Разработка метода оптимизации рабочих параметров установок для конверсии метана

• Автор: Финк, Анатолий Викторович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.0Б30Р ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ. ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 .Эндотермические генераторы и трубчатые печи

1.1.1.Эндотермические генераторы с электрическим обогревом

1.1.2.Эндотермические генераторы с газовым обогревом

1.1.3. Трубчатые печи

1.2. Кинетические закономерности процесса воздушной и паровой

конверсии природного газа и оксида углерода

1.2.1. Паровая конверсия метана
1.2.2. Паровая конверсия оксида углерода (реакция водяного газа)
1.3. Равновесные концентрации продуктов паровой и воздушной конверсии природного газа (метана) и оксида углерода водяным
паром
1.4. Гидродинамика кипящего слоя. Теплообмен поверхностей с кипящим слоем
1.4.1. Гидродинамика кипящего слоя
1.4.2. Теплообмен поверхностей с кипящим слоем
1.5. Окисление и восстановление дисперсного алюмоникелевого катализатора в кипящем слое реактора
1.6. Кинетические закономерности при гетерогенных химических процессах на поверхности дисперсного катализатора в кипящем

1.7. Альтернативные способы подвода теплоты в реакционный объем каталитических промышленных аппаратов
1.7.1. Реакторы с вторичным сжиганием части продукта
1.7.2. Реакторы с циркулирующим дисперсным теплоносителем
1.8. Разделение газовых смесей в абсорберах и центрифугах
1.8.1. Разделение газовых смесей в абсорберах
1.8.2. Разделение газовых смесей в центрифугах
Задачи исследования
ГЛАВА 2.0ПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ
ГЕНЕРАТОРОВ С ЦЕЛЬЮ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА
2.1. Оптимизация параметров работы эндотермических генераторов с
газовым обогревом

2.2. Оптимизация параметров работы эндотермических генераторов с электрическим обогревом
2.3. Погрешность экспериментальной методики
ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ С
ЦЕЛЬЮ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА
3.1. Оптимизация параметров трубчатой печи при производстве восстановительного газа
3.2. Оптимизация параметров трубчатой печи при производстве водорода
ГЛАВА 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЯДА
СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТОВ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА
5.1 Оптимизация параметров работы реактора с кипящим слоем дисперсного катализатора и частичным дожиганием продуктов конверсии метана
5.2. Оптимизация параметров реактора с кипящим слоем катализатора
для проведения реакции паровой конверсии оксида углерода юз
ГЛАВА 6. РАЗДЕЛЕНИЕ С02 и Н
6.1. Отделение С02 от продуктов конверсии в абсорбере
6.2. Отделение С02 от продуктов конверсии в центрифуге
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение 1. Расчет полупромышленной установки с кипящим
слоем для производства водорода. Расчет параметров среды в
эндотермическом реакторе при оптимальных параметрах
Приложение 2. Расчет геометрических размеров эндотермического реактора и определение расходов метана, водяного пара, воздуха и
продуктов конверсии
Приложение 3. Расчет параметров среды в экзотермическом реакторе
и определение его геометрических размеров
Приложение 4. Отделение углекислого газа от водорода в
абсорбционной установке
Приложение 5. Отделение углекислого газа от водорода в
центрифуге
Приложение 6. Расчет экономической эффективности от оптимизации работы эндогенераторов

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Индексы:
пк - продукты конверсии;
пг - природный газ, метан;
пс - продукты сгорания.
а - удельная поверхность насадки в абсорбере (кольца Рашига), м2/м3;
спк. Отс. спг> св - удельные теплоемкости продуктов конверсии, сгорания, природного газа (метана) и воздуха, кДж/(кг-К);
О- - коэффициент диффузии СОг в Н2, м2/с;
с1 - диаметр центрифуги, м;
с1г - диаметр частицы катализатора, м;
СПк - производительность реактора на полное сечение, кг/с;
/г - высота центрифуги, м;
К - коэффициент теплопередачи, кВт/ (м2-К);
К - константа скорости взаимодействия метана с водяным паром, С02 или их смесью на алюмоникелевом катализаторе, м3/(с-м2), при реальных параметрах;
К2 - константа скорости прямой реакции конверсии СО водяным паром на железохромовом катализаторе, м3/(с-м2), при реальных параметрах;
А'з - константа скорости обратной реакции конверсии СО водяным паром, м3/(с-м2), на железохромовом катализаторе, при реальных параметрах, при реальных параметрах;
К2 и - константа скорости прямой и обратной реакции конверсии СО водяным паром на алюмоникелевом катализаторе, м3/(с-м2), при реальных параметрах;
(АГЬс)ь - коэффициент газообмена пузыря с частицами в облаке и шлейфе,

Ку - коэффициент массопередачи от углекислого газа к абсорбенту, м/с;

Рг - парциальное давление легкого компонента на стенке центрифуги, Па; гт - концентрация легкого компонента у стенки центрифуги, м3/м3;
Т - температура в центрифуге, К п - частота вращения ротора центрифуги, 1/с; сі - диаметр центрифуги, м;
/?0 - 8314, Дж/кг-моль;
цт и цл - молекулярные массы тяжелого и легкого компонентов в смеси, г/моль;
рсм - средняя плотность смеси у стенки центрифуги, кг/м3, при н.у.;
Р* - парциальное давление легкого газа на оси центрифуги, Па; Р0-атмосферное давление, Па;
1г - высота центрифуги, м;
О - коэффициент диффузии легкого компонента в тяжелом, м2/с; ц - КПД центрифуги;
* - 831%л>
Настоящий обзор современного состояния экспериментальных и теоретических исследований процессов и аппаратов для производства технологических атмосфер - эндотермических генераторов и трубчатых печей показал;
1. Нет надежных методов расчета оптимальных параметров работы эндотермических генераторов с электрическим и газовым обогревом реторты и трубчатых печей с плотным слоем катализатором;
2. Отсутствуют модели реакторов для производства продуктов воздушной и паровой конверсией природного газа;
3. Нет методики расчета оптимальных параметров реакторов с кипящим слоем дисперсного катализатора.