1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Процессы получения газов можно подразделить на две группы: 1) происходящие под воздействием тепла и катализатора; 2) требующие взаимодействия с другими веществами прп нормальной пли повышенной температуре. К первой группе относятся процессы получения водорода диссоциацией аммиака, получение кислорода 358 разложением хлоратон и перхлоратов щелочных металлов или разложением перекиси Водорода. Ко второй группе относятся процессы конверсии бензина и метанола, гидролиз гпдридон металлов, гидролиз надперекисных соединений.
8.2. ПОЛУЧЕНИЕ РЕАГЕНТОВ ИЗ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 8.2.1. Получение водорода диссоцнацней аммиака Аммиак имеет высокое содержание водорода — 0,176 кг на 1 кг КНз Промышленное производство аммиака составляет ъ|нл.пюны тонн в год нрн относительно яевысокой стоимости !около 100 руб за тонну).
Состав жидкого синтетического аммиака регламентлроаан и позволяет осуществлять его диссоциацию без предварительной о щетки, а продукты диссоциацни направлять непосредственно в ЭХГ.' Система хранения жидкого аммиака является менее металлоемкои, чем СХГ!Р сжатого водорода (баллон жидкого аммиака эквивалентен восьми баллонзм сжатого водорода), и более удобной для транспортировки. Соотношение массы тары к массе водорода в аммиаке составляет 1О: 1, в то время как для баллоняого водорода оно составляет 100: 1, Ввиду низкого давления насыщенных паров аммиак весьма удобно хранить и транснортировать обычнымн видами транспорта.
Давление насыщенных пэров аммиака: Температура, 'С .. .. — 50 — 30 0 +20 +50 +70 Давление, МПа . . .. 0,039 0,117 0,423 0,845 2,0! 3,38 Впервые реакция разложения аммиака в присутствии железа была открыта в начале Х1Х в. Впоследствии значительное внимание было уделено реакции синтеза аммиака нз-за ее большого значения з проблеме связывания атмосферного азота, а реакция диссоцнации аммиака была изучена гораздо меньше. Разложение зммиака начинается при 270'С, а при температуре свыше 900'С аммиак практически разлагается полностью.
Реакция диссоциацнн протекает с поглощением теплоты и идет по уравненнкз 2!ЧН,, И, -1- ЗН, — 92 кДж. Полнота рсзицни диссоциацнн аммиака зависит от тЕмпературы, давления н типа катализатора. Завнспмость константы равновесия реакции диссоциация аммиака от температуры выражается уравнением — 4780 18 Кр Т + 3'о2!я Г+ 0 С ростом температуры степень диссоциацви аммиака возрастает.
Влияние температуры яа стенень диссоциация аммиака приведено в табл. 8 3 Влияние давления при различных температурах на равновесное содержание аммиака приведено иа рис. 8.2. 359 Рввновесвлва состав. Лв 1обз Тевпврвтурв, 'С мв кенв 98,51 8,72 0,2! 0,024 2?О 325 625 925 0,37 22,82 24,95 25,0 1,12 68,46 74,84 75,0 2(ьвмо0вве газы ""з 11ымв5ые 111 тй 5 гчЗНг — в Н ЗХГ 0 100 500 ч00 500 500 С 361 Т а б л и и а 8.3.
Влияние температуры на степень диссоцнпции аммиака Для проведения процесса диссоциацин аммиака с большой степенью разложения при значительных расходах до 0,6 м'с-' наи. более пригодны железные промотированные катализаторы синтеза аммиака, показывающие высокую активность прн 400 — 600'С. Из них наиболее активны и термостойки катализаторы марок ТК и СА; разложение аммиака на них идет с заметной скоростью утке прй Рис. 8.2. Равновесные концентрации аммиака в заннсимости от давления при различных температурах. Ние .Рнс.
8.3. Схема днссоциатора аммиа- ка с газоным обо~ревом. 400'С. Следует отметить, однако, что ни один из промышленных катализаторов, применяемых в процессе синтеза аммиака, ие является оптимальным для процесса диссоциации (8.Ц На рис. 8.3 приведена наиболее простая конструкция диссоциатора, обогреваемого продуктами горенвтя днссоцинрованпого аммиака, Горелка 1 дает диффузионный факел, что позволяет осуществить более или менее равномерный подвод тепла к кольцевому пространству, заполненному в самой горячей, нижней части инертной насадкой 2. Выше нее расположен катализатор диссояиацин 3. Компактный днссоциатор, разработанный в Институте газа АН УССР (рис. 8.4), работает следующим образом.
Газообразный аммиак перегревается в змеевике 3 и направляется в коллекторы двух каталнзаторных коробок 2, заполненных катализатором ГК-1. Внизу расположена кольцевая диффузионная горелка 1, работающая на днссоциированном газе. 360 Экономичность работы диссоциатора характеризует термический КПД тц = В1Н,Яг где 1Зн — теплота сгоРаниЯ полУченного чистого водоРода; 13г — теплота сгорания затраченного исходного горючего.
При наиболее благоприятных режимах работы максимальный КПД достигает 70в)о. Принципиальная схема получения водорода диссоциацией аммиака представлена на рнс. 8.5. Риа 8.4. Схема аммиачного генератора водорода конструкции Инсти- тута газа ЛН УССР. Аммиак нз баллона 1 через вентиль 2 поступает в испарительутилизатор тепла 3, затем в перегреватель 4 н далее в днссоциатор б, где на катализаторе при 550 — 600'С происходит разложение аммиака на азотно-водородную смесь. После диссоциатора азотно- водородная смесь разделяется на два потока — один нз горелку дам отопления, другой к ЭХГ.
0.2.2. Ггопучвнне водорода конверсией метанола Метанол (СНвОН), в обычных условиях представляет собой бес цветную прозрачную жидкость с запахом, подобным запаху зтило- .ного спирта. Ядовит, поэтому" предельно допустимая концентрация метанола в воздухе производственных помепзений 50 мг/и'. Метанол имеет достаточно высокое содержание водорода — 0,12о кг на 1 кг СНзОН. Промышленное производство метанола составляет миллионы тонн в год.
Транспортировка и хранение метанола не требуют особых условий, однако должны соблюдаться соответствующие правила хранения и обращении. Отечественная промышленность производит метанол различного качества в зависимости от содержании примесей. Так, одна из модификаций метанола содержат концентрация водорода получается больше, а расход теплоты на единицу образующегося водорода на 31,8'/а меньше (с учетом теплоты испарения исходных веществ).
Таким образом, суммарная реакция СН,ОН+ Н,О СО, + ЗН,— 49 кЛж (8.3) эндотсрмична и для осуществления ее требуетси подвод теплоты извне. 83) м но Для вычисления константы равновесия реакция (чоы можн пользоваться уравнением 1- 'о ! 0 к17)а!' 1 О 3529.10-'Т вЂ” 0,0508 1О 'Т' — 3,26. 2217,5 Т Рис.
8.5. Принципиальная схема получении водорода диссоциацией аммиака. серы не более 0,002, железа не более 0,01, альдегидов и кетоноа не более 0,07з)а и пригодна для получении водорода без предварительной очистки. Цена метанола около 100 руб за тонну. Технолошзческнй процесс — одноступенчатая паровая каталитическая конверсия; при этом выход водорода составляет 0,185 кг на 1 кг СНзОН, На катализаторе при 200 †4'С метанол разлагается по следующей реакции: (8.1) СН,ОН,. СО+ 2Н, — 90 кДж.
В случае разложения водного раствора метанола одновременно идет также реакции конверсии СО водяным паром СО-)-Н,О, СО,+Н,+41 кЛж, (8. 2) Изменением концентрации метанола в исходном растворе можно получить конвертированный газ с любым соотношением СО!СОз. В том случае, когда целевым продуктом реакции является водород, целесообразно перерабатывать именно водный раствор метанола: 362 Реакция (8.1) является обратной реакцией синтеза метанола, который подробно исследован н широко применяется в промышленнос тн. В результате кататитпческого процесса конверсии образуется г азя та зовая смесь, состоящая в основном из водорода, углекислого га ЭХГ со и окиси углерода. Так как эти примеси недопустимы для ЭХГ щелочным электролитом, необхолима стадия очистки водород . а.
Параметры ппоцесса конверсии метанола в системе подготовки топлива пля Э2Г со щелочным злектролиточ составляют по давлению ло 10 МПа н по температуре 200 — 400'С, При этом давление определяется характером процесса последующей очистки конвертированного газа, а температура — активностью современных катализаторов, Если привять допущение о том, что реакционная смесь пдеальна, т. е, подчиняется уравнениям состояния идеального газа, то новесный состав смеси может быть рассчитан сравнительно просто. При этом методика расчета состоит в слодуюшем, Расчетное ураннение реакции на 1 моль прореагировавшего метанола можно записать в виде (! + ) (! + й снон) ™гг, + Мсо, + Мсо+ 34но+ Мсн он где 34, — ~исло молей соответствуюших компонентов; а — мольное соотношение вода: метанол в исходной смеси Укаэанная система пяти уравнений, приведеннаи к виду, удобному для практического использования, имеет впд Мн, = 2+ Мсо МСО,= ! — 1(СО Мсн Он [3+ " + (" + 1) 1!снон) ' .
В!гг,г со,. 8!но= К М СО Мн,о+ л!Со, М Рн гле К, К вЂ” коэффициенты летучестей чистого вещбй))вй цвета!- аа нала. 363 На рис. 8.6 показаны изменения концентраций всех коипонен. тов конвертированного газа в зависимости от температуры при постоянных давлении и соотношении вода; метанол в исходном рас.
творе. Сравнение характера изменения концентраций говорит о следующем. Равновесное количество метанола падает с температурой, вызывая рост концентрации водорода. Концентрация СО непрерывно растет, что объясняется смещением равновесия реакции вадино>о газа в сторону исходных продуктов (СО и Н>О). Это смещение таково, что вызывает даже некоторое падение концентрации водорода и заметное снижение концентрации СОг, несмотря на увеличиваюгцуюся степень конверсии, Содержание водяного пара во влажном ДымгБ>>г гази 74 - ЛЕЩ .
>Б ">Б (н Е .„",1 й )О и гкБХГ Нг е ОН 60114!Ба Бгг Бпг ББ> '" Бз пп>еппепип пыа гаг На етеппеппе Рис. 8.7. Схема метанольного ' генератора водорода с газовым обогревом. Рис. 8.6. Равновесный состав жонвертированного газа при в=4 МПа на 1 газе имеет ярко выраженный минимум в том месте, где степень конверсии уже высока, а влияние реакции водяного газа еще не начало сказываться. Данная каргина является характерной и наблюдается также при любых других расчетных данлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
