Материальный баланс процесса пиролиза природного газа

6. Материальный баланс процесса пиролиза природного газа

при окислительном пиролизе протекают следующие реакции:

2СН₄↔С₂Н₂+Н₂ – Q (1)

4СН₄+3О₂↔2С₂Н₂+6Н₂О+Q (2)

СН₄+О₂↔СО+Н₂+Н₂О+Q (3)

2СН₄+О₂↔2СО+4Н₂+Q (4)

Данные для расчета

1) Состав технического кислорода, % (об.):

кислород – 98,0;

азот - 1,0;

аргон - 1,0.

2) Число дней отводимых на ремонт – 15.

3) Состав природного газа, % (об.):

СН₄ - 97,5;

С₂Н₆ - 0,16;

СО₂ - 0,50;

N₂ - 1,80;

высшие углеводороды – 0,04.

4) Мощность установки по С₂Н₂, тыс.т/год 200;

5) Выход С₂Н₂ на непрореагировавший метан, % 8,8;

6) Доля СН₄ на реакцию (1) 0,72;

7) Распределение СН₄ на реакции (3) : (4) 1 : 4.

Часовая производительность установки

Из реакций (1) и (2) следует, что 1 моль С₂Н₂ получают из 2-х молей СН₄, т.е. расход метана на целевые реакции составит

По заданию – выход ацетилена составляет 8,8% на метан, следовательно, количество поступившего на установку метана:

;

Состав газа в %(масс.):

Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность r_i каждого компонента:

Масса любого газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е. , где - плотность газа при нормальных условиях.

;

;

Исходя из того, что расход метана, идущего на целевые реакции 29305кг/ч, и доля метана на реакцию (1) составляет 0,72 расход метана на реакции составит:

(1) ;

(2) ;

Количество метана на реакции (3) и (4)

(3)

(4)

Материальный баланс процесса

По реакции (1)

Из 2 моль СН₄ – 1моль С₂Н₂ и 3 моль Н₂;

Для ацетилена – ; ;

Для водорода – ; .

По реакции (2)

Из 4 моль СН₄ и 3 моль О₂ – 2 моль С₂Н₂ и 6 моль Н₂О;

Для ацетилена - ; ;

Для воды - ;

Для кислорода - .

По реакции (3)

Из 1 моль СН₄ и 1 моль О₂ – 1 моль СО, 1моль Н₂О и 1 моль Н₂;

Для окиси углерода – ; ;

Для воды – ; ; Для водорода – ; ; Для кислорода – ;

По реакции (4)

Из 2 моль СН₄ и 1моль О₂ – 2 моль СО и 4 моль Н₂;

Для окиси углерода – ;;

Для водорода – ; ; Для кислорода – ;

Расход кислорода (на технический кислород)

Расход чистого кислорода 12 308+96 506+193010=301824 кг/ч;

Расход примесей:

;

;

;

G_{техн.кисл.}

Материальный баланс процесса пиролиза метана

П Р И Х О Д
	кг/ч	%(масс.)	Нм3/ч	%(об.)
Газ	282460	47,81	176215	44,98
В том числе:
метан	270568	45,80	336695	85,95
этан	734	0,12	548	0,14
двуокись углерода	3390	0,57	1726	0,44
азот	7768	1,31	6214	1,59
Кислород технический	308298	52,19	215528	55,02
В том числе:
кислород	301824	51,09	211273	53,93
азот	2621	0,44	2097	0,54
аргон	3853	0,65	2158	0,55
ИТОГО:	590758	100,00	391743	100,00
Р А С Х О Д
	кг/ч	%(масс.)	Нм3/ч	%(об.)
ацетилен	23810	4,03	20513	1,88
Побочные продукты
окись углерода	422211	71,47	337769	30,93
водород	58240	9,86	652288	59,73
водяной пар	68131	11,53	68131	6,24
Транзитное
этан	734	0,12	548	0,05
двуокись углерода	3390	0,57	1726	0,16
азот	10389	1,76	8311	0,76
Примеси	3853	0,65	2757	0,25
ИТОГО:	590758	99,99	1092043	100,00

Основные технологические показатели

Конверсия исходного сырья.

Количество метана и кислорода обозначаю G_з , количество ацетилена – G_п. Тогда конверсию сырья в процентах выражается следующим уравнением:

На метан

На кислород

Селективность нахожу как отношение готового продукта G_п к сырью G_c (на метан)

Выход целевого продукта.

Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:

1.   По метану стехиометрический коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

К_р= К_с/ = 0,615 / 0,088= 6,99 т/т продукта.

2.   По кислороду стехиометрический расходный коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

К_р= К_с/ = 0,923 / 0,088 = 10,49 т/т продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1.         Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.

2.         Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.

3.         Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.

4.         Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.