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

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