Контрольная работа: Хімічні методи виробництва водню і азотоводневої суміші

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

Параметр	Кам'яне вугілля				Торф і сурогати
	Кокс	Буре вугілля	Середньої якості	Напівантрацит	Сухий	Середньої сухості(1 м3-275 кг)	Вологий
Q, м3	10,0-12,0	6,5	6,0	9,5	24,0	24,0	24,0
τ, доба	0,40	0,45	0,50	0,55	0,50	0,60	0,70
C/τ	1,15	1,40	1,40	1,40	1,20	1,20	1,20
A	1,0	1,0	1,0	1,0	2,5	2,5	2,5

1.2 Синтез-газ із рідких вуглеводнів

Одержання синтез-газу з рідких вуглеводнів поширено в країнах, бідних запасами природних газів. Так, наприклад, на початку XXI ст. у Японії 67%, а у ФРН 59% усього аміаку одержано на базі переробки рідкого палива. Очевидно, і у виробництві метанолу в аналогічних умовах рідкі палива мають таке ж значення.

По технологічним схемам переробки в синтез-газ рідкі палива можна розділити на дві групи. Перша група включає палива, що переробляються шляхом високотемпературної кисневої конверсії. Сюди відносяться важкі рідкі палива — мазут, крекінг-залишки й т.п. Друга група — легкі прямоточні дистиляти (нафта), що мають кінцеву температуру кипіння не вище 200-220°С: вона включає бензини, лігроїни, суміші світлих дистилятів. Друга група рідких палив переробляється в синтез-газ каталітичною конверсією водяною парою в трубчастих печах.

Високотемпературна киснева конверсія рідких палив в закордонних країнах здійснена в процесах, в яких рідке паливо під тиском проходить через підігрівник, звідки при 400-600° С надходить у газогенератор. Туди ж подають підігрітий кисень і перегріту водяну пару. У газогенераторі при температурах 1350-1450° С утвориться синтез-газ, однак при цьому виділяється також деяка кількість сажі. Газ очищають від сажі, а потім направляють на очищення від сірчаних сполук. Після цього газ, до складу якого входить 3—5% СО2, 45—48% СО, 40— 45% Н2, а також певні кількості метану, азоту й аргону, проходить конверсію СО і очищення від СО2. Процес протікає під тиском, що може досягати 15 МПа. Агрегати мають продуктивності 30 тис. м3/год (Н2+СО) і більше. Недоліками процесу є висока витрата кисню, необхідність виділення сажі, а також складність технологічної схеми.

2. Технологічні розрахунки

2.1 Завдання 1

Визначити витрату бурого вугілля, що містить 70% ваг. вуглецю, водяної пари й повітря для одержання 1000 м3 генераторного газу наступного складу в % об.: СО - 40, Н2 – 18, N2 – 42. Склад повітря приймаємо, % об.: N2 – 79, О2 – 21.

Рішення:

Генераторний газ одержують при взаємодії вугілля і пароповітряної суміші.

С+Н2О = СО+Н2 - Q (I)

2С + О2 = 2СО + Q (II)

За умовою в 1000 м3 газу міститься 420 м3 азоту. Отже, витрата кисню повітря по реакції (II) складе:

Відповідно, витрата повітря

де 29 - молекулярна маса повітря.

Визначимо витрату водяної пари по реакції (I). Вихід водню становить1 моль з 1 моль водяної пари. 180 м3 водню, що знаходяться в 1000 м3 генераторного газу, потребують витрати такої ж кількості водяної пари, тобто витрата водяної пари складе 180 м3 або .

Визначимо витрату вуглецю:

- по реакції (I):