Исследование тепломассообмена и совершенствование способа паровой конверсии природного газа

• Автор: Круглов, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

1.1 Обоснование необходимости научного изыскания.

1.2 Обзорные сведения по паровой конверсии природного газа

1.2.1 Реализация аппаратурнотехнологического оформления процесса конверсии природного газа.
1.2.2 Физикохимические основы процесса конверсии в зернистом слое катализатора труб печи
1.2.3 Существующие расчетные методы тепломассообменных процессов при прохождении теплоносителя труб печи

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ПРИ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

2.1 Порядок расчета труб печи конверсии.

2.1.1 Ввод начальных данных
2.1.2 Расчет массообменных процессов на участке трубы
2.1.3 Определение теплофизических свойств потока теплоносителя
2.1.4 Расчет теплообменных процессов на участке трубы
2.2 Оценка расчетов процессов тепломассообмена в трубе печи
2.3 Новая система конверсии и конвертортеплообменник.
2.4 Порядок расчета нового конверторатеплообменника
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В СЛОЕ КАТАЛИЗАТОРА ТРУБ ПЕЧИ КОНВЕРСИИ.
3.1 Методика проведения эксперимента
3.2 Таблицы и графики полученных экспериментальных данных
4. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ КАТАЛИЗАТОРА ПРИ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА.
4.1 Построение модели тепломассообмена для труб печи
4.1.1 Входные данные
4.1.2 Показатели массообмена
4.1.3 Изменение теплофизических свойств теплоносителя по
длине труб
4.1.4 Показатели теплообмена
4.2 Исследование тепломассообмена в новой системе конверсии природного газа и конверторе
5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ К ИНЖЕНЕРНОМУ
ф ПРОЕКТИРОВАНИЮ НОВОГО КОНВЕРТОРА.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Ввиду того, что природный газ и продукты его переработки могут стать основой энергетики многих стран, особенно важно рассмотрение вопроса наиболее оптимального и эффективного способа переработки природного газа в синтез-газ. Для создания новых перспективных систем переработки природного газа в жидкое топливо на основе паровой каталитической конверсии необходимо иметь математический аппарат для расчета процессов тепломассообмена в этих системах. В виду сложности процессов при конверсии природного газа существует множество методов расчета отдельных процессов теплообмена и массообмена на поверхности катализатора и в потоке теплоносителя. Каждый расчетный метод оперирует набором различных уравнений, учитывающих влияние того или иного фактора на процесс конверсии. В настоящее время нет общепринятого математического аппарата для расчета тепломассообменных процессов конверсии природного газа в слое катализатора при передаче тепла от внешнего источника через поверхность теплопередачи. Для расчета новых систем конверсии природного газа необходимо рассмотреть достоинства и недостатки всех существующих методов расчета процессов тепломассообмена, разработать на их основе наиболее простую и достаточно точный метод расчета процессов с слое катализатора. Паровая конверсия - один из самых распространенных способов переработки природного газа в синтез-газ, имеющий множество вариантов осуществления. Паровую конверсию углеводородсодержащего сырья ведут различными способами исходя из конечной цели конверсии. Объединяет все способы паровой конверсии то, что целевым продуктом являются газовые смеси, содержащие водород и соединения углерода. В промышленности водород получают и используют как в чистом виде, так и в смеси с другими газами, например, в виде азото-водородной смеси для синтеза аммиака или смеси Н2, СО и С для синтеза метанола []. Производство метанола является крупным потребителем синтез-газа. Метанол служит сырьем для получения большого количества продуктов. Метанол расходуется на производство формальдегида, на основе которого вырабатываются синтетические смолы и пластмассы, уксусной кислоты и растворителей. Установки по производству метанола являются энерготехнологическими и могут выдавать тепловую энергию в виде пара на сторону. Компоненты синтез-газа используется в процессах очистки от сернистых соединений нефтяных фракций, гидрокрекинга, гидрирования бензола, гидродеалкилирования, гидростабилизации и других. В металлургии широко применяются восстановительные газы, состоящие из водорода и оксида углерода. Замена части кокса в доменной печи на восстановительный газ увеличивает ее производительность и приводит к экономии кокса. Основными разновидностями паровой конверсии являются: высокотемпературная конверсия углеводородов, автотерм ическая каталитическая конверсия углеводородов, паровая конверсия в трубчатых печах []. Высокотемпературная конверсия углеводородов [,]. Процесс представляет собой неполное окисление углеводородов с образованием СО и Н2. Конверсия может проводиться кислородом, воздухом, обогащенным кислородом, и парокислородной смесью. Реакции протекают в свободном объеме при температуре -°С. В связи с практически полным превращением углеводородов при таких температурах давление процесса составляет 8-9МПа. Особенностями процесса, влияющими на технико-экономические показатели, являются: необходимость использования технически чистого кислорода при получении водорода; высокая температура газов на выходе, требующая высокотемпературных установок для использования тепла газов; в процессе конверсии образуется сажа, и требуются аппараты очистки конвертированного газа. В качестве сырья для высокотемпературной конверсии могут быть применены любые углеводороды, начиная от метана и кончая высокосернистыми мазутами. Способы высокотемпературной конверсии природного газа и мазута при давлении 3,0 МПа получили некоторое распространение в промышленности. Перспективной является газификация этим способом сернистых мазутов и нефтяных остатков, так как легкие углеводороды могут конвертироваться более экономичными каталитическими способами.