Каталитическая конверсия метана. Каталитическая конверсия метана водяным паром

• Название: Каталитическая конверсия метана водяным паром
• Дата: 25.03.2021
• Размер: 0.59 Mb.
• Имя файла: Каталитическая конверсия метана.docx
• Тип: Реферат; #188191
• страница: 3 из 4

4.3 ДКР-1
ДРК – 1 новый вид катализатора, предназначен для паровой и пароуглекислотной конверсии газообразных углеводородов в трубчатых печах крупнотоннажных агрегатов по производству аммиака, метанола, установок получения технического водорода. Катализатор представляет собой промотированный оксид никеля, нанесенный на высокоглиноземистый носитель в виде циллиндрических колец, имеет более высокую активность и стабильность.

Физико-химические характеристики ТУ 2171-94-002038015-97
	Нормы марки К-17	Нормы марки К-15
Состав	оксид Ni на носителе Al2O3	оксид Ni на носителе Al2O3
Внешний вид	Кольца от светло-серого до темно-серого цвета	Кольца от светло-серого до темно-серого цвета
Насыпная плотность, кг/дм3	1,2±0,2	1,2±0,2
Массовая доля мелочи и гранул с дефектом, %, не более	10	10
Размеры гранул, мм, в пределах:
диаметр наружный	17±2	15±2
диаметр внутренний	8±1	7±1
высота	14±2	12±2
Механическая прочность, разрушающее усилие при раздавливании на торец, среднее, МПа, не менее	30	30
Массовая доля серы в пересчете на SO3,%, не более	0,01	0,01
Массовая доля никеля в пересчете на оксид никеля (NiO), %	12±1	12±1
Термостойкость: число теплосмен от 1000°С до комнатной температуры на воздухе без разрушения гранул, не менее	20	20
Активность: остаточная доля метана при конверсии с водяным паром природного газа при соотношении пар:газ=2:1 в объемной скорости 6000 час,%, не более при температуре:	500°С: 35 700°С:5	35 5

Условия эксплуатации
Температура, на выходе трубчатой печи, ºС	790-810
Давление, МПа	3,3-3,6
Объемная скорость, ч-1: соотношение ПАР:ГАЗ	1500-18003,7-4,0
Остаточная объемная доля метана на выходе из печи, %	9-11
Гарантируемый срок службы, лет	4

5 Расчет процесса конверсии
Рассчитать процесс конверсии метана водяным паром по следующим данным:

Производительность по метану	1000 м3/час
Состав газа	метан – 98%
	азот – 2%
Степень конверсии	70%
Температура	на входе 105С
	на выходе 900С

СН + Н О СО + 3Н

1. 
   Расчет термодинамических параметров.
   

	СН	Н О	СО	Н2
Н	-74,85	-241,81	-110,53	0
S	186,27	188,72	197,55	130,52
G	-50,85	-228,61	-137,15	0

1.1. По закону Гесса находим тепловой эффект химической реакции при нормальных условиях:

Н =(n_iН ) - (n_iН )

Н = 03 - 110,53 + 241,81 + 74,85 = 206,13 кДжмоль

1.2. Найдем энтропию реакции:

S = (n_iS ) - (n_iS )

S =3130,52 +197,55 -188,72 -186,27= 214,12 ДжмольК

1.3. Найдем изменение энергии Гиббса в ходе реакции при нормальных условиях:

G = (n_iG ) -(n_iG )

G = 30-137,15+288,61+50,85=142,31 кДжмоль

2. Найдем функцию зависимости теплоемкости от температуры С = f(Т)

	СН	Н О	СО	Н
a	14,32	30	28,41	27,28
b	74,6610	10,7110	4,110	3,2610
с’		0,3310	-0,4610	0,510
с	-17,4310

Ср(СН₄) = 14,32 + 74,6610 Т - 17,4310 Т

Ср(Н₂О) = 30 + 10,7110^-3Т + 0,3310⁵Т^-2

Ср(СО) = 28,41+ 4,110^-3Т - 0,4610⁵Т^-2

Ср(Н₂) = 27,28 + 3,2610^-3Т + 0,510⁵Т^-2

Ср = а + bT + с’Т²+cТ^-2

Ср = (327,28+28,41-30-14,32) + (33,26+4,1-10,71-74,66)10^-3Т +

+ (30,5-0,46-0,33)10⁵Т^-2 - 17,4310^-6Т²

Ср = 65,93 - 71,4910^-3Т + 0,7110⁵Т^-2 - 17,4310^-6Т² ДжмольК

2.1. Для азота зависимость теплоемкости от температуры выглядит следующим образом:

Ср(N₂) = 27,88 + 4,2710^-3Т

3.1. Найдем изменение энтропии в ходе реакции при нагревании от t₁=25 C до t₂=900 C:

S= dТ =





S=16.54 Дж/мольК

3.2. Найдем изменение энтальпии в ходе реакции при нагревании от t₁=25C до t₂=900C:



H= 65,93 (1173-298) - 71,4910^-3(1173²-298²) - -

Н= - 2375 Дж/моль

3.3. Рассчитаем энергию Гиббса на выходе t₂=900С:





4. Найдем константу равновесия:

G^=-RTlnKp

Kp = exp(-G^/RT)

Kp=exp(-(-62058,71/8,311173))=582,04

4.1. Рассчитаем равновесную степень превращения метана. При температуре от 827С и составе исходной смеси СН₄  Н₂О = 1  2 необходимо проводить процесс при абсолютном давлении 10 атм.

СН₄ + Н₂О  СО + 3Н₂

т.к. водяной пар в избытке, то Р_Н2О = 2Р_СН4

Р_общ = Р_СН4 + 2Р_СН4= 3Р_СН4

Р_СН4 = Р_общ/3 = 10/3 атм.

При равновесии:





















x_e = 0,8115 и x_e = - 2,29

Равновесная степень превращения равна 0,8115.

Вывод: равновесная степень превращения метана x_e=0,8115 ,степень конверсии  = 0,7 , данный процесс, возможно, провести в указанных условиях.

5. Составим материальный баланс.

Приход			Расход
Исходное вещество	m, кг	V,м3		Продукт	m, кг	V,м3
СН4	714,29	1000		СН4	214,29	300
N2	25,51	20,41		N2	25,51	20,41
Н2О	1607,14	2000		Н2О	1044,64	1300
				СО	875	700
				Н2	187,5	2100
Итого:	2346,94	3020,41		Итого:	2346,94	4420,41