Хімічні методи виробництва водню і азотоводневої суміші

ЗМІСТ

Вступ

1. Теоретична частина

1.1 Одержання синтез-газу із твердих палив

1.2 Синтез-газ із рідких вуглеводнів

2. Технологічні розрахунки

2.1 Завдання 1

2.2 Завдання 2

2.3 Завдання 3

Література

Вступ

Тема контрольної роботи «Хімічні методи виробництва водню і азотоводневої суміші» з дисципліни «Технологія основного неорганічного синтезу».

Дисципліна «Технологія основного неорганічного синтезу» вивчається в з метою засвоєння основних теоретичних основ технологій і методів одержання продуктів основного неорганічного синтезу.

Вивчення даної дисципліни ґрунтується на знаннях, одержаних при вивченні таких дисциплін: «Загальна і неорганічна хімія», «Фізична хімія», «Фізика», «Вища математика», «Теоретичні основи технології неорганічних речовин», «Кінетика і каталіз», «Процеси та апарати хімічної технології», «Основи наукових досліджень і наукова інформація» та інших.

Задачею вивчення курсу являється засвоєння фізико-хімічних основ промислових процесів та їх апаратурного оформлення, вивчення технологічних схем промислових виробництв зв’язаного азоту, вміння виконувати технологічні розрахунки.

1. Теоретична частина

До хімічних методів виробництва водню відносяться:

1) газифікація твердих і рідких палив.

2) конверсія метану;

У промисловості найбільш широке розповсюдження знайшли установки для каталітичної конверсії метану, однак у зв'язку з неминучим виснаженням родовищ природного газу, підвищення вартості його видобутку й транспортування, в останні роки в ряді країн у широкому масштабі відроджуються методи газифікації твердого й рідкого палива з метою одержання водню та оксидів вуглецю.

1.1 Одержання синтез-газу із твердих палив

хімічний азотоводнева суміш водень

Першим з основних джерел сировини для одержання синтез-газу з'явилося тверде паливо, що перероблялося в газогенераторах водяного газу. При цьому протікають наступні реакції:

С+Н2О = СО+Н2 - Q (1.1)

2С + О2 = 2СО + Q (1.2)

С + О2 = СО2 + Q (1.3)

Такий спосіб одержання полягає в почерговій подачі через шар твердого палива (антрациту, коксу, напівкоксу) повітряного й парового дуття. Синтез-газ одержують на стадії парового дуття, а необхідна температура шару палива досягається протягом стадії повітряного дуття. Цикл роботи генератора становить 3-5 хв. Отриманий водяний газ містить 50 -53% H2 і 36-37% СО.

Для подальшого використання у виробництві водяний газ необхідно очистити від сірчистих сполук і провести конверсію оксиду вуглецю відповідно до реакції

СО + Н2О = CO2 + Н2 + Q, (1.4)

а потім видалити диоксид вуглецю повністю у випадку його застосування для синтезу аміаку або частково - для синтезу метанолу.

Недоліками процесу є його періодичність, низька одинична продуктивність газогенератора, а також високі вимоги до сировини по кількості й температурі плавлення золи, його гранулометричному складу й іншим характеристикам.

Розміри шахти газогенератора визначаються заданою для нього продуктивністю W, що виражається добутком кількості палива, що згоряє на 1 м2 колосникової решітки за добу, на всю площу колосникової решітки S (під площею колосникової решітки мається на увазі перетин шахти газогенератора на рівні верхньої частини решітки, тобто враховується тільки ефективна площа поверхні решітки):

W = Q*S (м3/добу) (1.5)

Позначивши середній перетин генератора через f, а відношення середнього перетину f до площі колосникової решітки S через A, одержимо A=f/S, звідки

f = A*S (1.6)

Разом з тим ; отже , тоді діаметр генератора визначимо з рівняння:

(1.7)

Об'єм шахти генератора визначимо з наступного вираження:

 (1.8)

де Н - висота генератора.

Аналогічно знаходимо об'єм палива в генераторі:

де Н' - висота шару палива в генераторі;

А' - відношення середнього перетину стовпа палива, що згоряє в генераторі, до площі колосникової решітки.

Час перебування палива в генераторі (у частках доби) визначають із рівняння

Відношення об'єму газогенератора до добової витрати палива виразиться рівнянням:

, (1.9)

а відношення об'єму генератора до об'єму палива в ньому визначиться з рівняння

(1.10)

У випадку циліндричної шахти генератора й при завантаженні палива без великих зазорів

Час перебування палива в генераторі залежить від ряду факторів: роду палива, величини шматків, вологості й ін.

При конструюванні генераторів значення цих величин вибирають на підставі практичних даних, зведених у табл. 1.1.

Таблиця 1.1. Основні параметри генератора