В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2) (Решение → 28460)

Заказ №38761

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2) Задание: Составить тепловой баланс реактора и рассчитать зависимость степени конверсии (Х) от расхода природного газа (V2), идущего для сжигания в печи: X=f(V2) Дополнительные данные для расчета: Степень окисления метана кислородом воздуха в печи равна 1; кислород взят в соответствии со стехиометрией реакции (2); T1 - температура газовой смеси на входе в реактор (T1=50-250°C); T2 - температура проконвертированной газовой смеси на выходе из реактора (T2=430-1250°C); VI - расход природного газа, направленный в реактор на конверсию с водяным паром (V1 = 10000-60000 м³/ч); V2 - расход сжигаемого природного газа в печи (V2 = 15000-80000 м3 /ч); Изменение энтальпии реакций: ΔН1 =206000 кДж; ΔН2 =-805000 кДж. Изменением объема газовой смеси и теплоемкости в результате протекания реакции конверсии пренебречь. Средние теплоемкости исходной и проконвертированной газовой смеси равны: 2,34 кДж/м2 градус. Тепловые потери в реакторе конверсии составляют 3% от тепловой энергии, приносимой газовой смесью в реактор; тепловые потери в печи сжигания составляют 5% от энергии, выделяющейся от сжигания природного газа. Ответ: Степень конверсии метана с водяным паром (Х) изменяется от 0,5 до 0,9

Решение:

Порядок составления теплового баланса. Для наглядности, изучаемые и рассматриваемые в задаче процессы, можно представить в виде следующих принципиальных схем: Рис.2. Химико-технологическая схема (ХТС) Рис.3. Схема основных потоков теплового баланса В статью «Приход» теплового баланса запишем все тепловые потоки, приносящие энергию в реактор: 1. Qприход = Qfp + Qcr2 В статью «Расход» запишем все тепловые потоки, которые уносят энергию из реактора: 2. Qрасход = Qfr + Qcr1 + Qp 3. Qfp = 2.96·V1 · c · T1 – поток тепловой энергии, которую приносит с собой нагретая до температуры Т1 исходная газовая смесь после смесителя. где 2.96 – коэффициент, устанавливающий связь между исходной смесью и смесью после смешения.

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

 

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)

В смеситель поступает природный газ (V1, м3 /ч) состава (об.%): CH4-98; N2-2 и водяной пар в соотношении исходных концентраций ZNCH4/ZNH20 равной 1/2, а затем газовая смесь направляется в каталитический реактор, где протекает реакция конверсии метана с водяным паром по реакции (1): CH4 + H2O = 3H2 + CO (1) Так как реакция конверсии эндотермическая, то для поддержания температурного режима в реактор подают теплоноситель, получаемый сжиганием природного газа кислородом воздуха в печи по реакции (2): CH4 + 2O2 = 2H2O+ CO2 (2)