Очистка водородсодержащих газов от диоксида углерода в аппаратах с прямоточно-вихревыми контактными устройствами с односторонней сепарацией жидкости

• Автор: Калимуллин, Ильдар Рамилевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

1.1 Методы производства и составы водородсодержащих газов.

1.2 Обзор существующих аппаратов для очистки водородсодержащих газов

1.3 Аппараты вихревого типа для очистки газов

1.4 Постановка задачи исследования.

2. ДИНАМИКА ГАЗА И ЖИДКОСТИ В КОЛОННЫХ АППАРАТАХ С ПРЯМОТОЧНОВИХРЕВЫМИ КОНТАКТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ.

2.1 Динамика газового закрученного потока

2.2 Закономерности движения жидкой фазы в вихревом контактном устройстве

2.3 Экспериментальное исследование работы прямоточновихревого контактного устройства с односторонней сепарацией жидкости.
2.4 Определение действительной высоты слоя жидкости на
ступени аппарата с прямоточновихревыми контактными элементами
3. МАССООБМЕН В АППАРАТАХ С ПРЯМОТОЧНОВИХРЕВЫМИ КОНТАКТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ.
3.1 Закономерности массопереноса между газом и пленкой жидкости.
3.2 Методика расчета процесса физической сорбции в прямоточновихревом контактном устройстве
3.3 Расчет эффективности работы контактной ступени с прямоточновихревыми контактными устройствами
3.4 Влияние градиента уровня жидкости на тарелке на эффективность работы контактной ступени с прямоточновихревыми контактными устройствами.
4. ХИМИЧЕСКАЯ СОРБЦИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ
4.1 Кинетические закономерности процесса химической
сорбции
4.2 Расчет эффективности хемосорбционной очистки водородсодержащих газов от диоксида углерода
5. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АППАРАТОВ С ПРЯМОТОЧНОВИХРЕВЫМИ КОНТАКТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ для ОЧИСТКИ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ.
5.1 Промышленное применение аппаратов с прямоточновихревыми контактными устройствами
5.2 Техникоэкономический анализ применения аппаратов с прямоточновихревыми контактными устройствами для разделения водородсодержащих газов.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Библиографический список
Актуальность


В процессах конверсии углеводородных топлив в качестве основного сырья и реагентов используются природный газ, состоящий в основном из метана (С//4), сухие газы нефтепереработки, бензин и водяной пар. Процесс полной конверсии протекает в 2 стадии: первая - паровая конверсия гомологов метана в метан, вторая - конверсия метана с получением водорода и окислов углерода. СНА + Н -> СО + 3Я2 - 6,4 кДж (1. СО + Н -> С + #2 + ,0 кДж (1. Результирующей для реакций (1. СН4 + 2Н -> С + 4 Я 2 (1. Очищенный природный газ смешивается с водяным паром и поступает в реакционные трубы печи первичного риформинга. Здесь происходит превращение большей части СЯ4 и сопутствующих углеводородов в смесь Н2, СО и С. Процесс конверсии требует подвода большого количества теплоты, а теплопроводность катализатора ограничена, поэтому реакционные трубы выполняются небольшого диаметра - 0-0 мм. Рабочая температура в зоне реакции - - К. Реакционные трубы заполняются никелевым катализатором и обогреваются снаружи отопительным газом. Рис. Таблица 1. Компоненты %, (об. Для снижения температурных напряжений из-за одностороннего обогрева труб в настоящее время используют трубчатые печи круглого сечения с двухходовыми реакционными трубами. Такие трубы крепятся в верхней части, температурная компенсация осуществляется за счет их свободного удлинения. Состав газа, полученного паровоздушной конверсией метана в установке ВА-1 ОАО «ТАИФ-НК» при давлении процесса 2,8 МПа, представлен в таблице 1. Кроме технологий конверсии углеводородных газов на катализаторе, возможна высокотемпературная конверсия без катализатора. Превращение происходит в вертикальных аппаратах регенеративного типа. Реакторы имеют насадку из огнеупорного кирпича, которая во время периода разогрева аккумулирует тепло; необходимое для эндотермического процесса. Содержание остаточного метана в конвертированном газе при использовании данного метода - 0,8% [8J. Взаимодействие метана с кислородом может протекать в нескольких направлениях, в зависимости от содержания кислорода и режима процесса. При концентрациях кислорода около % и высоких давлениях возможно получение метанола, муравьиной кислоты, формальдегида и т. Большой избыток кислорода приводит к получению С и Н. При промежуточных концентрациях кислорода (%) образуется СО и Н2. СЯ4 Ч- -> 2СО ч- 3Н2 (1. Реакция идет с выделением тепла, поэтому появляется возможность организовать процесс автотермично, на сравнительно простой и дешевой аппаратуре при температуре процесса ~ К [4, 9, ]. Наиболее освоенным на наших заводах способом получения водорода из углеводородных газов является каталитическая конверсия с кислородом и водяным паром. СНА + 0,5О2 —> СО Ч- 2Н2 + О (1. СН4 + Н -> СО + 3Н2 - О (1. СН4 + -» С + 2Нг + О (1. СН4+С-+2С0 + 2Н2-(2 (1. Н2 + О,2 —> Н + О (1. Вначале, пока в смеси преобладает свободный кислород, идут реакции (1. Во избежание возможности загорания газа в смесительном канале газа, температура подогрева газа перед конвертором - 0-0 К (0-0° С). В качестве катализатора используется никель на окиси алюминия (Л). Температура газа на выходе из конвертора - К. При разложении воды в виде пара в присутствии углерода происходит. С + 2Н —» 2Н2 + С (1. Для ее реального осуществления требуется подвод к системе дополнительного количества теплоты. Эта теплота может быть получена при сжигании некоторого количества угля или при подводе через стенку реактора. Процессы получения газообразных продуктов из угля называют процессами газификации []. Процесс получения водорода по методу Лурги представляет собой газификацию угля в неподвижном слое топлива с использованием паровоздушного или парокислородного дутья. Состав газа, получаемого по методу Лурги, зависит от уровня температур. В основу процесса Копперс-Тотцека положена газификация угольной пыли при атмосферном давлении. Предварительно подготовленная угольная пыль с частицами менее 0 мкм в специальных устройствах смешивается с кислородом и паром и подается в камеру газификатора. В камере угольная пыль и газифицирующая смесь двигаются прямотоком.