1.2 Синтез-газ із рідких вуглеводнів

Одержання синтез-газу з
рідких вуглеводнів поширено в країнах, бідних припасами природних газів. Так,
наприклад, на початку XXI ст. у Японії 67%, а у ФРН 59% усього аміаку одержано
на базі переробки рідкого палива. Разумеется, і у виробництві метанолу в
аналогічних умовах рідкі палива мають таке ж значення.

По технологічним схемам
переробки в синтез-газ рідкі палива можна розділити на дві групи. Перша група
включає палива, що переробляються шляхом високотемпературної кисневої
конверсії. Сюди відносяться важкі рідкі палива — мазут, крекінг-залишки й т.п.
Друга група — легкі прямоточні дистиляти (нафта), що мають кінцеву температуру
кипіння не вище 200-220°С: вона включає бензини, лігроїни, суміші світлих
дистилятів. Друга група рідких палив переробляється в синтез-газ каталітичною
конверсією водяною парою в трубчастих печах.

Високотемпературна
киснева конверсія рідких палив в закордонних країнах здійснена в процесах, в
яких рідке паливо під тиском проходить через підігрівник, звідки при 400-600° С
надходить у газогенератор. Туди ж подають підігрітий кисень і перегріту водяну
пару. У газогенераторі при температурах 1350-1450° С утвориться синтез-газ,
однак при цьому виділяється також деяка кількість сажі. Газ очищають від сажі,
а потім направляють на очищення від сірчаних сполук. Після цього газ, до складу
якого заходить 3—5% СО2, 45—48% СО, 40— 45% Н2, а також певні кількості метану,
азоту й аргону, проходить конверсію СО і очищення від СО2. Процес протікає під
тиском, що може досягати 15 МПа. Агрегати мають продуктивності 30 тис. м3/год
(Н2+СО) і більше. Недоліками процесу є висока витрата кисню, необхідність
виділення сажі, а також складність технологічної схеми.

2.
Технологічні розрахунки

2.1
Завдання 1

Визначити
витрату бурого вугілля, що містить 70% ваг. вуглецю, водяної пари й повітря для
одержання 1000 м3 генераторного газу наступного складу в % об.: СО — 40, Н2 –
18, N2 – 42. Склад повітря приймаємо, % об.: N2 – 79, О2 – 21.

Рішення:

Генераторний
газ одержують при взаємодії вугілля і пароповітряної суміші.

С+Н2О
= СО+Н2 — Q (I)

2С +
О2 = 2СО + Q (II)

За
умовою в 1000 м3 газу міститься 420 м3 азоту. Отже, витрата кисню повітря по
реакції (II) складе:

Відповідно,
витрата повітря

де
29 — молекулярна маса повітря.

Визначимо
витрату водяної пари по реакції (I). Вихід водню становить1 моль з 1 моль
водяної пари. 180 м3 водню, що знаходяться в 1000 м3 генераторного газу, потребують витрати такої ж кількості водяної пари, тобто витрата водяної
пари складе 180 м3 або .

Визначимо
витрату вуглецю:

— по
реакції (I):

— по
реакції (II):

Сумарна
витрата вуглецю:

96,5
+ 120 = 216,5 кг

Тоді
витрата бурого вугілля, що містить 70% вуглецю, складе:

2.2
Завдання 2

Визначити кількість
теплоти, що виділяється при газифікації твердого палива, якщо з генератора
водяного газу виходить газ, в якому міститься, % об: СО – 38; Н2 – 50; СО2 –
6,2; N2 – 5,8.

Розрахунок вести на 1000 м3 генераторного газу. Теплоти утворення (кДж/моль) СО – 110,58, СО2 – 393,79; Н2О (пара) –
242,0.

С+Н2О = СО + Н2 — Q (I)

СО + Н2О = СО2 + Н2 + Q (II)

Рішення:

По
реакції (I) з урахуванням витрати по реакції (II) утворилося СО:

380
+ 62 = 442 м3,

а по
реакції (II) – 62 м3 – СО2.

Q=(110,58*442*103/22,4)-(242,0*442*103/22,4)+(393,79*62*103/2,4)-
– (110,58*62*103/22,4) — (242*62*103/22,4)= — 2511477 кДж

Задачка може бути вирішена
і іншим методом . Наприклад, в 1000 м3 газу вміщується 380 м3 СО; 500 м3 Н2; 62 м3 СО2. Для здійснення процесу використано 500 м3 водяної пари.

Кількість теплоти:

Q=
(380*103*110,58/22,4) + (62*103*393,79/22,4) – (500*103*242/22,4)

= —
2476000 кДж

2.3 Завдання
3

Визначити
розміри шахти газогенератора для газифікації 60 т коксу на добу. Насипна маса
коксу — 500 кг/м3.

Рішення:

Для заданого приклада
приймаємо кількість палива, що згоряє в добу на 1 м2 колосникової решітки, Q =12 м3 (таблиця 1.1). При насипній масі коксу, рівної 500 кг/м3,
одержимо його масу:

12*500=6000
(кг).

Час перебування палива в
генераторі τ приймаємо рівним 0,4 доби, або 9,6 год, а відношення об’єму
генератора до об’єму палива С/τ = 1,15. Звідси, С =1,15*0,40 = 0,46.

Площа
решітки генератора буде дорвейівнює:

60000/600
= 10м2,

а
діаметр газогенератора при А = 1 складе:

Висота
шару коксу над шлаками (без врахування зони його горіння) складе:

Н’ =
12*0,40 = 4,8 (м).

Висоту
генератора визначимо з рівняння:

Література

1. Ганз С.И. Синтез
аммиака — М.: Химия, 1983, с.280.

2. Справочник азотчика. —
М.: Химия, 1986, т.l., с.510.

3. Разработка связанного
азота / Под ред. В.И.Атрощенко К.: Вища шк., 1985, с.91-94

4. Расчеты
химико-технологических процессов/ Под ред. И.П.Мухленова. Л.: Химия, 1976. -304
с.