Конверсия природного газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Факультет Технологии и техники лесной промышленности

Кафедра Технологии неорганических веществ и общей химической технологии

Специальность 1 - 43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

Специализация 1 - 43 01 06 02 «Энергоэффективные технологии в химической промышленности»

Пояснительная записка курсового проекта

По дисциплине «Технология и оборудование предприятий минеральных удобрений и солей»

Тема «Конверсия природного газа»

Исполнитель

студента 4 курса группы 7

Аленьков Э.И.

Руководитель

к.т.н. доцент Д. М. Новик

Минск 2012



Содержание

Введение

1. Обзор методов получения

1.1 Классификация установок конверсии

1.1.1 Конверсия метана водяным паром

1.1.2 Конверсия метана кислородом

1.1.3 Парокислородная и парокислородовоздушная конверсия метана

1.2 Принципиальные современные схемы конверсии природного газа

1.2.1 Одноступенчатая каталитическая парокислородная конверсия метана при повышенном давлении в реакторе шахтного типа

1.2.2 Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана под давлением

1.2.3 Двухступенчатая каталитическая паровоздушная конверсия метана в трубчатых печах под высоким давлением

2. Характеристика сырья и готовой продукции

3. Физико-химические основы процесса конверсии природного газа

4. Описание технологической схемы

5. Технологические расчёты

5.1 Материальный баланс

5.2 Тепловой баланс

6. Основные природоохранные мероприятия

Заключение

Список использованных источников



Реферат

Курсовой проект 36 с., 8 рис., 11 табл., 7 источников.

Конверсия, Аммиак, метанол, Диоксид углерода, синтез-газ, метан, реактор, окружающая среда

Целью данного проекта является изучение промышленного способа конверсии природного газа. Курсовой проект содержит описание основных промышленных способов производства. Рассмотрены характеристики сырья и готовой продукции, описаны физико-химические основы получения синтез-газа. Дано описание технологической схемы производства синтез-газа в двух последовательных реакционных зонах. Произведён расчёт материального баланса конверсии природного газа. Также в курсовом проекте рассмотрены основные природоохранные мероприятия.

Графическая часть включает:

- технологическая схема

- 1 лист А1(с экспликацией оборудования).



Введение

С экологической точки зрения природный газ имеет большие перспективы не только как энергоноситель, но и как сырье для химической и нефтехимической промышленности: получаемые из него моторные топлива удовлетворяют действующим и перспективным стандартам промышленно развитых стран мира по содержанию в них олефинов, бензола и других ароматических углеводородов, а также примесей серы. Первой стадией производства топлив из природного газа является получение синтез-газа (смеси водорода и оксида углерода). На его долю приходится около 2/3 капиталовложений в промышленную сферу. Именно поэтому разработка новых и совершенствование существующих процессов получения синтез-газа является весьма актуальной задачей. Смесь CO и H2 в различных соотношениях, называемая синтез-газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья.

Следует отметить, что к моменту разработки синтеза Фишера-Тропша существовал другой способ получения жидкого топлива - не из синтез-газа, а непосредственно из угля прямой гидрогенизацией.

Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез-газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив (здесь трудно пока конкурировать с нефтяным топливом), но, прежде всего для целей органического синтеза. В настоящее время в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины. Объемы промышленного производства жидких углеводородов в мире исчисляются миллионами тысяч тонн. Отражением интенсификации исследований по синтезам на основе СО и Н2 является резкое возрастание публикаций, посвященных химии одноуглеродных молекул (так называемая -химия) [1].

1. Обзор методов получения

Конверсия метана, являющегося основным компонентом природного газа, представляет собой наиболее экономичный способ получения азотоводородной смеси. Окисление метана (основного компонента углеводородных газов) при получении синтез газа осуществляется по реакциям:

СН4 + 0,5О2 СО + 2Н2 ?H= -35,6 кД (1.1)

СН4 + Н2О - СО + 3Н2 ?Н = 206,4 кДж (1.2)

СН4 + СО2 - 2CO + 2Н2 ?Н = 248,3 кДж . (1.3)

Реакции (1.1)(1.3) протекают с увеличением объема. Так как следующие за конверсией метана процессы (очистку конвертированного газа, синтез) целесообразно вести при повышенном давлении, то для снижения затрат на сжатие предпочтительно конверсию метана проводить также под давлением.

Состав конвертированного газа должен удовлетворять определенным требованиям. Он характеризуется стехиометрическим показателем конверсии s, который различен для разных производств и составляет (таблица 1.1):

Таблица 1.1 Значения стехиометрического показателя конверсии s

Продукт	Формула	s
Водород	(Н2 + СО): (СН4 + СО2)	5,510,0
Аммиак	(Н2 + СО): N2	3,053,10
Метанол	(Н2 + СО): (СО2 + Н2О)	2,02,2
Высшие спирты	Н2: СО	0,71,0
Заменитель природного газа	Н2: СН4	0,070,30



На рисунке 1.1 приведены схемы, показывающие взаимосвязь различных технологических стадий в современных установках получения синтезгаза в азотной промышленности [1] с. 365-399.

Рисунок 1.1 Функциональные схемы синтеза аммиака

1.1 Классификация установок конверсии

На рисунке 1.2 представлена классификация установок конверсии природного газа для получения азотоводородной смеси [2] c. 18.



Рисунок 1.2 Классификация установок конверсии природного газа для получения азотоводородной смеси

1.1.1 Конверсия метана водяным паром

Равновесный состав газовой смеси определяется температурой и давлением в системе, а также соотношением реагирующих компонентов. Паровая конверсия, как указывалось, может быть описана уравнением (1.1) [1] c. 366.

При атмосферном давлении и стехиометрическом соотношении исходных компонентов достаточно полная конверсия метана достигается при температуре примерно 800 °С. С увеличением расхода водяного пара такой же степени разложения метана можно достичь при более низких температурах. Применение давления существенно снижает полноту конверсии. Так, при давлении 3 МПа достаточно полная конверсия наблюдается лишь при температуре примерно 1100 °С.

В современных установках при давлении 2 МПа и выше при соотношении СН4:Н2О =1:4 остаточное содержание метана после паровой конверсии составляет 810%. Для достижения остаточного содержания СН4 примерно 0,5% конверсию ведут в две стадии: паровая конверсия под давлением (первая стадия) и паровоздушная конверсия с использованием кислорода воздуха (вторая стадия). Получается синтезгаз стехиометрического состава и отпадает необходимость в разделении воздуха для получения технологического кислорода и азота.

1.1.2 Конверсия метана кислородом

Для получения водорода конверсией метана кислородом необходимо провести процесс по реакции неполного окисления метана. Реакция протекает в две стадии.

На первой реакция (1) а после(4):

СН4 + 2O2 - СО, + 2Н2О ?H= 800 кДж. (1.4)

На второй стадии (2) и реакция(5):

СН4 + СО, - 2СО + 2Н2 ?Н = 248 кДж. (1.5)

Значения констант равновесия реакций первой стадии настолько велики, что эти реакции можно считать необратимыми. В связи с этим повышение концентрации кислорода в газовой смеси сверх стехиометрического не приводит к увеличению выхода продуктов [1] c. 367.

Увеличение давления при конверсии кислородом, как и при конверсии водяным паром, термодинамически нецелесообразно. Чтобы при повышенных давлениях добиться высокой степени превращения метана, необходимо проводить процесс при более высоких температурах.

В рассмотренные процессы конверсии метана водяным паром и кислородом протекают с различным тепловым эффектом: реакции паровой конверсии эндотермические, требуют подвода теплоты; реакции кислородной конверсии экзотермические, причем выделяющейся теплоты достаточно не только для автотермического осуществления собственно кислородной конверсии, но и для покрытия расхода теплоты на эндотермические реакции паровой конверсии. Поэтому конверсию метана целесообразно проводить со смесью окислителей.

1.1.3 Парокислородная и парокислородовоздушная конверсия метана

Если в качестве окислителей используют водяной пар и кислород, процесс называется парокислородной конверсией, если водяной пар, кислород и воздух, то парокислородовоздушной [1] c. 368.

Тот и другой процессы нашли применение в промышленной практике. При проведении парокислородной конверсии получают безазотистый конвертированный газ, при проведении парокислородовоздушной конверсии конвертированный газ, содержащий азот в количестве, необходимом для получения стехиометрической азотоводородной смеси для синтеза аммиака, т. е. 75% водорода и 25% азота.

На рисунке 1.3 показано влияние давления и избытка водяного пара на минимальную температуру, необходимую для получения синтезгаза стехиометрического состава с остаточным содержанием метана 0,5%.

При давлении 14 МПа увеличение соотношения водяного пара и метана в 2 раза позволяет снизить температуру конверсии на 5560 °С.



1 при СН4: Н2О = 1: 2; 2 при СН4: Н2О - 1:4.

Рисунок 1.3 Зависимость минимально необходимой температуры от давления при получении технологического газа для синтеза аммиака

Для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо, т. е. в сторону получения водорода, применяется избыток водяного пара по сравнению со стехиометрическим соотношением. Кроме того, избыток пара предотвращает выделение элементарного углерода (сажи) и уменьшает процентное содержание метана в конвертированном газе.

При избытке водяного пара конверсия метана протекает по реакции:

СН4 + 2Н2О - СО2 + 4Н2 165 кДж. (1.6)

Как видно из уравнения, полную конверсию метана можно осуществить в одну стадию с образованием водорода и двуокиси углерода. При низкотемпературной конверсии в продуктах реакции остается значительное количество метана. При повышенных температурах газ содержит в большом количестве окись углерода. И в этом и в другом случае для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо требуется значительный избыток пара. Расход пара уменьшается при проведении конверсии метана в две стадии. Поэтому в промышленных условиях целесообразно процесс получения водорода конверсией метана с водяным паром проводить в две стадии (конверсия метана и конверсия окиси углерода).

При высокой температуре происходит термическое разложение метана и его гомологов с выделением углерода. Выделяющийся углерод оседает на катализаторе, происходит так называемое зауглероживание катализатора, в результате чего снижается его активность и происходит преждевременное его разрушение. Увеличивается сопротивление конвертора, а главное снижается его производительность.

Для предотвращения выделения углерода, кроме избытка пара, требуется, чтобы парогазовая смесь находилась в соприкосновении с поверхностью катализатора ничтожно малое время, недостаточное для воспламенения смеси. Это условие соблюдается, если скорость нагретой газовой смеси до ее поступления на катализатор больше скорости распространения пламени и исключена возможность обратного проникновения пламени с раскаленного катализатора в смесительное и надкатализаторное пространство.

Конверсию метана можно проводить с двуокисью углерода по реакции(3). Этот метод применяется для получения газовых смесей, используемых в производстве метанола и других спиртов. Можно получать газовые смеси с заданным соотношением водорода и окиси углерода.

1.2 Принципиальные современные схемы конверсии природного газа

Выбор способа конверсии природного газа зависит от ряда факторов; состава и давления исходного газа, метода последующей переработки конвертированного газа в аммиак, удельных энергетических и материальных затрат, капитальных вложений, простоты эксплуатации установки.

1.2.1 Одноступенчатая каталитическая парокислородная конверсия метана при повышенном давлении в реакторе шахтного типа

Схема установки изображена на рисунке 1.4.[2] c. 29-31.

Каталитическая конверсия при повышенном давлении имеет ряд преимуществ: более низкие капитальные затраты, меньший расход электроэнергии и сырья, более низкая себестоимость аммиака.

Природный газ в отделение конверсии поступаете газораспределительной станции под давлением 3540 aтм и распределяется по отдельным агрегатам. В агрегате природный газ поступает в межтрубное пространство теплообменника 5, куда подается насыщенный пар под давлением 26 aтм. Пар смешивается с газом в соотношении 2:1. Парогазовая смесь нагревается в теплообменнике горячим конвертированным газом до температуры 400° С и поступает в смеситель 4 конвертора метана. Кислород, необходимый для процесса каталитической конверсии метана, под давлением 27aтм поступает в смеситель 4 из цеха разделения воздуха.

Давление природного газа, кислорода и пара стабилизируется регуляторами давления, установленными на коллекторах указанных потоков.

Необходимое соотношение газа, пара и кислорода обеспечивается автоматически регуляторами соотношения. Парогазокислородная смесь с температурой 350°С направляемся в конвертор метана 5, где на никелевом катализаторе при температуре 900° С и давлении 20атм протекает процесс взаимодействия метана с кислородом и водяным паром.

Конвертированный газ, содержащий не более 2% метана, при температуре 870890° С поступает в увлажнитель, размещенный в одном корпусе с конвертором метана. В увлажнителе газ охлаждается до температуры 400° С и насыщается водяными парами. Далее парогазовая смесь поступает на конверсию окиси углерода, которая проводится в две ступени. В конвертор 6 первой ступени загружен цинкхромовый катализатор, в конвертор 7 второй ступени железохромовый. Между конверторами установлен испаритель 8, насадка которого орошается конденсатом.

После конвертора второй ступени газовая смесь поступает в трубки теплообменника 3, где охлаждается до температуры 300° С. Далее конвертированный газ направляется в скруббер 2 первой ступени охлаждения, в котором охлаждается циркулирующим конденсатом до температуры 120° С при этом конденсируется большая часть водяных паров, содержащихся в газе. Окончательное охлаждение газа до температуры 40° С происходит в скруббере второй ступени охлаждения. Здесь же происходит почти полная конденсация водяного пара.

1 скруббер второй ступени; 2 скруббер первой ступени; 3 теплообменник; 4 смеситель; 5 конвертер метана; 6 конвертор первой ступени; 7 конвертер второй ступени; 8 испаритель;

Рисунок 1.4 Одноступенчатая каталитическая парокислородная конверсия метана при повышенном давлении в реакторе шахтного типа

1.2.2 Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана под давлением

Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана представляет собой неполное горение метана в кислороде, проводимое в свободном объеме в отсутствии катализаторов.[2] c. 32-34.

Процесс горения протекает при температуре 13501400° С. Основными продуктами горения являются водород и окись углерода. Высокотемпературная конверсия метана описывается уравнением (1).

Для осуществления автотермичности процесса необходим избыток кислорода в исходной газовой смеси по сравнению со стехиометрическим количеством. В результате введения избытка кислорода в конвертированном газе появляются двуокись углерода и водяной пар.

Азот в количестве, необходимом для получения азотоводородной смеси, вводят с воздухом на стадии конверсии метана или при очистке конвертированного газа от остатков СО промывкой жидким азотом.

В ближайшее время на многих предприятиях азотной промышленности будут построены цехи производства аммиака с применением агрегатов высокотемпературной конверсии метана под давлением.

Принципиальная технологическая схема высокотемпературной (некаталитической) конверсии метана под давлением 30 атм представлена на рисунке 1.5.

Природный газ через узел регулирования поступает в подогреватель 1, где нагревается до 450° С. Подогреватель оборудован горелками для сжигания природного газа под давлением 12 aтм. Сжатый кислород поступает в агрегат конверсии также через узел регулирования. Иногда кислород подогревается в аппарате, аналогичном подогревателю природного газа, до температуры не выше 300° С. Подогретые природный газ и кислород смешиваются в смесителе 2, охлаждаемом циркулирующим конденсатом. Оптимальное объемное соотношение кислорода и метана составляет 0,33 : 1. Из смесителя кислородогазовая смесь поступает в конвертор 3 шахтного типа, снабженный охлаждающей рубашкой.

Более тщательное смешение кислорода и природного газа производится в верхней части шахты конвертора. Конверсия метана с кислородом протекает при температуре 14001450° С. Конвертированный газ, содержащий 96% смеси водорода и окиси углерода, 0,30,5% метана и примерно до 20 мг/м3 сажи, образующейся в зоне катализа, поступает в зону охлаждения конвертора.

Охлаждение газа до температуры 250300° С производится конденсатом. Водяной пар давлением 35 aтм получается в котлеутилизаторе водотрубного типа с принудительной циркуляцией, размещенном в нижней части конвертора. Из конвертора газ поступает на очистку от сажи в башню 4, заполненную керамической насадкой и орошаемую горячим конденсатом с помощью центробежного насоса 12. Одновременно в башне газ охлаждается до температуры 175200° С и насыщается водяными парами. Очищенный от сажи газ, пройдя сепаратор 5, направляется в теплообменник 6, где подогревается до температуры 390400° С за счет тепла обратного конвертированного газа. Подогретая парогазовая смесь поступает в двухступенчатый конвертор окиси углерода. Конверсия СО осуществляется с водяным паром на среднетемпературном (первая ступень) и низкотемпературном (вторая ступень) катализаторах. Конвертированный газ на выходе из конвертора направляется в трубное пространство теплообменника 6, где часть тепла отдает парогазовой смеси, идущей на конверсию. Тепло конвертированного газа далее используется в котле-утилизаторе 8 для получения водяного пара под давлением 2,55 атм. Затем газ охлаждается в насадочном скруббере 9, орошаемом циркулирующим конденсатом. тепло конденсата частично используется для подогрева воды. Применяемой для впрыскивания в увлажнители и в испарители конвертеров, и частично - для нагревания воды, поступающей в котел-утилизатор. Остальное тепло циркулирующего конденсата поглощается в водяном холодильнике 10. Циркуляция конденсата осуществляется центробежным насосом 11.



1 - подогреватель; 2 смеситель;3 конвертор шахтного типа; 4 башня; 5 сепаратор; 6 теплообменник; 7 конвертор окиси углерода; 8 котел - утилизатор; 9 скруббер; 10 водяной холодильник; 11 центробежный насос.

Рисунок 1.5 Схема высокотемпературной конверсии природного газа

Основные достоинства процесса высокотемпературной конверсии - простота технологической схемы и невысокие капитальные затраты.

Однако и этот процесс имеет существенные недостатки:

1. Использование дорогостоящего чистого кислорода.

2. Невысокое мольное отношение водорода к оксиду углерода в синтезгазе.

3. Высокие расходные нормы по сырью.

4. Значительное содержание трудноудаляемого мелкодисперсного углерода в синтезгазе.

Указанные выше недостатки процесса высокотемпературной конверсии углеводородов не позволяют существенно снизить себестоимость производимого синтезгаза и, следовательно, себестоимость метанола.

1.2.3 Двухступенчатая каталитическая паровоздушная конверсия метана в трубчатых печах под высоким давлением

В азотной промышленности используется конверсия природного газа при повышенном давлении, включающая в себя конверсию оксида углерода. В результате снижается расход энергии на сжатие конвертированного газа, объем которого существенно больше объема исходных газов; уменьшаются размеры аппаратов, коммуникаций и арматуры; полнее рекуперируется теплота влажных газов (так как повышается температура конденсации водяных паров), упрощается конструкция азотоводородного компрессора, что создает предпосылки для сооружения агрегатов большой единичной мощности с использованием принципов энерготехнологии. Последнее позволяет снизить себестоимость продукции и капитальные вложения и резко повысить производительность труда [1] c. 371-374.

Широкое применение в мировой и отечественной азотной промышленности получил процесс двухступенчатой паровой и паровоздушной каталитической конверсии под давлением. На его основе созданы крупнотоннажные агрегаты по энерготехнологической схеме с глубокой рекуперацией теплоты каталитических реакций конверсии СН4 и СО, метанирования и синтеза аммиака.

Подробная технологическая схема представлена в 4 разделе.

Двухступенчатая паровая и паровоздушная каталитическая конверсия углеводородных газов и оксида углерода под давлением является первой стадией схемы производства аммиака. Теплота химических процессов стадий конверсии СН4, СО, метанирования и синтеза аммиака используется для нагрева воды высокого давления и получения перегретого пара давлением 10,5 МПа. Пар, поступая в паровые турбины, приводит в движение компрессоры и насосы производства аммиака, а также служит для технологических целей.

При данном способе конверсии метана и применении низкотемпературного катализатора окиси углерода исключается необходимость строительства цеха разделения воздуха и заменяются сложные процессы очистки газовой смеси от СО и остатков СО2 более простым процессом гидрирования их до метана. Себестоимость 1 т аммиака снижается примерно на 10%, а удельные капитальные вложения уменьшаются на 1520% по сравнению с затратами при других методах переработки природного газа. В методах конверсии, осуществляемой при повышенном давлении, используется естественное давление природного газа в, следовательно уменьшается расход энергии на его последующее сжатие. Следовательно, выбираем именно данную схему конверсии.



2. Характеристика сырья и готовой продукции

В настоящее время природный газ используется в основном в энергетических целях: тепловые электростанции на природном газе наиболее экологически чистые.

В небольших количествах метан используют в металлургической промышленности как восстановитель.

Однако степень химической переработки природного газа в ценные продукты остается на низком уровне, а значительная часть попутного нефтяного газа сжигается в факелах, что приводит к невосполнимой потере ценного сырья и порождает сложные экологические проблемы в регионах добычи.

Столь расточительное отношение к ископаемым источникам сырья недопустимо и требует незамедлительного создания новых технологий переработки легкого углеводородного сырья.

Состав природного газа в зависимости от месторождения изменяется следующим образом: метан - 55-99%, этан - 1-10% (пропан + бутан) - до 10,-углеводороды и выше - 1-5%, остальное - азот, углекислый газ, сернистые соединения, гелий [1].

Высокое содержание гелия в природном газе некоторых месторождений (в частности, для Собинского месторождения Красноярского края содержание гелия достигает 0,6%) делает экономически целесообразным его выделение.

Поэтому первичная переработка природного газа должна включать следующие этапы:

- стандартные процессы осушки (для того, чтобы не образовались газогидратные пробки) и выделения кислых газов и с последующей утилизацией сероводорода, например в процессе Клауса;

- выделение азота и гелия;

- получение чистого метана;

Синтез-газ - смесь газов, главными компонентами которой являются СО и Н2; используется для синтеза разных хим. соединений.

В настоящее время синтез-газ производят конверсией природного газа либо нефтепродуктов (от легкого бензина - нефть до нефтяных остатков) и лишь в небольших масштабах хим. переработкой древесины, а также газификацией углей; в перспективе последний способ, вероятно, станет преобладающим.

В настоящее время конверсия метана является основным промышленным методом получения водорода и технологических газов для синтеза аммиака, спиртов и других продуктов. Известны различные способы конверсии метана.

От метода конверсии зависят как технологическая, так и энергетическая схемы производства в целом. Количественный состав образующегося синтез-газа зависит метода конверсии. Для выбора оптимального варианта необходимо знать состав конвертированного газа, его энтальпию и эксэргию.

Так для синтеза метанола требуется синтез газ состава 1:2, в производстве аммиака 1:3.

В таблице 2.1 представлены сравнительные показатели характеристик процессов конверсии метана.

Таблица 2.1 Сравнительные показатели процессов конверсии метана

Показатели	Паровая конверсия углеводородного газа	Двухступенчатая конверсия в системе конвертеров "Тандем"	Паро-углекислотная конверсия природного газа
Сырье, требования к сырью	Природный газ, легкая часть попутного нефтяного газа	Природный газ, легкая часть попутного нефтяного газа Кислород - 138 н.м3/1000 н. м3	Природный газ, легкая часть попутного нефтяного газа CO2 из отделений синтеза
Получаемые продукты	Синтез-газ, % (об.) CO2 - 7,59 CO - 14,28 H2 - 73,02 CH4 - 4,67 N2 - 0,51 Калорийность 2688 ккал/н.м3 Пар высокого давления - 1,31 т/1000 н.м3 синтез-газа	Синтез-газ, % (об.) CO2 - 7,49 CO - 22,03 H2 - 67,42 CH4 - 2,17 N2 - 0,89 Калорийность 2578 ккал/н.м3 Пар высокого давления - 0,5 т/1000 н.м3 синтез-газа	Синтез-газ, % (об.) CO2 - 0,04 CO - 31,27 H2 - 36 CH4 - 2,28

Диоксид углерода CO2 - бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, со слегка кисловатым вкусом, плохо растворяется в воде. Плотность при нормальных условиях 1,97 кг/мі. Он образуется при горении углерода в избытке кислорода; при разложении карбонатов и гидрокарбонатов при нагревании и др. По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щелочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями). Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. В соответствии с ГОСТ 8050-85 газообразный и жидкий CO2 должен соответствовать техническим нормам, представленным в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Технические требования к жидкому и газообразному диоксиду углерода

Наименование показателя	Норма
	Высший сорт	1-й сорт	2-й сорт
1. Объёмная доля двуокиси углерода (СО2), %, не менее	99,8	99,5	98,8
2. Объёмная доля окиси углерода (СО)	Должна выдерживать испытание по п. 4.4 (п. 4.4 - определение объёмной доли окиси углерода)
3. Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, мг/кг, не более	0,1	0,1	Должна выдерживать испытание по п. 4.5.1 (п.4.5.1 - качественное определение минеральных масел и механических примесей)
4. Наличие сероводорода	Должна выдерживать испытание по п. 4.6 (п. 4.6 - определение наличия сероводорода)
5. Наличие соляной кислоты	Должна выдерживать испытание по п. 4.7 (п. 4.7 - определение наличия соляной кислоты)
6. Наличие сернистой и азотистой кислот и органических соединений (спиртов, эфиров, альдегидов и органических кислот)	Должна выдерживать испытание по п. 4.8 (п. 4.8 - определение наличия сернистой и азотистой кислот и органических соединений (спиртов, эфиров, альдегидов и органических кислот))
7. Наличие аммиака и этаноламинов	Должна выдерживать испытание по п. 4.9 (п. 4.9 - определение наличия аммиака и этаноламинов)
8. Наличие запаха и вкуса	Должна выдерживать испытание по п. 4.10 (п. 4.10 - определение запаха и вкуса)
9. Массовая доля воды, %, не более	Должна выдерживать испытание по п. 4.11 (п. 4.11 - определение массовой доли воды)	0,1
10. Массовая концентрация водяных паров при температуре 20°С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более что соответствует температуре насыщения двуокиси углерода водяными парами при давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) при температуре 20 °С, не выше	0,037 Минус 48	0,184 Минус 34	Не нормируется Не нормируется
11. Наличие ароматических углеводородов	Должна выдерживать испытание по п. 4.13 (п. 4.13 - определение наличия ароматических углеводородов)
12. Наличие оксидов ванадия	Должна выдерживать испытание по п. 4.14 (п. 4.14 - определение наличия оксидов ванадия)

Монооксид углерода СО - бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях) без вкуса и запаха, горюч. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Плотность 0,00125 (при 0 °C) г/смі. Основными типами химических реакций, в которых участвует монооксид углерода, являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции, в которых он проявляет восстановительные свойства. Образуется при горении углерода или соединений на его основе или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём. Оксид углерода применяется для восстановления металлов из окислов, для получения карбонилов металлов, сероокиси углерода, ароматических альдегидов, муравьиной кислоты, хлористого алюминия, метилового спирта. В соответствии с ТУ 6-02-07-101-86 газообразный CO должен соответствовать техническим нормам, представленным в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Технические требования к газообразному монооксиду углерода

Показатель	Оксид углерода газообразный
Объемная доля оксида углерода, не менее	98 %
Объемная доля примеси, не более	2,0 %
В том числе:	объемная доля азота, не более	2,0 %
	объемная доля кислорода, не более	0,05 %
	объемная доля водорода, не более	0,3 %
Объемная доля влаги, не более	0,05 %

Водород -- самый лёгкий газ, бесцветный, в смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен, растворим в этаноле и ряде металлов. Плотность 0,0000899 (при 273K (0 °C)) г/смі. Молекулы водорода довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия. Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, единственным неметаллом -- фтором. Водород газообразный чистый применяется в хроматографии, в процессах термообработки металлопродукции, при получении ультрадисперсных металлических порошков и особо чистых металлов, восстановлении катализаторов, изготовлении изделий электронной техники и нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей, в химической, металлургической, фармацевтической промышленности. В соответствии с ГОСТ Р 51673-2000 газообразный чистый должен соответствовать техническим нормам, представленным в таблице 2.4, с ГОСТ 3022-80 технический сжатый нормам, представленным в таблице 2.5.

Таблица 2.4 Технические требования к газообразному чистому водороду

Показатель	Оксид углерода газообразный
	Высший сорт	Первый сорт	Второй сорт
Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, не менее	99,9999 %	99,999 %	99,994 %
Суммарная объемная доля кислорода и аргона, не более	0,00002 %	0,0002 %	0,002 %
Объемная доля азота, не более	0,00005 %	0,0005 %	0,002 %
Объемная доля метана, не более	0,00003 %	0,0003 %	0,002 %
Объемная доля паров воды, не более	0,0002 %	0,002 %	0,004 %

Таблица 2.5 Технические требования к техническому сжатому водороду

Показатель	Водород технический сжатый
	А	Б
Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, не менее	99,99 %	99,95 %
Суммарная доля кислорода и азота, не более	0,01 %	0,05 %
Массовая концентрация водяных паров при 20 °С и 101,3 кПа (760 мм. рт. ст.), не более	0,2 г/м3	0,2 г/м3



3. Физико-химические основы конверсии природного газа

Конверсия природною газа может быть осуществлена либо термическим разложением метана

СН4 С+2Н2 - 18,1 кДж (3.1)

либо каталитическим окислением метана водяным паром, кислородом и двуокисью углерода:

СО + H2O CO2 + H2 + 9,8 кДж (3.2)

Выбор окислителей и их возможные сочетания определяются назначением процесса и технологической схемой дальнейшей переработки полученного газа.

Реакции (3.1)-(1.1) практически необратимы. Реакции (1.2)-(3.2) являются обратимыми. Вследствие обратимости реакции прямой процесс невозможно осуществить до конца. В самом деле, в обратимых реакциях, например в реакции (1.2), оба процесса--прямой (взаимодействие метана с водяным паром) и обратный (взаимодействие окиси углерода с водородом) -- протекают одновременно. При достаточно высоких температурах и концентрациях метана в газовой смеси скорость прямой реакции гораздо больше, чем скорость обратного процесса. Постепенно скорости прямого и обратного процессов выравниваются и наступает химическое равновесие, при котором в смеси присутствуют как исходные вещества, так и продукты реакции.

Равновесный состав газа для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей и интервале температур 827-1027°С приведен в (таблице 3.1).

С изменением температуры, давления и состава исходной смеси равновесный состав газа также изменяется. При повышении температуры увеличиваются скорости обеих реакций (прямой и обратной), но увеличиваются они в разной степени. В случае реакций, протекающих с поглощением тепла (эндотермических реакций), например реакции (1.2), скорость прямой реакции возрастает гораздо больше, чем скорость обратной реакции. В результате этого равновесие сдвигается вправо, т. е. в сторону уменьшения содержания метана в конвертированном газе. В случае же реакций, протекающих с выделением тепла (экзотермических реакций), например реакции (3.2), равновесие сдвигается влево, т. е. степень конверсии окиси углерода снижается. Изменение давления влияет на равновесный состав газа только тогда, когда в результате реакции изменяется объем газа (при постоянном давлении), т. е. когда общее число молей (объемов) исходных веществ отличается от числа молей (объемов) продуктов реакции. Равновесный состав газа для реакций, протекающий без изменения объема, например, реакции (3.2), не зависит от давления.

Таблица 3.1 Расвновесный состав газа в процессе конверсии метана для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей при абсолютном давлении 1 атм

Температра °С	Состав сухой газовой смеси при равновесии, объемн.%
	СО2	СО	H2	CH4	N2
Исходная смесь CH4 : H2О = 1 : 2
827 927	4,62 3,78	19,20 20,27	76,08 75,94	0,10 0,01	- -
Исходная смесь CH4 : H2О : О2 = 1 : 1 : 0,6
827 927	9,44 8,06	22,91 24,98	67,61 67,16	0,045 0,0056	- -
Исходная смесь CH4 : H2О : О2 : N2 = 1 : 1 : 0,6 : 0,9
827 927	7,30 6,22	17,74 19,13	52,35 51,84	0,04 0,004	22,57 22,81
Исходная смесь CH4 : H2О : О2 : СО2 = 1 : 0,7 : 0,6 : 0,3
827 927	11,95 10,41	28,94 31,18	59,06 58,4	0,05 0,005	- -
Исходная смесь CH4 : H2О : СО2 = 1 : 1,3 : 0,7
827 927 1027	7,67 6,50 5,63	31,59 33,25 34,48	60,63 60,24 59,89	0,11 0,013 0,002	- - -

Реакция (1.2) протекает с увеличением объема: из двух объемов исходной смеси получается 4 объема конвертированного газа, поэтому при повышении давления равновесие смещается влево, т.е. степень конверсии метана снижается (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 Зависимость остаточного содержания метана в конвертированном газе от температуры

Для того чтобы остаточное содержание метана в конвертированном газе не увеличивалось при увеличении давления, необходимо одновременно повысить температуру. Так, например, чтобы получить при указанном составе исходной смеси газ с остаточным содержанием метана 0,5% при абсолютном давлении 10 атм., нужно повысить температуру до 960 °С, а при 20 атм. - до 1060 °С. Несмотря на это, проведение процесса конверсии при умеренном давлении (20--30 атм) экономически целесообразно, так как в данном случае уменьшается расход энергии на сжатие конвертированного газа, а также снижаются капитальные затраты на сооружение конверсионной установки.

При увеличении концентрации реагирующих веществ происходит также увеличение концентрации образующихся веществ. Для рассматриваемой реакции (1.2) повышение содержания водяных паров в исходной смеси приведет к смещению равновесия вправо, т. е. к увеличению содержания СО и водорода и уменьшению содержания метана в конвертированном газе. Увеличение количества добавляемого водяного пара особенно важно, когда конверсия метана осуществляется при повышенном давлении. Например, применяя исходную смесь СН4 : H2O = 1 : 4 при давлении 10 атм, можно получить конвертированный газ, содержащий 0,5% метана, при 850°С, т. е. на 110°С ниже, чем при составе исходной смеси 1 : 2.

Скорость реакции взаимодействия метана с водяным паром, т. е. количество метана, прореагировавшего в единицу времени, в отсутствие катализатора очень мала. Так, при нагревании смеси метана с водяным паром до 700°С и соотношении СН4: H2O = 1 : 2 в течение 3 ч только 3% метана превращается в водород. Для получения газа, содержащего 0,5% метана, требуется повысить температуру до 1400°С. В производственных условиях конверсия метана должна протекать в течение долей секунды, что достигается путем применения катализаторов.

Равновесие реакции конверсии метана водяным паром, как реакции эндотермической, с ростом температуры смещается в сторону образования СО и Н2, а с ростом давления в обратную сторону, т. е. в сторону образования метана.



Рисунок 3.2 Зависимость полноты конверсии СН4 и СО к от температуры

Однако для заданного давления и температуры превращение метана возрастает с ростом содержания пара в исходной газовой смеси (рисунок 3.2). На этом рисунке одновременно видно, как с ростом температуры падает полнота конверсии СО водяным паром - реакции экзотермической. И хотя давление оказывает отрицательное воздействие на превращение метана, наблюдается постоянный рост используемого давления в промышленных процессах паровой конверсии метана.

Проведение процесса при повышенных давлениях снижает расходы на компрессию полученного синтез-газа, затраты на изготовление аппаратуры, улучшает условия теплопередачи. Развитие этого процесса ограничивается в основном прочностью металла реакционных труб, работающих в жестких условиях высоких температур (рисунок 3.3).



Рисунок 3.3 Ограничения по температуре t и давлению Р процесса паровой конверсии углеводорода, обусловленные материалом труб (отношение пар : углерод = 3,5; А - расчетные границы для работ труб; конв - полнота конверсии)

Равновесные соотношения при конверсии метана показывают, как это видно на рисунке 3.3, что для заданного превращения метана при постоянном соотношении водяной пар : углерод повышение давления в процессе означает повышение температуры риформинга, повышение температуры газов, выходящих из трубчатых печей, и повышение температуры стенок реакционных труб. Принципиальное влияние качества труб (срок жизни 10 лет для хромоникелевой стали) на условия проведения паровой конверсии под давлением иллюстрируется данными, приведенными на рисунке 3.3.

Наиболее обоснованное и практически оправданное уравнение скорости реакции конверсии метана для атмосферного давления дал Темкин и его ученики. Энергия активации процесса паровой конверсии составляет 129,79 кДж/моль для температурной области 800-900°С на никелевой фольге и 100,48 кДж/моль для этой же области температур на никелевом катализаторе, нанесенном на пористом носителе. Кинетические данные используют для расчета аппаратов конверсии, в частности для расчета температур на входе в реактор и выходе из него.

В качестве катализаторов конверсии используют никель, нанесенный на пористый носитель. Содержание никеля в катализаторе может колебаться в широких пределах - от 4 до 35% (масс.). Наиболее стабильными катализаторами для широкого диапазона температур конверсии и работы в экстремальных условиях являются катализаторы, носители для которых не содержат SiО2, главной их основой является -Аl2О3 (корунд). В качестве активаторов в них могут содержаться оксиды кальция, титана, магния, хрома. Внутренняя поверхность таких катализаторов колеблется от 5 до 50 м2/г. Восстановление нанесенного NiO до металлического никеля происходит в загруженном конверторе водородом или метаном.



4. Описание технологической схемы

На формате А1 приведена схема агрегата двухступенчатой конверсии СН4 и СО под давлением.

Природный газ сжимают в компрессоре 1 до давления 4,6 МПа, смешивают с азотоводородной смесью в смесителе 2 (авс: газ = 1 : 10) и подают в огневой подогреватель 3, где реакционная смесь нагревается от 130140 до 370400 °С. Для обогрева используют природный или другой горючий газ. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений в реакторе 4 на алюмокобальтмолибденовом катализаторе проводится гидрирование сераорганических соединений до сероводорода, а затем в адсорбере 5 сероводород поглощается сорбентом на основе оксида цинка. Обычно устанавливают два адсорбера, соединенные последовательно или параллельно. Один из них может отключаться на загрузку свежего сорбента. Содержание H2S в очищенном газе не должно превышать 0,5 мг/м3 газа.

Очищенный газ смешивается с водяным паром в смесителе 6 в отношении 1 : 3,7 и полученная парогазовая смесь поступает в конвекционную зону трубчатой печи 7. В радиационной камере печи размещены реакционные трубы, заполненные катализатором конверсии метана, и горелки, в которых сжигается природный или горючий газ. Полученные в горелках дымовые газы обогревают трубы с катализатором, затем теплота этих газов дополнительно рекуперируется в конвекционной камере, где размешены подогреватели парогазовой и паровоздушной смеси, перегреватель пара высокого давления , подогреватели питательной воды высокого давления и природного газа. Парогазовая смесь нагревается в подогревателе до температуры 525 °С и затем под давлением 3,7 МПа распределяется сверху вниз по большому числу параллельно включенных труб, заполненных катализатором. Выходящая из трубчатого реактора парогазовая смесь содержит 910% СН4. При температуре 850 °С конвертированный газ поступает в конвертор метана II ступени 8 реактор шахтного типа. В его верхнюю часть компрессором 9 подается технологический воздух, нагретый в конвекционной зоне печи до 480500 °С. Парогазовая и паровоздушная смеси поступают в реактор раздельными потоками в соотношении, требуемом для обеспечения почти полной конверсии метана и получения технологического газа с соотношением (СО + Н2) : N2 3,05ч3,10. Содержание водяного пара соответствует соотношению пар : газ = 0,7 : 1.

При температуре примерно 1000 °С газ из 8 направляется в котел-утилизатор 10 вырабатывающий пар давлением 10,5 МПа. Здесь реакционная смесь охлаждается до 380420 °С и идет в 11 где газ донасыщается парами воды. После смесь направляется в конвертор СО первой 12 ступени, где на железохромовом катализаторе протекает конверсия основного количества оксида углерода водяным паром. Выходящая из реактора при температуре 450 °С газовая смесь содержит примерно 3,6% СО. В паровом котле 13, в котором также вырабатывается пар давлением 10,5 МПа, парогазовая смесь охлаждается до 225 °С и подается в конвертор СО II ступени 14, заполненный низкотемпературным катализатором, где содержание СО снижается до 0,5%. После охлаждения в теплообменнике 15 и дальнейшей утилизации теплоты конвертированный газ при температуре окружающей среды и давлении 2,6 МПа поступает в отделение синтеза.



5. Технологические расчеты

5.1 Материальный баланс

Составим материальный баланс конверсии природного газа 1 ступени по следующим исходным данным.

Исходные данные:

Объемное отношение пар:газ:	3,5:1
Состав сухого газа:	- 91%об - 2%об
	- 2%об - 2%об
	СО - 1%об
	- 2%об
Содержание метана в сухом газе на выходе из печи	6%
Температура на входе:	525 С
на выходе	825С

Дымовых газов 1060 С

Равновесная на выходе 805 С

Расчет ведем на 100 природного газа (при н. у.)

Обозначим содержание компонентов в конвертированном газе (в ):

………….a, CO……………b, …………..c

Количество водяного пара, вступившего в реакцию с и СО….d

Примем степень конверсии по углероду 67%.

Количество углеводородов в пересчете на в конечном газе:

= 22,08

Составим балансовые уравнения по содержанию каждого элемента в исходном и конвертированном газах (в ).

Баланс по углероду:

91+22+21+11 = а +b+22,08

a = 75,92-b

Баланс по кислороду (с учетом , что в исходной парогазовой смеси содержится 1003,5 = 350 ):

3500,5+20,5 = a+0,5b+0,5(350-d)

a+0,5b-0,5d = 0

Баланс по водороду:

912+23+350+21 = с+22,082+(350-d)

c=d+145,84

Соотношение между СО и в конечном газе по условию определяется равновесием реакции конверсии окиси углерода водяным паром и при 825 С равна К=0,95 (по условию).

= = = 0,95

Подставляя значение а получим:

75,92-b+0,5b-0,5d = 0

151,84-d = b

Подставляем в уравнение значение b и находим а:

a = 75,92-(151,84-d)

а = d-75,92

Подставим все найденные значения компонентов:

= 0,95

Решая это уравнение находим d = 95,89 .

Зная величину d, находим значения а, b и с:

а = 95,89-75,92 = 19,97

b= 151,84-95,89 = 55,95

c=95,89+145,84 = 241,73

Количество водяного пара вступившего в реакцию:

С углеводородами………………………100-19,97 = 80,03

С СО…………………………………………...………19,97

Осталось в газе водяного пара 350 -100 = 250

Ниже приведен состав газа после конверсии (таблица 5.1)

Отношение пар : газ :

n = = 0,731

Плотность азота 1,2506 кг/мі (при н.у.)

Таблица 5.1 Состав газа после конверсии

Компонент	Влажный газ	Сухой газ
		Объемн.%		Объемн.%
	22,08	3,7	22,08	6,4
	241,73	40,8	241,73	70,7
СО	55,95	9,4	55,95	16.3
	19,97	3,3	19,97	5,8
	2	0,33	2	0,58
	250	42,2	?	?
Всего:	591,73	100	341,73	100

Таблица 5.2 Материальный баланс конвертора

Вход	кг		объем.%	Выход	кг		объем.%
1.Природный газ:		91	91	1.Сухой газ из печи:		22,08	3,7
		2	2			241,73	40,8
СО		1	1	СО		55,95	9,4
		2	2			19,97	3,3
		2	2		2,5	2	0,33
		2	2
Всего сухого газа:	76,94	100	100	Всего сухого газа:	148,7	341,73
2.Водяной пар:		350		2.Водяной пар:		250	42,2
Итого:	354,19	450		Итого:	349,59	591,73	100

5.2 Тепловой баланс

Приход тепла.

Средние теплоемкости при 525 С: сухого газа 0,603 кДж/(град), водяного пара 0,443 кДж/(град).

Физическое тепло поступающей паро-газовой смеси:

Q = V• •T, кДж

где V - объем компонента, ,

- средняя объемная теплоемкость при Т, кДж/(•град),

Т - температура, С.

= 100•0,603•525+350•0,443•525 = 113058,75 кДж

Тепло сгорания 1 природного газа определяем, исходя из теплотворной способности компонентов и состава газа.

Теплота сгорания углеводородов при 18 С и 1 атм (в кДж/кг-моль):

…..212790 ……372810

q = 212790+372810 = 8977,45 кДж,

где 0,91- содержание углеводорода, %.

Тепло сгорания х природного газа расходуемых на обогрев трубчатой печи:

= 8977,45х

Физическое тепло, вносимое сжигаемым газом при 18 С

= х • 0,496 • 18 = 8,95х

Тепло, вносимое в конвертор воздухом будет рассчитано ниже.

Расход тепла.

Тепло расходуется для осуществления эндотермического процесса конверсии. Одновременно с конверсией углеводородов протекает и реакция окисления СО водяным паром с выделением тепла. Суммарный тепловой эффект протекающих при конверсии реакций определяем в соответствии с законом Гесса, по которому

Q = ??- ??

где - ??и ?? - суммы теплот образования соединений в конечной и начальной смесях, кДж.

Теплоты образования соединений представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 Теплоты образования соединений ?Н,кДж/

	СО
4200	1180	2580	790	880

Q = 790•22,08+1180•55,95+2580•250+4200•19,97 - 91•790 - 2•880 - 2580•350 = -164311,8 кДж

Физическое тепло влажного конвертированного газа при 825 С:

591,73•0,37•825 = 180625,5 кДж

Для определения расхода тепла с дымовыми газами найдем количество их, образующееся при сжигании 1 природного газа до и , при коэффициенте избытка воздуха 1,25.

Потребное количество кислорода для сжигания 1 газа:

1,25(0,91•2+0,02•3,5) = 2,36 .

Т.к. содержание кислорода в воздухе 21%, воздуха потребуется

= 11,25 .

Количество водяного пара, поступающего с воздухом при 18 С и влажности воздуха 0,016 /.

11,25•0,016 = 0,18 .

Азота в воздухе содержится:

11,25-2,36-0,18 = 8,71 .

Определяем состав дымовых газов в соответствии с реакциями:

СН4 + 2 О2 = СО2 + 2Н2О

С2Н6 + 3,5О2 = 2 СО + 3Н2О

находим, что при сгорании 1 газа образуется:

СО2………..…0,91•1+0,02•2 = 0,95 ,

Н2О…………..0,91•2+0,02•3 = 1,88 .

Останется кислорода:

2,36 - = 0,472 .

Водяных паров с учетом влажности будет:

1,88+0,18 = 2,06 .

Состав получаемого дымового газа представлен в таблице 5.4.

Таблица 5.4 Дымовой газ получаемый при сжигании 1 м3 природного газа

Компонент	СО2	О2	N2	Н2О	Всего
м3	0,95	0,472	8,71	2,06	12,192?12,2
объемн.%	7,7	3,8	71,4	0,168	100

Средняя теплоемкость такого газа при 800 оС, отнесенная к 1 м3 равна 0,355 кДж/(•град).

Расход тепла с дымовым газом составит:

Q'=12,2х•0,355•1024 = 3573,07х

Приход тепла с поступающим в печь воздухом:

Q4 = (11,25•0,23+0,18•0,43)18x = 47,96x кДж.

Составим уравнение теплового баланса:

113058,75+8977,45х+8,95х+47,96x = 164311,8+180625,5+3573,07х

откуда

х = 42,453 м3.

В соответствии с этим находим

= 8977,45•42,453 = 381127,1 кДж

= 8,95•42,453 = 379,95 кДж

Q4 = 47,96•42,453 = 2036,04 кДж

Q'=3573,07•42,453 = 151687,54 кДж.

Расход влажного воздуха, подаваемого в топку, составляет:

(11,25+0,18)42,453 = 485,23 м3.

Количество дымового газа составит:

12,2х = 517,9 м3.

Составляем тепловой баланс трубчатой печи таблица 5.5.

Таблица 5.5 Тепловой баланс конвертора

Приход	кДж	%	Расход	кДж	%
1.Физическое тепло паро-газовой смеси	113058,75	22,7	1.Тепло, затрачиваемое на реакции конверсии	164311,8	33,2
2.Тепло сгорания природного газа	381127,1	76,7	2.Физическое тепло конвертированного газа	180625,5	36,3
3.Физическое тепло сжигаемого газа	379,95	0,07	3.Физическое тепло дымовых газов	151687,54	30,5
4.Тепло вносимое воздухом	2036,04	0,42
Всего:	496601,79	100	Всего:	496624,8	100



6. Основные природоохранные мероприятия

Очистка газообразных промышленных выбросов остается пока наиболее распространенным направлением в решении вопросе охраны окружающей среды.

Различные способы очистки газообразных промышленных выбросов и сточных вод - традиционный прием, пока наиболее широко применяемый для защиты окружающей среды. Ранее очистка рассматривалась как основной прием уменьшения содержания токсичных примесей в выхлопных газах перед их спуском в естественные водоемы. Сейчас очистка выхлопных газов и сточных вод - это обязательный элемент приближения к безотходному производству, осуществляемому в замкнутом цикле. В газообразных промышленных выбросах могут содержаться различные примеси: а) взвешенные твердые и жидкие вещества ( аэрозоли); б) газо - или парообразные примеси. Аэрозоли представляют собой дисперсные системы с газообразной ( воздушной) дисперсионной средой и твердой ( пыль, дым) или жидкой ( туман) дисперсной фазой. Скорость оседания частиц аэрозоля очень мала, и они могут неопределенно долгое время находиться во взвешенном состоянии. Концентрация пыли в атмосферном воздухе в значительной степени уступает ( составляет одну десятитысячную часть) концентрации пыли и паров в газообразных промышленных выбросах, поэтому значительные накопления пыли в фильтре происходят очень медленно.

Вторая группа - газообразные и парообразные примеси - более многочисленна. К ней относятся, например, кислоты, галоиды и галоидопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, пиридины, меркаптаны, пары металлов и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов. Необходимость ликвидации газообразных промышленных выбросов или хотя бы их глубокой очистки диктуется не только вредностью для людей, растений и животного мира. Помимо того, наличие в воздухе химикатов вызывает преждевременную коррозию металлов; в промышленных районах сталь ржавеет в 3 - 4 раза быстрее, чем в сельской местности.