Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Апреля 2014 в 17:29, курсовая работа

Краткое описание

Основной метод получения ацетилена из карбида кальция дает возможность получить ацетилен высокой концентрации. Существенным недостатком этого метода является весьма значительный расход электроэнергии па получение карбида кальция (около 3000 квт-час на 1 тонну карбида, что соответствует около 10000 квт-час на 1 тонну ацетилена).
В настоящее время перспективным является получение ацетилена из углеводородных газов нефтепереработки или из природного газа. Производство ацетилена из этих газов основано на крекинге их, требующем затраты большого количества энергии для создания высокой температуры. При этом ацетилен получается низкой концентрации и загрязненный гомологами. Применение такого ацетилена невозможно без выделения его из реакционной смеси и очистки.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3
Общие сведения об ацетилене……………………………………………5
Физико-химические свойства……………………………………..5
Применение…………………………………………………………7
Опасные факторы и меры безопасности………………………….8
Производство ацетилена………………………………………………….10
Производство ацетилена электрокрекингом.
(схема представлена в приложении 1)……………………………10
Производство ацетилена термическим крекингом
(схема представлена в приложении 2)……………………………13
Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана
(схема представлена в приложении 3)……………………………16
Энергосберегающие технологии ацетилена…………………………….18
Цели энергосбережения…………………………………………...19
Энергосберегающие решения………………………………….….21
Материальные и тепловые расчёты производства……………………...23
Составление материального баланса производства ацетилена…24
Расчет теплового баланса………………………………………….26
Выводы…………………………………………………………………………...29
Список использованной литературы…

Вложенные файлы: 1 файл

курс охт.docx

— 651.73 Кб (Скачать файл)

Основной промышленный метод получения ацетилена – крекинг (разрыв связей -С-С- под действием высоких температур и в присутствии катализаторов) природного газа метана. Он наиболее обоснован экономически и технологически ввиду наличия легкодоступного и недорогого сырья. Осуществляется двумя путями: либо пропуском метана через раскаленные электроды (температура реакционного объема порядка 1600 градусов), с последующим быстрым охлаждением, либо с использованием тепла, образующегося при частичном сгорании ацетилена.

 

2.1. Производство ацетилена электрокрекингом.

(схема  представлена в приложении 1)

 

Сырьем для получения ацетилена по описываемой схеме служит метан.

Метан, разбавленный водородом под давлением 1,7 атм. ротационным компрессором подается через трубчатый подогреватель 1 в конвертор 2. В конверторе газ проходит через зону дугового разряда, температура которого достигает 1600°С (Схема №1). При этом протекает основная реакция:

2СН4 → С2Н2 + 3Н2— 92 ккал/г-молъ

Возможно, что процесс протекает сложнее по уравнениям:

2СН4 → С2Н4 + 2Н2 — 56 ккал/г-молъ,

2СН4 → С2Н6 + Н2 — 14 ккал/г-молъ,

С2Н4→ С2Н2 + Н2— 47,4 ккал/г-молъ,

С2Н6→ С2Н2 + 2Н2 - 78,8 ккал/г-молъ.

Побочной реакцией является

СН4 → С + 2Н2—21 ккал/г-молъ.

Реакционные газы из конвертора 2 проходят по трубе, охлаждаемой водяной рубашкой. Внутрь трубы впрыскивается вода для их усиленного охлаждения. Охлажденные реакционные газы проходят циклон 7, в котором осаждается часть образовавшейся сажи, небольшое количество смолообразных продуктов, получающихся в результате побочных реакций, и сконденсировавшаяся вода. Реакционные газы идут через холодильник 3, затем с температурой 40—50° через сажеуловитель 8 для отделения сажи и сконденсировавшейся воды, которые спускаются в сборник 9. Для окончательного отделения от сажи реакционные газы промываются в скруббере 4 маслом, поступающим на орошение скруббера из сборника 10. Очищенные реакционные газы сжимаются компрессором до 15 атм., проходят через буфер-маслоотделитель 11 и поступают в абсорбер 5, в котором ацетилен поглощается водой. Непоглощенные газы, состоящие в основном из водорода и непрореагировавшего метана, направляются в блок разделения газов. Часть водорода отделяется, а метан с частью водорода в отношении СН4: Н2 = 1 : 2 идет в виде циркуляционного газа в линию всасывания турбокомпрессора и, смешавшись со свежей порцией газа, поступает в систему. Вода с поглощенным ацетиленом дросселируется до атмосферного давления и подается в десорбер 6. Выделившийся сверху десорбера ацетилен направляется на сушку (на схеме не указана) и отправляется к потребителю. Горячая вода из куба десорбера охлаждается в холодильнике 12, собирается в сборнике 13 и центробежным насосом подается на орошение абсорбера 5.

 

Основные параметры производства

 

  • Температура на входе газа в конвертор 800° С

 

  • Температура в конверторе в зоне дугового разряда 1600° С

 

  • Давление на входе в конвертор 1,7 атм.

 

  • Температура газов на входе в циклон 150—200° С

 

  • Соотношение СН4 : Н2 в поступающем в конвертор газе 1:2

 

  • Выход ацетилена от исходной смеси 15%

 

  • Давление газовой смеси перед абсорбером 15—18 атм.

 

  • Температура в абсорбере 30—40° С

 

  • Давление в десорбере атмосферное

 

  • Температура в кубе десорбера 80°С

 

 

 

    1. Производство ацетилена термическим крекингом

(схема представлена  в приложении 2)

 

Сырьем для производства ацетилена по описываемой схеме служит жидкий пропан, который испаряется в испарителе 1 и поступает в смеситель 25; в него же подается возвратный газ и водяной пар. Отношение объемов пропан: возвратный газ : пар=1: 2 : 6. Смесь указанного состава поступает в печь 16 на крекинг. Имея температуру 300°С на выходе из печи, газы крекинга проходят последовательно охладитель 3, смолоотделитель 4, теплообменник 5, охлаждаясь до 38°С, и ротационным вакуум-насосом направляются далее. Тепло, полученное крекинг-газом в вакуум-насосе, снимается холодильником 6. Сконденсировавшиеся смола и вода выпускаются из башенного смолоотделителя 7. Вода собирается в сборник 19 и подается на орошение в смолоотделитель 4. Крекинг-газ очищается от остатков смолы в электрофильтре 8 и поступает в газгольдер, который выравнивает работу печей (на схеме одна печь), так как крекинг-процесс в каждой печи протекает периодически (схема №2). Из газгольдера с помощью компрессора крекинг-газ сжимается до давления 10,5 атм., охлаждается в холодильнике 20, проходит смолоотделитель 9 и поступает на очистку. В абсорбере 21 происходит поглощение диацетилена диметилформ-амидом, при этом поглощается около 5% ацетилена, имеющегося в крекинг-газе. Диметилформамид, вытекающий из абсорбера, направляется на де- . сорбцию (на схеме не показано). Освобожденные от диацетилена крекинг-газы поступают в абсорбер ацетилена 22, в котором происходит поглощение диметилформамидом ацетилена, метилацетилена и некоторого количества других газов: этана, этилена, метана и пр. Газовый отход, содержащий углекислый газ, водород, азот, метан, этилен проходит очистку в водяном скруббере 11 и используется как топливо в печи 16. Насыщенный диметилформамид поступает в стабилизатор растворителя 14. Температура в нижней части стабилизатора с помощью кипятильника 15 поддерживается равной 87°С. В стабилизаторе отделяются почти все газы, кроме ацетилена, которые уходят через водяной скруббер 2. Диметилформамид, насыщенный ацетиленом, с частью оставшихся газов направляется в десорбер ацетилена 23. При температуре в нижней части десорбера, равной 120°С, ацетилен весь выделяется и через водяной скруббер 12 поступает в газгольдер. Из пего ацетилен, пройдя осушитель 13 с хлористым кальцием, подается компрессором потребителю. Диметилформамид, содержащий растворенный метилацетилен, из кипятильника 24 направляется в конечный десорбер (на схеме не показан) для извлечения метилацетилена, затем после соответствующей очистки диметилформамид снова возвращается в напорный бак 10.

Основные параметры процесса

 

    • Давление пропана на входе в испаритель 1 8,8 атм.

 

    • Соотношение объемов газов, поступающих

 

    • в смеситель 25—пропан : возвратный газ : пар =1:2:6

 

    • Давление в смесителе 37—40 мм рт. ст.

 

    • Температура в центре печи 16 1100°С

 

    • Давление в печи 15 мм рт. ст.

 

    • Цикл работы печи 2 минуты: 1 мин. нагрев,

 

    • 1 минута — крекинг

 

    • Система проектируется и работает минимум

 

    • с двумя печами

 

    • Давление после вакуум-насоса 420 мм вод. ст.

 

    • Температура после теплообменника 50°С

 

    • Давление после компрессора 10,5 атм.

 

Состав газов крекинга пропана после печи 16

С2Н2-10,0; СН4-15,0; Н2-55,7; N2—5,2; СО-6,9; С2Н4—3,8;

С02—1,6, прочие—1,8 объемных процента.

 

 

    1. Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана

(схема представлена в приложении 3)

 

Сущность термоокислительного пиролиза метана заключается в том, что тепло, необходимое для реакции превращения метана в ацетилен, получается за счет окисления (сжигания) части метана. Основными реакциями термоокислительного пиролиза метана являются:

СН4+0,5О2 ↔ СО+2Н2+6,1 ккал/г-моль,

2СН4 ↔  С2Н2+ЗН2—91,1 ккал/г-моль

Быстрый вывод реакционной смеси из зоны реакции и резкое понижение температуры — закалка — способствует прекращению распада ацетилена, повышая его выход. Существенным является соотношение между количествами метана и кислорода. Процесс получения ацетилена возможно осуществить в многоканальном реакторе (способ Заксе), состоящим из смесителя, диффузора и горел очной плиты с большим числом каналов. Скорость движения исходных компонентов 15—50 м/сек. Этот способ получил пока наибольшее распространение.

Одноканальные реакторы Гриненко имеют реакционную зону — капал—относительно малого диаметра. Скорость движения газов в зоне реакции равняется, 330—550 м/сек. Стабилизация пламени осуществляется путем подачи дополнительного кислорода через топочную камеру.

Концентрация ацетилена в газах пиролиза составляет 8—10%, поэтому для дальнейшей переработки его необходимо выделить из этих газов (см- схему № 3). По описываемой схеме производство ацетилена осуществляется в многоканальном реакторе, выделение ацетилена производится адсорбцией селективным растворителем—диметилформамидом. Сырьем является природный газ, содержащий 92—95% метана и 95—99% кислорода.

Кислород и природный газ очищаются в фильтрах 15 и 16 от окислов железа и других примесей, могущих вызвать воспламенение смеси до реакционной зоны, и поступают в подогреватели, вмонтированные в общую печь 13. Подогрев газов, идущих на реакцию, производится теплом, полученным от сжигания топливного газа. Во избежание перегрева природного газа и кислорода в топку подогревателей вводятся циркуляционные дымовые газы, часть которых сбрасывается для использования под котлами-утилизаторами. Циркуляция дымовых газов осуществляется газодувками, выдерживающими высокую температуру. Нагретые кислород и природный газ поступают в реактор 17. В его смесителе газы смешиваются, проходят диффузор, затем горелочную плиту, по каналам которой смесь газов направляется в реакционную зону. В зоне реакции происходит образование ацетилена и протекают побочные реакции, приведенные выше. Продукты реакции проходят через зону закалки, резко охлаждаясь водой, подаваемой форсунками под горелочную плиту. Вода из реактора, загрязненная смолой и сажей, поступает в отстойник 20, из которого центробежным насосом возвращается в реактор. Часть йоды откачивается на очистку. Охлажденный газ пиролиза из реактора уходит в скруббер 14 для очистки от сажи и смолы водой. Окончательная очистка от этих примесей производится в электрофильтре 1, смонтированном на скруббере.

Поступающий на разделение газ пиролиза нагнетается турбокомпрессором в абсорбер ацетилена 2, орошаемый диметилформамидом и конденсатом из сборника 21 и холодильника 22. Диметилформамид из абсорбера 2 дросселируется в десорбер 3, работающий при атмосферном давлении, сверху десорбера отбираются возвратные газы. Растворенный в диметилформамиде ацетилен выделяется и промывается в промывателе 4 и направляется в газгольдер потребителя. Диметилформамид, вытекающий из десорбера 5, с некоторым содержанием ацетилена центробежным насосом через теплообменник 25 подается в десорбер второй ступени 5, работающий под вакуумом. Вытекающий из него диметилформамид, не содержащий газов, через теплообменник 25 и холодильник 24 возвращается в сборник 21, из которого подается на орошение абсорбера 2. Высшие ацетилены из десорбера второй ступени 5 поступают в промыватель 12, орошаемый конденсатом из сборники 23. Промывные воды из промывателя стекают в десорбер 5. Пары высших ацетиленов через барометрический конденсатор 7 и лопушку 8 вакуум-насосом подаются в отделение пиролиза. Вода из барометрического конденсатора сбрасывается через барометрический стакан 18. Сверху из десорбера 5 ацетилен возвращается в десорбер 3. Диметилформамид, вытекающий из десорбера второй ступени 5, после теплообменника 25 частично откачивается в сборник 26, из которого поступает на дистилляцию. Затем он подогревается в подогревателе І0 и направляется в колонну 28. Отгоняющиеся инерты и пары воды через конденсатор 9 уходят из системы. Сконденсировавшийся диметилформамид стекает обратно в колонну. Из нижней части колонны, обогреваемой кипятильником 12, вытекает очищенный диметилформамид, который после охлаждения в холодильнике 27 перекачивается в сборник 21.

 

 

 

Основные параметры производства

 

    • Температура природного газа и кислорода

 

    • перед входом в реактор 500—600°С

 

    • Соотношение между метаном и кислородом

 

    • перед реактором (по объему) 1,6 - 2,0:1

 

    • Давление газовой смеси перед реактором не более 0,4 атм.

 

    • Температура реакционной зоны 1400 - 1500°С

 

    • Состав газа после закалки в пересчете на сухой (в объемн. %):

 

 

С2Н2—8-9; С02—3-4; СО—24-26; Н2-54—56:

 

СН4—4-6; О2-0—0,4; прочих-1-7.

 

Температура газа на выходе из реактора около 80°С

 

Время пребывания смеси галоп в зоне реакции 0,003 — 0,01 сек.

 

Скорость газового потока в реакционном канале печи 15—50 м/сек

 

Давление и абсорбере 2 около 10 атм.

 

Расход на 1 т 100% ацетилена

 

метана (на синтез) 6000 нм3

 

кислорода (100%-ного) 3280— 3430 нм3

 

На 1 г ацетилена получается синтез-газа до 11000 нм

 

  1. Энергосберегающие технологии ацетилена.

 

В современном мире необходимым условием сохранения жизни и развития цивилизации стало обеспечение человечества достаточным количеством энергии и топлива. Проблема ограниченных запасов природных топливно-энергетических ресурсов, к которым относятся невозобновляемые источники энергии (торф, уголь, нефть, природный газ), заставила мировое сообщество всерьез обратиться к разработке программ по энергосбережению. На данный момент энергосбережение стало основным и самым эффективным способом развития современной мировой энергетики.

В Российской Федерации начало формирования государственной политики в вопросах энергосберегающих технологий положило принятие в 1992 году постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.). В том же году Правительством РФ была одобрена «Концепция энергетической политики России», а в 1996 году вступил в силу Федеральный закон № 28–ФЗ «Об энергосбережении».

Энергосбережение — комплекс мер по реализации правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии (ГОСТ Р 51387–99 «Энергосбережение»).

Информация о работе Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа