1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Дополнительная переработка. Из синтез-газа, состоящего в основном из Нз и СО, для получения которого обычно требуется газификация с применением кислородного дутья, с помощью катализаторов можно получить ряд продуктов, в том числе метан (синтстический природный газ), метанол, водород и аммиак. При получении из синтез-газа синтетического природного газа, метанола и аммиака обычно используется технология со стационарным катализатором, рециркулирующими потоками и охлаждением для отвода экзотермического тепла реакции. Для достижения желательной конверсии реагирующих компонент к рециркулирующему синтез-газу добавляют свежий газ. Увеличение температуры в слое катализатора устанавливается с учетом изменения его активности и возможности спекания, а также удлинения срока его службы.
Для обычного процесса с рециркуляцией составляют тепловой и материальный баланс. Тепло подводится с сырьем и паром (если он требуется), подача и рециркуляция сырья осуществляются компрессором, отвод тепла происходит с потоком продуктов. Заменепехь лриродиого газа получается путем метанизации: ЗНз + СΠ— > СН4 + НзО. (! 2) Образованию метана благоприятствуют высокие давления и низкие температуры.
Молярные отношения Нз/СО на вводе в реактор обычно колеблются в пределах 3,10Д вЂ” 3,1571. Максимальная температура в реакторе не превышает 480'С. Константа равновесия реакции [12] определяется по формуле (СНч)(Н,О) [ Общее количество моделей !' Рава з (1 3) (СО)(Н )з 1 Абсолютное давление В отличие от уравнения (7) константа равновесия для реакции метанизации (уравнение (!3)) чувствительна к давлению, поскольку в реакции участвуют три моля водорода.
Примеры последовательных расчетов реакции метанизации можно найти в отчете Управления энергетических исследований и разработок [213, подготовленном фирмой Вгацп А Со. Промышленные катализаторы для реакции метанизации чувствительны к сере, и поэтому синтез-газ должен быть предварительно очищен от Н,В Заменитель природного газа может быть получен с помощью комбинированного процесса метанизации, проходящего в адиабатических трубчатых реакторах. На таких установках можно получать перегретый пар высокого давления.
В процессе по реакции Будуара возможно и образование свободного углерода. Для того чтобы предотвратить образование углерода, требуется подвод достаточного количества пара (для расчетов можно воспользоваться диаграммами С-Н вЂ” О) [223. Мегланоа. Синтез-газ превращается в метанол каталитически в результате реакций 2Н, + СО -+ СН,ОН ЗН, + СО, — СН,ОН + Н,О. Образованию метанола благоприятствуют низкие температуры и высокие давления.
Для получения синтез-газа соответствующего состава к нему добавляется избыточный водород до соотношения Нз = 1,1 до 1,2. 2СО + ЗСО, Применение активных катализаторов на медной основе (чувствительные к сере) позволяет проектировать установки по производству метанола под давлением 50 †1 атм и температурой слоя в пределах 250 †3'С.
При этом значительное внимание уделяется эффективному иаюльзованию тепла реакции [233. Фирма Е!ес1Пс Розчег йезеагсЬ осуществляет разработку синтеза метанола в жидкой фазе [241. В систему с «кипягцимв слоем катализатора, псевдоожиженного инертным, несмешиваюп1имся углеводородом, вводится свежий синтез-газ (к рециклу). Благодаря поглощению метанола растворителем достигается его высокий выход. Улучшается возможность регулирования температуры реакции. Предварительные ланные теплового и материального баланса этого технологического процесса приводятся в работе [133.
Молярное отношение Нз и СО в синтез-газе устанавливается равным 2г'1. Фирма произвела оценку стойкого к сере катализатора для синтеза метанола [253. Аммиак. Синтез аммиака осуществляется в соответствии с реакцией ЗН, + Н, -+ 2)ч(Нэ и протекает при давлении 17200 — 24100 кПа. Если требуется получение жидкого аммиака, следует предусмотреть его охлаждение. Более подробное описание этого процесса содержится в работе [193.
3. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ИЗ БИОМАССЫ: ПИРОЛИЗ И КАТАЛИТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ 3.!. Технология методов Технология пиролиза биомассы состоит в ее нагревании в отсутствие кислорода. При этом получаются кислые и нейтральные кислородсодержащие жидкости. В процессе пиролиза, проводимом при низком давле- !5! Способы получения энергии жэ биомассы Часть 11 нии, образуется большое количество углистого вещества, обычно с небольшим содержанием серы и золы. Экономическая эффективность производства жидких топлив из биомассы методом пиролиза в значительной степени зависит от ценности углистого вещества, получаемого в виде побочного продукта.
В некоторых регионах может возникнуть потребность в активированном угле, например для очистки воды или в качестве дополнительного топлива в котельных (коммунальных или промышленных). Технология методов пиролиза была разработана фирмами ТесЬ Атг [26], Епегйу Кеэоцгсеэ Сотпрапу, (пс. [27] и Оссгбепга1 Регго!ешп [28]. Кинетика пиролиза целлюлозного материала рассмотрена в работе [29]. Углеродсодержащие материалы, такие, как биомасса или уголь, могут быть сжижены (нли газифицированы) с помощью катализаторов в виде щелочноземельных металлов (например, Ь(агСОэ). В Албени (шт.
Орегон) сооружена полупромышленная установка по сжижению отходов древесины производительностью 3 т/сут [30]. Первоначально работа проводилась на целлюлозном материале (городские отходы, остатки древесины) и навозе [31]. В процессе сжижения биомассы шелочные катализаторы стимулируют удаление кислорода из сырья при его рециркуляции в виде пульпы. Согласно последним экспериментальным данным, значительного превращения древесины в жидкое топливо можно добиться, проведя перед сжижением легкий кислотный гидролиз сырья. Другие способы сжижения биомассы (например, экстрактивная переработка растений ЕцрЬогЬ1а) рассматриваются в работе [4]. 3.2.
Основные уравнения Для расчета технологического процесса пиролиза используются те же методы, что и в случае газификации биомассы. Однако при пиролизе в углистом веществе может оставаться половина углерода, содержащегося в исходном сырье. Поэтому трудно предсказать элементный состав н теплоту сгорания углистого вещества. Для этого необходимо использовать имеющиеся экспериментальные данные относительно исходного сырья и его пиролиза. Углистое вещество содержит большое количество углерода, немного влаги и большую часть золы, присутствующей в сырье. Для предсказания состава и теплоты сгорания получаемого.
топлива экспериментально определяют выход и состав горючих газов пиролиза: этапа, пропана, ненасыщенных соединений и т.п. Одним из продуктов пиролиза является вода, допустимое количество которой в биомассе, предназначенной для пиролиза, определяется следующим образом [32]: Вода, + Вода поступающая реакция с биомассой (15) = Вода, + Вода в жидких которой продуктах пиронасыщены лиза газы (для контроля пиролнза вязкости ста бильности или других целей). (1 4) В уравнении (14) учтены влага, содержащаяся в сырье, и образуюшнеся продукты реакции. По этой технологии влага будет содержаться в основном в жидких и газообразных продуктах реакции, С помощью приведенного уравнения может быть определена глубина необходимой ос шки биомассы, чтобы при резком охлаждении реакционной смеси у избежать образования водного конденсата.
Один из вариантов идеализированного процесса пиролиза может быть представлен в виде ыагСОз САНВОС + т«Отт — САНВОг-г + тОг. (сырье) (продукт) Исследовалась возможность применения моноксида углерода в качестве восстанавливающей компоненты «Ож Стехиометрический коэффициент У определяется по заданному содержанию в продукте кислорода. Для некоторых целлюлозных отходов количество кислорода в продукте, согласно наблюдениям, должно составлять 14 — 15 масс. ~.' [31].
В предварительных исследованиях технологического процесса сжижения древесины использовалось 23 масс. ';„кислорода. Сжижение древесины может производиться по рециркуляционной схеме, показанной на рис. 3. Уравнение, описывающее этот процесс, приводится в стандартных учебниках, ниже оно дастся для беззогьного варианта. Обозначим беззольную биомассу (САНВООЬ(ВБВ) через лбоззол Ма«СЛЧ.
1Отца Ео =)бозэол+(Н,о И вЂ” общий массовый баланс Рт +Рг —— ,Йоээол+Хн О' (16а) — специфическая фракция Хо сухой беззольной массы в суспензии, постУпающей в РеактоР, Хо =(Убоээол+ РэХ1У(Ел+ Рз) (16б) — Хо устанавливается с учетом ограничений, связанных с вязкостью суспензии или прокачиваемостью сырья, и может колебаться в пределах 0,2 — 0,5; — масса фракции неконвертированной биомассы Хт: Х1 =(Та«этол+ +Х1гэ)(1 1(С)!(Ро+л з л'г) ° где РРС означает конверсию за проход, выраженную в виде доли биомассы по отношению к продукту.
При гидрокрекинге нефти значения конверсии за проход колеблются от 50 до 80% в зависимости от типа исходного сырья„ катализатора, желаемого ассортимснта конечных про- 152 153 Часть И Способы получения эпергяя яз биомассы ку Ху Рис. 3. Схема переработки биомассы методом Рециркуляции псхоляого сырмь рс-скарастыютока, ммнк|крам»; рг-аснавнмс продукты; р,-тстм; у, рсннркукнрующвв поток; Х-мво соквк докв бвомвсма; Х,-нсканюрамрусмвн часть бнамкссм. дуктов и других факторов; — ВтОРичнын пОтОк г з (В ОснОВнОм, газы) Рз = (Убсззюд + / 16у' чг + Х|Рз)(РРС)~ — — )+2Н,О, .Убсззод (16г) где У представляет собой коэффициент В уравнении (15), при этом предполагается, что вода ( Гн,о), поступающая в реактор, выходит в виде пара с пОтОкОм гз.
С помощью уравнений (16) могут быть определены Р„Р2, Рз и Х, ПРИ УСЛОВИИ, ЧтО ДЛЯ ДаННОЙ ЗаДаЧИ ОПРЕДЕЛЕНЫ ВЕЛИЧИНЫ )бсктод, (Н О И Х. д 2 Дополнительные предположения: !) Удельное парциальное давление. Если СО играет роль активатора (уравнение (15)1, то для обеспечения благоприятной кинетики процесса необходимо минимальное парциальное давление СО на впуске в реактор. В работе (333 оно принималось равным 13800 кПа.
2) Избыточный реагент. Для производства желаемого ассортимента продуктов при теоретическом расходе СО или других рва~сигов можно пользоваться уравнениями типа (15). Практически для улучшения кинетики реакции берется избыток реагентов, составляющий 20-80 „при этом следует учитывать потери газообразных реагентов как в результате растворения в жидкой фазе, так и в результате утечки, а также другие факторы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
