На головну

Матеріальний баланс конверсії природного газу 1 ступені

  1.  B. Характеристика наявності основних фондів на дату і в середньорічному обчисленні. Баланси основних фондів по повній і залишкової вартості
  2.  IV. АНАЛІЗ СКЛАДУ І СТРУКТУРИ пасивів балансу.
  3.  Аналіз ліквідності балансу на основі даних бухгалтерської звітності на кінець періоду 2007-2009 рр., Тис. Руб.
  4.  Аналіз ліквідності і платоспроможності балансу
  5.  Аналіз фінансового стану засновано на вивченні складу балансу.
  6.  БАЛАНС 14186 БАЛАНС 14186
  7.  Баланс активів і пасивів на початок і кінець періоду

Проведемо розрахунок матеріального балансу конверсії природного газу першого ступеня у виробництві аміаку.

Мета розрахунку матеріального балансу - визначення складу газової суміші на виході з радіантної зони печі.

Матеріальний баланс конверсії 1 ступені проведемо на підставі математичної моделі В. І. Атрощенко і Г. Л. Звягінцева [1, стор. 59 -65].

Відповідно до технології виробництва синтетичного аміаку конверсія газу відбувається в радіантної зоні трубчастої печі. Для захисту каталізатора від отрут сірчистого газу до основного потоку технологічного природного газу додають невеликий обсяг азотоводородной суміші. Це необхідно для попереднього виділення сірчистих сполук в вузлі сіркоочистки. Приймемо кількість АВС, яке додається до природного газу, що дорівнює 10 м3 на 100 м3 природного газу. Склад АВС, одержуваної поділом повітря, візьмемо з літературних даних [1].

Склад природного газу і азотоводородной суміші на вході в реакційну зону наведено в таблиці 3.

Таблиця 3 - Газові потоки на вході в трубчасту піч

 компонент  Технологічний природний газ  азотоводородная суміш  Технологічний ПГ + АВС
 Обсяг, м3  Склад,% об.  Обсяг, м3  Склад,% об.  Обсяг, м3  Склад,% об.
 СН4  97,9  97,9  0,1  89,091
С2Н6  0,4  0,4  0,4  0,364
С3Н8  0,18  0,18  0,18  0,164
С4Н10  0,12  0,12  0,12  0,109
N2  1,4  1,4  2,454  24,54  3,854  3,504
Н2  7,416  74,16  7,416  6,742
 Ar  0,03  0,3  0,03  0,027
 всього  100,000

У трубах печі частина природного газу конвертує по ендотермічної реакції (1), а частина утворився СО перетворюється по ендотермічної реакції (4).

У процесі конверсії СН4 окислюється водяною парою, СО2 і Про2 по реакціях (1) - (4):

СН4 + Н2Про «СО + 3Н2, DН = 206,4 кДж (1)

СН4 + СО2 «2СО + 2Н2, DН = 248,3 кДж (2)

СН4 + 0,5о2 «СО + 2Н2, DН = -35,6 кДж (3)

СО + Н2Про «СО2 + Н2, DН = -41,0 кДж (4)

Співвідношення між СО та СО2 у вихідному газі визначається константою рівноваги реакції (4), оскільки реакція (1) не досягає стану рівноваги через те, що частина метану залишають для перетворення на другому ступені конверсії.

Розкладання гомологів метану відбувається по реакціях:

С2Н6 + 2Н2Про «2СО + 5Н2, (5)

С3Н8 + 3Н2Про «3СО + 7Н2, (6)

С4Н10 + 4Н2Про «4СО + 9Н2, (7)

Введемо позначення невідомих обсягів, м3:

Х - обсяг прореагировавшего метану по реакції (1);

Y - обсяг прореагировавшего СО по реакції (4) до моменту приходу системи в стан рівноваги;

V - загальний обсяг сухого газу на виході;

?СН4, ?Н2О , ?Н2 , ?СО , ?СО2 - Обсяги відповідних компонентів в газі на виході.

Висловимо обсяги компонентів ПГС на виході з труб реактора з урахуванням реакції (1) і (4), реакцій конверсії (5) - (7).

?СН4 = 98 - х

?С2Н6 = ?С3Н8 = ?С4Н10 = 0

За рівняння (5):

На конверсію 0,4 м3 етану витрачається 2 • 0,4 = 0,8 м3 води.

За рівняння (6):

На конверсію 0,18 м3 пропану витрачається 3 • 0,18 = 0,54 м3 води.

За рівняння (7):

На конверсію 0,12 м3 бутану витрачається 4 • 0,12 = 0,48 м3 води.

За рівняння (4):

Так як обсяг прореагировавшего СО дорівнює y, то витрата води також дорівнює y.

Вихідний обсяг водяної пари 2,3 • 100 = 230 м3.

тоді:

?Н2О = 230 - х - 0,8 - 0,54 - 0,48 - y = 228,18 - х - y

Аналогічно висловимо обсяг З і водню:

?СО = Х + 0,8 + 0,54 + 0,48 - y = х - y + 1,82

?Н2 = 3х + 2 + 1,26 + 1,08 + y = 3х + y + 4,34

?СО2 = y

?N2 = 3,854

?Аr = 0,03

Тоді обсяг сухого газу на виході:

V = 3х + y + 108,044

У виробництві аміаку після першого ступеня конверсії (ступінь конверсії близько 0,69) вміст метану в газі більше ніж рівноважне і становить від 9 до 11%. Тоді обсяг метану, що залишився в газі:

?СН4 = 0,09 • V

тоді:

98 - х = 0,09 (3х + y + 108,044)

х = 69,5087 - 0,0709y

Висловимо константу рівноваги реакції (4) при температурі 700 0З через парціальні обсяги:

Залежність константи рівноваги К від температури виражається рівняннями [2]:

 , (8)

За рівняння (8) знаходимо константу рівноваги реакцій (4):

К = 1,58

тоді

Позбудемося невідомого і після перетворень приходимо до рівняння:

0,7847526 • y2 - 586,05y + 17882,149 = 0

y1 = 31,873 м3

y2 = 714,922 м3

Перший корінь задовольняє фізичним змістом. Обчислимо обсяг прореагировавшего метану:

х = 69,5087 - 0,0709 • 31,873 = 67,2489 м3

Розрахуємо обсяги компонентів на виході:

?СН4 = 30,7511 м3

?Н2О = 129,0581 м3

?СО = 37,1959 м3

?Н2 = 237,9597 м3

?СО2 = 31,873 м3

?N2 = 3,854 м3

?Аr = 0,03 м3

Обчислимо обсяг сухого газу:

V = 341,6637 м3

Для газу на виході з печі об'ємне співвідношення пар: сухий газ одно: 129,0581: 341,6637 = 0,3777

Складемо зведену таблицю для конвертованого газу.

Таблиця 4 - Обсяг і склад газу після конверсії першого ступеня в розрахунку на 100 м3 технологічного природного газу

 компонент  вологий газ  Сухий газ, склад,% об.
 Обсяг, м3  Склад,% об.  Обсяг, м3
 СН4  30,7511  6,533  9,000
 СО  37,1959  7,902  10,887
 СО2  31,873  6,771  9,329
N2  3,854  0,819  1,128
Н2  237,9597  50,552  69,647
 Ar  0,03  0,006  0,009
Н2О  129,0581  27,417 -
 Всього вологого газу  470,7218  100,000 -
 Всього сухого газу  341,6637 -  100,000

Перерахуємо обсяги компонентів на маси на вході і на виході з печі за формулою:

 (9)

де V - об'єм компонента газової суміші, м3; M - молярна маса компонента суміші, кг \ кмоль.

Матеріальний баланс конверсії природного газу в трубчастої печі у виробництві синтетичного аміаку представлений в таблиці 5.

Таблиця 5 - Матеріальний баланс процесу конверсії природного газу в трубчастої печі

 компонент  На вході в апарат  На виході з апарату
 кг  % Мас.  кг  % Мас.
 СН4  70,00  26,8  21,97  8,4
С2Н6  0,54  0,2 - -
С3Н8  0,35  0,1 - -
С4Н10  0,31  0,1 - -
 СО - -  46,49  17,8
 СО2 - -  62,61  24,0
N2  4,82  1,8  4,82  1,8
Н2  0,66  0,3  21,25  8,1
 Ar  0,05  0,0  0,05  0,0
Н2О  184,82  70,7  103,71  39,8
 всього  261,55  100,0  261,69  100,0

 



© um.co.ua - учбові матеріали та реферати