Каталитическая конверсия природного газа под давлением в трубчатых печах

• Автор: Кадыгроб, Леонид Александрович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 239 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОЦЕССА ПАРОВОЙ И ПАРОУГЛЕКИСЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ .

1.1. Перспективы производства аммиака и метанола на базе природного газа

1.2. Экспериментальное исследование процесса конверсии природного газа .

1.3. Математические модели процесса конверсии природного газа .

1.4. Анализ работы промышленных печей конверсии

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПАР0УГЛЕКИСЛН0Й КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ОПЫТНОЙ УСТАНОВКЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 2 МПа

2.1. Описание схемы установки и конструкции трубчатой печи

2.2. Методика проведения эксперимента

2.3. Результаты исследования пароуглекислотной конверсии природного газа.
2.4. Исследование паровой конверсии природного газа при
регулярных загрузках катализатора
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ
КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА .
3.1. Принцип построения и блоксхема модели трубчатой
печи .
3.2. Математическая модель пароуглекислотной конверсии природного газа на зерне катализатора
3.3. Математическая модель трубчатого реактора каталитической конверсии природного газа
3.4. Проверка математической модели трубчатой печи пароуглекислотной конверсии природного газа на адекватность
3.5. Исследование пароуглекислотной конверсии природного
газа на математических моделях процесса.
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАБОТЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ КОНВЕРСИИ
4.1. Принципы проектирования трубчатых печей конверсии различного целевого назначения.
4.2. Проектные расчеты трубчатых печей паровой конверсии природного газа крупнотоннажных агрегатов производства аммиака и метанола.
4.3. Параметры промышленной эксплуатации трубчатых печей паровой конверсии природного газа
4.4. Поведение реакционных труб и катализатора в условиях длительной эксплуатации трубчатых печей .
4.5. Моделирование промышленных трубчатых печей паровой конверсии природного газа
4.6. Регрессионная модель трубчатой печи конверсии природного газа.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Использование более плотных упаковок катализатора с меньшими значениями порозности слоя вблизи стенок трубы увеличивает среднюю скорость потока и коэффициент теплопроводности зернистого слоя, поскольку последний прямо пропорционален критерию Рейнольдса / 9 /, вследствие улучшения конвекционного перемешивания в слое с повышением степени турбули-зации потока. Естественно, что при хаотической загрузке катализатора интенсивность этих конвекционных потоков в пограничном слое у стенки трубы снижается. Кроме того, число точек контакта манду гранулами и стенкой трубы меньше, чем между соседними гранулами по радиусу трубы. Это также приводит к повышению сопротивления теплопереносу у стенки трубы в области малых значений критерия Рейнольдса, где теплопроводность в большей степени определяется переносом через твердую фазу и величиной контактов между гранулами. Следует отметить, что влияние регулярных слоев катализатора с более низкими значениями порозности у стенок трубы по сравнению с хаотической загрузкой катализатора на тепловые параметры процесса не исследовалось. В работах / 2,3 / разработана математическая модель паро-углекислотной конверсии природного газа, которая позволяет определить равновесный состав продуктов конверсии. Морзе / / разработал упрощенный метод расчета паровой конверсии метана. После выбора условий процесса вычисляются размеры реактора. Состав получаемых продуктов определяется химическим равновесием. Атрощенко с сотрудниками / 5 / приводят расчет трубчатого реактора для паровой конверсии природного газа под давлением. В качестве модели зернистого слоя принята квазигомогенная модель со следующими допущениями:распределение температур в горизонтальном сечении реакционных труб является незначительным и им ногшо пренебречь; для реакционных труб принимается модель идеального вытеснения. Математическое описание процесса выракается уравнением для определения объемной скорости сухого природного газа на выходе из реактора в зависимости от входных и выходных параметров процесса. Это уравнение дополняется уравнениями гидродинамики процесса и распределения температурных полей по сечениям реактора, а такке уравнением прочности реакционной трубы. При определении геометрических характеристик трубчатого реактора в качестве критерия оптимизации применяется максимально возмонная объемная скорость исходного природного газа. В работе / / приводится равновесная модель процесса паровой конверсии природного газа, т. В модели приняты усреднение температуры и состава газа по сечению реактора и режим идеального вытеснения. Математическим описанием процесса служит уравнение, связывающее температуру процесса ? Продолжением этой работы явилась разработка математической модели конвективной трубчатой печи конверсии углеводородов / , /. Модель предусматривает расчет трубчатой печи как теплообменника типа газ-газ и включает расчет теплоотдачи от дымовых газов к стенке реакционной трубы с определением температуры дымовых газов при данной температуре конвертированного газа (внешняя задача) и распределения давления и температуры конвертированного газа по длине реакционной трубы (внутренняя задача). К С. Ьст ~ *0 “ (ipp. Жл+о^к')=0 3 сИлр. Подобные исследования позволяют изучить физико-химические свойства реагирующей системы -более полно. Как отмечалось выше, первым структурны,і уровнем модели трубчатой печи является молекулярным. Его моделью является кинетическая, которая характеризует скорость превращения метана на никелевом катализаторе. Основным элементом трубчатой печи являются трубы-реакторы, заполненные катализатором. Для такого реактора вторым уровнем является математическая модель процесса конверсии на единичной грануле катализатора. Каждый последующий структурный уровень включает предыдущие в виде составных частей. Поэтогду математическое описание на грануле входит как составная часть в математическую модель третьего уровня - слоя катализатора / /. Как показали теоретические и экспериментальные исследования /,1 / в стационарных условиях, близких к промышленным ( Яер > ), разница между температурой в потоке и на поверхности катализатора лежит в диапазоне О,5-5°С,поэтому без особых погрешностей ее можно полагать равной нулю. Для массообмена между потоком и поверхностью катализатора аналогичное допущение о малой разности концентраций справедливо при высокой степени турбулизации потока.