Технология процесса высокотемпературной конверсии углеводородов
Технологическая схема высокотемпературной конверсии мазута представлена на рис. 5. Рис. 5. Технологическая схема высокотемпературной конверсии мазута 1. Блок рекуперации тепла, 2. Конвертор, 3. Скруббер-сажеуловитель, 4. Отстойник, 5. Теплообменник, 6. Конвертор оксида углерода, 7. Блок очистки от диоксида углерода, 8. Холодильник
Мазут под давлением 2 – 4 МПа подогревается до 500 – 800°С в блоке 1 рекуперации тепла горячих газов конверсии. Этот блок состоит из теплообменников и котла-утилизатора. Подогретый мазут вводят через форсунки в смеситель конвертора 2, куда подают смесь кислорода с водяным паром. В рубашке конвертора, необходимой для охлаждения его корпуса, генерируется пар того же давления, при котором проводится конверсия. Горячие газы конверсии поступают в блок 1 рекуперации тепла. Затем из газов выделяют сажу, для чего большей частью промывают их циркулирующей водой в скруббере 3. Вода с сажей стекает в отстойник 4, куда добавляют легкую нефтяную фракцию, способную к коагуляции и извлечению сажи из водного слоя. Углеводородную суспензию сажи используют по-разному: отфильтровывают и сжигают, возвращая нефтяную фракцию на извлечение сажи, а в других случаях направляют в виде суспензии в мазуте на конверсию. Загрязненную воду из отстойника 4 возвращают на улавливание сажи в скруббер 3. После отделения сажи газ направляют на очистку от и . Нередко требуется изменить соотношение :CO в газе в пользу водорода. Для этого служит блок конверсии оксида углерода: газ подогревают в теплообменнике 5 до 400°С, добавляют соответствующее количество пара высокого давления высокого давления и направляют смесь в конвертор, где на сплошном слое катализатора (оксиды железа, хрома и магния) происходит частичная конверсия оксида углерода (СО + ↔ ). Полученный синтез-газ с требуемым соотношением :СО отдает тепло поступающему на конверсию газу в теплообменнике 5, очищается от в блоке 7 и направляется потребителю. На получение 1000 м³ смеси СО + : расходуется 250 кг мазута (или 380 м³ природного газа), 250 – 270 м³ кислорода и 60 кг водяного пара. При этом в котле-утилизаторе вырабатывается 850 – 900 кг пара высокого давления.
2.2.2 Газификация угля
Газификация угля была первым способом получения синтез-газа, вытесненным затем методом его производства из углеводородов. В перспективе, в связи с растущим дефицитом и удорожанием нефти и природного газа, этот процесс вновь должен занять важное место, являясь наиболее целесообразным путем переработки угля в химические продукты. Получение синтез-газа из угля основано на взаимодействии с ним водяного пара по обратимой эндотермической реакции:
С + Н2О ↔ СО + Н2 ,
Ее равновесие смещается вправо при 1000 – 1100°С, когда доста точно высокой является и скорость реакции. При подаче только пара уголь постепенно охлаждается, поэтому раньше процесс проводили с чередованием стадий парового дутья и разогрева угля путем его частичного сжигания при воздушном дутье. Позже стали применять непрерывный способ с паро-кислородным дутьем, когда в газогенераторе одновременно протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс процесса. Кроме того, происходит конверсия оксида углерода водяным паром, причем состав газа близок к равновесному:
СО + Н2О- ↔ СО2 + Н2
Первоначально газификацию угля проводили при давлении, близком к атмосферному, что не обеспечивало высокой производительности установок. Позже по тем же причинам, как и при конверсии углеводородов, перешли к газификации при 2 - 3 МПа. В разрабатываемых сейчас газогенераторах наиболее обещающими являются две конструкции. Рис. 6. Газогенератор для парокислородной конверсии угля со сплошным слоем кускового угля В первой из них (рис. 6) работают со сплошным слоем мелкокускового угля, перемещающегося сверху вниз по мере выгорания его нижних слоев. При этом уголь и газ движутся противотоком, обеспечивая наилучшее распределение разных стадий процесса по высоте генератора и рациональное использование тепла. Газ в нижней части вначале подогревается раскаленными остатками газификации, выше, ввиду более быстрой реакции с кислородом, располагается зона горения и еще выше - зоны газификации, коксования и подсушки угля.
Рис. 7. Газогенератор секционированный для парокислородной конверсии угля с псевдоожиженным слоем угля
Во второй системе (рис. 7) применяют мелкоизмельченный уголь, находящийся в токе газов в псевдоожиженном состоянии. Для создания противотока газа и угля газогенератор разделен на несколько секций, в которых происходят соответствующие стадии. Все генераторы футерованы огнеупорным кирпичом и имеют водяную рубашку. Синтез-газ выходит из генераторов при 700 – 800°С, проходит системы утилизации тепла, очистки от смол, сернистых соединений и ; после этого его направляют потребителю. Недостатками газификации угля по сравнению с конверсией углеводородов являются большие капиталовложения на стадиях измельчения и транспортирования угля и более сложная система очистки газа. В настоящее время разрабатываются агрегаты большой мощности с комплексной энерготехнологической системой переработки продуктов и утилизации тепла.
3. Использование синтез-газа в органическом синтезе
Сегодня синтез-газ используется в химической промышленности для получения различного сырья. Кроме этого, он также используется в качестве экологически чистого источника тепла и энергии. Сжигая синтез-газ можно получить достаточно большое количество тепла, которое можно использовать в самых различных целях. Кроме этого, синтез газ используется в качестве исходного сырья для метилового спирта и синтетического жидкого топлива, которое по своим характеристикам ни в чем не уступает традиционному. Основными сферами применения синтез-газа является получение оксида углерода и водорода, синтез метанола, оксосинтез, синтез Фишера-Тропша. Процесс Фишера — Тропша — химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива, например, из угля. Процесс получения. Первая стадия процесса Фишера-Тропша состояла в получении синтез-газа из твердых углеводородов (обычно каменного угля): Для этого сквозь слой раскаленного каменного угля продували перегретый водяной пар. Продуктом являлся так называемый «водяной газ» — смесь угарного газа (монооксид углерода) и свободного водорода. Далее процесс Фишера — Тропша описывается следующим химическим уравнением: Смесь монооксида углерода (угарный газ) и водорода называется синтез-газ, встречается термин «водяной газ». Получаемые углеводороды очищают для получения целевого продукта — синтетического бензина. Получение более тяжелых топлив методом Фишера-Тропша очень накладно из-за быстрого отравления катализатора. Углекислый газ и монооксид углерода образуются при частичном окислении угля и древесного топлива. Польза от этого процесса преимущественно в его роли в производстве жидких углеводородов или водорода из твёрдого сырья, такого как уголь или твёрдые углеродсодержащие отходы различных видов. Неокислительный пиролиз твёрдого сырья производит синтез-газ, который может быть напрямую использован в качестве топлива, без преобразования по процессу Фишера-Тропша. Если требуется жидкое, похожее на нефтяное топливо, смазка или парафин, может быть применён процесс Фишера-Тропша. Наконец, если требуется увеличить производство водорода, водяной пар сдвигает равновесие реакции, в результате чего образуются только углекислый газ и водород. Таким образом появилась возможность получать жидкое топливо из газового. Альтернативные технологии получения качественных моторных топлив включают стадии газификации твердого сырья в смесь CO и H2 и последующего синтеза углеводородных смесей, используемых в качестве бензина, дизельного топлива или компонентов моторных топлив по схеме (рис. 8). Рис. 8. Схема получения продуктов из твердого органического сырья через синтез-газ.
Жидкие продукты процесса Фишера-Тропша, образующиеся из синтез-газа на промотированных железных или кобальтовых катализаторах, содержат преимущественно неразветвленные парафиновые углеводороды. Фракции этих жидких продуктов могут использоваться в качестве дизельных и турбинных топлив с минимальной переработкой. Осуществление процесса Фишера – Тропша в жидкой фазе с использованием суспензии катализатора дает возможность перерабатывать синтез-газ с высоким содержанием CO в качественные жидкие топлива. Применение синтез-газа с высоким отношением CO позволяет исключить стадию конверсии CO водяным паром, которая обычно используется для получения дополнительного количества , и повысить термическую эффективность процесса. В таблице 1 представлены данные о продуктах, получаемых на основе синтез-газа.
Заключение
Сегодня производство синтез-газа постоянно совершенствуется, поскольку востребованность данного сырья неизменно растет с каждым годом. В настоящее время учеными разрабатываются проекты подземной газификации угля, то есть планируется, что получение синтез-газа будет происходить непосредственно в пласте угля глубоко под землей. Интересен тот факт, что подобную идею уже высказывал известнейший русский ученый Д.И. Менделеев, причем более 150 лет назад. Также благодаря современным разработкам сегодня синтез-газ научились получать газификацией не только угля и нефти, но и более нетрадиционных источников углерода, вплоть до бытовых и сельскохозяйственных отходов. Таким образом, сегодня мусороперерабатывающие заводы способны добывать такое ценное сырье как синтез газ в процессе утилизации отходов. Наиболее выгодным процессом крупнотоннажного получения синтез-газа остается паровая конверсия метана.
Список используемой литературы
1. Габриэлян О. С., Остроумов И. Г. Химия. М., Дрофа, 2008; 2. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М., Химия. 1988. – 592 с.; 3. Исаев О.В., Корчак В.Н., Крылов О.В. и др. Кинетика и катализ 2000, т. 45, № 11, с. 178─201; 4. Томишиге К., Химено И., Ямазаки О. и др. Кинетика и катализ 1999, т. 40, № 3, с. 432─439. 5. Н. И. Курбатов, А. К. Зайце ─ Конверсия природного газа в жидкое топливо // журнал «Потенциал», 1996. № 11. С. 44─52. 6. Кузнецов Б. Н. Новые подходы в химической переработке углей // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 6. С. 50─58.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2416)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |