- •6.040106 "Екологія та охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування")
- •Мета і задачі лекційного курсу
- •1. Мета і задачі вивчення дисципліни
- •Лекція 1
- •1 Загальні відомості
- •2. Способи виробництва
- •3. Властивості сірчаної кислоти та олеуму
- •4. Сировина для виробництва сірчаної кислоти
- •Список літератури
- •Лекція 2 отримання сірчистого газу
- •1. Випалення колчедану
- •2. Спалювання сірки та іншої сірковмісної сировини
- •3. Печі для спалювання сірковмісної сировини
- •4. Очищення сірчистого газу від пилу
- •Список літератури
- •Лекції 3-4
- •1. Окислення сірчистого ангідриду. Теоретичні основи процесу окислення
- •2. Каталізатори окислення
- •3. Контактні апарати
- •4. Абсорбція sо3
- •4. Сучасні технологічні схеми виробництва
- •6. Теоретичні основи процесу отримання баштової сірчаної кислоти
- •7. Технологічна схема отримання баштової сірчаної кислоти
- •8. Башти отримання сірчаної кислоти
- •Список літератури
- •Лекція 5 переробка відходів сірчанокислотного виробництва
- •1. Причини винекнення відходів при отримання сірчаної кислоти
- •2. Витягання кольорових металів з огарків
- •3. Використання огарків в доменному виробництві
- •4. Виробництво пігментів з огарків і огаркового пилу
- •5. Витягання селену з шламів
- •Лекція 6 технологія виробництва нітратної кислоти
- •1. Історія розвитку технології виробництва нітратної кислоти
- •2. Властивості нітратної кислоти
- •4. Теоретичні основи виробництва
- •Лекція 7
- •Лекція 8
- •Контроль і автоматизація виробництва
- •2. Техніко-економічні показники
- •3. Отримання концентрованої нітратної кислоти
- •4. Концентрація відпрацьованої сірчаної кислоти
- •6. Прямий синтез hno3 з оксидів азоту
- •Лекція 9
- •1. Токсикологічна характеристика відходів, що утворюються у виробництві нітратної кислоти
- •2. Вплив забруднень виробництв нітратної кислоти на оточуюче сереровище
- •3. Методи і засоби контролю за станом повітряного басейну і дотримання нормативів гдв
- •4. Заходи щодо зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище
- •Лекція 10 виробництво фосфорної кислоти. Переробка відходів
- •1. Виробництво екстракційної фосфорної кислоти
- •2. Відходи виробництва екстракційної фосфорної кислоти
- •3. Відходи виробництва термічної фосфорної кислоти
- •Лекція 11
- •1. Отримання зв’язаного азоту
- •2. Розділення повітря глибоким охолоджуванням
- •3. Розділення повітря методом ректифікації
- •4. Агрегат розділення повітря.
- •5. Основна апаратура
- •Лекції 12 – 13
- •1. Отримання азотоводневої суміші розділенням коксового газа методом глибокого охолоджування
- •2. Конверсія вуглеводних газів
- •3. Конверсія метану з водяною парою
- •4. Парокиснева і парокисневоповітряна конверсія метану
- •5. Каталізатори конверсії метану
- •6. Технологічні схеми процесів конверсії сн4 та со
- •7. Інші методи отриманя водню
- •8. Очищення конвертованого газа від со і со2
- •9. Компримірування газів
- •Лекція 14 синтез аміаку
- •1. Теоретичні основи процесу
- •2. Каталізатори синтезу аміаку
- •3. Технологічні схеми синтезу аміаку
- •4. Зберігання і транспортування аміаку
- •Технологія основних виробництв та промислова екологія текст лекцій
- •6.040106 "Екологія та охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування")
- •Видавництво Технологічного інституту сну імені Володимира Даля (м. Сєвєродонецьк)
2. Конверсія вуглеводних газів
В кінці 50-х років заводи, що використовували як сировину тверде паливо, почали переходити на газову сировину — природний газ, а також попутні нафтові гази. Газову, сировину для виробництва синтетичного аміаку можна легко переробити в азотоводневу суміш, що дозволяє створити високоавтоматизовані заводи великої одиничної потужності з вживанням, енерготехнологічної схеми. Створення таких крупних підприємств пов'язане із зменшенням капіталовкладень і витратних коефіцієнтів, а в наслідок, дозволяє отримувати дешевий синтетичний аміак і мати відносно невелику чисельність персоналу.
Склад, природного газу залежно від родовища газу, та може змінюватися в наступних межах (у об’єм. %): СН4 — 90-98; С2Н6 —0,2-6; С3Н8 —0,2-1,2; СО2 - 0,1-1,2; N2+Ar — 0,1-1,6. У попутному нафтовому газі вміст етану і пропану вище і відповідно вміст метану нижчий, ніж в природному газі. Основним компонентом газової сировини для виробництва водню є метан, тому далі будуть приведені фізико-хімічні основи процесу конверсії метану.
Для отримання з метану водню як окислювачі використовують водяну пару і кисень. Для виробництва синтез газу використовують також двооксид вуглецю. У основі процесів конверсії знаходяться наступні реакції
СН4 + Н2О = С + 3Н2 — 206,4 кДж (10.1)
СН4 + 0,5О2 = С + 2Н2 + 35,6 кДж (10.2)
С + Н2О = СО2 + Н2 + 41,0 кДж (10.3)
СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2 — 248,3 кДж (10.4)
Етан і інші насичені вуглеводи беруть участь в даних реакціях аналогічно метану.
У реальних умовах ведення даних технологічних процесів реакції (10.1), (10.3) і (10.4) обратимі. Для кожної оборотної реакції існує певне рівноважне співвідношення між концентраціями речовин, яке при постійній температурі є незмінним. Воно визначається константою рівноваги.
Рівноважний склад продуктів цих реакцій може бути обчислений по значеннях констант рівноваги для заданих температур. Константа рівноваги реакції (10.2) при температурах в межах, що цікавлять нас, така велика, що концентрація кисню, що не прореагував, в рівноважній газовій суміші практично дорівнює нулю, тобто можна вважати, що реакція йде управо до кінця.
Реакції (10.1), (10.2) і (10.4) протікають із збільшенням об’єму. Реакція (10.3) йде без зміни об'єму. Оскільки подальшу конверсією метану доцільно вести при підвищеному тиску, то для зниження витрат на стискування газової суміші переважно проводять конверсію метану теж під тиском.
Реакція (10.4) лежить в основі процесу отримання газу для синтезу метанолу, тому далі вона не розглядатиметься.
3. Конверсія метану з водяною парою
Для повнішої конверсії метану процес зазвичай ведуть з надлишком водяної пари в порівнянні із стехіометричною кількістю.
При атмосферному тиску і співвідношенні СН4:Н2О=1:2 в умовах рівноваги досить повна конверсія метану досягається при температурах декілька вище 727 °С та вживання тиску при температурах істотно знижує повноту конверсії. Так, при тиску 3 МПа досить повна конверсія в рівноважних умовах спостерігається лише при температурі біля 1100°С. Отже, процес конверсії метану з водяною парою потрібно проводити при високих температурах і з підведенням тепла ззовні через ендотермічні реакції (10.1).
Парова конверсія під тиском зазвичай застосовується лише для отримання водню. Виробництво азотоводневої суміші для синтезу аміаку доцільно організувати як двоступінчатий процес парова конверсія під тиском як перший рівень і пароповітряна конверсія під тиском — в якості другого рівня. Це дозволяє використовувати екзотермічний процес і отримати зрештою стехіометричну азотоводневу суміш.