5. Аппаратурно-технологическая схема
Технологическая схема получения ацетилена окислительным пиролизом метана изображена на рис. 2. Кислород и метан подогревают до 600—700 °С в трубчатых печах 1 и 2, имеющих топки для сжигания природного газа. В реакторе 3 протекают вышерассмотренные процессы, причем газы выходят из него после «закалки» водой при 80 °С и проходят для улавливания сажи полый водяной скруббер 4 и мокропленочный электрофильтр 5. Газы охлаждают водой в холодильнике 6 непосредственного смешения, после чего их промывают в форабсорбере 7 небольшим количеством диметилформамида или N-метилпирролидона и направляют в газгольдер 8. Вода, стекающая из гидравлического затвора реактора и из сажеулавливающих аппаратов, содержит 2—3 % сажи, а также малолетучие ароматические соединения. Она поступает в отстойник 9, с верха которого сажу и смолы собирают скребками и направляют на сжигание. Воду из отстойника возвращают в реактор как «закалочный агент», а ее избыток идет на очистку, чем создается замкнутая система водооборота без сбрасывания токсичных сточных вод.
Газ из газгольдера 8 сжимается компрессором 10 до давления 1 МПа, проходя после каждой ступени холодильники и сепараторы, не показанные на схеме. В абсорбере 11 он промывается диметилформамидом или N-метилпирролидоном, а непоглотившийся газ (Н2, СН4, СО, СО2) проходит скруббер 12, где при орошении водным конденсатом улавливается унесенный им растворитель. После этого газ можно использовать в качестве синтез-газа или топлива.
Раствор в кубе абсорбера 11 содержит ацетилен и его гомологи, а также значительное количество близкого к ним по растворимости диоксида углерода с примесью других газов. Он проходит дроссельный вентиль 13 и поступает в десорбер 14 первой ступени. За счет снижения давления до 0,15 МЦа и нагревания куба до 40 °С из раствора десорбируются ацетилен и менее растворимые газы. Ацетилен при своем движении вверх вытесняет из раствора диоксид углерода, который вместе с другими газами и частью ацетилена выходит с верха десорбера, предварительно отмываясь от растворителя водным конденсатом. Эти газы возвращают на компримирование. Концентрированный ацетилен выводят из средней части десорбера 14, промывают в скруббере 15 водой и через огнепреградитель 16 выводят с установки.
Кубовую жидкость десорбера 14, содержащую некоторое количество ацетилена и его гомологов, направляют в десорбер 18 второй ступени, подогревая предварительно в теплообменнике 17. За счет нагревания куба до 100°С из раствора отгоняются все газы, причем из средней части колонны уходят гомологи ацетилена, направляемые затем на сжигание, а с верха — ацетилен с примесью его гомологов, возвращаемый в десорбер первой ступени. В растворителе постепенно накапливаются вода и полимеры, от которых его освобождают на установке регенерации, не изображенной на схеме. Полученный на установке концентрированный ацетилен содержит 99,0—99,5 % основного вещества с примесью метилацетилена, пропадиена и диоксида углерода (по 0,1—0,3%).
Рис. 2. Технологическая схема получения ацетилена окислительным пиролизом метана:
1, 2 — трубчатые печи; 3 —реактор; 4 — скруббер-сажеуловитель; 5 — электрофильтр; 6 — холодильник; 7 — форабсорбер; 8 — газгольдер; 9 — отстойник; 10 — компрессоры; 11— абсорбер; 12, 15 — скрубберы; 13 — дроссельный вентиль; 14, 18 — десорберы; 16 —огнепреградитель; 17 — теплообменник; 19 — кипятильники;
6. Материальный баланс процесса пиролиза природного газа
при окислительном пиролизе протекают следующие реакции:
2СН4↔С2Н2+Н2 – Q (1)
4СН4+3О2↔2С2Н2+6Н2О+Q (2)
СН4+О2↔СО+Н2+Н2О+Q (3)
2СН4+О2↔2СО+4Н2+Q (4)
Данные для расчета
1) Состав технического кислорода, % (об.):
кислород – 98,0;
азот - 1,0;
аргон - 1,0.
2) Число дней отводимых на ремонт – 15.
3) Состав природного газа, % (об.):
СН4 - 97,5;
С2Н6 - 0,16;
СО2 - 0,50;
N2 - 1,80;
высшие углеводороды – 0,04.
4) Мощность установки по С2Н2, тыс.т/год 200;
5) Выход С2Н2 на непрореагировавший метан, % 8,8;
6) Доля СН4 на реакцию (1) 0,72;
7) Распределение СН4 на реакции (3) : (4) 1 : 4.
Часовая производительность установки
Из реакций (1) и (2) следует, что 1 моль С2Н2 получают из 2-х молей СН4, т.е. расход метана на целевые реакции составит
По заданию – выход ацетилена составляет 8,8% на метан, следовательно, количество поступившего на установку метана:
;
Состав газа в %(масс.):
Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность ri каждого компонента:
Масса любого газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е. , где - плотность газа при нормальных условиях.
;
;
Исходя из того, что расход метана, идущего на целевые реакции 29305кг/ч, и доля метана на реакцию (1) составляет 0,72 расход метана на реакции составит:
(1) ;
(2) ;
Количество метана на реакции (3) и (4)
(3)
(4)
Материальный баланс процесса
По реакции (1)
Из 2 моль СН4 – 1моль С2Н2 и 3 моль Н2;
Для ацетилена – ; ;
Для водорода – ; .
По реакции (2)
Из 4 моль СН4 и 3 моль О2 – 2 моль С2Н2 и 6 моль Н2О;
Для ацетилена - ; ;
Для воды - ;
Для кислорода - .
По реакции (3)
Из 1 моль СН4 и 1 моль О2 – 1 моль СО, 1моль Н2О и 1 моль Н2;
Для окиси углерода – ; ;
Для воды – ; ;
Для водорода – ; ;
Для кислорода – ;
По реакции (4)
Из 2 моль СН4 и 1моль О2 – 2 моль СО и 4 моль Н2;
Для окиси углерода – ;;
Для водорода – ; ;
Для кислорода – ;
Расход кислорода (на технический кислород)
Расход чистого кислорода 12 308+96 506+193010=301824 кг/ч;
Расход примесей:
;
;
;
Gтехн.кисл.
Материальный баланс процесса пиролиза метана
П Р И Х О Д |
||||
|
|
кг/ч |
%(масс.) |
Нм3/ч |
%(об.) |
|
Газ |
282460 |
47,81 |
176215 |
44,98 |
|
В том числе: |
|
|||
|
метан |
270568 |
45,80 |
336695 |
85,95 |
|
этан |
734 |
0,12 |
548 |
0,14 |
|
двуокись углерода |
3390 |
0,57 |
1726 |
0,44 |
|
азот |
7768 |
1,31 |
6214 |
1,59 |
|
Кислород технический |
308298 |
52,19 |
215528 |
55,02 |
|
В том числе: |
|
|||
|
кислород |
301824 |
51,09 |
211273 |
53,93 |
|
азот |
2621 |
0,44 |
2097 |
0,54 |
|
аргон |
3853 |
0,65 |
2158 |
0,55 |
|
|
||||
|
ИТОГО: |
590758 |
100,00 |
391743 |
100,00 |
Р А С Х О Д |
||||
|
|
кг/ч |
%(масс.) |
Нм3/ч |
%(об.) |
|
ацетилен |
23810 |
4,03 |
20513 |
1,88 |
|
Побочные продукты |
|
|
|
|
|
окись углерода |
422211 |
71,47 |
337769 |
30,93 |
|
водород |
58240 |
9,86 |
652288 |
59,73 |
|
водяной пар |
68131 |
11,53 |
68131 |
6,24 |
|
Транзитное |
|
|
|
|
|
этан |
734 |
0,12 |
548 |
0,05 |
|
двуокись углерода |
3390 |
0,57 |
1726 |
0,16 |
|
азот |
10389 |
1,76 |
8311 |
0,76 |
|
Примеси |
3853 |
0,65 |
2757 |
0,25 |
|
ИТОГО: |
590758 |
99,99 |
1092043 |
100,00 |
Основные технологические показатели
Конверсия исходного сырья.
Количество метана и кислорода обозначаю Gз , количество ацетилена – Gп. Тогда конверсию сырья в процентах выражается следующим уравнением:
На метан
На кислород
Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к сырью Gc (на метан)
Выход целевого продукта.
Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:
1. По метану стехиометрический коэффициент на 1 т ацетилена:
Расходный коэффициент с учетом селективности
Кр= Кс/ = 0,615 / 0,088= 6,99 т/т продукта.
2. По кислороду стехиометрический расходный коэффициент на 1 т ацетилена:
Расходный коэффициент с учетом селективности
Кр= Кс/ = 0,923 / 0,088 = 10,49 т/т продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
2. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.
3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.
4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.
Страницы: 1, 2
