В данном дипломном проекте были рассмотрены различные методы и схемы тонкой очистки технологического газа от оксидов углерода, выбран наиболее оптимальный для данных условий и объема производства метод производства (метод каталитического гидрирования), а также оптимальная схема производства, определено необходимое количество катализатора.
Также были рассмотрены различные конструкции реакторов и определена наиболее рациональная конструкция применяемая в выбранной схеме тонкой очистки. Это вертикальный шахтный реактор полочного типа.
В результате технологического расчета в частности материального баланса был определен состав газа на выходе из реактора. На основе состава газа был сделан вывод, что степень очистки газа соответствует определенной заданием. В результате расчета теплового баланса были определены температуры потоков в реакторе. На основании теплового расчета была рассчитана толщина тепловой изоляции. Были определены основные размеры аппарата.
Результатом гидравлического расчета является определение полного гидравлического сопротивления аппарата и вывод о том что спроектированный аппарат соответствует нормам и практическим данным в части потерь давления на преодоление сопротивлений движению газового потока.
В результате прочностного расчета были определены толщины стенок цилиндрической обечайки, эллиптического днища, определены основные кон-структивные размеры фланцевого соединения, в месте присоединения трубопровода подачи газа, фланцевое соединение рассчитано на прочность и герметичность.
В специальном разделе выбрана технология изготовления отдельных элементов аппарата, составлены технологическая, маршрутная и операционная карты.
В разделе «Автоматизация оборудования» разработана схема автоматизации, которая обеспечивает стабильность показателей технологического процесса, а также осуществляет регулирование и, если необходимо, блокировку процесса. Подобраны приборы и составлена заказная спецификация для заказа приборов автоматизации на заводы изготовители.
В разделе «Безопасность и экологичность проекта» разработан ряд мер для безаварийной работы блока метанирования, охраны окружающей среды, гражданской обороны, а также был произведен расчет молниеотвода и заземлителя.
Результатом выполнения «Экономического раздела» явилось экономическое обоснование принятых решений при проектировании. Срок окупаемости реактора составил 1,5 года.
Спроектированный аппарат удовлетворяет техническому заданию и может быть использован в производстве аммиака для тонкой очистки природного газа от окиси углерода.
| Введение | 4 |
| 1 Обзор состояния вопроса | 6 |
| 1.1 Очистка конвертированного газа от оксидов углерода | 6 |
| 1.2 Классификация реакторов | 14 |
| 2 Технологический раздел | 17 |
| 2.1 Описание технологической схемы и проектируемого оборудования | 17 |
| 2.2 Технологический расчет | 20 |
| 2.3 Материальный баланс | 21 |
| 2.4 Тепловой баланс | 23 |
| 2.5 Расчет толщины тепловой изоляции | 25 |
| 2.6 Определение основных размеров аппарата | 26 |
| 2.7 Расчет диаметров штуцеров | 27 |
| 2.8 Гидравлический расчет реактора | 27 |
| 2.9 Расчет вспомогательного оборудования | 29 |
| 3 Расчетно-конструкторский раздел | 33 |
| 3.1 Конструирование аппарата | 33 |
| 3.2 Выбор материала для изготовления аппарата | 34 |
| 3.3 Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки | 35 |
| 3.4 Расчет толщины стенки штуцера | 37 |
| 3.5 Расчет толщины стенки эллиптического днища | 37 |
| 3.6 Расчет фланцевых соединений | 39 |
| 3.7 Расчет укрепления отверстия | 41 |
| 4 Специальный раздел | 44 |
| 4.1 Разработка технологического процесса изготовления обечайки | 44 |
| 4.2 Маршрутная, технологическая и операционная карта | 58 |
| 5 Автоматизация оборудования | 60 |
| 5.1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования | 60 |
| 5.2 Выбор и обоснование средств автоматизации | 62 |
| 6 Безопасность и экологичность проекта | 71 |
| 6.1 Анализ опасных и вредных факторов | 72 |
| 6.2 Мероприятия по предотвращению воздействия опасных и вредных факторов | 74 |
| 6.3 Защита персонала и территории в чрезвычайных ситуациях | 77 |
| 7 Организационно-экономический раздел | 78 |
| 7.1 Технико-экономическая характеристика | 78 |
| 7.2 Себестоимость продукции | 78 |
| 7.3 Обоснование производственной мощности | 80 |
| 7.4 Организация труда и расчет заработной платы. | 80 |
| 7.5 Прибыль | 82 |
| 7.6 Расчет эффективности использования основных средств | 82 |
| 7.7 Сводные показатели эффективности проектного решения | 83 |
| 7.8 Построение графика | 84 |
| 7.9 Заключение об экономической эффективности | 85 |
| Заключение | 86 |
| Список использованных источников | 88 |
Во всех индустриально развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Такое бурное развитие азотной промышленности диктуется в первую очередь необходимостью удовлетворения неудержимо растущего населения продуктами земледелия. Без минеральных удобрений, и в первую очередь азотных, невозможно решить задачи интенсификации сельского хозяйства.
Первые этапы развития производства аммиака характеризуются стремлением к совершенству отдельных технологических звеньев общего процесса. Строительство новых заводов и установок осуществляется на основе все более рациональных и совершенных технологических схем, применяются все более надежные конструкции технологических аппаратов и энергетических машин, более активные, селективные и стабильные катализаторы, растворители и поглотители. Растет степень автоматизации управления производством, используются достижения химической физики, укрупняются мощности единичных агрегатов синтеза аммиака.
В развитии отечественной азотной промышленности большое значение имел перевод производства на более экономичный и менее дефицитный, по сравнению с коксом, вид сырья - природный газ. Это потребовало изменения методов получения и очистки природного газа, разработки новых видов технологического оборудования, аппаратов и арматуры, разработки новых видов катализаторов, увеличения производительности установок.
В крупных агрегатах производства аммиака очистку газов от оксидов углерода осуществляют водным раствором моноэтаноламина, но этот метод не обеспечивает необходимую степень очистки. Поэтому дополнительно проводят каталитическое гидрирование остаточного диоксида углерода. При этом на гидрирование одного объема СО2 тратится 4 объема водорода, который является целевым продуктом, в результате чего образуется метан, являющийся балластом, он выдувается на стадии синтеза с продувочными газами. Поэтому желательно на стадии жидкостной очистки добиться возможно низкой остаточной концентрации CO2.
После стадии очистки от диоксида углерода газ содержит СО и СО2, которые вместе с кислородом и водяным паром являются ядами для катализатора синтеза аммиака. При увеличении их концентрации выше 40 см3/м3 наступает необратимое отравление, связанное с рекристаллизацией активного компонента.
Для устойчивой и длительной работы катализатора синтеза аммиака необходимо, чтобы содержание в синтез-газе оксидов углерода не превышало 25 см3/м3, а в ряде случаев не более 10 см3/м3. Достижение очень глубокой очистки 1-2 см3/м3 позволяет улучшить экономические показатели стадии синтеза за счет повышения активности катализатора в результате уменьшения ядов. Это дает возможность работать в цикле синтеза с большим содержанием инертов и, следовательно, снизить расходный коэффициент по синтез-газу и электроэнергии, а в конечном счете по природному газу.
Поэтому в крупных агрегатах синтеза аммиака проводят тонкую очистку газа от оксидов углерода методом каталитического гидрирования.
После абсорбционной очистки газ содержит 0,3-0,7% СО, что определяется активностью низкотемпературного катализатора конверсии СО, и 0,02-0,1% СО2, количество СО2 зависит от метода очистки. При нарушениях технологического режима в обоих процессах на стадии очистки газа бывают случаи кратковременного повышения концентрации диоксида углерода до 1,7%.
Расчет реактора очистки синтез-газа является целью данного дипломного проекта.