Курсовая работа

Скачать 136.44 Kb.

Название	Курсовая работа
Дата публикации	04.12.2014
Размер	136.44 Kb.
Тип	Курсовая

100-bal.ru > Химия > Курсовая

Курсовая работа

Получение синтез-газа каталитической конверсией углеводородов

Содержание

стр.

Введение 3

1. Теоретические основы процесса конверсии углеводородов 4

2. Аппаратурное оформление процесса конверсии углеводородов 6

3. Технологическая часть процесса конверсии углеводородов 9

Список литературы 12

Введение
Первые органические вещества, с которыми познакомился человек, были выделены из растительных и животных организмов или из продуктов их жизнедеятельности. Каждый растительный или животный организм представляет собой своеобразную химическую лабораторию в которой протекает множество сложнейших реакций, приводящих к образованию огромного числа органических веществ, как весьма простых (например, метан, муравьиная, щавелевая кислоты и т. п.), так и самых сложных (например, алкалоиды, стероиды, белки).

Характерной чертой органического синтеза у растений является накопление потенциальной химической энергии путем превращения в нее энергии солнечных лучей. С помощью хлорофилла на свету растения синтезируют сложнейшие органические соединения из самых простых химических веществ, в конечном счете, из двуокиси углерода, улавливаемой из воздуха, из воды и из минеральных солей, находящихся в почве. По всей вероятности, первичными продуктами фотосинтеза являются углеводы, которые в дальнейшем превращаются в жиры и белковые вещества растительных организмов. Фотосинтез у растений сопровождается выделением кислорода, который, как теперь точно установлено, образуется не из двуокиси углерода, а из воды. Таким образом, путем фотосинтеза в растениях происходит накопление сложных органических веществ. Естественно, что растения в большей мере, чем животные, служат первоисточником получения органических веществ.

Особенно богатым источником органических веществ являются древесные растения.

Наиболее давно известны термические методы переработки древесины, приводящие к разрушению содержащихся в ней сложных органических веществ с образованием более простых соединений.

1. Теоретические основы процесса конверсии углеводородов
Химическое производство основано на использовании в качестве сырья доступных, относительно дешевых, широко распространенных или возобновляющихся материалов. Наиболее важными природными источниками углеводородов являются природный и попутный нефтяной газы, нефть и каменный уголь. Особое внимание в последнее время также уделяется использованию отходов сельскохозяйственного производства, вторичной переработке промышленных и бытовых отходов.

1. Состав природного и попутного нефтяного газов

Запасы природного газа на нашей планете велики. Природный газ представляет собой смесь газов, состав которой в значительной мере определяется месторождением. Однако в любом случае основным компонентом является метан, объемная доля которого колеблется от 70 до 98%. Остальные компоненты – это этан, пропан, бутан, изобутан, неорганические газы (азот, углекислый и благородный газы). Чем больше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержание в природном газе.

Попутный нефтяной газ растворен в нефти или находится над ней, образуя своеобразную «газовую шапку». В процессе добычи нефти его отделяют и используют в качестве топлива или химического сырья. В попутном газе содержится значительно меньше метана и больше его гомологов, чем в природном газе.

Для практических целей попутный газ разделяют на фракции: газовый бензин (смесь пентана, гексана и других алканов), пропан-бутановая фракция (смесь пропана и бутана) и сухой газ (сходен по составу с природным).

В органическом синтезе применяют как чистый оксид углерода, так и его смеси с водородом (синтез – газ) в объемном отношении от 1:1 до 2 – 2,3:1. Оксид углерода СО представляет собой бесцветный трудно сжижаемый газ ( температура конденсации при атмосферном давлении – 192⁰С, критическое давление 3,43 МПа, критическая температура – 130⁰С). С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах концентраций 12,5 – 74 % (об.). Оксид углерода является весьма токсичным веществом, его предельно допустимая концентрация (ПДК) в производственных помещениях составляет 20 мг/м³. Обычные противогазы его не адсорбируют, поэтому применяют противогазы изолирующего типа или имеющие специальный гопкалитовый патрон, в котором находятся оксиды марганца, катализирующие окисление СО и СО₂. Оксид углерода слабо сорбируется не только твердыми телами, но и жидкостями, в которых он мало растворим. Однако некоторые соли образуют с ним комплексы, что используют для сорбции оксида углерода водно-аммиачными растворами солей одновалентной смеси.

Водород – второй компонент синтез – газа – наиболее трудно сжижаемый газ (температура конденсации при атмосферном давлении – 252,8⁰С). Образует с воздухом взрывоопасные смеси в пределах 4,0 – 75 % (об.) Н₂. Наряду с высокой взрывоопасностью оксида углерода это предъявляет повышенные требования к технике безопасности при производстве синтез-газа, а также в цехах, где он служит сырьем для органического синтеза.

Для производства синтез-газа вначале использовали уголь. Затем преобладающее значение получила конверсия углеводородов, которую осуществляют в двух вариантах: каталитическом и высокотемпературном. Сырьем для нее может служить метан или природный газ, а также жидкие фракции нефти.

2. Применение

При сгорании предельных углеводородов выделяется большое количество тепла, поэтому природный газ является самым эффективным и дешевым топливом для теплоэлектростанций, котельных установок, доменных и стекловаренных печей. Кроме того, при сгорании метана воздух практически не загрязняется вредными веществами.

Метан природного и попутного нефтяного газов является важным сырьем для химической промышленности. Конверсией метана получают синтез-газ, а на его основе – метанол и синтетический бензин:
СН₄ + Н₂О

СО + 3Н₂
СО + 2Н₂

СН₃ОН
nСО + (2n + 1)Н₂

С_nН₂_n₊₂ + nН₂О
Из метана получают ацетилен, водород, сажу, галогенопроизводные:
2СН₄

C₂Н₂ + 3Н₂

СН₄

С + 2Н₂
СН₄ + CI₂

CH₃CI + НCI
Гомологи метана, содержащиеся в природном и, главным образом, в попутном нефтяном газах, после разделения на индивидуальные углеводороды идут на получение алкенов и далее полимеров. Пропан-бутановая фракция в сжиженном виде используется как бытовое топливо и топливо для карбюраторных двигателей автомобилей. Газовый бензин, получаемый из попутного газа, также является основой низкосортных бензинов.

2. Аппаратурное оформление процесса конверсии углеводородов

Основная реакция, лежащая в основе этого метода, состоит в конверсии углеводородов водяным паром на катализаторе Ni на AI₂O₃:

СН₄ + Н₂О ↔ СО + 3Н₂
Реакция сильно эндотермична, и ее равновесие смещается вправо лишь при повышении температуры. Чтобы увеличить степень конверсии метана, ведут процесс при 800 – 900°С в избытке водяного пара. При атмосферном давлении этот избыток невелик (2:1), но повышение давления неблагоприятно влияет на состояние равновесия, и в этом случае приходится работать с объемным отношением пара к метану ≈ 4:1.

Кроме конверсии метана протекает также конверсия оксида углерода:

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

Эта реакция экзотермична, и ее равновесие при повышении температуры смещается влево, причем избыток водяного пара вызывает повышенное образование диоксида углерода. Конверсия оксида углерода протекает быстро, и состав конвертированного газа определяется ее равновесием.

При конверсии метана водяным паром получается газ с большим отношением Н₂:СО (как минимум 3:1), в то время как для органического синтеза требуется синтез-газ с отношением Н₂:СО от 1:1 до (2 ÷ 2,3):1. Этого отношения можно добиться, подвергая конверсии жидкие углеводороды:
- СН₂ - + Н₂О ↔ СО + Н₂
и добавляя при конверсии к водяному пару диоксид углерода, который также конвертирует углеводороды:
СН₄ + СО₂ ↔ 2СО + 2Н₂

Реакция эндотермична, и ее равновесие смещается вправо при достаточно высокой температуре. Она протекает медленнее, чем конверсия водяным паром.

Ввиду высокой эндотермичности конверсию углеводородов проводят в трубчатых печах (рис. 1). Исходное сырье подают в трубы, заполненные гетерогенным катализатором и обогреваемые топочным газом, причем теплопередача осуществляется главным образом за счет излучения (радиантные печи). Недостатки этой системы - большая потребность в жаростойких трубах и малое полезное использование объема печи, в которой катализатор занимает очень небольшую часть.

Рис. 1 Трубчатая печь
По этим причинам была разработана другая система, в которой эндотермические реакции конверсии совмещены с экзотермическим процессом сгорания части углеводорода при подаче в конвертор кислорода, благодаря чему суммарный процесс становится немного экзотермическим. Расчеты показывают, что для этой цели на конверсию надо подавать смесь СН₄ и О₂ в отношении 1 : 0,55, находящуюся вне пределов взрываемости, которые тем более не достигаются из-за разбавления смеси водяным паром. Объемное отношение последнего к метану в этом случае можно брать более низким, чем в отсутствии кислорода, а именно от 1:1 до (2,5÷3):1 в зависимости от применяемого давления. Этот процесс окислительной, или автотермической конверсии получил большое распространение. Он не требует подвода тепла извне и осуществляется в шахтных печах со сплошным слоем катализатора (рис. 2).

Рис. 2 Шахтная печь окислительной конверсии

Корпус конвертора футерован огнеупорным кирпичом и имеет охлаждающую водяную рубашку, в которой генерируется пар. В верхней части конвертора имеется смеситель, куда подают смеси СН₄ + Н₂О и О₂ + Н₂О. Смеситель должен обеспечить гомогенизацию смеси в условиях, исключающих взрыв или воспламенение. Сгорание метана протекает примерно в 10 раз быстрее конверсии, поэтому в верхних слоях катализатора температура быстро повышается до максимума (1100 – 1200⁰С) и затем падает (до 800 – 900⁰С) на выходе из печи. По сравнению с конверсией в трубчатых печах при этом методе устраняется потребность в жаростойких трубах, конструкция реактора становится очень простой и большая часть его объема полезно используется для размещения катализатора. При окислительной конверсии в получаемом газе несколько возрастает количество СО.

3. Технологическая часть процесса конверсии углеводородов
Процесс состоит из нескольких стадий: подготовки сырья, конверсии, утилизации тепла, очистки газа от СО₂. При подготовке сырья следует иметь в виду, что никелевый катализатор чувствителен к отравлению органическими соединениями серы, содержание которых в углеводороде ограничивают величиной 1 мг S в 1 м³. Сырье, не удовлетворяющее этим условиям, нужно очищать, для чего подвергают каталитическому гидрообессериванию с последующим удалением образовавшегося сероводорода. Стадия подготовки сырья включает также компримирование газа, смешение его с водяным паром и предварительное нагревание смеси.

Принципиальная схема окислительной конверсии метана (или природного газа) при высоком давлении приведена на рис. 3.

Исходный метан, очищенный от сернистых примесей, сжимают турбокомпрессором 1 до 2 – 3 МПа и смешивают с необходимым количеством водяного пара и СО₂. Смесь подогревают в теплообменнике 2 до 400⁰С частично охлажденным конвертированным газом и подают в смеситель конвертора 6, куда поступает предварительно приготовленная смесь кислорода с равным объемом водяного пара. Конвертор охлаждается кипящим в рубашке конденсатом; при этом генерируется пар давлением 2 – 3 МПа, который отделяют в паросборнике 5. Тепло горячего конвертированного газа, выходящего из конвертора при 800 – 900⁰С, используют в котле-утилизаторе 4 для получения пара высокого давления, направляемого затем в линию пара соответствующего давления или используемого для привода турбокомпрессора. Тепло частично охлажденного газа утилизируют для предварительного подогревания смеси в теплообменнике 2 и в теплообменнике 3 для нагревания водного конденсата, питающего котел-утилизатор. Окончательное охлаждение газа осуществляют в скруббере 7 водой, циркулирующей через холодильник 8.

Полученный на этой стадии синтез-газ в зависимости от требований к соотношению СО и Н₂ содержит 15 – 45 % (об.) СО, 40 – 75 % (об.) Н₂, 8 – 15 % (об.) СО₂, 0,5 % (об.) СН₄ и по 0,5 – 1 % (об.) N₂ и Ar. Этот газ очищают от СО₂, для чего применяют абсорбцию водой под давлением, хемосорбцию водным раствором моноэтаноламина или карбоната калия. При нагревании и снижении давления происходят обратные превращения и выделяется СО₂, а раствор регенерируется:
CH₂OHCH₂NH₂ + CO₂ ↔ CH₂OHCH₂NH₂∙CO₂
K₂CO₃ + CO₂ + H₂O ↔ 2KHCO₃

Рис. 3. Технологическая схема окислительной конверсии природного газа при высоком давлении

1. Турбокомпрессор, 2, 3, 10. Теплообменник, 4. Котел-утилизатор, 5. Паросборник, 6. Конвертор, 7. Скруббер, 8. Холодильник, 9. Абсорбер, 11. Десорбер, 12. Дроссельный вентиль, 13. Кипятильник

Конвертированный газ поступает в абсорбер 9, где поглощается диоксид углерода, а очищенный газ направляют затем потребителю. Насыщенный абсорбент подогревается в теплообменнике 10 горячим регенерированным раствором и поступает в десорбер 11, с низа которого абсорбент направляют через теплообменник 10 вновь на поглощение СО₂ в абсорбер 9. Диоксид углерода с верха десорбера 11 компримируют до соответствующего давления и возвращают на конверсию, смешивая перед теплообменником 2 с природным газом и водяным паром.

На получение 1 м³ очищенного синтез-газа расходуется 0,35 – 0,40 м³ природного газа, 0,2 м³ технического кислорода и в зависимости от применяемого давления и добавки СО₂ от 0,2 до 0,8 кг водяного пара.

Список литературы
1. Габриэлян О. С., Остроумов И. Г. Химия. М., Дрофа, 2008;

2. Чичибабин А. Е. Основные начала органической химии. М., Госхимиздат, 1963. – 922 с.;

3. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М., Химия. 1988. – 592 с.;

4. Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза. М., 1973. – 448 с.;

5. Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. М., «Химия», 1968.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Курсовая работа на тему : Формирование рынка ценных бумаг в Украине Курсовая работа содержит 38 листов, 2 рисунка, 2 таблицы и было использовано 11 источников		Курсовая работа Курсовая работа оформляется в виде электронного файла и прикрепляется к своей странице в системе мониторинга нир. Распечатывать работу...
	Курсовая работа по дисциплине Электромагнитная совместимость систем... Курсовая работа состоит из 20 с, в которых содержаться: 3 рисунка, 3 таблицы, 6 формул и 4 ссылки на литературу		Курсовая работа по дисциплине «Предпринимательское право» Курсовая работа имеет целью систематизацию, закрепление и расширение теоретических знаний, углубленное изучение и решение студентом...
	Курсовой работы. Составитель: доцент Корляков А. С. Екатеринбург... Курсовая работа самостоятельная работа студента, выполняемая в соответствии с типовой программой учебного процесса по подготовке...		Рекомендации к оформлению курсовой и дипломной работы по истории искусства. Курсовая работа Курсовая работа задание, которое выполняется студентами в определённый срок и по определённым требованиям. Защита курсовых работ...
	Курсовая работа является обязательным видом итогового контроля по... Курсовая работа – это первый этап в самостоятельном теоретическом осмыслении материала, накопленного в ходе обучения в университете,...		Курсовая работа на тему «Открытый урок» Данная курсовая работа выполнена для того, чтобы учителя русского языка и литературы могли использовать разработанные мною уроки...
	Курсовая работа учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся... Курсовая работа: Учебно-методическое пособие / Автор составитель Е. М. Крупеня. М.: 30 с		Курсовая работа учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся... Курсовая работа: Учебно-методическое пособие / Автор составитель Е. М. Крупеня. М.: 30 с
	Методические указания к написанию курсовых работ курсовая работа Курсовая работа является важнейшим элементом самостоятельной работы студентов. Основной целью курсовой работы является создание и...		Курсовая работа Разработка проекта аис на примере муз «Городская больница» Курсовая работа является одним из видов учебных занятий и выполняется в соответствии с учебным планом специальности. При написании...
	Курсовая работа Формирование понятия «плазма» Реферат, курсовая Методика формирования понятия Плазма в школьном курсе физики. Скачать		Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические... Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект)...
	Реферат Данная курсовая работа по дисциплине «Расчет и конструирование... Данная курсовая работа по дисциплине «Расчет и конструирование пластмассовых изделий и форм» содержит 38 листов печатного текста,...		Реферат, курсовая работа, выпускная квалификационная работа Гост 32-2001 «Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления»

Курсовая работа

Похожие: