Сводный материальный баланс конверсии природного газа

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Приход

Расход

статья кг/ч нм³/ч статья кг/ч нм³/ч Природный газ: метан этан азот Итого природного газа 3745 74 275 4094 5225 55 220 5500

Конвертированный газ

метан

окись углерода

двуокись углерода

водород

азот

аргон

пары воды

Всего конвертированного газа

4560

3126

998

5533

129

4036

18456

104

3647

1581

10985

4424

5018

25831

Водяной пар 4424 5500 Воздух: кислород азот аргон Общая масса сухого воздуха 1607 5232 92 6931 1125 4183 52 5360 Пары воды Итого влажного воздуха 72 7003 89 5449 Технический кислород: кислород азот аргон Итого технического кислорода 2872 26 37 2935 2011 20 20 2051 Всего: 18456 18500

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Приход тепла.

С природным газом.

¹Q=(¹m_CH4*¹c_CH4+¹m_C2H6*¹c_C2H6+¹m_N2*¹c_N2)*¹t,

¹Q=(3745*3,159+74*2,786+275*1,078)*600=7399200кдж/ч.

Здесь ¹с – теплоемкость компонента при 600°С,кДж/кг*град.

Теплоемкость (см. список литературы 4, табл.I.стр.500)

С паром

²Q=²m*²i=4424*3706=16395344кдж/ч.

Здесь ²i – энтальпия паров воды при 600°С и 0,8*10⁵н/м² (в кДж/г).

Общее давление паро-газовой смеси около 1,6*10⁵н/м²,содержание паров воды в ней 50% по объему. Технический кислород и воздух поступают отдельно. Данные об энтальпии воды и паров воды при разных условиях см. в список литературы 4,табл XX и XXI,стр.513,514).

С воздухом

³Q=³m_сух*³i=6931*46,47=322084 кдж/ч.

Здесь ³i – энтальпия влажного воздуха (в кДж/кг), вычисленная на 1 кг сухого воздуха при 20°С и относительной влажности 70% (см.список литературы 4,табл. XIX,стр.512).

С техническим кислородом

⁴Q=(⁴m_О₂*⁴c_О₂+⁴m_N2*⁴c_N2+⁴m_Ar*⁴c_Ar)*⁴t,

⁴Q=(2872*0,920+26*1,027+37*0,519)*40=107520кдж/ч.

Здесь ⁴c_Ar=0,519 кдж/кг*град – теплоемкость аргона (не зависит от температуры).

Тепло реакции.

Тепло реакций, происходящих в конвекторе метана, рассчитываем, исходя из следующих соображений. Принимаем, что реакция в основном протекает при температуре 30 град ниже, чем температура отходящих газов, т.е. при 800°С (830-30). Так как в процессе конверсии происходят параллельные реакции, учесть которые затруднительно, а тепловой эффект процесса зависит только от начального и конечного состояний системы, то расчет ведем по количеству прореагировавших веществ. Для этого рассчитываем энтальпию образования из элементов одного килограмма каждого вещества, участвующего в реакциях. Расчет производим по формуле

h₂₉₈₌ кдж/кг, [4,стр.25]

где h₂₉₈- энтальпия вещества при стандартных условиях, кДж/кг; Н₂₉₈-энтальпия вещества по таблицам, кДж/моль (Краткий справочник физико-химических величин, изд. 4. «Химия», 1965); 1000 – коэффициент пересчета килограммов в граммы, г/кг; М – мольная масса вещества, г/моль.

Энтальпии равны (в кДж/кг):

для метана

для этана

для окиси углерода

для двуокиси углерода

для паров воды

Согласно материальному балансу в процессе реакции расходуется (в кг/ч): метана 3745-74=3671, этана 74, кислорода 1607+2872=4479, паров воды 4424+72-4036=460.

При этом образуется (в кг/ч): окиси углерода 4560, двуокиси углерода 3126, водорода 998.

Для теплового эффекта при 25°С имеем

Q₂₉₈= Н₂₉₈-=(∑ Н_кон - ∑ Н_нач)=∑ Н_нач- ∑ Н_кон, [4,стр.26]

или

q₂₉₈=∑ h_нач*m_нач=∑ h_кон*m_кон,

q₂₉₈=-3671*4666-74*2816-4479*0-

-460*15866+4560*3945+998*0+3126*8941=21303136 кдж/ч.

Как известно из курса физической химии, тепловой эффект реакции при Т₂ Т₁определяется уравнением

Q_Т2= Q_Т1+_р(Т₁- Т₂)= Q_Т1+(∑ _кон-∑ _нач)(Т₁-Т₂)=

= Q_Т1-(∑ _кон-∑ _нач)(Т₂-Т₁), [4,стр.26]

или

q_t₂= q_t₁-[∑(cm)_кон-∑(cm)_нач](t₂-t₁).

В приведенном расчете теплоемкости необходимо выразить в кДж/кг*град и взять средние в диапазоне 298-1073°К. Для расчета пользуемся интерполяцией табличных данных, которые приведены в «Кратком справочнике физико-химических величин» ( в кДж/моль*град).

Пересчет производим по формуле:

с= = кдж/кг*град, [4,стр.26]

где с- теплоемкость, кдж/кг*град, С-теплоемкость, дж/моль*град; 1000 в числителе – коэффициент пересчета граммов в килограммы, г/кг; 1000 – в знаменателе – коэффициент пересчета джоулей в килоджоули, дж/кДж; М- мольная масса, г/моль.

Тогда (в кДж/кг*град)

для метана

с= =3,513,