдағы шығындар ( пайызбен). Бұл өлшемдерді
диплом алдындағы практиканың берілгендері бойынша немесе химиялық
реакцияларды ескеріп процессті есептеу жолымен білеміз;
Заттардың химиялық өзгеру процессінің материалдық балансын массаның
сақталу заңына негізделіп құрады, ол теңдеу түрінде болады:
Gбаст = Gсоңғы
мұндағы Gбаст - бастапқы заттың жалпы мөлшері, химиялық ауысу
процесстерінде енгізілген;
Gсоңғы – заттың жалпы мөлшері, химиялық айналулар процесінің
нәтижесінде алынған
Егер реактор периодты істесе, процесстің материалдық балансы былай
болады: Gо = Gкон
Сұраныс түріне байланысты периодты процесстердің материалдық
есептеулері үш вариантта құрылуы мүмкін:
- өндірістік тәуліктік өнімділігіне қарай;
- дайын өнімнің 1 тоннасына байлонысты;
- бір операциядан алынатын дайын өнімнің мөлшеріне байланысты
материалдық есептеу.
Периодты процесстердің жобасын жасағанда ең жөндісі тәуліктік.
Үздіксіз өндірісте материалдық есеп өнімнің сағаттық мөлшеріне
негізделген (немесе минут, секундтық).
Материалдық есеп екі негізгі бөлікке бөлінген:
1. Жалпы материалдық есептеу; уақыт бірлігіндегі: тәулік, сағат,
минут, секунд. Шикізаттың барлық түрінің шығымын есептеумен
байланысты. Бұл бөлік көбінесе 1 тонна дайын өнімнің шығындық
коэфициентін есептеумен аяқталады. Сатылы немесе операциялы
материалдық баланс. Ол өнімнің әр сатыдағы шығын мен кіріс
кестесін құру арқылы жүргізіледі.
Материалдық баланстың 1-ші бөлігін жалғастырады.
Тәуліктік материалдық есептеуді келесі сызбанұсқа бойынша жүргіземіз
- Бір жыл ішіндегі жұмыс күндерін табамыз. Ол өндіріс түріне
байланысты: периодты, үздіксіз комбинирленген.
- Цехтың тәуліктік өнімділігін табу шығынды ескермегенде:
Пбс =МД,
ондағы:
Пбс- дайын өнімнің тәуліктік өнімділігі, шығынды ескермегенде,
ттәулік; М-дайын өнімнің бір жылдағы өнімділігі;
Цехтың тәуліктік өнімділігін табу, өнім шығынын әр сатыдағы
ескергенде: Пс=Пс(1-а100);
Онда:
Пс-тәулік өнімділігі, шығынды ескергенде, Ттәулік;
а – процесстің әр сатыдағы өнім шығынының жалпы пайызы.
Өнімнің салмақ бірлігіндегі әр сатысы бойынша жалпы мөлшерін табу:
П=Ппс-Пбс , онда:
П-әр сатыдағы өнім шығынының жалпы мөлшері,ктәулік;
Синтез- газ өндірісіндегі цехтың материалдық есептеуін жүргізу.
Процесс периодты.
Бастапқы өнім – метан:
Метанды күкіртті қоспалардан тазарту;
Құбыркомпрессормен қысады;
1. Сулы бумен және көмірқышқыл газымен СО2 араластырады;
2. Қоспаны суытылған конвертирленген газбен қыздырады;
3. Оттегімен және сулы бумен араластырады;
4. Суытады;
5. Газды қоспалардан тазартады;
Синтез- газ өндірісіндегі цехтың жылдық өнімділігі 10000 тжыл;
Периодты процесс.
Жылдық жұмыс күндерінің саны:
365-65=300
Кесте 1- Тәуліктік өнімділік, шығынды ескермегендегі
Шикізат аталуы Пайыз
Шикізатты – дайындау (қоспалардан тазарту) 0.3
Конверсия 0.2
Жылу утилизациясы 0.5
Газдан тазарту 0.5
Суыту 0.2
Барлығы 1.7
Шығынсыз тәулік өнімділігі (кг) 33000
Шығынды тәулік өнімділігі (кг) 39759
Жалпы шығын 6759
Кесте 2 - Шикізаттың саты бойынша шығыны
Шикізат аты Пайыз Шығын
Шикізатты дайындау 0.3 1193
Конверсия 0.2 795
Жылу утилизациясы 0.5 1988
Газдан тазарту 0.5 1988
Суыту 0.2 795
Барлығы 1.7 6759
Кесте 3 - Шикізатты дайындауға арналған рецептура енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Шығын Тәуліктік
аты Бөлім енгізу шығын
Метан 100 39759 0.1 39799
Кесте 4 - Конверсияға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) тиеу шығыны шығын(кг )
Синтез- газ 100 39799 0.1 39839
Сулы- бу 0.1 40 0.5 40.2
Кесте 5 - Жылуды утилизациялауға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) тиеу шығыны(%)шығын (кг)
Синтез-газ 100 39839 39839
Техникалы 0.2 80 0.1 80.1
оттегі
Кесте 6 - Газды тазалауға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) Тиеу шығыны(%)шығын(кг)
Синтез-газ 100 39839 39839
Карбонат 0.3 120 0.5 121
калия
Кесте 7 - Тәуліктегі шикізат шығыны
Шикізат аты Тәуліктік шығын, кг
Табиғи газ 39839
Сулы бу 40.2
Техникалық оттегі 80.1
Калий карбонаты 121
Барлығы 40080
Осы жолмен 33000 кг синтез- газ алу үшін 40080 кг немесе 40 тонна
шикізат керек. Шығын 7080 кг құрайды.
Колоннадағы температураны қосымша реттеу үшін суық азот сутекті
қоспаны қолданады, ол тікелей катализатор қорабына беріледі.
Синтез колоннасының өнімділігі 150 ттәулік дейін және одан да көп
болады.Ал қысым 300 ат.Ол хром –ванадийлі болаттан жасалынады және жылуды
жақсы сақтайды. Реактор үздіксіз 1000 ат қысымға дейін жұмыс істейді.
Колоннаның корпусы қалың қабырғалы цилиндр,ол әдейіленіп берік болаттан
жасалынады. Цилиндр ішінде насадкасы болады, ол бірнеше концентрлі
құбырлардың орналасуынан тұрады (изоляциялық, жылуалмастырғыш,
катализаторлы және орталық). Орталық құбыр бастапқы газ қоспасының
электрожылытқыштарынан тұрады, колоннаны жіберу периодында жұмыс істейді.
Бастапқы шикізаттар колоннаның төменгі жағынан беріледі. Ары қарай
колоннаның жоғарғы жағынан да орналасқан каналдар бойынша қоспа орталық
құбырға келіп, катализатор қабатына түседі, ол құбырда орналасқан.
Реакциядан кейін газ қоспасы жылуалмастырғыш және катализатор
құбырларының арасымен төмен түседі де бастапқы қоспамен жылу алмастырады.
Реакция өнімі төменгі жақтан шығады.
2.3 Өндірістік есептеулер
Қондырғыны таңдау және есептеу цехты жобалаудан және негізгі технико-
экономикалық көрсеткіштерден шығады. Жобаланатын цехтың жылдық
өнімділігі10000тжыл болса, реактор параметрлері мынандай:
Биіктігі- 6,0 м
Диаметрі- 3 м
Қабырға қалыңдығы- 0.17 м
Көлемі – 7210 куб.м.
Реактордағы жылуалмастырғыш аппарат қабырғасы арқылы жасалған, онда
әр секцияда жейде орналасқан.
Реакция жылуы компоненттердің бірінің булануына жұмсалады. Ол
көмірсутектермен жұмыс істегенде қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін
колоннада қорғаныс клапан болады.
А-А кесіндісі бойынша термиялық қарсыласу:
RА = RК = R1 + RАҚ + R = б.т.б.λ.т.б + RАҚ = 0.04 (1.92 + 0.18 +
0.04) * 1.92 = 0.24 (м*С ) Вт;
RАҚ - алынған- жабық ауалы қабаттың теамиялық қарсыласуы;
Б–Б кесіндісі бойынша термиялық қарсыласу:
RБ =R= δλ=δт.бλт.б=0,221,92=0,115 (м2*оС)Вт;
Темірбетон плитасының жылулық ағынға параллель бағытындағы термиялық
қарсыласуын мына формуламен есептейді:
R=Rа=F1 + F2 ( F1R1) + (F2R2)=FАҚ + FТБ(FАҚRа) +
(FТБRБ)=0,282+0,088(0,2820,24) + (0,0880,115)= 0,19(м2*оС)Вт;
Жылубурілудің перпендикулярлы бағыттағы қарсыласуын В-В, Г-Г, Д-Д
кесінділері бойынша анықталады.
В-В және Д-Д кесінділері түгелдей темірбетон қабатынан тұрады, оның
қалыңдығы δж.б= 40мм, ал Г-Г кесіндісі ауалы қабаттан және темірбетон
қабырғасынан тұрады.
λАҚ жылуөткізгіштік коэфициентінің эквивалентін табамыз, ауалы қабат
үшін
RАҚ = δа.қλа.қ болғандықтан, λа.қ =δа.қRАҚ=0,1410,18=0,783
( м2*оС)Вт;
Г-Г кесіндісі екі ауалы қабаттан тұрады, оның ені 141мм және
темірбетон ені 44мм болатын.
Жылуөткізгіштіктің орташа коэфициентін мына формуламен табамыз:
λор=λАҚ*FАҚ + λТБ * FТБFАҚ+ FТБ = 0,783 * 0,282 + 1,92 * 0,088
0,282 + 0,088 = 1,05 (м2*оС)Вт;
Екінші қабаттың орташа термиялық қарсыласуы
R2 = 0,1411,05=0,134 (м2*оС)Вт;
Бірінші және үшінші қабаттың термиялық қарсыласуы:
R1,3=RТБ=δа.қ λа.қ = 0,044 1,92 + 0,044 1,92 = 0,23 + 0,23 =
(м2*оС)Вт;
R1= Qб=R1+R2+R3=0,023+0,134+0,023=0,18 (м2*оС)Вт;
R2 және Rа=0,19 (м2*оС)Вт және R1=Rб=0,18 (м2*оС)Вт араларындағы
айырмашылықты табу, пайыз бойынша, ол 0,19-0,180,18*100=5,6%25% құрайды,
сондықтан толық темірбетон плитасының термиялық қарсыласуын мына формуламен
табамыз:
RТБ=R1+RКПО=Rа+2RБ=0,19+2*0,183=0, 183 (м2*оС)Вт;
Rо=1λв+RК+1λn=1λв+R1+R2+R3+R4+R5 +1λn=1λв+RТБ+δ2λ2+δ3λ3+δ4λ4+δ5
λ5+1λn=18,7+0,183+0,0030,17+0,1 10,21+0,0151,05+0,010,17+123=0, 115+0,
183+0,018+0,524+0,014+0,059+0,043=0 ,956(м2*оС)Вт, ол үлкен мынадан
RоТР=0,9 (м2*оС)Вт,.
Катализатор бетімен газ ағынының толық және біркелкі тарауы үшін және
бірдей температураны ұстап тұру үшін әдейі шашыратқыш тор орнатылады,
диаметрі – 3000мм. Аппараттың жұмыс бөлігі яғни, конвертордың диаметрі
2800мм және ол үш катализатордың торынан тұрады, беттік көлемі- 24 мг .
Торлар платина жібінен жасалған диаметрі- 0.09мм, тесік саны 1024.
Олар арнайы қондырғылармен ұсталып тұрады, олардың астында торда
биіктігі250мм, көлемі- 32*32мм болатын металл сақиналардан тұратын қабат
орналасқан. Бұл қабаттың қызметі жылуды аккумирирлеп, платина шаңдарын
ұстап қалу. Жылуды аккумулясы аппараттың жұмысын жеңілдету.
Реактор көлемінің астыңғы бөлігі жылуалмастырғыш қондырғысымен
байланысты және ыстыққа төзімді фуутеровкасы болады. Қорғағыш клапан жүйеде
қауіпсіздік жұмысын атқарады, ол редактордың жоғарғы жағында орналасқан.
Химиялық өндірістіэкономикалық іс ретінде қарастырсақ, ұтымды көлем
қондырғының экономикасымен тығыз байланысты. Көбінесе ұтымдырақ қаржы
мәселесі.
Зауыт қондырғылары былай жобалануы керек, өндірістің минималды
бағасынан қажет өнім мөлшерін алу. Бірақ та химиялық реактор өнеркәсіп
қондырғысының тек бір бөлігін құрайды, сонда да ол өз әсерін экономикаға
тигізеді.
Керек емес қондырғының есепеулерін Р өндіріс жылдамдығының Ф тең
болуы мен байланыстырады. Егер шикізат рециркуляциясы болмаса қондырғы
шығымы реактор шығымына тең болады , егер өзгерістерге ұшырамаған А заты
ағыннан түгелдей ажыраса және реакторға қайтарылса, қондырғыдағы шығым
селекутивтікке тең.
Реакциондық секциялар арасындағы техникалық көрсеткіштердің қатынасын
( өнімділік, шығым, жылубергіш жағдайы) және қондырғының барлық
экономикалық көрсеткіштерін санды түрде көрсету қиынға соғады. Мысалы
реакциондық секциядағы температураның күрт жоғарылауы, мүлдем басқа жылыту
жүйесін қажет етуі мүмкін немесе басқа құрылымды материалдарды қажет етеді.
Екеуі де шығын мен температура процесінің байланысына әсер етуі мүмкін.
Осыдан белгілі, қондырғыны жобалау. Экономикалық ұтымды түрде, негізінен
тәжірибе мен сезгіштікке негізделген . Барлық бастапқы заттарды
өнеркәсіптік реакторды оңтайлы ету үшін химиялық зертханаларда алуға
болады.
Ол үшін ең арзан шикізаттарды күрделі синтездегі реакциондық
фазалардың ретін, ыңғайлы катализаторды білу қажет. Тәжірибе нәтижесін
бағалаған кезде химик негізінен алынған дайын өніммен басқарады.
Реактор түрін таңдаған соң, қосымша тәжірибелер қажет, процеске әсер
ететін реакцияның жылдамдығы, өзгерістері жайлы мәліметтерді білу керек.
Өнекәсіптік реактор оңтайлылығының өзгеруі: реакция температурасы,
өндіріс тәсілі мен реактор түрі, реакция уақыты. Негізгі өзгеруге реагент
концентрациясы жоғарылаған сайын, реактор өнімділігі де артады. Бірақта
үлкен жылу эффектісі бар реакциялардың жылулығы жоғарылайды, ол жылубергіш
шығынының да артуына әкеліп соқтырады. Ары қарай біз реактор түрін таңдау
жолдарына, температураға көңіл бөлеміз.
Практикада көп реакцилардың жүруінен қай реакциондық жүйеде ең
жоғарғы өнімділік екнін білу қажет. Бұл өте маңызды бір немесе бірнеще
реагенттердің бағасына байланысты. Қайтымды реакциялардағы соңғы
айналуларды әр түрлі тәсілдермен жоғарылатуға болады; Олардың барлығы тең
салмақты құрам өзгеруіне негізделген.
Құбырлы және кубты реакторлардағы шығым
Негізгі процесс кезінде әрқашанда параллельді кері реакциялар жүреді.
Кубты реактордың каскадындағы қолайлы шығым.
Ψр- Σа графигімен кубты реактордағы каскадтың шығымын білу үшін де
пайдалануға болады.
Таңдап алынған каскадтағы реактордың теңдеуі:
ηрn-ηр(n-1)=ψрn(SА-SА(n-1))
Сондықтан реактор каскады үшін:
ηрN=Σψрn(SАn-SА(n-1))
График түрінде тікбұрыштардың көлемдерінің қосындысы ретінде
көрсетуге болады
ηрN көлемі SАn белгісіне тәуелді екені белгілі.
Зерттеу нәтижесінде екі кубты реакторлар каскадында шектік мағынаны
ηр2=0.71 мынау z=0.082 береді.
Келіп түсетін уротропиннің толық айналуын қамтамасыз ету үшін
реакторлар өте үлкен болатын, сондықтан 2 кубты реактор үшін қолайлы
жағдайды былай алуға болады, 78℅(0.082 0.111) уротропинді біріңші
реакторға , қалғанын-екінші реакторға.
Өнім шығымын есептегенде, бірлік кубты реакторға (ηр), үш
кубты реактор каскадында (ηр), бірінші реакторға 50℅ пропилен
енгізгенде және екінші үшінші рекаторларға 25℅ - дан енгізеді
Пропилен түгелдей әр реакторда әрекеттеседі; изобутанның берілу
жылдамдығының олефиндердің берілуінің жалпы жылдамдығына деген массалық
қатынасы 5-тең болуы керек.
ηр1=0.86*0.200.20=0.86
ηр3=0.5*0.96+0.25*0.915+0.25*0.86=0 .924
Егер бүтін өнімнің бағасы М=100кгКмоль 340ДЕ*m құраса, ал қарама-
қарсы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
1. Әдеби шолу
1. Синтез – газ алу жолдары
2. Бастапқы шикізат сипаттамасы
3. Дайын өнімнің сипаттамасы
2. Технологиялық бөлім
1. Технологиялық поцессті таңдау және сипаттау
2. Материалдық балансты есептеу
3. Өндірісті есептеу
4. Реакторды есептеу
5. Механикалық есептеу
3. Құрылыс бөлімі
4. Қауіпсіздік техникасы, қоршаған орта мен еңбекқорғау бойыеша мероприятия
4.1. Жұмысшыларды улы және зиянды заттардан қорғау мероприятиясы
4.2 Шумен күресу тәсілдері
4.3 Жарықты есептеу
4.4 Өрт пайда болуының алдын алу
4.5 Жерге қосу қорғанысын есептеу
4.6 Еңбекқорғау бойынша заңды актілер және экология мәселелері
5. Экономикалық бөлім
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Аннотация
Раскрываемая тема по вопросу: Строительство цеха по производству синтез
– газа на 10000 тонн в год свидетельствует, что данный проект является
одним из эффективных и рентабельных производств.
Исследования, проведенные в ходе данной работы, полностью
обеспечивают взаимосвязь всех технологических процессов и являются
оптимальными.
В работе даны основные расчетные данные и которые взаимоувязаны с
технико – экономическими показателями проектируемого цеха.
Структура работы построена таким образом, что первая часть
раскрывает основные технические параметры проектирования цеха, вторая часть
дает графическое изображение данного проекта.
Андатпа
Жылына 10000 тонна көлемінде синтез – газ өндіру бойынша цех құрылысы
мәселесі бойынша ашылып жатқан тақырып берілген жобаның тиімді
өндірістердің бірі екенін көрсетеді.
Берілген жұмыс барысында жүргізілген зертттеулер барлық
технологиялық үрдістердің байланысын қамтамасыз етеді.
Жұмыста жобаланған цехтың техникалық - экономикалық
көрсеткіштерімен байланысты негізгі есеп беру мәліметтері қамтылған.
Жұмыс құрылымы келесі түрде берілген: бірінші бөлім цехты
жобалаудың негізгі техникалық параметрлерін, ал екінші бөлім атаулы жобаның
графикалық бейнелеуін қамтиды.
КІРІСПЕ
Бұл тақырыптың өзектілігі химиялық өндірістің обьектілерін жобалау
өте күрделі, көптүрлі және көп еңбек қажет ететін процесс. Оны бірнеше
инженерлі- техникалық және ұйымдастырушы сатылардың байланысы ретінде
қарастырады.
Синтез- газ өндірісі ең өзекті сұрақтардың бірі.Органикалық синтезде
таза көміртегі оксидін және оның сутегімен қоспасын (синтез- газ) 1:1 ден 2
- 2.3:1 қатынасында қолданады.Көміртегі оксиді түссіз, қиын сығылатын газ.
( т.кон д. Атмосфералық қысымда -192 С; шектік қысымы 3.43МПа; шектік
температурасы -130 С). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, концентрациясы 12.5-
74% аралығында.
Көміртегі оксиді улы зат, оның шекті жіберілетін концентрациясы
өндірістік орындарда 20мгм болады. Жай газға қарсы құрылғылар оны
адсорбирлемейді, сондықтан изомерленген немесе әдейі арналған гопкалитті
патроны бар құрылғылар қолданады. Соңғысының ішінде СО мен СО –нің тотығуын
катализдейтін мырыш оксиді бар. Көміртегі оксиді қатты заттармен ғана аз
сорбирленбейді, сонымен қатар сұйықтармен де. Оған көміртегі оксидінде
нашар еритін сұйықтар кіреді. Бірақ кейбір тұздар көміртегі оксидімен
комплекс түзеді, оларды көміртегі оксидінің бір валентті мыс тұздарының
сулы- аммиак ерітіндісімен сорбциясы үшін қолданады.
Сутегі- синтез- газдың екінщі компоненті- ең қиын сығылатын газ
(т.конд. атмосфералық қысымда -252.8 С). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, 4.0-
75% аралығында. Сутегі- көміртегі оксидінің қатарында жарылғыш қасиеті
жоғары болғандықтан, синтез-газ өндірісінде қауіпсіздік техникасына үлкен
көңіл бөлінеді.
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде алғашында көмірді
пайдаланған. Сосын көмірсутек конверсиясын пайдаланды, оны екі жолмен
жүзеге асырады: каталитикалық және жоғарғы температуралық. Шикізат ретінде
метан немесе табиғи газ қолданылады, сонымен қатар мұнайдың сұйық
фракцияларын.
ҚР.Президентінің жолдауы бойынша жасалған индустриалды- инновациялық
стратегияның дамуы 2003-2015 жылдар аралығына арналған. Қазақстан халқына
жолдауы барысында Қазақстан кәсіпкерлерінің оныншы форумында
Республикадағы 2002 жылғы ішкі және сыртқы саясаттың басты жолдары жайлы
айтылған. Қазақстан Республикасының экономикалық тұрақты дамуы үшін
экономикалық салаларды диверсификациялап шикізатты қолданудың бағыты
қарастырылды:
- бәсекелеске төзімді және экспортқа арналған тауарлар өндірісі;
- шикізат бағыты, ішкі нарықтағы тауарларға төменгі тұтынушылық
сұраныс;
- кәсіпорындардың жалпы техникалық және технологиялық артта
қалуы, өндірістік және социалды инфроқұрылымның дамымауы;
Осыған қарағанда, бұл жұмыстың мақсаты- Қазақстан
Республикасының бір аумағында метаннан синтез- газдың өндірілу цехын
жобалау. Айтып кететін жай, цехтың құрылысын шикізат базасы бар аймақтарда
жүргізу керек. Соған байланысты құрылыс Ақтөбе облысында салынады, себебі
ол химия аймағының бірі. Бұған жұмыс күшінің, маман- химиктердің болуы
себеп. Жұмыстың мақсаты бойынша жобаның бастапқы мәселелері:
- синтез-газ өндіру цехын жобалау;
- цех құрылысының тиімділігі, өнімнің өзбағасы;
- цех құрылысының орындылығы.
Жұмыс құрылымы төрт бөлімнен тұрады: кіріспе, негізгі бөлім,
қорытынды, қолданылған әдебиеттер.
Жұмыс барысында көңіл бөлінгені 2015 жылға дейінгі Қазақстан
Республикасының инновациялық даму стратегиясы аймақтардың дамуы жайлы
статистикалық көрсеткіштер және цехтың дәл сол аймақта салынуы. Жұмыста
статистикалық зерттеу тәсілі, шығын құрылымы, басқа да экономикалық
есептеулер қолданылған.
Андатпа
Жылына 10000 тонна көлемінде синтез – газ өндіру бойынша цех
құрылысы мәселесі бойынша ашылып жатқан тақырып берілген жобаның тиімді
өндірістердің бірі екенін көрсетеді.
Берілген жұмыс барысында жүргізілген зертттеулер барлық технологиялық
үрдістердің байланысын қамтамасыз етеді.
Жұмыста жобаланған цехтың техникалық - экономикалық көрсеткіштерімен
байланысты негізгі есеп беру мәліметтері қамтылған.
Жұмыс құрылымы келесі түрде берілген: бірінші бөлім цехты жобалаудың
негізгі техникалық параметрлерін, ал екінші бөлім атаулы жобаның графикалық
бейнелеуін қамтиды.
Аннотация
Раскрываемая тема по вопросу: Строительство цеха по производству
синтез – газа на 10000 тонн в год свидетельствует, что данный проект
является одним из эффективных и рентабельных производств.
Исследования, проведенные в ходе данной работы, полностью
обеспечивают взаимосвязь всех технологических процессов и являются
оптимальными.
В работе даны основные расчетные данные и которые взаимоувязаны с
технико – экономическими показателями проектируемого цеха.
Структура работы построена таким образом, что первая часть раскрывает
основные технические параметры проектирования цеха, вторая часть дает
графическое изображение данного проекта.
1Әдеби шолу
1.1 Синтез-газ алу жолдары
Синтез- газ алуды қарастырғанда негізгі өндіріс түрлері
қолданылды. Біріншісіне каталитикалық өндіру
тәсілі жатады, механизмі: негізгі реакция көмірсутегілердің сулы будағы,
Ni катализаторының конверсиясынан тұрады.
Сурет 1 – Тәуелділік температурасы
Реакция қатты эндотермиялы және оның тепе-теңдігі температураны
жоғарылатсақ оңға ығысады. Метанның конверсиялық дәрежесін жоғарылату үшін
процессті 800-900С, сулы будың артық мөлшерінде жүргізеді. Атмосфералық
қысымда бұл артықшылық үлкен емес (2:1), ал қысымды жоғарылатса тепе-
теңдік күйіне нашар әсер етеді.Сондай жағдайда бу көлемінің метанға 4:1
қатынаста жұмыс істеу керек.
Метан конверсиясынан басқа, көміртегі конверсиясы жүреді.
СО+Н2О→СО2+Н2 - ∆Но298=41,0 кДжмоль
Бұл реакция экзотермиялы, сондықтан температураны жоғарылатсақ оның
тепе-теңдігі солға ығысады, ал сулы будың артығы көміртегі диоксидінің көп
мөлшерде түзілуіне әкеп соғады.
Көміртегі оксидінің конверсиясы тез жүреді және конвертирленген газ
құрамы оның тепе - теңдігімен анықталады.
Метанды сулы бумен конверсиялағанда үлкен қатынаста газ түзіледі
Н2:СО (аз дегенде 3:1), ал органикалық синтезге синтез-газ Н2:СО
қатынасында болу қажет1:1 ден (2.0-г-2.3):1 дейін. Бұл қатынасқа жетуге
болады, біріншіден сұйық көмірсутекті конверсиялап, екіншіден конверсия
кезінде сулы буға көміртегі диоксидін қосып, оларда көмірсутектерді
конвертирлейді.
-СH2 + H2O→CO + 2H2,
СН4+СО→2СО2+2Н2 ∆Н = -247ĸДжмоль
Соңғы реакция эндотермиялы және оның тепе-теңдігі температураны
жоғары латқанда оңға ығысады.Реакция сулы бу конверсиясына қарағанда аз
уақытта жүреді.
Эндотермиялылығы жоғары болғандықтан көмірсутек конверсиясын құбырлы
пеште жүргізеді.
Шикізатты құбырға береді, ол гетерогенді катализатормен және жылуғыш
жанғыш газбен толтырулы, ал температура негізінен сәулеленуден беріледі.
Бұл жүйенің кемшілігі- ыстыққа төзімді көп құбырлардың қажеттілігі және пеш
көлемінің тиімсіз пайдаланылуы, онда катализатор өте аз бөлігін алады.
Бұл себептермен басқа жүйе жасалынды, онда конверсиясының
эндотермиялық реакциясы экзотермиялық процесспен қоылған,экзотермиялық
процессте конверторға оттегіні бергенде көмірсутектің жартысы жанады, соған
байланысты жалпы процесс жартылай экзотермиялы болады. Есептеуге қарағанда
конверсияға СН4 және О2 қоспасын 1.0:0.55 қатынаста беру керек, олар
жарылғыштық шегінен тыс күйінде болады, себебі қоспаны сулы бумен
араластырады.Соңғысының метанмен көлемдік қатынасы төмен болады. Оттегінің
қатыспаған кезіне қарағанда , дәлірек айтсақ1:1 ден (2.5-г-3.0 ):1
қолданылатын қысымға байланысты. Бұл тотығу немесе автотермиялы
конверсия процессі кең тараған. Ол сырттан жылу беруді қажет етпейді, және
шахталы пештерде түгел қабат катализатор қатысында жүзеге асады. Конвертор
денесі отқа төзімді кірпішпен футирленген және желдеткіш сулы жейдесі бар,
онда бу генерирленеді. Конвертордың жоғарғы бөлігінде араластырғыш
орналасқан, оған СН4+Н2О және О2+Н2О қоспасын береді. Араластырғыш қоспаның
гомогенизациясын қамтамасыз етуді, жарылу және жану болмайтын жағдайда.
Метанның жануы конверсиядан 10 есе тез жүреді, сондықтан катализатордың
жоғарғы қабатында температура шегіне дейін жылдам көтеріледі (1100-1200
оС), ал пештен шығарда төмендейді (800-900 оС). Құбырлы пештердегі
конверсиямен салыстырғанда бұл әдісте ыстыққа төзімді құбырлардың қажеті
жоқ, реактор құрылымы жәй болып келеді және оның көп бөлігі катализатордың
орын ауысуына қолданылады. Тотығу конверсиясында алынатын газда СО мөлшері
бірнеше рет өседі.
Отынның термиялы газификациясы .
Көмірсутектердің жоғары температуралы конверсиясының айырмашылығы
жоғарғы температурада (1350-1450 оС) және катализатордың болмауында.
Процессте метанның термиялы толық емес тотығуы жүреді, яғни басты
біріншілік тотығуы былай жүреді:
СН4 + О2 → СО + Н2О + Н2
Аз мөлшерде СО2 түзіледі және пиролиз реакциясының болуынан С2 пен С3
сонымен қатар ацетилен.Процесстің соңғы сатысында сулы бу қалған
көмірсутектерді СО және Н2 дейін конвертирлейді және көміртек оксидтерінің
арасында тепе-теңдік орнайды, ол жоғарғы температурада СО пайдасына қарай
ығысады. Ацетиленнің ыдырауы кезінде көміртек (күйе) бөлінеді, ол да сулы
бумен конверсияға бейім (С+Н2О СО+Н2). Күйенің бөлінуі сұйық
көмірсутектердің жоғары температуралы конверсия кезінде ерекше маңызды және
оның азаюы үшін шыққан шикізатқа сулы бу қосады.
Сондықтан бұл процесс көмірсутектердің ацетиленге тотығу пиролизіне
ұқсас, ерекшелігі тек қоспаның жоғары температурада көп уақыт болуы(1с
0.001 0.01с орнына). Метанның және сұйық көмірсутектердің жоғары
температуралы конверсиясының жалпы теңдеуі:
СН4 + 0.5О2 → СО + 2Н2, -∆Нo298 h 35.6кДжмоль;
СnН2n+2 + 0.5nО2 → nСО + (n +1) Н2
Ары қарай Н2 және СО қатынасы шикізатқа байланысты 2:1 ден 1:1 ге
дейін ауысуы мүмкін. Одан басқа газда 2-3% СО, 0.3-0.5% СН4 және 1%
дейін N2 мен Аr бар.
Көмірсутектің жоғары температуралы конверсиясын 2-3 тен 10-14 МПа
қысымда жүргізіледі. Бұл процесстің конверторы 28.15 суреттерге ұқсайды,
бірақ онда катализатор жоқ. Ол жоғарғы қысымға арналған, бос денелі
құрылғы. Конверторда ішкі оқшаулағыш және сулы жейде болады, олар денені
жоғары температурадан сақтайды, тағы да көмірсутек және оттекті
араластырғыш болады, ол қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді.
Процесстің ұтымдылығы ол жоғарғы қарқынды конвертор құрылымының жайлығы,
катализатордың болмауы, шикізат сапасын аз талап ету. Сондықтан жоғарғы
температуралы конверсия кең тараған, әсіресе көмірсутектердің конверсиясы
(мазут пен шикі мұнайға дейін ), оларды агрегатты энерготехнологиялық
сызбанұсқа ретінде сипаттайды.
Мазуттың жоғарғы температуралық конверсиясының жеңілдетілген
сызбанұсқасы мына суретте көрсетілген.
Мазут 2 - 3 МПа қысымда 500 – 800 оС дейін ыстық газ конверсиясының
блок 1-гі жылу рекуперациясында қыздырылады. Блок жылуалмастырғыштан және
қазанқоқыс тазалағыштан тұрады, ол 29 - суретке ұқсас.Кейбір ерекшелігі
конвертирленген газдардың жоғарғы температурада және оларда күйенің болуы.
Сондықтан қазанқоқыс тазалағышты конвертормен бір агрегатта істетеді, ал
күйенің көп болып бөлінуін болдыртпау үшін көбінесе газқұбырлы типтес
қазандарды қолданады. Оларда 14 МПа қысымға дейін бу генерирленеді, оларды
энерготехнологиялық жүйеде пайдаланады.
Қыздырылған мазутты форсунка арқылы конвертор 2 - нің араластырғышына
енгізеді, сонда тағы оттегінің сулы бумен қоспасынбереді. Конвертор
жейдесінде (денені суытатын) конверсия жүретін қысымдағы буды генерирлейді.
Конверсияның ыстық газдары дене рекуперациясының 1 - ші блогына түседі.
Сосын газдан күйені бөліп алу үшін скруббер 3 - те циркуляция суымен жуады.
Су мен күйе су тұндырмаға 4 - ке ағады, оған жеңіл мұнай фракциясын
коагуляция үшін және сулы қабаттан күйені бөліп алу үшін қосады. Күйенің
көмірсутекті суспензиясын әр түрлі пайдаланады: фильтрдан өтуізіп жағады,
күйе алу үшін мұнай фракциясын қайтарады, ал басқа кездерде мазуттағы
суспензия ретінде конверсияға жібереді. Кірленген суды 4 - ші су
тұндырғыштан күйені ұстап қалатын скруббер 3-ке қайтарады.
Күйені бөліп алғаннан кейін газды Н2S пен СО2 ден тазартуға жібере
алдында айтқан тәсілдермен жүзеге асырады. Жиі Н2: СО нің газдағы қатынасын
сутегінің пайдасына қарай өгерту керек болады. Бұл үшін көміртек оксидінің
конверсиясының блогы қызмет етеді: газды 5-ші жылуалмастырғышта 400 оС
дейін қыздырады, жоғарғы қысымдағы будың керек мөлшерін қосып, оны
конвертор 6 - ға жібереді, онда түгел катализатор қабатында (темір оксиді,
хром, магний оксидтері ) көміртек оксидінің конверсиясы жүреді
Н2 : СО қатынасында алынған синтез-газ конверсияға түсетін газға 5-ші
жылуалмастырғышқа жылу береді, 7-ші блокта СО2 ден тазартылады да
тұтынушыға жібертіледі.
СО+Н2 қоспасының 1000м3 алу үшін 250-270м3 оттегі және 60 кг сулы
бу, сонда қазанқоқыс тазалағышта 850-900 кг жоғарғы қысымды бу түзіледі.
Көмірді газификациялап синтез-газ алу.
Көмірді газификациялау синтез-газ алудың бірінші әдісі. Кейін синтез-
газды көмірсутектерден өндіру әдісін пайдалана бастады. Бірақ болашақта
мұнай мен табиғи газдың қымбаттауына байланысты бұл процесс қайта өз орнын
алуы мүмкін. Синтез-газдың көмірден алынуы оған сулы будың қатысуымен және
қайтымды эндотермиялы реакция бойынша жүреді.
С + Н2О→СО + Н2, ∆Но298 = -118.9кДжмоль
Тепе- теңдік 1000-1100 оС оңға ығысады, реакция жылдам жүреді. Тек
қана буды берсе көмір суи бастайды, сондықтан процессті ауамен және булы
үрлеумен жүргізген . Кейінірек үздіксіз паро – оттекті үрлеу әдісі қолдана
бастады, онда газогенераторда көмірдің жану экзотермиялық реакциясы жүреді,
ол процесстің жылу балансын қамтамасыз етеді. Одан басқа сулы будың
көміртек оксидімен конверсиясы жүреді, ондағы газ құрамы тепе-теңдікке
жақын:
СО + Н2О → СО2 + Н2
Бастапқыда көмір газификациясын қысымы атмосфералық қысымға жақын
болатын ол қондырғының өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік бермейді.
Кейінірек 2-3 МПа қысымдағы газификацияға көшті. Қазіргі заманғы
газогенераторлар екі құрылымнан тұрады. Біріншісінде жұмыс көмір бөлігінің
түгел қабатында жүреді, ол жоғарыдан төмен астыңғы қабаттың жнып болына
байланысты жылжиды. Сонда көмір мен газ қарама-қарсы жүреді, бұл генератор
бойымен әр түрлі сатылар алмасып, жылуды тиімді пайдалануға мүмкіндік
береді. Төменгі жақтағы газ бастапқыда газификация қалдықтарымен жылиды, ал
жоғарыда оттегімен жүретін реакция аймағы жану одан жоғары – кокстеу
газификациясы және көмірді кептіру аймақтары.
Екінші жүйеде ұсақ көмір қолданылады, ол газдар тоғында, сұйық
күйінде болады. Газ бен көмірдің қарама- қарсы ағынын туғызу үшін
газогенератор бірнеше секцияға бөлінген, оларда сәйкес сатылар жүреді.
Барлық гнераторлар отқа төзімді кірпішпен және сулы жейдемен футерленген.
1 cурет - Көмірдің паро-оттекті конверсиясының газогенераторы,
көмірдің псевдосұйылтылған қабатымен секционирленген.
Синтез-газ генераторлардан 700-800 оС шығады, жылуды утилизациялау
жүйесі өтеді, шайырдан тазартады, көміртегі қосылысынан және СО2; содан
кейін тұтынушыға жібереді. Көмірді газификациялау кемшілігі
көмірсутектердің конверсиясымен салыстырғанда үлкен қаржының көмірді
майдалау және тасымалдауға қажеттілігі, тағы газ тазалау жүйесінің
күрделілігі. Қазіргі кезде өнімді өндіру және жылуды утилизациялаудың
комплексті энерготехнологиялық жүйесі бар күшті агрегаттар жасалынады.
Нәтижесінде көмірден өндірілетін синтез-газдың үнемділігі артты.
1.2 Бастапқы шикізаттың сипаттамасы
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде метанды аламыз. Метан-
түссіз, иіссіз газ. Ауадан жеңіл, суда аз ериді. Қаныққан көмірсутектер
жанғыш, көміртегі (ΙV) оксидін түзеді. Метан көкшіл жалынмен жанады:
СН4+2О2=2Н2О2
Ауамен жанғыш қоспа түзеді. Сондықтан ол тұрмыста да, шахталарда да
қауіп төндіреді. Метанның толық емес жануында күйе түзіледі. Осылай оны
өнеркәсіпте алуға болады.Катализатор қатысында метанды тотықтырғанда метил
спиртімен формальдегид алуға болады. Қатты қыздырғанда метан былай
ыдырайды:
Отынның термиялық газификациясы
Көмірсутектердің жоғарғы температуралы конверсиясының ерекшелігі
жоғарғы температурада (1350-1450оС) және катализатордың жоқтығы. Процесс
толық емес метанның мұнайдың сұйық фракциясының термиялық тотығуынан
тұрады. Негізгі біріншілік реакция СН4 жағдайында мына қоспаларға
тотығады: СО, Н2О және Н2:
СН4 + О2 = СО + Н2О + Н2
Аз мөлшерде СО2 түзіледі және пиролиз реакциясынан С3 және С2, соның
ішінде ацетилен. Процесстің соңғы сатысында сулы бу қалған көмірсутектерді
СО және Н2 дейін конвертирлейді және көміртек оксидтерінің арасында тепе-
теңдік орнайды, ол жоғарғы температурада СО пайдасына қарай ығысады.
Ацетиленнің ыдырауы кезінде көміртек (күйе) бөлінеді, ол да сулы бумен
конверсияға бейім (С+Н2О СО+Н2). Күйенің бөлінуі сұйық
көмірсутектердің жоғары температуралы конверсия кезінде ерекше маңызды және
оның азаюы үшін шыққан шикізатқа сулы бу қосады.
Сондықтан бұл процесс көмірсутектердің ацетиленге тотығу пиролизіне
ұқсас, ерекшелігі тек қоспаның жоғары температурада көп уақыт болуы(1с
0.001 0.01с орнына). Метанның және сұйық көмірсутектердің жоғары
температуралы конверсиясының жалпы теңдеуі:
СН4+0.5О2→СО+2Н2, -∆Н 35.6кДжмоль;
Сn Н2 n +2+0.5О2→СО+(n+1) Н2
Ары қарай Н2 және СО қатынасы шикізатқа байланысты 2:1 ден 1:1 ге
дейін ауысуы мүмкін. Одан басқа газда 2-3% СО2, 0.3-0.5% СН4 және 1%
дейін N2 мен Аr бар.
Көмірсутектің жоғары температуралы конверсиясын 2-3 тен 10-14 МПа
қысымда жүргізіледі. Бұл процесстің конверторы 28.15 суреттерге ұқсайды,
бірақ онда катализатор жоқ. Ол жоғарғы қысымға арналған, бос денелі
құрылғы. Конверторда ішкі оқшаулағыш және сулы жейде болады, олар денені
жоғары температурадан сақтайды, тағы да көмірсутек және оттекті
араластырғыш болады, ол қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді.
Процесстің ұтымдылығы ол жоғарғы қарқынды конвертор құрылымының жайлығы,
катализатордың болмауы, шикізат сапасын аз талап ету. Сондықтан жоғарғы
температуралы конверсия кең тараған, әсіресе көмірсутектердің конверсиясы
(мазут пен шикі мұнайға дейін ), оларды агрегатты энерготехнологиялық
сызбанұсқа ретінде сипаттайды.
Мазут 2-3 МПа қысымда 500-800 оС дейін ыстық газ конверсиясының блок
1-гі жылу рекуперациясында қыздырылады. Блок жылуалмастырғыштан және
қазанқоқыс тазалағыштан тұрады, ол 29- суретке ұқсас.Кейбір ерекшелігі
конвертирленген газдардың жоғарғы температурада және оларда күйенің болуы.
Сондықтан қазанқоқыс тазалағышты конвертормен бір агрегатта істетеді, ал
күйенің көп болып бөлінуін болдыртпау үшін көбінесе газқұбырлы типтес
қазандарды қолданады. Оларда 14 МПа қысымға дейін бу генерирленеді, оларды
энерготехнологиялық жүйеде пайдаланады.
Қыздырылған мазутты форсунка арқылы конвертор 2-нің араластырғышына
енгізеді, сонда тағы оттегінің сулы бумен қоспасынбереді. Конвертор
жейдесінде (денені суытатын) конверсия жүретін қысымдағы буды генерирлейді.
Конверсияның ыстық газдары дене рекуперациясының 1-ші блогына түседі.
Сосын газдан күйені бөліп алу үшін скруббер 3-те циркуляция суымен жуады.
Су мен күйе су тұндырмаға 4-ке ағады, оған жеңіл мұнай фракциясын
коагуляция үшін және сулы қабаттан күйені бөліп алу үшін қосады. Күйенің
көмірсутекті суспензиясын әр түрлі пайдаланады: фильтрдан өтуізіп жағады,
күйе алу үшін мұнай фракциясын қайтарады, ал басқа кездерде мазуттағы
суспензия ретінде конверсияға жібереді. Кірленген суды 4-ші су тұндырғыштан
күйені ұстап қалатын скруббер 3-ке қайтарады.
Күйені бөліп алғаннан кейін газды Н2S пен СО2 ден тазартуға жібере
алдында айтқан тәсілдермен жүзеге асырады. Жиі Н2:СО нің газдағы қатынасын
сутегінің пайдасына қарай өгерту керек болады. Бұл үшін көміртек оксидінің
конверсиясының блогы қызмет етеді: газды 5-ші жылуалмастырғышта 400 оС
дейін қыздырады, жоғарғы қысымдағы будың керек мөлшерін қосып, оны
конвертор 6-ға жібереді, онда түгел катализатор қабатында (темір оксиді,
хром, магний оксидтері ) көміртек оксидінің конверсиясы жүреді
Н2:СО қатынасында алынған синтез-газ конверсияға түсетін газға 5-ші
жылуалмастырғышқа жылу береді, 7-ші блокта СО2 ден тазартылады да
тұтынушыға жібертіледі.
СО+Н2 қоспасының 1000м3 алу үшін 250-270м3 оттегі және 60кг сулы бу,
сонда қазанқоқыс тазалағышта 850-900 кг жоғарғы қысымды бу түзіледі.
Көмірді газификациялап синтез-газ алу. Көмірді газификациялау синтез-
газ алудың бірінші әдісі. Кейін синтез-газды көмірсутектерден өндіру әдісін
пайдалана бастады. Бірақ болашақта мұнай мен табиғи газдың қымбаттауына
байланысты бұл процесс қайта өз орнын алуы мүмкін. Синтез-газдың көмірден
алынуы оған сулы будың қатысуымен және қайтымды эндотермиялы реакция
бойынша жүреді.
С+Н2О→СО+Н2, ∆Но298 = -118.9кДжмоль
Тепе- теңдік 1000-1100 оС оңға ығысады, реакция жылдам жүреді. Тек
қана буды берсе көмір суи бастайды, сондықтан процессті ауамен және булы
үрлеумен жүргізген. Кейінірек үздіксіз паро – оттекті үрлеу әдісі қолдана
бастады, онда газогенераторда көмірдің жану экзотермиялық реакциясы жүреді,
ол процесстің жылу балансын қамтамасыз етеді. Одан басқа сулы будың
көміртек оксидімен конверсиясы жүреді, ондағы газ құрамы тепе-теңдікке
жақын:
СО+Н2О→СО2+Н2
Бастапқыда көмір газификациясын қысымы атмосфералық қысымға жақын
болатын ол қондырғының өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік бермейді.
Кейінірек 2-3 МПа қысымдағы газификацияға көшті. Қазіргі заманғы
газогенераторлар екі құрылымнан тұрады. Біріншісінде жұмыс көмір бөлігінің
түгел қабатында жүреді, ол жоғарыдан төмен астыңғы қабаттың жнып болына
байланысты жылжиды. Сонда көмір мен газ қарама-қарсы жүреді, бұл генератор
бойымен әр түрлі сатылар алмасып, жылуды тиімді пайдалануға мүмкіндік
береді. Төменгі жақтағы газ бастапқыда газификация қалдықтарымен жылиды, ал
жоғарыда оттегімен жүретін реакция аймағы жану одан жоғары – кокстеу
газификациясы және көмірді кептіру аймақтары.
Екінші жүйеде ұсақ көмір қолданылады, ол газдар тоғында, сұйық
күйінде болады. Газ бен көмірдің қарама- қарсы ағынын туғызу үшін
газогенератор бірнеше секцияға бөлінген, оларда сәйкес сатылар жүреді.
Барлық гнераторлар отқа төзімді кірпішпен және сулы жейдемен футерленген.
2 сурет - Көмірдің паро-оттекті конверсиясының газогенераторы,
көмірдің псевдосұйылтылған қабатымен секционирленген.
Синтез-газ генераторлардан 700-800 оС шығады, жылуды утилизациялау
жүйесі өтеді, шайырдан тазартады, көміртегі қосылысынан және СО2; содан
кейін тұтынушыға жібереді. Көмірді газификациялау кемшілігі
көмірсутектердің конверсиясымен салыстырғанда үлкен қаржының көмірді
майдалау және тасымалдауға қажеттілігі, тағы газ тазалау жүйесінің
күрделілігі. Қазіргі кезде өнімді өндіру және жылуды утилизациялаудың
комплексті энерготехнологиялық жүйесі бар күшті агрегаттар жасалынады.
Нәтижесінде көмірден өндірілетін синтез-газдың үнемділігі артты.
1.3 Бастапқы өнімнің сипаттамасы
Метан табиғатта кең тараған. Ол көптеген жанғыш газдардың құрамында
кездеседі, табиғи (90-98%) және жасанды.Олар ағаш, шымтезек, тас көмірді
құрғақ айдауда бөлінеді және мұнай крекингі кезінде бөлінеді.
Метан саз балшықтың түбінен бөлінуі мүмкін, бұлақтағы тас қыртысында,
ауасыз, өсімдіктердің қалдықтарының ыдырауынан түзіледі. Сондықтан метанды
жиі сазды газ немесе бұлақты газ деп атайды.
Лабораториялық жағдайда метанды натрий ацетаты мен натрий
гидроксидінің қоспасын 200оС -де қыздырып аламыз.
СН3СООNа+NаОН= Nа2СО3+СН4 немесе
Алюминий карбидінің сумен әрекеттесуі нәтижесінде:
Аl 4С3+12Н2О= 4Аl(ОН)3 + 3СН4
Соңғы әдісте таза метан алынады. Метанды жәй заттардан да алуға
болады, катализатор қатысында (Nį)
С+2Н2=СН4
Метан гомологтарынан басқа әдіс-Вюрц реакциясы, яғни
моногалогентуындыларын металл натриймен қыздырып, мысалы:
С2Н5Br + 2Nа + BrС 2Н5 = С 2Н5 - С 2Н5 + 2NаBr
алуға болады.
Синтетикалық бензин алу техникасында (көмірсутек қоспасы, 6-10
көміртек атомы бар) көміртегі (ΙΙ) оксидімен сутегі синтезін қолданады,
катализатор қатысында (кобальт қоспасы) және жоғарғы қысымда теңдеуі
мынандай: температурасы-200 оС
n СО+(2n+1) Н2=СnН2n+1+nН2О
Үлкен жылулық қасиетіне байланысты метанды көп мөлшерде отын ретінде
тұрмыста- тұрмыстық газ ретінде, өндірісте қолданады. Одан алынатын заттар
да кең қолданыс табуда: сутек, ацетилен, күйе. Ал шикізат ретінде
формальдегид, метил спиртін, әр түрлі синтетикалық өнімдерді алу үшін
пайдаланады.
Көміртек саны 20-25 болатын жоғарғы қаныққан көмірсутек-парафиндердің
тотығуы үлкен маңызды рөл алады. Бұл жолмен синтетикалық майлы қышқылдарды
алады. Оларды сабын өндірісінде, әр түрлі жуғыш заттар, майлағыш
материалдар, лак және эмаль өндірісінде қолданады.
Сұйық көмірсутектерді жанғыш заттар ретінде пайдаланады (олар бензин,
керосин құрамына кіреді). Алкандар органикалық синтезде кеңінен
қолданылады.
Көміртек атомы сутекке қарағанда үлкен электротеріс қасиет
көрсеткендіктен метан малекуласында электрондық жұптардың көміртек атомына
қарай ығысу болады. Бірақ мұндай формула кеңістіктегі малекула құрылымын
көрсетпейді. Көрсету үшін электронды бұлттарды және электрондардың
энергетикалық деңгейлерге орналасуын еске түсіру қажет.Нәтижесінде көміртек
атомындағы екінші энегетикалық деңгейдің барлық төрт сыртқы электроны
жұпсыз болады, көміртек атомы қызған кезде төрт валентті болады.
Синтез – газ өндірісі ең өзекті сұрақтардың бірі. Органикалық
синтезде таза көміртегі оксидін және оның сутегімен қоспасын (синтез-газ)
1:1 ден 2-2,3:1 қатынасында қолданады. Көміртегі оксиді түссіз, қиын
сығылатын газ (т. кон атмосфералық қысымда -192оС; критикалық қысымы – 3,43
МПа, критикалық температурасы – 130оС). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді,
концентрациясы 12,5 - 74% аралығында.
Көміртегі оксиді улы зат, оның шектік концентрациясы өндірістік
ғимараттарда 20 мгм3 болады. Жай газға қарсы құралдар оны адсорбирлемейді,
сондықтан изомерленген құрал немесе әдейі арналған гопкалитті патроны бар
газға қарсы құрал қолданады. Соңғысының ішінде СО мен СО2 – нің тотығуын
катализдейтін мырыш оксиді бар. Көміртегі оксиді қатты заттармен ғана аз
сорбирленбейді, сонымен қатар сұйықтарменде, оған нашар еритін сұйықтар
кіреді. Бірақта кейбір тұздар көміртегі оксидімен комплекс түзеді. Оларды
көміртегі оксидінің бір валентті мыс тұздарының сулы аммиак ерітіндісімен
сорбциясы үшін қолданады.
Сутегі – синтез – газдың екінші компоненті – ең қиын сығылатын газ
(т. конд атмосфералық қысымда -252,8оС). Ауамен жарылғыш қоспа түзеді, 4,0-
75% аралығында. Н2 – көміртегі оксидінің қатарында жарылғыштық қасиеті
жоғары болғандықтан, синтез- газ өндірісінде қауіпсіздік техникасына үкен
көңіл бөлініді, абай болу қажет.
Синтез- газ өндірісінде шикізат ретінде алғашында көмірді
пайдаланған. Сосын көмірсутек конверсиясын пайдаланды, оны екі жолмен
жүзеге асыруға болады: каталитикалық және жоғарғы температуралық .Шикізат
ретінде метан немесе табиғи газ қолданылады, сонымен қатар мұнайдың сұйық
фракциялары.
2 Технологиялық процесс
2.1 Технологиялық процессті таңдау және сипттау
Процесс бірнеше сатыдан тұрады: шикізатты дайындау, конверсия, жылуды
утилизациялау, газды СО2 - ден тазарту. Шикізатты дайындауда ескеретін жәй
ол никель катализаторының органикалық күкірт қосылыстарына сезімтал болады,
көмірсутектердегі мөлшері Нмг Sв мs. Бұл жағдайға келмейтін шикізаттарды
тазартады, ол үшін каталитикалық гидрокүкіртсіздендіру жүргізеді, ары қарай
түзілген күкіртсутектердің жоғалуымен байланысты. Шикізатты дайындау
кезеңінде газды компримирлеу кіреді, оның сулы бумен ығысуы және алдын ала
қоспаны қыздыру. Көп уақыт бойы каталитикалык конверсия қондырғысы
атмосфералық қысымға жақын қысымда жүргізілген және ондай қондырғылар қазір
де бар. Соңғы кезде жоғары қысыфмдағы 2-3 МПа жұмыстарға көшті.Тепе-
теңдіктің керексіз ығысуына қарамастан ұтымды жақтары бар. Біріншіден
реакция жылдамдығының жоғарылауына байланысты процесстің қысымының қарқынын
күшейтеді, аппараттар мен құбырлар көлемінің кішіреюі. Екіншіден
энегетикалық шығындардың азаюы және ыстық газдардың жылуы жақсы
утилизденеді.
Бастапқы метанды (қажет болса күкіртті қосылыстардан тазартылған) 1
құбыркомпрессормен 2-3 МПа дейін қысып, сулы будың және көміртегі оксидінің
қажетті мөлшерімен араластырады. Қоспаны 2 жылуалмастырғыш 400оС дейін
суытылған конвертирленеген газбен қыздырып 6 конвертор араластырғышына
береді, онда алдын ала дайындалған оттегі мен сулы будың тең көлемдегі
қоспасы беріледі.
Конвертор жейдедегі қайнаған конденсатпен суытылады; сонда 2-3 МПа
қысымдағы бу генерирленеді, оны 5 бу жинағыш- та бөліп алады.Ыстық
конвертирленген газдың жылуын, конвертордан 800-900 оС шығатын 4 котел-
утилизатор қолданылады, жоғарғы қысымды бу алу үшін, ол сосын
құбыркомпрессор приводына қолданылады. Суытылған газдың жылуын алдын ала
қоспаны қыздыру үшін қолданады, ол қоспалар 2 жылуалмастырғыш, 3-те сулы
конденсатты жылытуға пайдаланады, котел-утилизаторды қамтамасыз етеді.
Газдың соңғы суытылуы 7 скрубберде сумен жүзеге асады,ол 8 мұздатқыш
арқылы айналады.
Осы сатыда алынған синтез- газ құрамында 15-45% СО, 40-75% Н2, 8-15%
СО2, 0.5% СН4 және 0.5-1% N2 мен Аr бар.
Бұл газды СО2-ден тазартады, ол үшін қысым қатысындағы сумен
абсорбциясын қолданады, моноэтаноламин немесе калий карбонатының сулы
еріткіштегі хемосорбциясын пайдаланады. Қыздыру және қысымды төмендету
кезінде қайтымды процесстер жүреді және СО2 бөлінеді, ол ерітінді
регенирленеді:
СН 2ОНСН2 NН 2 + СО 2→СН2 ОНСН2 NН3 * СО 2,
K2 СО3 + СО2 + Н 2О →2KНСО3
Конвертирленген газ 9 абсорбер түседі, онда көміртегі диоксиді
сіңіріледі, ал тазартылған газ жұтынушыға жіберіледі Қаныққан абсорбент 10
жылуалмастырғышта регенирленген ыстық ерітіндімен қыздырылып, 11 десорбер
келеді, астыңғы жағынан абсорбентті 10жылуалмастырғыш арқылы қайта СО-ні
сіңіруге 9 абсорбер жібереді. Көміртек диоксиді 11 десорбер жоғарғы
жағынан керекті қысымға дейін компримирлеп және конверсияға қайтарады,
табиғи газ бен сулы буды 2 жылуалмастырғыш алдында араластырады.
1м3 таза синтез-газ алу үшін 0.35-0.40м3 табиғи газ, 0.2м3 техникалық
оттегі, 0.2-0.8 кг дейін сулы бу кетеді.
Өндіріс сызбанұсқасы
Жоғарғы қысымдағы метанның немесе табиғи газдың тотығу
конверсиясының сызбанұсқасы.
2.2 Материалдық балансты есептеу
Материалдық есептеу барлық өндірістің мүлтіксіздік деңгейін
көрсетеді.
Материалдық есептеудегі бастапқы берілгендер:
1.Ұстанатын технологиялық сызбанұсқа, сипаттамасы және өндірістік
технологиялық сатылардың реті;
2. Цех берген өнімінің жылдық өндірісі. Егер цехта бірнеше өнім
өндірілсе, әрқайсысына жеке материалдық баланс жүргізеді;
3. Барлық компоненттердің әр технологиялық сатыдағы өндірістік
рецептурасын енгізу;
4.Барлық технологиялық сатыдағы шығындар ( пайызбен). Бұл өлшемдерді
диплом алдындағы практиканың берілгендері бойынша немесе химиялық
реакцияларды ескеріп процессті есептеу жолымен білеміз;
Заттардың химиялық өзгеру процессінің материалдық балансын массаның
сақталу заңына негізделіп құрады, ол теңдеу түрінде болады:
Gбаст = Gсоңғы
мұндағы Gбаст - бастапқы заттың жалпы мөлшері, химиялық ауысу
процесстерінде енгізілген;
Gсоңғы – заттың жалпы мөлшері, химиялық айналулар процесінің
нәтижесінде алынған
Егер реактор периодты істесе, процесстің материалдық балансы былай
болады: Gо = Gкон
Сұраныс түріне байланысты периодты процесстердің материалдық
есептеулері үш вариантта құрылуы мүмкін:
- өндірістік тәуліктік өнімділігіне қарай;
- дайын өнімнің 1 тоннасына байлонысты;
- бір операциядан алынатын дайын өнімнің мөлшеріне байланысты
материалдық есептеу.
Периодты процесстердің жобасын жасағанда ең жөндісі тәуліктік.
Үздіксіз өндірісте материалдық есеп өнімнің сағаттық мөлшеріне
негізделген (немесе минут, секундтық).
Материалдық есеп екі негізгі бөлікке бөлінген:
1. Жалпы материалдық есептеу; уақыт бірлігіндегі: тәулік, сағат,
минут, секунд. Шикізаттың барлық түрінің шығымын есептеумен
байланысты. Бұл бөлік көбінесе 1 тонна дайын өнімнің шығындық
коэфициентін есептеумен аяқталады. Сатылы немесе операциялы
материалдық баланс. Ол өнімнің әр сатыдағы шығын мен кіріс
кестесін құру арқылы жүргізіледі.
Материалдық баланстың 1-ші бөлігін жалғастырады.
Тәуліктік материалдық есептеуді келесі сызбанұсқа бойынша жүргіземіз
- Бір жыл ішіндегі жұмыс күндерін табамыз. Ол өндіріс түріне
байланысты: периодты, үздіксіз комбинирленген.
- Цехтың тәуліктік өнімділігін табу шығынды ескермегенде:
Пбс =МД,
ондағы:
Пбс- дайын өнімнің тәуліктік өнімділігі, шығынды ескермегенде,
ттәулік; М-дайын өнімнің бір жылдағы өнімділігі;
Цехтың тәуліктік өнімділігін табу, өнім шығынын әр сатыдағы
ескергенде: Пс=Пс(1-а100);
Онда:
Пс-тәулік өнімділігі, шығынды ескергенде, Ттәулік;
а – процесстің әр сатыдағы өнім шығынының жалпы пайызы.
Өнімнің салмақ бірлігіндегі әр сатысы бойынша жалпы мөлшерін табу:
П=Ппс-Пбс , онда:
П-әр сатыдағы өнім шығынының жалпы мөлшері,ктәулік;
Синтез- газ өндірісіндегі цехтың материалдық есептеуін жүргізу.
Процесс периодты.
Бастапқы өнім – метан:
Метанды күкіртті қоспалардан тазарту;
Құбыркомпрессормен қысады;
1. Сулы бумен және көмірқышқыл газымен СО2 араластырады;
2. Қоспаны суытылған конвертирленген газбен қыздырады;
3. Оттегімен және сулы бумен араластырады;
4. Суытады;
5. Газды қоспалардан тазартады;
Синтез- газ өндірісіндегі цехтың жылдық өнімділігі 10000 тжыл;
Периодты процесс.
Жылдық жұмыс күндерінің саны:
365-65=300
Кесте 1- Тәуліктік өнімділік, шығынды ескермегендегі
Шикізат аталуы Пайыз
Шикізатты – дайындау (қоспалардан тазарту) 0.3
Конверсия 0.2
Жылу утилизациясы 0.5
Газдан тазарту 0.5
Суыту 0.2
Барлығы 1.7
Шығынсыз тәулік өнімділігі (кг) 33000
Шығынды тәулік өнімділігі (кг) 39759
Жалпы шығын 6759
Кесте 2 - Шикізаттың саты бойынша шығыны
Шикізат аты Пайыз Шығын
Шикізатты дайындау 0.3 1193
Конверсия 0.2 795
Жылу утилизациясы 0.5 1988
Газдан тазарту 0.5 1988
Суыту 0.2 795
Барлығы 1.7 6759
Кесте 3 - Шикізатты дайындауға арналған рецептура енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Шығын Тәуліктік
аты Бөлім енгізу шығын
Метан 100 39759 0.1 39799
Кесте 4 - Конверсияға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) тиеу шығыны шығын(кг )
Синтез- газ 100 39799 0.1 39839
Сулы- бу 0.1 40 0.5 40.2
Кесте 5 - Жылуды утилизациялауға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) тиеу шығыны(%)шығын (кг)
Синтез-газ 100 39839 39839
Техникалы 0.2 80 0.1 80.1
оттегі
Кесте 6 - Газды тазалауға арналған шикізат рецептурасын енгізу
Шикізат Салмақтық Шикізат Тасымалдау, Тәуліктік
аты бөлім енгізу(кг) Тиеу шығыны(%)шығын(кг)
Синтез-газ 100 39839 39839
Карбонат 0.3 120 0.5 121
калия
Кесте 7 - Тәуліктегі шикізат шығыны
Шикізат аты Тәуліктік шығын, кг
Табиғи газ 39839
Сулы бу 40.2
Техникалық оттегі 80.1
Калий карбонаты 121
Барлығы 40080
Осы жолмен 33000 кг синтез- газ алу үшін 40080 кг немесе 40 тонна
шикізат керек. Шығын 7080 кг құрайды.
Колоннадағы температураны қосымша реттеу үшін суық азот сутекті
қоспаны қолданады, ол тікелей катализатор қорабына беріледі.
Синтез колоннасының өнімділігі 150 ттәулік дейін және одан да көп
болады.Ал қысым 300 ат.Ол хром –ванадийлі болаттан жасалынады және жылуды
жақсы сақтайды. Реактор үздіксіз 1000 ат қысымға дейін жұмыс істейді.
Колоннаның корпусы қалың қабырғалы цилиндр,ол әдейіленіп берік болаттан
жасалынады. Цилиндр ішінде насадкасы болады, ол бірнеше концентрлі
құбырлардың орналасуынан тұрады (изоляциялық, жылуалмастырғыш,
катализаторлы және орталық). Орталық құбыр бастапқы газ қоспасының
электрожылытқыштарынан тұрады, колоннаны жіберу периодында жұмыс істейді.
Бастапқы шикізаттар колоннаның төменгі жағынан беріледі. Ары қарай
колоннаның жоғарғы жағынан да орналасқан каналдар бойынша қоспа орталық
құбырға келіп, катализатор қабатына түседі, ол құбырда орналасқан.
Реакциядан кейін газ қоспасы жылуалмастырғыш және катализатор
құбырларының арасымен төмен түседі де бастапқы қоспамен жылу алмастырады.
Реакция өнімі төменгі жақтан шығады.
2.3 Өндірістік есептеулер
Қондырғыны таңдау және есептеу цехты жобалаудан және негізгі технико-
экономикалық көрсеткіштерден шығады. Жобаланатын цехтың жылдық
өнімділігі10000тжыл болса, реактор параметрлері мынандай:
Биіктігі- 6,0 м
Диаметрі- 3 м
Қабырға қалыңдығы- 0.17 м
Көлемі – 7210 куб.м.
Реактордағы жылуалмастырғыш аппарат қабырғасы арқылы жасалған, онда
әр секцияда жейде орналасқан.
Реакция жылуы компоненттердің бірінің булануына жұмсалады. Ол
көмірсутектермен жұмыс істегенде қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін
колоннада қорғаныс клапан болады.
А-А кесіндісі бойынша термиялық қарсыласу:
RА = RК = R1 + RАҚ + R = б.т.б.λ.т.б + RАҚ = 0.04 (1.92 + 0.18 +
0.04) * 1.92 = 0.24 (м*С ) Вт;
RАҚ - алынған- жабық ауалы қабаттың теамиялық қарсыласуы;
Б–Б кесіндісі бойынша термиялық қарсыласу:
RБ =R= δλ=δт.бλт.б=0,221,92=0,115 (м2*оС)Вт;
Темірбетон плитасының жылулық ағынға параллель бағытындағы термиялық
қарсыласуын мына формуламен есептейді:
R=Rа=F1 + F2 ( F1R1) + (F2R2)=FАҚ + FТБ(FАҚRа) +
(FТБRБ)=0,282+0,088(0,2820,24) + (0,0880,115)= 0,19(м2*оС)Вт;
Жылубурілудің перпендикулярлы бағыттағы қарсыласуын В-В, Г-Г, Д-Д
кесінділері бойынша анықталады.
В-В және Д-Д кесінділері түгелдей темірбетон қабатынан тұрады, оның
қалыңдығы δж.б= 40мм, ал Г-Г кесіндісі ауалы қабаттан және темірбетон
қабырғасынан тұрады.
λАҚ жылуөткізгіштік коэфициентінің эквивалентін табамыз, ауалы қабат
үшін
RАҚ = δа.қλа.қ болғандықтан, λа.қ =δа.қRАҚ=0,1410,18=0,783
( м2*оС)Вт;
Г-Г кесіндісі екі ауалы қабаттан тұрады, оның ені 141мм және
темірбетон ені 44мм болатын.
Жылуөткізгіштіктің орташа коэфициентін мына формуламен табамыз:
λор=λАҚ*FАҚ + λТБ * FТБFАҚ+ FТБ = 0,783 * 0,282 + 1,92 * 0,088
0,282 + 0,088 = 1,05 (м2*оС)Вт;
Екінші қабаттың орташа термиялық қарсыласуы
R2 = 0,1411,05=0,134 (м2*оС)Вт;
Бірінші және үшінші қабаттың термиялық қарсыласуы:
R1,3=RТБ=δа.қ λа.қ = 0,044 1,92 + 0,044 1,92 = 0,23 + 0,23 =
(м2*оС)Вт;
R1= Qб=R1+R2+R3=0,023+0,134+0,023=0,18 (м2*оС)Вт;
R2 және Rа=0,19 (м2*оС)Вт және R1=Rб=0,18 (м2*оС)Вт араларындағы
айырмашылықты табу, пайыз бойынша, ол 0,19-0,180,18*100=5,6%25% құрайды,
сондықтан толық темірбетон плитасының термиялық қарсыласуын мына формуламен
табамыз:
RТБ=R1+RКПО=Rа+2RБ=0,19+2*0,183=0, 183 (м2*оС)Вт;
Rо=1λв+RК+1λn=1λв+R1+R2+R3+R4+R5 +1λn=1λв+RТБ+δ2λ2+δ3λ3+δ4λ4+δ5
λ5+1λn=18,7+0,183+0,0030,17+0,1 10,21+0,0151,05+0,010,17+123=0, 115+0,
183+0,018+0,524+0,014+0,059+0,043=0 ,956(м2*оС)Вт, ол үлкен мынадан
RоТР=0,9 (м2*оС)Вт,.
Катализатор бетімен газ ағынының толық және біркелкі тарауы үшін және
бірдей температураны ұстап тұру үшін әдейі шашыратқыш тор орнатылады,
диаметрі – 3000мм. Аппараттың жұмыс бөлігі яғни, конвертордың диаметрі
2800мм және ол үш катализатордың торынан тұрады, беттік көлемі- 24 мг .
Торлар платина жібінен жасалған диаметрі- 0.09мм, тесік саны 1024.
Олар арнайы қондырғылармен ұсталып тұрады, олардың астында торда
биіктігі250мм, көлемі- 32*32мм болатын металл сақиналардан тұратын қабат
орналасқан. Бұл қабаттың қызметі жылуды аккумирирлеп, платина шаңдарын
ұстап қалу. Жылуды аккумулясы аппараттың жұмысын жеңілдету.
Реактор көлемінің астыңғы бөлігі жылуалмастырғыш қондырғысымен
байланысты және ыстыққа төзімді фуутеровкасы болады. Қорғағыш клапан жүйеде
қауіпсіздік жұмысын атқарады, ол редактордың жоғарғы жағында орналасқан.
Химиялық өндірістіэкономикалық іс ретінде қарастырсақ, ұтымды көлем
қондырғының экономикасымен тығыз байланысты. Көбінесе ұтымдырақ қаржы
мәселесі.
Зауыт қондырғылары былай жобалануы керек, өндірістің минималды
бағасынан қажет өнім мөлшерін алу. Бірақ та химиялық реактор өнеркәсіп
қондырғысының тек бір бөлігін құрайды, сонда да ол өз әсерін экономикаға
тигізеді.
Керек емес қондырғының есепеулерін Р өндіріс жылдамдығының Ф тең
болуы мен байланыстырады. Егер шикізат рециркуляциясы болмаса қондырғы
шығымы реактор шығымына тең болады , егер өзгерістерге ұшырамаған А заты
ағыннан түгелдей ажыраса және реакторға қайтарылса, қондырғыдағы шығым
селекутивтікке тең.
Реакциондық секциялар арасындағы техникалық көрсеткіштердің қатынасын
( өнімділік, шығым, жылубергіш жағдайы) және қондырғының барлық
экономикалық көрсеткіштерін санды түрде көрсету қиынға соғады. Мысалы
реакциондық секциядағы температураның күрт жоғарылауы, мүлдем басқа жылыту
жүйесін қажет етуі мүмкін немесе басқа құрылымды материалдарды қажет етеді.
Екеуі де шығын мен температура процесінің байланысына әсер етуі мүмкін.
Осыдан белгілі, қондырғыны жобалау. Экономикалық ұтымды түрде, негізінен
тәжірибе мен сезгіштікке негізделген . Барлық бастапқы заттарды
өнеркәсіптік реакторды оңтайлы ету үшін химиялық зертханаларда алуға
болады.
Ол үшін ең арзан шикізаттарды күрделі синтездегі реакциондық
фазалардың ретін, ыңғайлы катализаторды білу қажет. Тәжірибе нәтижесін
бағалаған кезде химик негізінен алынған дайын өніммен басқарады.
Реактор түрін таңдаған соң, қосымша тәжірибелер қажет, процеске әсер
ететін реакцияның жылдамдығы, өзгерістері жайлы мәліметтерді білу керек.
Өнекәсіптік реактор оңтайлылығының өзгеруі: реакция температурасы,
өндіріс тәсілі мен реактор түрі, реакция уақыты. Негізгі өзгеруге реагент
концентрациясы жоғарылаған сайын, реактор өнімділігі де артады. Бірақта
үлкен жылу эффектісі бар реакциялардың жылулығы жоғарылайды, ол жылубергіш
шығынының да артуына әкеліп соқтырады. Ары қарай біз реактор түрін таңдау
жолдарына, температураға көңіл бөлеміз.
Практикада көп реакцилардың жүруінен қай реакциондық жүйеде ең
жоғарғы өнімділік екнін білу қажет. Бұл өте маңызды бір немесе бірнеще
реагенттердің бағасына байланысты. Қайтымды реакциялардағы соңғы
айналуларды әр түрлі тәсілдермен жоғарылатуға болады; Олардың барлығы тең
салмақты құрам өзгеруіне негізделген.
Құбырлы және кубты реакторлардағы шығым
Негізгі процесс кезінде әрқашанда параллельді кері реакциялар жүреді.
Кубты реактордың каскадындағы қолайлы шығым.
Ψр- Σа графигімен кубты реактордағы каскадтың шығымын білу үшін де
пайдалануға болады.
Таңдап алынған каскадтағы реактордың теңдеуі:
ηрn-ηр(n-1)=ψрn(SА-SА(n-1))
Сондықтан реактор каскады үшін:
ηрN=Σψрn(SАn-SА(n-1))
График түрінде тікбұрыштардың көлемдерінің қосындысы ретінде
көрсетуге болады
ηрN көлемі SАn белгісіне тәуелді екені белгілі.
Зерттеу нәтижесінде екі кубты реакторлар каскадында шектік мағынаны
ηр2=0.71 мынау z=0.082 береді.
Келіп түсетін уротропиннің толық айналуын қамтамасыз ету үшін
реакторлар өте үлкен болатын, сондықтан 2 кубты реактор үшін қолайлы
жағдайды былай алуға болады, 78℅(0.082 0.111) уротропинді біріңші
реакторға , қалғанын-екінші реакторға.
Өнім шығымын есептегенде, бірлік кубты реакторға (ηр), үш
кубты реактор каскадында (ηр), бірінші реакторға 50℅ пропилен
енгізгенде және екінші үшінші рекаторларға 25℅ - дан енгізеді
Пропилен түгелдей әр реакторда әрекеттеседі; изобутанның берілу
жылдамдығының олефиндердің берілуінің жалпы жылдамдығына деген массалық
қатынасы 5-тең болуы керек.
ηр1=0.86*0.200.20=0.86
ηр3=0.5*0.96+0.25*0.915+0.25*0.86=0 .924
Егер бүтін өнімнің бағасы М=100кгКмоль 340ДЕ*m құраса, ал қарама-
қарсы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz