Конструирование экспериментальной установки для изучения очистки газа метанированием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Кафедра ХТ АЭС

Реферат

на тему: Конструирование экспериментальной установки для изучения очистки газа метанированием

Севастополь 2014

Введение

Любая деятельность человека наряду с получением целевого продукта приводит к образованию различных побочных продуктов. Оксид углерода - высокотоксичный газ, продукт неполного сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания, в доменных печах и вагранках металлургических и сталеплавильных предприятий и т.п. Поэтому Санитарными и нормами установлены жесткие предельно допустимые концентрации СО: в рабочей зоне - 20 мг/м8, в атмосфере (максимальная разовая) - 3 мг/м8, среднесуточная - 1 мг / м3.

В связи с низкой химической активностью оксида углерода по отношению к кислотам и щелочам, а также слабой растворимостью в воде и водных растворах число способов извлечения его из газовых смесей весьма ограничено. Подавляющее большинство известных способов очистки газов от оксида углерода основано либо на адсорбции с образованием комплексных соединений, либо на каталитическом окислении его до диоксида. Мокрые каталитические способы окисления оксида углерода основаны на применении в качестве катализаторов хлористых солей палладия, бромистых солей железа, соединений серебра и ртути. Однако объемная скорость очищаемого газа в реальных аппаратах невелика. Одним из наиболее известных и всесторонне изученных способов очистки газов от оксида углерода является адсорбция медно-аммиачными растворами. В реальных условиях скорость этого процесса сравнительно невелика. Сухие способы очистки выбросных газов от оксида углерода основаны на каталитическом окислении его до диоксида с применением катализаторов на основе марганца, меди, никеля, а также металлов и сплавов платиновой и палладиевой групп. Характерной особенностью катализаторов является то, что они эффективно работают в определенных температурных интервалах, за пределами которых показатели очистки газов заметно снижаются.

газ очистка метанирование

1. Процесс очистки газа от СО и СО₂

Процесс метанирования применяют для удаления небольших остаточных количеств оксидов углерода ( не более 2 % в сумме) из газов. Он используется особенно часто в тех случаях, когда присутствие метана не ухудшает условий дальнейшей переработки или использования газов. Метанирование применяется как заключительная ступень очистки газа после каталитического превращения оксида углерода в диоксид и улавливания последнего растворами этаноламинов. Остаточное содержание оксидов углерода в очищенном газе составляет несколько десятитысячных долей процента. Одновременно происходит удаление свободного кислорода, если он присутствует в газе.

Катализаторы метанирования используются для очистки газов; от малых количеств оксидов углерода. В последнее время метанирование становится важным и как основной процесс, в-производстве метана из угля. В качестве катализатора обычно-применяют никель на оксиде алюминия. Сера, мышьяк и гало-гениды, как и в случае конверсии углеводородов, отравляют катализатор метанирования. Однако при обычно встречающихся концентрациях скорость отравления серой и мышьяком невелика. Активность катализатора снижается без изменения селективности. Поэтому дезактивация может быть компенсирована повышением температуры.

Реакция метанирования начинается сразу же, как только восстановится некоторое количество катализатора.

Процесс метанирования может осуществляться при любом давлении в интервале температур 470 - 640 К.

Процесс метанирования разрабатывался для получения бы тового газа из угля, который предварительно подвергают гази фикации.

Реакция метанирования CO 3H2 - CH4 HsO в данном процессе особо опасна в первый период работы на свежем неосерненном катализаторе из-за своей высокой экзотермии. Интенсивное протекание ее может вызвать разогрев лобового слоя и, как следствие, дезактивацию катализатора, а также крекинг гомологов метана. Кроме того, реакции гидрирования СО и СО2 приводят к уменьшению содержания водорода и появлению в реакционной смеси значительных количеств паров воды.

Реакция метанирования GO (VI-4) ведет к потерям водорода и к увеличению содержания СШ, являющегося нежелательным компонентом в конвертированном газе. Реакции (VI-4) благо - препятствуют пониженные температуры конверсии ( ниже 350 С) и, в особенности, повышенные давления системы. Больше других данную реакцию ускоряют катализаторы, приготовленные на основе окислов железа, кобальта и никеля. Поэтому при применении в процессе конверсии повышенных давлений используют катализаторы на основе окислов иных металлов ( в частности, щелочных или щелочноземельных), или в обычной катализатор вводят специальные добавки, ослабляющие метанирующее действие катализатора.

Реакция метанирования СО представляет собой обратную реакцию паровой конверсии метана, термодинамические характеристики которой приведены выше.

Реакция метанирования СО представляет собой обратную реакцию паровой конверсии метана, термодинамические характеристики которой приведены на стр.

Реакция метанирования двуокиси углерода на никельхромовом катализаторе протекает в результате взаимодействия водорода, адсорбированного на поверхности контакта, и молекул СО2, находящихся в газовой фазе. При этом в соответствии с механизмом метанирования, предложенным В. М. Власенко, образуются диоксиметиленовые группы, которые затем гидрируются до соединений типа енольной формы формальдегида. Дальнейшие превращения протекают аналогично превращениям, наблюдаемым при гидрировании СО. При сильном метанировании подачу сырья прекратить, осушитель газа из схемы выключить и повторить осернение на 0 05 %.

При метанировании газов низкотемпературной конверсии для получения ЗПГ используют те же катализаторы, что в реакторах газификация, иногда даже частично, отработанные. Это связано с тем что условия работы в реакторах метанирования более мягкие, чем в реакторах газификации. В частности, вероятность закоксовывания катализатора очень мала. Поэтому катализаторы низкотемпературной конверсии углеводородов пригодны для процессов метанирования.

Исследования механизма метанирования и синтеза высших углеводородов, выполненные в последнее время, показали, что процесс начинается с разложения оксида углерода с последующим образованием на поверхности карбида, эта стадия определяет скорость реакции. Затем следует быстрое гидрирование поверхностного карбида до метилена, который может подвергаться либо полимеризации, либо дальнейшему гидрированию с образованием высших углеводородов или метана. Олефины образуются или прямой десорбцией ненасыщенных соединений, или через стадию дегидратации спиртов.

2. Описание экспериментальной установки

Одним из наиболее энергосберегающих экологически чистых методов утилизации является метод метанирования.

Процесс RM-метанирования характеризуется отсутствием отдельной ступени конверсии в случае применения газов, обогащенных оксидом углерода и образующихся при неполном окислении нефте-угольных смесей по модифицированному способу Texaco. Метанирование проводят при подаче большого избытка водяного пара в каскаде из 6 адиабатических реакторов со стационарным катализатором без циркуляции газа, но с промежуточными холодильниками (рис. 1). Конверсия и метанирование протекают в этом случае во всех шести реакторах при последовательном снижении температуры от 550 до 280°С. После удаления СО2 из сырого газа в дополнительном реакторе со стационарным слоем проводят метанирование оставшегося оксида углерода.

Рис. 1 Установка для метанирования: 1, 3-- реакторы конверсии и метанироваиия; 2, 4--холодильники; 5--аппарат для отмывки от CО2, 6--реактор последующего метаиирования; 7 -- сепаратор

Синтезу метана из газов с высоким содержанием СО на стационарных катализаторах (которые предназначаются и для других способов метанирования) отдается предпочтение, несмотря на ожидаемые трудности при эксплуатации промышленных установок. В поиске улучшенных конструкций реактора, по крайней мере, позволивших бы избежать известных недостатков аппаратов со стационарным слоем, некоторые решения достигнуты уже на лабораторных, опытных и демонстрационных установках. Возможно, эти решения при дальнейших разработках позволят отказаться от реакторов со стационарным слоем катализатора и перейти на работу с движущимся катализатором в газовой или жидкой фазе.

Для метанирования смесей СО + Н2, получаемых газификацией бурого угля, разработан реактор с псевдоожиженным слоем .

Эта разработка рассматривается как ступень метанирования в способе Bi-Gas для производства газа SNG, соответствующего нормам США, а именно с теплотой сгорания 33440 кДж/м3 и с содержанием оксида углерода < 0,1 % (об). Достоинства такого реактора следующие:

-достаточно равномерная температура по слою катализатора (создаются только слегка перегретые области);

-более высокая теплопередача;

- непрерывной замены использованного катализатора.

Недостаток псевдоожиженного слоя заключается в том, что вследствие перемешивания движущегося катализатора и возможного проскока больших пузырей реагирующего газа не достигается полного превращения оксида углерода. Поэтому после реактора с псевдоожиженным слоем, где при объемной скорости 1000-- 2000 ч-1 реакционный газ превращается на ? 80%, требуется подключать небольшой трубчатый реактор со стационарным слоем и рециркуляцией газа; в этом аппарате достигается; практически полное превращение оставшегося оксида углерода.

Опытная установка, сооруженная в 1974 г., работает при 7-- 10 МПа и в интервале 430--550 °С. При 450°С в значительном количестве образуются этан и пропан. Во включенном последовательно реакторе со стационарным слоем катализатора температура не должна повышаться сверх 290°С, чтобы сохранить высококипящие углеводороды и соответственно тепло образующегося газа.

Реактор Pedu с псевдоожиженным слоем имеет внутренний диаметр 15,2 см и высоту ? 6 м. Высота реакционной зоны ? 3 м; в этой зоне содержится 30--40 л катализатора. Производительность реактора составляет всего 200 м3 газа в час при 570°С и 11,5 МПа. Реактор является моделью для проектирования промышленного агрегата для установки Bi-Gas в Хоумер-Сити (США); производительность установки должна составить 28 тыс. м3/ч.

Жидкофазный способ испытывали в 1975 г. на большой опытной установке. Газ, подлежащий метанированию, направляли в пустотелую колонну, в которой находится катализатор, суспендированный в углеводороде. Отвод тепла осуществляли, отбирая часть жидкой суспензии, охлаждая ее в холодильниках и возвращая в реактор (рис. 100). Технология процесса очень сходна с реакторной системой, разработанной для синтеза Фишера -- Тропша, по изученной и для метанирования .Известные высокие характеристики реакторов с суспендированным катализатором в случае осуществления в них сильноэкзотермических реакций представляются весьма перспективными для жидкофазного метанирования, если удается перейти на установку более крупной мощности.

3. Техника безопасности при выполнении работ

Оператор установки обязан:

Перед началом работы:

- проверить осмотром целостность заземляющих проводников;

- проверить срабатывание кнопок включения и выключения рабочих органов установки (электроды реактора при этом должны быть разведены на расстояние, исключающее появление дуги).

Во время работы:

- обеспечить постоянный визуальный контроль за работой установки, а также ее осмотр на отсутствие внешних повреждений, посторонних шумов, утечек газов, подтекания воды и т.п.;

- обеспечить загрузку ректора в требуемом режиме, контролировать

работу всех контрольно-измерительных приборов и датчиков;

- контролировать концентрацию газов в помещении с помощью газоанализаторов;

- при обслуживании установки пользоваться только исправным инструментом;

- рабочее место необходимо постоянно содержать в порядке;

- по окончании работы или на время перерывов в работе, выключить управление и вводной рубильник.

В случае возникновения аварийной ситуации: внезапного появления запаха, дыма или возгорания, принять меры к остановке установки, организовать вывод обслуживающего персонала и оказание при необходимости первой медицинской помощи.

Форма УГАСК № 28

Акт

Гидравлического испытания системы ________________________________________________ (внутреннего, хозяйственно-питьевого, противопожарного, горячего водоснабжения, отопления, котлов водонагревателей, тепловых узлов и др.)

г. Севастополь « ______ » _______________200_ г.

произвели гидравлическое испытание системы _______________ (наименование)

здания по адресу: ___________________________________________ (район застройки, квартал, улица, № дома и корпуса)

При этом установили:

Давление в системе _____________________________________

внутри здания согласно техническим условиям доведено до «_______» атм. по контрольному манометру в течение ______ минут, давление в системе пало на «_____» атмосфер.

В соединении трубопроводов и приборов системы течи не обнаружено.

На основании произведенного гидравлического испытания система __________________________удовлетворяет проекту и техническим условиям.

Вывод

В настоящее время промышленное производство организовано таким образом, что примерно от 70 до 90% исходного сырья и материалов переходит в отходы - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции и утративших полностью или частично исходные потребительские свойства. Многие отходы по своему токсикологическому действию относятся к высокоопасным и чрезвычайно опасным. Несмотря на это, большая их часть продолжает рассеиваться в окружающей среде, ухудшая ее качество и являясь одной из причин возникновения и обострения экологических проблем.

Возможность стабилизации и последующего улучшения сложившейся неблагоприятной экологической ситуации при необходимости увеличения объемов производства заключается в создании и развитии малоотходных и безотходных технологических процессов и производств, в переработке отходов и утилизации их, а также в обезвреживании и безопасном дальнейшем использовании.

Список использованной литературы

1. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию.- М.: Высшая школа, 1994.- 400 с.

2. Розовский А.Я. Физико-химические аспекты утилизации С02 // Ж. физ. химии,- 1996.- Т. 70, № 2.- С. 199-207.

3. Багрий Е.И., Нехаев А.И. Нефтехимия и защита окружающей среды // Нефтехимия.- 1999.- Т. 39, № 2.- С. 83-97.

4. Катализ в Сгхимии / Под ред. Кайма В.- JL: Химия, 1987.- 296 с.

5. Локтев С.М. Современное состояние нефтехимии и химии одноуглеродных молекул. В кн.: Химические продукты на основе синтеза газа.- М.: Химия, 1987.- С. 184-224.

6. Коломников И.С., Лысяк Т.В. Диоксид углерода в координационной химии и катализе // Успехи химии.- 1990.- Т. 59, № 4.- С. 589-618.

Размещено на Allbest.ru