Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Динамика хемосорбции серы твердым поглотителем и ее применение для оптимизации промышленной сероочистки

Диссертация: Динамика хемосорбции серы твердым поглотителем и ее применение для оптимизации промышленной сероочистки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В условиях промышленной эксплуатации взаимодействие Н28 с гранулой ZnO происходит в две стадии. Другим источником потерь является неполное участие оксида цинка в реакции с сероводородом. Положения, представляющие научную новизну и выносимые на защиту, заключаются в следующем: Применение полученных результаты для практической оптимизации промышленной сероочистки. Разработка методики… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Литературный обзор
  • 1. Л. Литературный обзор
    • 1. 2. Постановка задачи
  • 2. Экспериментальные исследования
    • 2. 1. Поглощение Н28 в слое оксидноцинкового поглотителя 2ЛЛ. Постановка эксперимента
  • 2. Л.2. Анализ экспериментальных данных на основе модели Бохарта-Хиншелвуда 2Л.З. Следствия модели Бохарта-Хиншелвуда
    • 2. 2. Взаимодействие Н28 с единичной гранулой
      • 2. 2. 1. Визуализация фронта осернения
      • 2. 2. 2. Примеры геометрической формы фронта осернения
      • 2. 2. 3. Корреляция «положение фронта — хим. состав»
      • 2. 2. 4. Две стадии взаимодействия Н28 с гранулой
        • 2. 2. 4. 1. Фронтальная стадия на уровне частиц ZnO
  • 3. Математическое моделирование процесса
    • 3. 1. Исходные допущения
      • 3. 1. 1. Применимость модели «сжимающегося ядра»
      • 3. 1. 2. Кинетика реакции H2S с ZnO Математический аппарат
      • 3. 2. 1. Система уравнений
      • 3. 2. 2. Граничные условия
      • 3. 2. 3. Общее решение
  • Модели с разным числом параметров 3.3.1. Модель III — реакция в ядре
  • Скорость поглощения Зависимость параметров от давления Связь с моделью Б-Х Модель Б-Х при повышенных давлениях
  • Выводы II — реакция на границе Скорость поглощения Связь моделей III и II Зависимость параметров от давления Связь с моделью Б-Х Сравнение вклада кинетики и диффузии I — только диффузия
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
      • 3. 3. 2. Модель
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
    • 3. 3.
      • 3. 3. 3. Модель
    • 3. 4. Решения и следствия
      • 3. 4. 1. Модель I 79 3.4.1.1. Поведение слоя в начале работы
      • 3. 4. 2. Модель II
      • 3. 4. 3. Модель III
    • 3. 5. Анализ экспериментальных данных
    • 3. 6. Прогнозы пробегов 85 3.6.1. Снижение сероемкости при эксплуатации
  • 4. Усовершенствование промышленной технологии: экономичная загрузка узла сероочистки
    • 4. 1. Экономические преимущества
    • 4. 2. Упрощенный подход к расчету стадии гидрирования
    • 4. 3. Экономичная загрузка узла сероочистки агрегата производства метанола ОАО «Метафракс» г. Губаха, Пермской обл.)
      • 4. 3. 1. Поглотитель
      • 4. 3. 2. Оценки пробегов
      • 4. 3. 3. Промышленная реализация
  • Выводы и рекомендации 94 Библиографический
  • список
  • Приложения

Динамика хемосорбции серы твердым поглотителем и ее применение для оптимизации промышленной сероочистки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Природный газ и многие другие виды сырья химической промышленности содержат различные сернистые вещества. При получении синтез-газа для производств метанола, аммиака или технического водорода все стадии (кроме очистки от двуокиси углерода) — каталитические. Большинство известных катализаторов необратимо отравляются серой.

Объемы загрузки узлов сероочистки крупнотоннажных агрегатов составляют несколько сотен м" 1, а содержание серы в природном газе в настоящее время в десятки раз меньше, чем принималось при проектировании. Это приводит к замораживанию значительных средств и неэффективному использованию оксида цинка как сырья.

Другим источником потерь является неполное участие оксида цинка в реакции с сероводородом.

Для расчета оптимального объема загрузки необходимы адекватная модель процесса взаимодействия Н28 с гранулами ZnO и достаточно простая методика прогнозирования работы узла сероочистки. Степень перехода оксида цинка в сульфид должна быть как можно ближе к 100%.

Основной целью данной работы является уточнение механизма поглощения сероводорода оксидноцинковыми поглотителями и на этой основе:

— определение путей усовершенствования поглотителей;

— разработка методики прогнозирования работы II ступени узла сероочистки природного газа;

— применение полученных результаты для практической оптимизации промышленной сероочистки.

Положения, представляющие научную новизну и выносимые на защиту, заключаются в следующем:

— Для условий промышленной эксплуатации установлены двухстадийный характер взаимодействия Н28 с гранулами ZnO и механизм его формирования на уровне кристаллитов ZnO- 6

Выводы и рекомендации

1. В условиях промышленной эксплуатации взаимодействие Н28 с гранулой ZnO происходит в две стадии.

2. Сероемкость фронтальной стадии определяется, в первую очередь, размером частиц ZnO.

3. Для моделирования фронтальной стадии в потоке разработан математический аппарат, основанный на решении (в квадратурах или аналитическом) системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных для гетерогенной реакции в потоке. Получены алгоритмы для анализа данных лабораторных испытаний и прогноза пробега аппарата II ступени сероочистки.

4. Адекватное описание процесса в грануле дает модель «сжимающегося ядра» при учете как внутренней диффузии, так и реакции на поверхности ядра. Для получения зависимости параметров от давления следует пользоваться соотношениями модели, учитывающей реакцию в объеме непрореагировавшего ядра.

5. На основе оценок потери сероемкости при эксплуатации рекомендуется рассчитывать объемы загрузок поглотителя на пробег не более 5−6 лет.

6. Разработаны упрощенные методики оценок допустимой объемной скорости в аппарате гидрирования сероорганики и пробега поглотителя серы.

7. Осуществлена экономичная загрузка узла сероочистки агрегата по производству метанола ОАО «Метафракс» .

Показать весь текст

Список литературы

  1. Catalyst Handbook, edited by M.V.Twigg // Wolfe Publishing Ltd. 1989. — C. 608.2. ГОСТ 5542–87.
  2. Справочник азотчика, т. I, изд. 2 II Химия М., 1986.
  3. Г. А. Каталитическая и хемосорбционная очистка углеводородных газов от сернистых соединений (учебное пособие для рабочих профессий) //НИИТЭХИМ М., 1979.
  4. Очистка технологических газов, изд. 2, под ред. к.х.н. Семеновой Т. А. и к.х.н. Лейтеса И. Л. // Химия М, 1977.
  5. В.И. Методы очистки природного газа от сероводорода твердыми сорбентами // Обз. инф. Науч. и техн. аспекты охраны окруж. среды / ВИНИТИ 1999. -№ 4 — С. 84−113.
  6. Ю.В. Очистка газа от сернистых соединений // Обз. инф. Азотная промышленность/ НИИТЭХИМ М. — 1976.
  7. Carnell P., Starkey Ph. Gas desulfurisation offshore II Chemical Engineer — 1984, — № 408— C. 30−31, 33−34.
  8. Wicke E. Empirische und theoretische Untersuchungen der Sorptionsgeschwindigkeit von Gasen an porosen Stoffen I II Kolloid Zeitschrift -1939.-T. 86, № 2-C. 167−186.
  9. Wicke E. Empirische und theoretische Untersuchungen der Sorptionsgeschwindigkeit von Gasen an porosen Stoffen II II Kolloid Zeitschrift 1939. — T. 86, № 2 — C. 295−313.
  10. Weyde E., Wicke E. Die Geschtalt der Sorptionsflachen bei der Ad- und Desorption unter verschiedenen Bedinungen II Kolloid Zeitschrift 1940. — T. 90, № 2-C. 156−171.
  11. Danby C.J., Davoud J.G., Everett D.H.,.Hinshelwood C. N, Lodge R.M. The kinetics of absorbtion of gases from an air stream by granular reagents II J. Chem. Soc. 1946. — C. 918−934.96
  12. З.Н., Синица О. В., Тагинцев Б. Г., Базина Е. Д., Гелимбатовский А. Е. Очистка природного газа от сернистых соединений // В сб. Каталитическая конверсия углеводородов, вып.2 Наукова думка — Киев, 1974 — С.149−150.
  13. Н.М., Афанасьев Ю. М., Фролов Г. С. Очистка природного газа от сернистых соединений II Обзорн. информ. Сер. ХМ-14 -ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. — 1980.
  14. Н.Е., Фурмер Ю. В., Пронина Р. Н., Атаманова Н. Н. Очистка природного газа от сернистых соединений II В сб. Каталитическая конверсия углеводородов, вып.2 Наукова думка — Киев, 1974 — С.136−141.
  15. Коуль A. JL, Ризенфельд Ф. С. Очистка газов II Гостоптехиздат М., 1962.
  16. B.C., Гаврилова А. А. Высокотемпературная очистка газов от сернистых соединений // Наука — М., 1969.
  17. Yumura М., Furimsky Е. Comparison of CaO, ZnO and Fe203 as H2S adsorbent at high temperatures 11 Ind. and Eng. Chem. Process Des. and Dev. — 1985.-T.24,№ 4-C. 1165−1168.
  18. Fenouil L.A., Towler G.P., Linn S. Removal of H2S from coal gas using limestone: kinetic considerations II Ind. Eng. Chem. Res. 1994. — T. 33, № 2 -C. 265−272.
  19. Fenouil L.A., Linn S. Study of calcium-based sorbents for high-temperature H2S removal. 1. Kinetics of H2S sorption by uncalcined limestone II Ind. Eng. Chem. Res. 1995. — T. 34, № 7 — C.2324−2333.
  20. Fenouil L.A., Linn S. Study of calcium-based sorbents for high-temperature H2S removal. 2. Kinetics of H2S sorption by calcined limestone II Ind. Eng. Chem. Res. 1995. — T. 34, № 7 — C. 2334−2342.
  21. Dogu T. The importance of pore structure and diffusion in the kinetics of gassolid non-catalytic reactions: Reaction of calcined limestone with S02 // Chem. Eng. J. 1981,-T. 34-C. 213 — 222.
  22. Я.Д., Герчикова С. Ю. Очистка газов от органических сернистых соединений поглотителями на основе окиси цинка (Сообщение первое) II Тр. ГИАП, вып. 2. ГНТИХЛ — М.-Л., 1953.-С. 132−159.
  23. Synetix Purification Catalysts II ICI Group 518W/029/1/PUR.
  24. Г. А., Мосолова 3.M., Данциг M.Л., Воронцова Н. Ф., Шаркин Г. А., Боевская Е. А., Кондращенко Т. А., Фурмер Ю. В. Получение и свойства активной окиси цинка для процессов очистки газов от сернистых соединений // Ж. прикл. химии. 1976 — № 5 — С.965−969.
  25. В.Г., Тительман Л. И., Данциг Г. А., Обысов A.B., Данциг М. Л. Опыт приготовления и промышленной эксплуатации окисноцинковых формованных поглотителей сернистых соединений II Хим. пром. — 1983. -№ 9 С.25−28.
  26. Г. А., Греченко А. Н., Кондращенко Т. А., Данциг М. Л., Ермина З. Е. Термическая стабилизация активности цинксодержащих сероочистных масс // Ж. прикл. химии 1988. — № 7 — С. 1599−1602.
  27. Ю.В., Бруй О. И., Пронина Р. Н., Юдина В. В., Бондарева A.A. Влияние способов формования на структурно-пористые характеристики окисног^инкового поглотителя сернистых соединений II Хим. пром. —1982. № 4 — С.27−29.
  28. В.И., Голосман Е. З., Якерсон В. И. Изучение оксидноцинковых поглотителей сернистых газов на основе алюмокальциевых цементов II Ж.прикл. химии 1986.-т.59, № 7-С. 1533−1539.
  29. В.И., Голосман Е. З., Рубинштейн A.M., Якерсон В. И. Исследование свойств и активности цинковых хемосорбентов на носителях II Изв. АН СССР сер.хим. 1986. — № 5. — С. 988−992.
  30. В.Г. Разработка и внедрение способа промыгиленного производства поглотителя сернистых соединений на основе оксида цинка // Автореферат канд. дис. JL, 1988.
  31. A.JI. Исследование и разработка технологии регенерирования цинксодержащих поглотителей сернистых соединений II Автореферат канд. дис. Иваново, 1996.
  32. М.А., Калиневич А. Ю., Гончарук С. Н., Довганюк В. Ф., Данилова Л. Г. Катализаторы сероочистки и паровой конверсии установок производства водорода //Нефтепереработка и нефтехимия 1994. — № 5 -С. 12−15.
  33. Л.Г., Кипнис М. А., Калиневич А. Ю., Довганюк В. Ф., Зеленцов Ю. Н., Порублев М. А., Бирюков Е. И. Опыт промышленного освоения производства серопоглотителя на основе оксида цинка II Нефтепереработка и нефтехимия 1994. — № 5 — С. 17−19.99
  34. Ю.В., Косоротов В. И., Бруй О. И., Пронина Р. Н., Коломин В. И. Сероочистка природного газа промышленными поглотителями на основе окиси цинка II Хим. пром. -1979. № 3 — С. 14−17.
  35. Ю.В., Бесков B.C., Бруй О. П., Юдина В. В., Данциг M.JI. Кинетика хемосорбции сероводорода окисноцинковыми поглотителями II Хим. пром. -1982. № 4 — С. 37−40.
  36. Э.Ф., Букаров А. Р., Винцковская А. Т., Фурмер Ю. В., Радин А. Н. Опыт эксплуатации отечественных поглотителей сероводорода при повышенном содержании сернистых соединений в природном газе II Хим. пром.— 1986, — № 4, — С. 35−36.
  37. B.C., Кандыбин А. И., Фурмер Ю. В., Бруй О. И., Жармаханбетов Ф. К. Моделирование процесса сероочистки на оксидноцинковых поглотителях в производстве аммиака II Хим. пром. -1989 № 3 — С.54−56.
  38. Катализаторы: Сб. материалов II Клуб науч.-тех. информ. при журн. Химия и бизнес М., 1999.
  39. Г. А., Греченко А. Н., Григорьев В. В., Серова Л. П., Ягодкина Г. Н. Влияние способа введения оксида меди на хемосорбционные свойства гщнксодержагцих сероочистных масс II Ж. прикл. химии. 1988. — № 6 — С. 1240−1246.
  40. Е.Я. Способ очистки газа от сероводорода //А. с. № 801 858 (СССР). В 01 D 53/02 Опубл. 07.02.81.Бюл. № 5.46. ТУ 113−03−2002−86.
  41. М. Carnell P.J.H. New fixed-bed absorbent for gas sweetening // Oil Gas J. 1986. -№ 84(33)-C. 59−62.
  42. Carnell P.J.H. Gas sweetening with a new fixed-bed absorbent // Proc. Laurance ReidGasCond. 36th Conf. 1986, — C. B1-B15.
  43. Kay D.A.R., Wilson W.G. Rare earth oxides in gaseous desulfurisation II Rare earth: Extract., Preparat., and Appl.: Proc. Symp. TMS Annu. Meet., Las Vegas, Nev., Febr.27 March 2, 1989. — Warrendale (Pa). 1988.-C. 179−186.
  44. Tamhankar S.S., Bagajewich M., Gavalas G.R., Sharma P.K., Flytsani-Stefanopoulos M. Mixed-oxide sorbents for high temperature removal of Hydrogen Sulfide II Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1986. — T. 25 — C. 429−437.
  45. Atimtag A.T., Littlefiela S.Z. The use of zinc oxide-based sorbents to remove hydrogene sulfide from coal gases //Abstr. pap. 194th ACS Nat. Meet. (Amer. Chem. Soc.), New Orleans, LA, Aug 30 Sept 4, 1987. — Washington, D.C. -1987.-C. 513.
  46. В.P. Технология газовой серы II Химия. М., 1992.
  47. S., Nougayrede J.B. 99, 9% overall sulphur recovery with a new version ofSulfreen process II Report: 1995 International Gas Research Conference.
  48. Г. А., Воронцова Н. Ф., Кондращенко Т. А., Ягодкина Г. Н., Боевская Е. А., Крутина С. А., Мишунова Г. В., Данциг М. Л., Якерсон В.И.
  49. Г. А., Шаркин Г. А., Якерсон В. И., Рыбакова С. М. Термодинамика реакций очистки газов от сернистых веществ // Ж. прикл. химии 1976. -№ 2-С. 329−333.
  50. Г. А., Воронцова Н. Ф., Крутина С. А., Данциг М. Л., Якерсон В. И. Определение сероемкости катализаторов и сорбентов динамическим методом II Кинетика и катализ 1974. — т.15, № 6 — С.1601−1603.
  51. Г. А., Кондращенко Т. А., Мишунова Г. В., Крутина С. А. Определение хелюсорбционно-каталитической активности сероочистных масс и катализаторов II Рук. деп. в Черкасском отд. НИИТЭХИМ. /№ 608/75 Деп. от 5.08.75г./
  52. Carnell P.J.H., Denny P.J. Techniques for investigating sulfur removed by zinc oxide absorbents II Ammonia Plant Saf. 1985. — № 25 — C.99−104.
  53. О.И. Разработка оксидноцинковых хемосорбентов сернистых соединений II Автореферат канд. дис. М., 1983.
  54. B.C., Кандыбин А. И., Фурмер Ю. В., Бруй О. И., Жармаханбетов Ф. К. Моделирование процесса сероочистки на оксидиоъщиковых поглотителях в производстве аммиака II Хим. пром. -1989. № 3 — С. 5456.
  55. B.C., Сафронов B.C., Общая химическая технология и основы промышленной экологии. //Химия -М., 1999.
  56. В.И., Торопкина Г. Н., Калинкина Л. И., Сорокина Н. П., Сатдарова Т. Е. Исследование очистки генераторного газа от сероводорода на железной руде II Экологические проблемы в энергетике: Сб. научных трудов.-ВНИПИЭНЕРЕОПРОМ-М., 1990.-С. 115−117.
  57. Краткий справочник физико-химических величин // Химия Л., 1972.
  58. Ю. Д. Твердофазные реакции /'/ Химия-М., 1978.
  59. Я.Б. К теории реакции на пористом или порошкообразном материале /У Ж. физ. химии. 1939. — т. 13, вып. 2. — С. 163−168.
  60. М.И. Диффузионные эффекты при реакции на поверхности пор сферического зерна катализатора II Кин. и кат. 1975. — т. 16, вып. 2. — С. 504−511.104
  61. Ramachandran P.A., Doraiswamy L.K. Modelling of noncatalytic gas-solid reactions II AIChE Journal 1982. — T. 28, № 6 — C.881−900. 74
  62. Ausman J.M., Watson C.C. Mass transfer in the catalyst pellet during regeneration II Chem. Eng. Sei. 1962. — T. 22 — C. 625.
  63. Ishida M., Wen C.Y. Comparison of kinetic and diffusional models for solid-gas reactions II AIChE J. 1968. — T. 14, № 2 — C. 311−317.
  64. Ruckenstein E., Vaidyanathan A.S., Youngquist G.R. Sorption by solids with bidisperse pore structures II Chem. Eng. Sei. 1971.-T. 26 — C. 1305- 1318.
  65. Rageswara Rao T., Kumar R. An experimental study of oxidation of zinc sulfide pellets 11 Chem. Eng. Sei. 1982. — T. 37, № 7 — C. 987−996.
  66. Bowen J.H., Cheng C.K. A diffuse interface model for fluid — solid reactions II Chem. Eng. Sei. 1969. — T. 24-C. 1829−1831.
  67. Mantri V.B., Gokarn A.N., Doraiswamy L.K. Analysis of gas-solid reactions: Formulation of a general model II Chem. Eng. Sei. 1976. — T. 31- C. 779.
  68. Prasannan P.C., Doraiswamy L.K. Gas-solid reactions: experimental evaluation of the zone model II Chem. Eng. Sei. 1982. — T. 37, № 6 — C. 925−937.
  69. Lindner B., Simonsson D. Comparison of structural models for gas-solid reactions in porous solids undergoing structural changes II Chem. Eng. Sei. -1981.-T. 36, № 9-C. 1519−1527.
  70. Ranade P.V., Harrison D.P. The variable property grain model applied to the zinc oxide-hydrogen sidfide reaction II Chem. Eng. Sei. 1981. — T. 36 — C. 1079−1089.
  71. Nicholson D. Variation of surface area during the thermal decomposition of solids II Trans. Faraday Soc. 1965. — T. 81 — C. 990.
  72. Ishida M., Wen C.Y. Comparison oj zone-reaction model and unreacted-core shrinking model in solid-gas reactions — 1. Isothermal analysis // AIChE J. — 1970.-T. 26, № 7-C. 1031−1041.
  73. Ree H., Amundson N. A study of the shock layer in nonequilibrium exchange systems 11 Chem. Eng. Sei. 1972. — T. 27 — C. 199 — 211.
  74. Zwiebel I., Gariepy R.L., Schnitzer J.J. Fixed bed desorption behavior of gases with non-linear equilibria: Part I. Dilute, one component, isothermal systems II AIChE Journal 1972. — T. 18, № 6 — С. 1139−1147.
  75. Gidaspow D., Dharia D., Leung L. Gas purification by porous solids with structural changes II Chem. Eng. Sci. — 1976. T. 31 — C. 337−344.
  76. Raghavan N.S., Ruthven D.M. Numerical simulation of a fixed bed adsorption column by the method of ortogonal collocation II AIChE Journal — 1983. — T. 29, № 6 C. 922−925.
  77. Amundson N. A note on the mathematics of adsorption in beds II J. Phys. Colloid Chem. 1948. — T. 52 — С. 1153−1157.
  78. A.B., Кудрявцев С. П., Петрухин H.B. Адсорбъ^ионно-каталитические методы очистки газовых сред в химической технологии П Химия.-М., 1989.
  79. Л.Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика II Сер. «Теоретическая физика», т. 5. изд. 3, доп. — Наука. — М., 1976.
  80. В.Л., Данциг Г. А., Кондращенко Т. А. Динамические показатели качества сероочистныхмасс // Ж. прикл. химии 1982. — № 2 — С. 358 — 361.
  81. В.Л., Данциг Г. А. Особенности поглощения серы окисью цинка в промышленных условиях // Л., 1981. Деп. в ВИНИТИ 16.06.1981. № 5251−8. -8с.
  82. Д. Худсон, Статистика для физиков II Мир М., 1970.
  83. В.Л., Данциг Г. А., Кондращенко Т. А., Григорьева Т. П. Внутридиффузионная динамшка тонкой очистки газа от H2S II Исследования катализаторов производства аммиака: Тр. ГИАП. —М., 1985. С. 85 — 95.
  84. Л.Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика // Сер. «Теоретическая физика», т. 6. изд. 4. — Наука, — ML, 1988.
  85. В. А., Гартман В. Л., Коновалов С .Я., Тарарышкин М. В., Обысов А. В., Бесков B.C., Голосман Е. З. Опыт экономичной загрузки узла сероочистки агрегата синтеза метанола /'I Хим. пром.-2000. № 10. — С. 507−511.106
  86. И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов И 13-е изд., испр. Наука — М., 1986.
  87. Д. Прикладное нелинейное программирование II Мир М., 1975.
  88. Fitzpatrick Т. Impact of New Technology on Methanol Plant Production Costs И Materials of World Methanol Operators Forum IMTOF'99 Denver, Colorado, USA, 1999.
  89. В.Л., Иконников В. Г. Динамические показателимеханоактивированной сероочистной массы // Вопр. кинетики и катализа «Механизм и кинетика формирования катализаторов»: Межвуз. сб. науч. тр. —Иваново, 1986. С. 99 -100.
  90. В.Г., Гартман В. Л., Обысов A.B., Вейнбендер А. Я. Способ получения сорбента для очистки газов от сернистого соединения // Патент РФ № 2 142 335, приоритет от 13.04.99. -Бюл. № 34. 10.12.99.107
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!