Внедрение блока короткоцикловой адсорбции в технологию паровой конверсии природного газа с целью повышения качества извлекаемого водорода

Введение 5
1 Теоретическая часть 7
1.1 Принцип работы блока короткоцикловой адсорбции 7
1.2 Основные типы адсорбентов 9
1.3 Анализ существующих технологий паровой конверсии природного газа 10
1.4 Влияние параметров процесса на качество извлекаемого водорода 12
1.5 Оценка эффективности блока короткоцикловой адсорбции в повышении каче-ства водорода 14
1.6 Преимущества и ограничения внедрения блока короткоцикловой адсорбции 16
2 Безопасность жизнедеятельности 19
2.1 Идентификация и анализ опасных вредных производственных факторов техно-логического процесса 19
2.2 Меры защиты окружающей среды 23
2.3 Возможные аварийные и чрезвычайные ситуации 24
3 Расчётная часть 27
3.1 Описание технологической схемы блока короткоцикловой адсорбции («Linde Engineering») 27
3.2 Характеристика сырья и продукции 32
3.3 Материальный баланс процесса 34
3.4 Расчёт адсорбера установки концентрирования водорода на цеолитах циркуля-ционного водородсодержащего газа 34
3.5 Выбор адсорбента для блока короткоцикловой адсорбции 41
3.6 Моделирование цикла адсорбции 45
4 Экономическая часть 46
4.1 Теоретическое введение 46
4.2 Расчётная часть 51
4.2.1 Расчёт стоимости капитальных сложений 51
4.2.2 Определение затрат на годовой объём выпускаемо продукции 52
4.2.3 Расчёт себестоимости единицы продукции. 54
4.2.4 Расчёт цены продукции 54
4.2.5 Расчёт выручки и прибыли предприятия за год 55
4.2.6 Расчёт рентабельности производства 55
4.2.7 Расчёт экономического эффекта от внедрения проекта (ЧДД) и срока окупаемо-сти 56
Заключение 57
Список литературы 58
Приложение А Технологическая схема блока короткоцикловой адсорбции
Приложение Б Чертёж адсорбера
Приложение В Материальный баланс секции короткоцикловой адсорбции
Приложение Г Технико-экономические показатели секции короткоцикловой ад-сорбции

Весь текст будет доступен после покупки

Короткоцикловая адсорбция (КЦА) является проверенным приемом очистки при производстве высокочистого водорода (чистота равна или превышает 99,9%). Агрегаты КЦА поставляются в виде комплектных бло-ков. В них газообразные примеси, такие как СО, СО2 и СH4, адсорбируют-ся при высоком давлении и десорбируются при низком давлении. Процес-сы повторяются в агрегатах без подачи или отвода тепла.
Водород - ценный химический реагент, который используется в каче-стве химического сырья. Он является самым активным восстановителем и необходимым компонентом при получении синтетических удобрений. В органической химии, нефте- и газопереработке водород играет ключевую роль при проведении процессов гидроочистки, гидроизомеризации, гид-рокрекинга и гидроформинга. В энергетике он используется в качестве эффективного охлаждающего агента в энергетических турбинах. Его также можно использовать как экологически чистое альтернативное топливо в автотранспорте и других двигателях внутреннего сгорания.
Водород является основным полупродуктом в химической промыш-ленности. Однако практически весь производимый водород используется для производства аммиака, метанола, синтетических топлив, при глубокой переработке нефти и производстве высокооктанового моторного топлива. Расходы на водород в этих отраслях составляют от 50 до 200 тонн на 1000 тонн готовой продукции. 1-5% производимого водорода используется в малотоннажных, наукоемких отраслях промышленности, таких как элек-троника, фармацевтика, пищевая промышленность, производство метал-лов и сплавов высокой чистоты, синтез химически активных веществ и других отраслей.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Теоретическая часть
1.1 Принцип работы блока короткоцикловой адсорбции
Блок короткоцикловой адсорбции (БКА) – один из основных элементов в технологии паровой конверсии природного газа, который применяется для извлечения водорода. Его работа основана на принципе, согласно которому при воздействии повышенного парциального давления адсорбенты удерживают больший объём газообразных компонентов, некоторые из которых сильнее, чем другие. Сила адсорбции зависит от молекулярной массы адсорбцируемых компонентов, водород обладает самой слабой силой адсорбции этих компонентов. Это позволяет очищенному водороду проходить через адсорбент, а более тяжёлые компоненты адсорбируются на поверхности адсорбента.
Принципы работы блока короткоцикловой абсорбции (БКА).
БКА состоит из адсорбента, сорбционной колонны, регенерационной колонны и системы управления. Процесс работы БКА основан на циклическом изменении давления и температуры внутри сорбционной колонны, что обеспечивает эффективное извлечение водорода из газовой смеси [22].
Полный цикл состоит из четырех основных стадий:
• Адсорбция;
• Разгрузка, сброс давления;
• Продувка при низком давлении;
• Набор давления.
Первый этап работы БКА - адсорбция. Водородсодержащая газовая смесь поступает в нижнюю часть сорбционной колонны, где происходит контакт с адсорбентом. Длительность контакта адсорбента и пропускаемого газа не менее 10 секунд. Водородсодержащий газ проходит через слой адсорбента, под высоким давлением, примеси адсорбируются, а водород высокой чистоты выходит сверху. В основе этого процесса лежит различие в аффинности молекул к поверхности адсорбента[6].
Второй этап работы БКА - регенерация После насыщения адсорбента примесями, происходит процесс регенерации, то есть из адсорбента удаляются молекулы примесных газов. Это достигается путем изменения условий внутри сорбционной колонны - повышения температуры и/или снижения давления. При этом процессе происходит отсоединение молекул примесных газов от поверхности адсорбента и переход их в газовую фазу, после чего они попадают в буферную ёмкость для их дальнейшего использования в качестве топливного газа [7].
Третий этап работы БКА - продувка. При минимальном давлении в адсорбере осуществляется продувка газом, который насыщен водородом из другого адсорбера. Продувочный газ либо выпускается, либо направляется в буферную ёмкость.
Четвертый этап – набор давления. Давление в адсорбере постепенно повышается до требуемого путем выравнивания давления с другими адсорберами, а так же рециркуляции чистого водорода.
Работа адсорберов циклична и рабочие циклы адсорберов смещаются от одного к другому. Как только один адсорбер входит в режим адсорбции, другой завершает свой режим адсорбции.
Преимущества блока короткоцикловой абсорбции
БКА имеет ряд преимуществ, которые делают его привлекательным для внедрения в технологию паровой конверсии природного газа с целью повышения качества извлекаемого водорода.
Во-первых, БКА обладает высокой эффективностью извлечения водорода. Благодаря принципу адсорбции и циклическому режиму работы, БКА способен достичь высокой степени разделения компонентов газовой смеси. Это позволяет получать высококачественный водород с минимальными потерями.
Во-вторых, БКА обладает гибкостью и адаптивностью. С помощью системы управления можно легко контролировать условия внутри сорбционной колонны, что позволяет оптимизировать процесс работы под конкретные требования. Это делает БКА универсальным и применимым в различных условиях.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Акбарова Э. И., Рахматуллин И. Р. Способы модернизации установки производства водорода // Globus. – 2019. – С. 85-91.
2. Акулинин Е. И., Дворецкий Д. С., Дворецкий С. И. Исследование процессов тепло-и массообмена при обогащении воздуха кислородом методом короткоцикловой адсорбции // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2016. – Т. 22. – №. 3. – С. 411-419.
3. Амосова О. Л. Гибридные мембранно-адсорбционные методы разделения многокомпонентных газовых смесей нефтехимии и биотехнологии, содержащих H2 (He) и CO2 // Москва. – 2011. – Т. 1. – С. 3.
4. Артемов А. В. и др. Аддитивные энергогенерирующие технологии плазменной переработки отходов: Технико-экономический анализ // Вестник Военного инновационного технополиса" Эра". – 2022. – Т. 3. – №. 3. – С. 227-261.
5. Астановский Д. Л., Астановский Л. З., Кустов П. В. Гидрогенизационная обработка продуктов нефтепереработки и тяжелых нефтяных остатков по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ® // НефтеГазоХимия. – 2017. – №. 1. – С. 27-35.
6. Борейко Д. А., Белякова А. А. Анализ существующих технологий.
7. Ванцев В. В., Курников А. С. Блоки подготовки воздуха для судовых озонаторных станций // Научные проблемы водного транспорта. – 2009. – №. 27. – С. 35-48.
8. Давлетшина А. Р., Сосна М. Х., Кнор А. С. Оценка возможности производства водорода из углеводородов для топливных элементов // НефтеГазоХимия. – 2023. – №. 3-4. – С. 44-46.

Весь текст будет доступен после покупки