Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом
Hа лабораторной установке для условий, моделирующих параметры промышленных процессов автотермической конверсии природного газа с воздухом, исследована зависимость глубины превращения реагентов от состава и температуры исходной смеси. Экспериментально определен диапазон параметров, в котором кинетиче...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126901 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом / Ю.В. Марчук // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860107727880060928 |
|---|---|
| author | Марчук, Ю.В. |
| author_facet | Марчук, Ю.В. |
| citation_txt | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом / Ю.В. Марчук // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description | Hа лабораторной установке для условий, моделирующих параметры промышленных процессов автотермической конверсии природного газа с воздухом, исследована зависимость глубины превращения реагентов от состава и температуры исходной смеси. Экспериментально определен диапазон параметров, в котором кинетические торможения практически не влияют на достижение состояния термодинамического равновесия компонентами реагирующей смеси.
На лабораторній установці для умов, що моделюють параметри промислових процесів автотермічної конверсії природного газу з повітрям, досліджено залежність глибини перетворення реагентів від складу та температури вихідної суміші. Експериментально визначено діапазон параметрів, у якому кінетичні гальмування практично не впливають на досягнення стану термодинамічної рівноваги компонентами реагуючої суміші.
The dependence of reagents transformation depth on initial mix composition and temperature by laboratory installation is investigated. The experimental conditions simulate industrial processes parameters of autothermal natural gas with air conversion. Working parameters range is experimentally determined. In this range braking kinetic practically do not affect on thermodynamic equilibrium achievement by reacting mix components.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:31:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
 1970-õ ãã. â Èíñòèòóòå ãàçà ïðîâîäèëèñü
èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà ïîëó÷åíèÿ ãóá÷àòîãî æå-
ëåçà â êèïÿùåì ñëîå äëÿ ïîñëåäóþùåãî ïðîèç-
âîäñòâà âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ñòàëåé [1].  êà÷å-
ñòâå âîññòàíîâèòåëÿ ïðèìåíÿëè êîíâåðòèðîâàí-
íûé ãàç — ïðîäóêò àâòîòåðìè÷åñêîé êàòàëèòè-
÷åñêîé êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì.
Èñõîäíûå êîìïîíåíòû ïîäîãðåâàëèñü â ñðåäíåì
äî 400–600 �Ñ. Ïðîöåññ âåëè íà íèêåëåâîì êà-
òàëèçàòîðå ÃÈÀÏ-3 ñ êîýôôèöèåíòîì ðàñõîäà
âîçäóõà � = 0,27–0,3. Òåìïåðàòóðó âîññòàíîâè-
òåëüíîãî ãàçà ïîääåðæèâàëè â ïðåäåëàõ
800–950 �Ñ, ÷òî îáåñïå÷èâàëî ïðîäîëæèòåëü-
íóþ ðàáîòó êàòàëèçàòîðà áåç ïîòåðè åãî àêòèâ-
íîñòè. Ïðè áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñ-
õîäèëî âûäåëåíèå óãëåðîäà íà ïîâåðõíîñòè è
âíóòðè êàòàëèçàòîðà, ÷òî ïðèâîäèëî ê åãî ìåõà-
íè÷åñêîìó ðàçðóøåíèþ. Âîññòàíîâèòåëüíûé ãàç
èìåë ñëåäóþùèé ñîñòàâ (ñðåäíèé ïî 43 îïû-
òàì), % (îá.): ÑO2 —1,8; ÑÎ — 17,0; Í2O —
4,4; Í2 — 33,4; ÑÍ4 — 3,2; N2 — 40,2.
Îäíîâðåìåííîå ïðèñóòñòâèå ïîëíûõ îêñèäîâ
ÑO2 + Í2O (6,2 %) è îñòàòî÷íîãî ÑÍ4 (3,2 %)
ñâèäåòåëüñòâóåò î íåïîëíîì ïðåâðàùåíèè ðåà-
ãåíòîâ. Ýòî ñîçäàåò îïðåäåëåííûå ïðîáëåìû
ïðè èñïîëüçîâàíèè óïîìÿíóòîãî ãàçà êàê âîñ-
ñòàíîâèòåëÿ è êàê òåõíîëîãè÷åñêîé àòìîñôåðû
(ÒÀ) ñ íåîáõîäèìûì óãëåðîäíûì ïîòåíöèàëîì,
ïîòîìó ÷òî âîññòàíîâèòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü íà
ïðàêòèêå îðèåíòèðîâî÷íî îöåíèâàåòñÿ êàê ñîîò-
íîøåíèå (ÑÎ + Í2)/(ÑÎ2 + Í2Î), â ðàññìàò-
ðèâàåìîì ñëó÷àå îíà ñîñòàâèò 50,4/6,2 � 8, òî
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 6 23
Ïåðåðàáîòêà ñûðüÿ è ðåñóðñîñáåðåæåíèå
ÓÄÊ 621.78.062
Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà àâòîòåðìè÷åñêîé êîíâåðñèè
ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì
Ìàð÷óê Þ.Â.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Hà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå äëÿ óñëîâèé, ìîäåëèðóþùèõ ïàðàìåòðû ïðîìûøëåííûõ
ïðîöåññîâ àâòîòåðìè÷åñêîé êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì, èññëåäîâàíà çàâè-
ñèìîñòü ãëóáèíû ïðåâðàùåíèÿ ðåàãåíòîâ îò ñîñòàâà è òåìïåðàòóðû èñõîäíîé ñìåñè.
Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåí äèàïàçîí ïàðàìåòðîâ, â êîòîðîì êèíåòè÷åñêèå òîðìîæå-
íèÿ ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿþò íà äîñòèæåíèå ñîñòîÿíèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ
êîìïîíåíòàìè ðåàãèðóþùåé ñìåñè.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: òåõíîëîãè÷åñêàÿ àòìîñôåðà, àâòîòåðìè÷åñêàÿ êîíâåðñèÿ ïðèðîäíîãî
ãàçà, êèíåòè÷åñêèå òîðìîæåíèÿ.
Íà ëàáîðàòîðí³é óñòàíîâö³ äëÿ óìîâ, ùî ìîäåëþþòü ïàðàìåòðè ïðîìèñëîâèõ ïðîöåñ³â
àâòîòåðì³÷íî¿ êîíâåðñ³¿ ïðèðîäíîãî ãàçó ç ïîâ³òðÿì, äîñë³äæåíî çàëåæí³ñòü ãëèáèíè
ïåðåòâîðåííÿ ðåàãåíò³â â³ä ñêëàäó òà òåìïåðàòóðè âèõ³äíî¿ ñóì³ø³. Åêñïåðèìåíòàëüíî
âèçíà÷åíî ä³àïàçîí ïàðàìåòð³â, ó ÿêîìó ê³íåòè÷í³ ãàëüìóâàííÿ ïðàêòè÷íî íå âïëèâà-
þòü íà äîñÿãíåííÿ ñòàíó òåðìîäèíàì³÷íî¿ ð³âíîâàãè êîìïîíåíòàìè ðåàãóþ÷î¿ ñóì³ø³.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: òåõíîëîã³÷íà àòìîñôåðà, àâòîòåðì³÷íà êîíâåðñ³ÿ ïðèðîäíîãî ãàçó,
ê³íåòè÷í³ ãàëüìóâàííÿ.
� Ìàð÷óê Þ.Â., 2010
åñòü îíà ÿâíî çàíèæåíà â ñðàâíåíèè ñ ýíäîãà-
çîì. Ïðè ïðåáûâàíèè ÒÀ â ïå÷è õèìèêî-
òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè (ÕÒÎ) ïðè íàãðåâå äî
800–950 �Ñ âîçìîæíî äàëüíåéøåå ïðåâðàùåíèå
ÑÍ4 â âîññòàíîâèòåëè (ÑÎ + Í2) ïî ýíäîòåð-
ìè÷åñêèì ðåàêöèÿì êîíâåðñèè, íî ñ ó÷åòîì íèç-
êîãî ñîîòíîøåíèÿ (ÑÎ2 + Í2Î)/ÑÍ4 � 2 ñóùå-
ñòâóåò âåðîÿòíîñòü îïåðåæàþùåãî ïðîòåêàíèÿ
ðåàêöèè òåðìè÷åñêîãî ðàçëîæåíèÿ ìåòàíà ñ îá-
ðàçîâàíèåì ñàæè.
Îñíîâíûå ïðè÷èíû íåïîëíîãî ïðåâðàùå-
íèÿ: òåðìîäèíàìè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ (îïðåäå-
ëÿåìûå ïàðàìåòðàìè ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ
ðåàãèðóþùåé ñìåñè); êèíåòè÷åñêèå òîðìîæåíèÿ
(íèçêàÿ ñêîðîñòü ïðÿìûõ ðåàêöèé); ïîáî÷íûå
ðåàêöèè (îáðàçîâàíèå ñâîáîäíîãî óãëåðîäà); â
ñëó÷àå àâòîòåðìè÷åñêîé êîíâåðñèè â ðåàêòîðå
øàõòíîãî òèïà (ïðîòåêàíèå îáðàòíûõ ðåàêöèé
êîíâåðñèè ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïî õîäó
ðåàãåíòîâ, à òàêæå áàéïàñû ÷àñòè ðåàãåíòîâ ÷å-
ðåç íåïëîòíîñòè â ôóòåðîâêå è ïðèñòåíî÷íîì
ñëîå ìèìî êàòàëèçàòîðà).
Ìíîãî÷èñëåííûå ðàáîòû, íàïðàâëåííûå íà
óìåíüøåíèå âëèÿíèÿ êèíåòè÷åñêèõ òîðìîæåíèé
è ïîáî÷íûõ ðåàêöèé, ïðîâîäèëèñü, ãëàâíûì îá-
ðàçîì, â íàïðàâëåíèè ñîçäàíèÿ íîâûõ êàòàëèçà-
òîðîâ ñ ïîâûøåííîé àêòèâíîñòüþ, òåðìîñòîéêî-
ñòüþ è óñòîé÷èâîñòüþ ê îáðàçîâàíèþ ñàæè. Îñ-
íîâíûå ñôåðû ïðèìåíåíèÿ — ïðîèçâîäñòâî ýí-
äîãàçà, ïàðîâàÿ êîíâåðñèÿ óãëåâîäîðîäîâ.
Ðàçðàáîòàí êàòàëèçàòîð «êîáàëüò íà àëþìî-
ìàãíèåâîé øïèíåëè» äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýíäîãàçà
ñ ðàáî÷åé îáúåìíîé ñêîðîñòüþ 6–12 òûñ. ÷–1 è
ïîâûøåííîé íà ïîðÿäîê è áîëåå àêòèâíîñòüþ,
êîòîðûé ïîçâîëÿë ñíèçèòü ðàáî÷óþ òåìïåðàòó-
ðó ñ 1100 äî 950 �Ñ, ïðè ýòîì ýêîíîìèÿ ýíåðãî-
çàòðàò ñîñòàâëÿëà îêîëî 40 % [2]. Ëàáîðàòîð-
íàÿ óñòàíîâêà è ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ íî-
âûõ êàòàëèçàòîðîâ äëÿ ïàðîâîãî ðåôîðìèíãà
óãëåâîäîðîäîâ îïèñàíû â [3].
 Èíñòèòóòå ãàçà â 1980–1990-õ ãã. ðàçðà-
áîòàíû è äåòàëüíî èññëåäîâàíû êàòàëèçàòîðû
ñåðèè ÊÑÍ ñ âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íî-
ñòüþ, òåðìîñòîéêîñòüþ, àêòèâíîñòüþ è óñòîé÷è-
âîñòüþ ê çàóãëåðîæèâàíèþ [4], ïðåäíàçíà÷åí-
íûå äëÿ ïîëó÷åíèÿ ýíäîãàçà. Èçó÷åíû íàó÷íûå
è òåõíè÷åñêèå ïðîáëåìû ñåðèéíî âûïóñêàåìûõ
êàòàëèçàòîðîâ (â îñíîâíîì ðàçðàáîòêè ÃÈÀÏ)
[5], óñîâåðøåíñòâîâàí íîñèòåëü [6], èññëåäîâà-
íî âëèÿíèå ùåëî÷íîé äîáàâêè íà àêòèâíîñòü è
çàóãëåðîæèâàíèå êàòàëèçàòîðà.
Ðàçðàáîòàííûé â Èíñòèòóòå ãàçà êàòàëèçà-
òîð ÊÍÃ-1 óñïåøíî ýêñïëóàòèðîâàëñÿ íà íåôòå-
ïåðåðàáàòûâàþùèõ çàâîäàõ â òðóá÷àòûõ ïå÷àõ
ïàðîâîé êîíâåðñèè è íà êîêñîãàçîâîì çàâîäå
ïðè çíà÷èòåëüíûõ êðàòêîâðåìåííûõ íàðóøåíè-
ÿõ òåõíîëîãè÷åñêîãî ðåæèìà, ïðè íåñòàáèëüíî-
ñòè ñîñòàâà è ïîâûøåííîì ñîäåðæàíèè ñåðû â
óãëåâîäîðîäíîì ñûðüå [7].
Íàñêîëüêî èçâåñòíî àâòîðó, ïóáëèêàöèè îá
èñïîëüçîâàíèè óïîìÿíóòûõ êàòàëèçàòîðîâ â ðå-
àêòîðàõ øàõòíîãî òèïà äëÿ àâòîòåðìè÷åñêîé
êîíâåðñèè óãëåâîäîðîäíîãî ñûðüÿ ñ âîçäóõîì â
íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé ëèòåðàòóðå îòñóòñòâóþò.
Ñ öåëüþ èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ âûøåóïîìÿ-
íóòûõ ôàêòîðîâ íà ãëóáèíó ïðåâðàùåíèÿ è ñòå-
ïåíü äîñòèæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ ïðîäóêòàìè êîí-
âåðñèè áûëà ñîçäàíà ëàáîðàòîðíàÿ óñòàíîâêà ñ
ýëåêòðè÷åñêèì ïîäîãðåâîì êàòàëèòè÷åñêîé çîíû,
êàê â ýíäîãåíåðàòîðå. Ðåãóëèðóÿ âåëè÷èíó ïî-
äîãðåâà, ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü ïîòåðè òåïëà è
ñîçäàâàòü óñëîâèÿ, àíàëîãè÷íûå óñëîâèÿì ïðî-
öåññà àâòîòåðìè÷åñêîé êîíâåðñèè ñ ðàçëè÷íûìè
óðîâíÿìè íàãðåâà èñõîäíûõ êîìïîíåíòîâ.
Èññëåäîâàíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ îãðàíè÷åíèé
ïðîöåññà âîçäóøíîé êîíâåðñèè
Ïåðåä íà÷àëîì ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé
áûë ïðîâåäåí òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç ïðî-
öåññà ñ öåëüþ âûÿñíåíèÿ ïðåäåëüíûõ âîçìîæ-
íîñòåé ïðåâðàùåíèÿ ðåàãåíòîâ ïðè ðàçëè÷íûõ
íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ.
Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðî-
ãðàììû GaS, ðàçðàáîòàííîé â Èíñòèòóòå ãàçà è
ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ðàñ÷å-
òîâ ñâîéñòâ ìíîãîêîìïîíåíòíîé âûñîêîòåìïåðà-
òóðíîé (T > 400 K) ãàçîâîé ñìåñè (ÒÀ), à òàêæå
äëÿ àíàëèçà ìàññîîáìåíà â ñèñòåìå ÒÀ–ÒÌ
(òâåðäûé ìàòåðèàë).
 òàáë.1 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ñîñòà-
âà è ñâîéñòâ êîíâåðòèðîâàííîãî ãàçà â ñîñòîÿíèè
àäèàáàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ïðè Ð = 1 àòì â çàâè-
ñèìîñòè îò �. Ðàñ÷åòû âûïîëíåíû ïî ïðîãðàììå
GAS_²G 2811 äëÿ òðåõ òèïîâ àâòîòåðìè÷åñêîé âîç-
äóøíîé êîíâåðñèè, îïðåäåëÿåìûõ òåìïåðàòóðàìè
èñõîäíûõ âåùåñòâ tèñõ
: ÀÂÊ — àâòîòåðìè÷åñêàÿ
âîçäóøíàÿ êîíâåðñèÿ áåç íàãðåâà èñõîäíûõ âå-
ùåñòâ; ÀÂÊÏ — òî æå, ñ ïðåäâàðèòåëüíûì íà-
ãðåâîì èñõîäíûõ âîçäóõà è ãàçà; ÀÂÊÏÂ — òî
æå, ñ ïðåäâàðèòåëüíûì íàãðåâîì âîçäóõà.
Ñðàâíåíèå ðàâíîâåñíûõ ñîñòàâîâ êîíâåðòè-
ðîâàííîãî ãàçà ñ óñðåäíåííûì ýêñïåðèìåíòàëü-
íûì ñîñòàâîì ïîêàçûâàåò, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ ìå-
òàíà 3,7 % ïðè � = 0,27 ïîÿâëÿåòñÿ òîëüêî â ïðî-
öåññå ÀÂÊ (áåç íàãðåâà èñõîäíûõ âåùåñòâ), ãäå
àäèàáàòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ñîñòàâëÿåò 670 �Ñ, è
óæå ïðè 761 �Ñ óïîìÿíóòàÿ êîíöåíòðàöèÿ íå
ïðåâûøàåò 1 %. Ïðîöåññû õèìèêî-òåðìè÷åñêîé
îáðàáîòêè ìåòàëëîâ ïðîõîäÿò, êàê ïðàâèëî, â
äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 800–950 �Ñ, è ïîýòîìó
òåðìîäèíàìè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ îòñóòñòâóþò.
24 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 6
Ñïðàâåäëèâîñòü ýòîãî óòâåðæäåíèÿ ìîæíî
ïðîâåðèòü, åñëè ïðèâåäåííûé ñîñòàâ ïðèíÿòü çà
èñõîäíûé è ðàññ÷èòàòü ñîîòâåòñòâóþùèå ðàâíî-
âåñíûå ñîñòàâû â óêàçàííîì äèàïàçîíå. Èñõîä-
íàÿ ñìåñü áûëà òàêîãî ñîñòàâà, ìîëü/100 ìîëü
ñìåñè: CO = 17,0; H2O = 4,4; H2 = 33,4; N2 =
40,2; CO2 = 1,8; CH4 = 3,2, P = 1 àòì (òàáë.2).
Èçâåñòíî, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðàõ � 600 �Ñ
íà êàòàëèçàòîðå ðàâíîâåñèå äîñòèãàåòñÿ ïðàêòè-
÷åñêè ïîëíîñòüþ. Ñ äîñòàòî÷íîé ñòåïåíüþ âåðî-
ÿòíîñòè ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ñíèæåíèå
êîíâåðñèè äî 85,5 % (ÑÍ4 = 3,2 % è ñîîòâåòñò-
âåííî ÑÎ2 = 1,8; Í2Î = 4,4) íå îáóñëîâëåíî
êèíåòè÷åñêèì òîðìîæåíèåì.
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå
êèíåòè÷åñêèõ îãðàíè÷åíèé
Äàëüíåéøåå èññëåäîâàíèå ïðîöåññà âåëîñü
íà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå (ðèñ.1). Îñíîâíîé àï-
ïàðàò óñòàíîâêè, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé ðåàêòîð
ýíäîòåðìè÷åñêîãî òèïà, ñîñòîÿùèé èç ðåòîðòû è
âíåøíåãî íàãðåâàòåëüíîãî óñòðîéñòâà òðåõçîííîãî
ïî âûñîòå ñ íåçàâèñèìûì ðåãóëèðîâàíèåì íàïðÿ-
æåíèÿ íà êàæäîé çîíå, ïîêàçàí íà ðèñ.2.
Ñìåñü ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì â çàäàí-
íîì ñîîòíîøåíèè ïîäàåòñÿ â ðåàêòîð ÷åðåç
âåðõíèé øòóöåð, ïðîõîäèò ïî îñè ðåàêòîðà è
ñíèçó ïîäàåòñÿ íà êàòàëèçàòîð. Íèæíÿÿ ÷àñòü
êàòàëèòè÷åñêîãî ñëîÿ çàïîëíåíà îòðàáîòàííûì
êàòàëèçàòîðîì äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ òåðìè÷åñêî-
ãî óäàðà âñëåäñòâèå ÷ðåçìåðíî áûñòðîãî ðàçâè-
òèÿ «çîíû ðåàêöèè» (ïîä ýòèì òåðìèíîì ïîíè-
ìàþò ïåðâóþ ñòàäèþ êàòàëèòè÷åñêîãî ïðîöåññà
êîíâåðñèè, íà êîòîðîé ïîëíîå êîëè÷åñòâî èñõîäíîãî
âîçäóõà ðåàãèðóåò ñ ñîîòâåòñòâóþùåé ÷àñòüþ ïðè-
ðîäíîãî ãàçà ïî ðåàêöèè ïîëíîãî ñãîðàíèÿ ñ îáðàçî-
âàíèåì ÑÎ2 è Í2Î. Ýòà ðåàêöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 6 25
Òàáëèöà 1. Ðàñ÷åòíûå ñîñòàâ è ñâîéñòâà êîí-
âåðòèðîâàííîãî ãàçà
Ñîñòà-
âû, %
(îá.)
Êîýôôèöèåíò èçáûòêà âîçäóõà �
0,27 0,28 0,29 0,3 0,31 0,32 0,33
ÀÂÊ áåç íàãðåâà èñõîäíûõ âåùåñòâ
(tèñõ = 20 �Ñ, H = –34,900 êÄæ)
CO 15,14 15,23 15,31 15,36 15,4 15,4 15,36
H2O 2,9 2,99 3,09 3,21 3,36 3,55 3,8
H2 32,39 32,5 32,58 32,58 32,52 32,37 32,06
N2 43,35 43,73 44,1 44,48 44,86 45,26 45,71
CO2 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,58
CH4 3,7 3,02 2,38 1,81 1,3 0,85 0,49
� Mol 4,68 4,81 4,94 5,07 5,2 5,32 5,43
[C] 0,893 0,821 0,742 0,655 0,558 0,451 0,335
T, K 942,4 948,6 955,9 964,1 974 986,7 1003,3
t, �Ñ 670 675 683 691 701 714 730
ÀÂÊÏ (tâ = 600 �Ñ, tïð.ã = 20 �Ñ, H = 10,625 êÄæ)
CO 18,32 18,19 17,98 17,69 17,35 17,01 16,68
CO 18,32 18,19 17,98 17,69 17,35 17,01 16,68
H2O 1,59 1,84 2,18 2,63 3,15 3,71 4,28
H2 37,01 36,67 36,11 35,3 34,32 33,26 32,2
N2 41,13 41,68 42,3 43 43,76 44,52 45,28
CO2 0,98 1,07 1,17 1,28 1,39 1,48 1,56
CH4 0,95 0,54 0,25 0,09 0,03 0,01 0
� Mol 4,94 5,05 5,15 5,25 5,33 5,4 5,48
[C] 0,783 0,592 0,404 0,249 0,147 0,088 0,055
T, K 1034,2 1050 1072,7 1103,1 1138,5 1174,8 1210,5
t, �Ñ 761 777 800 830 865 902 938
ÀÂÊÏ (tâ = 600 �Ñ, tïð.ã = 400 �Ñ, H = 28,017 êÄæ)
CO 19,05 18,74 18,36 17,97 17,6 17,24 16,9
H2O 1,28 1,7 2,21 2,78 3,35 3,93 4,5
H2 38,09 37,33 36,34 35,25 34,15 33,06 31,98
N2 40,62 41,34 42,13 42,93 43,73 44,51 45,27
CO2 0,64 0,78 0,92 1,04 1,15 1,25 1,34
CH4 0,32 0,12 0,04 0,01 0,01 0 0
� Mol 5 5,09 5,18 5,25 5,33 5,41 5,48
[C] 0,594 0,351 0,195 0,111 0,066 0,041 0,027
T, K 1094,3 1122,9 1158 1195,1 1231,8 1267,4 1301,6
t, �Ñ 821 850 885 922 959 994 1028
Òàáëèöà 2. Ðàâíîâåñíûå ñîñòàâû ÒÀ â äèàïàçîíå
òåìïåðàòóð ÕÒÎ ìåòàëëîèçäåëèé
Ðàâíîâåñ-
íûé ñîñòàâ
ÒÀ, % (îá.)
Òåìïåðàòóðà êîíâåðòèðîâàííîãî ãàçà���Ñ
800 850 900 950
CO 19,36 19,68 19,84 19,94
H2O 2,08 2,02 2,06 2,11
H2 39,05 39,37 39,43 39,41
N2 38,05 37,87 37,81 37,79
CO2 1,11 0,92 0,81 0,73
CH4 0,35 0,12 0,04 0,02
� Mol 105,65 106,14 106,3 106,36
[C] 0,482 0,327 0,216 0,144
Ðèñ.1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêè:
1— ïðèðîäíûé ãàç; 2 — àïïàðàò ñåðîî÷èñòêè; 3 — õîëî-
äèëüíèê àïïàðàòà ñåðîî÷èñòêè; 4 — ðåàêòîð; 5 — õîëî-
äèëüíèê êîíâåðòèðîâàííîãî ãàçà; 6 — âûõîä êîíâåðòèðî-
âàííîãî ãàçà; 7 — âûòÿæêà; 8 — âîçäóõ; 9 — êîìïðåññîð.
âûäåëåíèåì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà òåïëà è ñîîòâåòñò-
âóþùèì ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû â óïîìÿíóòîé çî-
íå, ÷òî ïðèâîäèò ê äåçàêòèâàöèè, à â íàèõóäøåì
ñëó÷àå ê ðàçðóøåíèþ ãðàíóë êàòàëèçàòîðà).
Ðåãóëèðîâàíèåì ýïþðû òåìïåðàòóð ïî äëè-
íå ðåàêöèîííîãî ïðîñòðàíñòâà îáåñïå÷èâàëàñü
èìèòàöèÿ ïðîèçâîäñòâà ãàçà â îáîðóäîâàíèè ëþ-
áîãî òèïà: ÀÂÊ, ÀÂÊÏ è ÝÍ (ýíäîãåíåðàòîð).
Ôàêòîð «ïðîñêîêà» â òàêîì ðåàêòîðå èãðàåò
ïðåíåáðåæèìî ìàëóþ ðîëü âñëåäñòâèå îòñóòñò-
âèÿ ôóòåðîâêè. Äëÿ ìèíèìèçàöèè ïðèñòåíî÷íî-
ãî ýôôåêòà ãðàíóëû êàòàëèçàòîðà áûëè èçìåëü-
÷åíû, è äëÿ çàñûïêè â ðåàêòîð îòîáðàíà ôðàê-
öèÿ 4 0,3 ìì.
Íà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå ïðîâåäåíî òðè
ñåðèè ýêñïåðèìåíòîâ ïðè ïîñòîÿííîé âåëè÷èíå
êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà âîçäóõà � = 0,27 (õàðàê-
òåðíîé äëÿ ðåæèìà ãåíåðàòîðîâ òèïà ÀÂÊÏ)
äëÿ òðåõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóðû íà âûõîäå èç êà-
òàëèòè÷åñêîãî ñëîÿ: 700, 800 è 900 �Ñ.  êàæ-
äîé ñåðèè ïîñëå âûõîäà óñòàíîâêè íà çàäàííûé
ðåæèì è ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóð ïî äëèíå ðå-
àêòîðà â òå÷åíèå 4 ÷ îòáèðàëèñü ïðîáû êîíâåð-
òèðîâàííîãî ãàçà, êîòîðûå àíàëèçèðîâàëèñü íà
ñòàöèîíàðíîì õðîìàòîãðàôå ÕË-6. Ðåçóëüòàòû
ïðåäñòàâëåíû â òàáë.3–5, ãäå äëÿ ñðàâíåíèÿ
ïîêàçàí ñîñòàâ ðàâíîâåñíîé ñìåñè, ïåðåñ÷èòàí-
íûé â ïðîöåíòàõ íà ñóõîé ãàç.
Àíàëèç ïðèâåäåííûõ äàííûõ ïîêàçûâàåò,
÷òî â óñëîâèÿõ ñòàöèîíàðíîãî ðåæèìà ïðè íå-
èçìåííûõ ðàñõîäíûõ ïîêàçàòåëÿõ è òåìïåðà-
òóðíîì ðåæèìå, ïðè ëþáûõ òåìïåðàòóðàõ âûõî-
äà ðåàãåíòîâ èç ñëîÿ êàòàëèçàòîðà, íà÷èíàÿ ñ
700 �C è âûøå, ñîñòàâ ïðîäóêòîâ êîíâåðñèè
ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àåòñÿ îò ðàâíîâåñíîãî (ñ
ó÷åòîì ïîãðåøíîñòåé ýêñïåðèìåíòà òàêèõ, êàê
íåñòàáèëüíîñòü äàâëåíèÿ, ðàñõîäíûõ ïîêàçàòå-
ëåé, òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà è ñëó÷àéíûå îøèá-
êè ãàçîâîãî àíàëèçà).
Âûâîäû
Ïîêàçàíî, ÷òî òåðìîäèíàìè÷åñêèå îãðà-
íè÷åíèÿ ïðîöåññà îòñóòñòâóþò â äèàïàçîíå
òåìïåðàòóð 800–950 �C, õàðàêòåðíûõ äëÿ ïðî-
öåññîâ ÕÒÎ.
Êèíåòè÷åñêèå òîðìîæåíèÿ, íà÷èíàÿ ñ t >
700 �C, íå ëèìèòèðóþò äîñòèæåíèÿ ðàâíîâå-
ñèÿ êîìïîíåíòàìè ðåàãèðóþùåé ñìåñè.
×ðåçìåðíûå ïîòåðè òåïëà ÷åðåç ôóòåðîâêó
ïðèâîäÿò ê ñíèæåíèþ òåìïåðàòóðû ðåàãåíòîâ.
Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, âûçûâàåò ïðîòåêàíèå ïî-
áî÷íûõ ðåàêöèé âûäåëåíèÿ ñâîáîäíîãî óãëåðî-
äà íà êàòàëèçàòîðå.
Íåïîëíîòà êîíâåðñèè îáóñëîâëåíà íàëè÷èåì
áàéïàñîâ (òðåùèí è äð.) â ôóòåðîâêå ðåàêòîðà.
26 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 6
Ðèñ.2. Ëàáîðàòîðíûé ðåàêòîð: 1 — âõîä ãàçî-âîçäóøíîé
ñìåñè; 2 — âûõîä êîíâåðòèðîâàííîãî ãàçà; 3 — ñâåæèé êà-
òàëèçàòîð; 4 — îòðàáîòàííûé êàòàëèçàòîð; 5–7 — çîíû íå-
çàâèñèìîãî íàãðåâà; t1—t6 — òåðìîïàðû.
Òàáëèöà 3. Ñîñòàâ ïðîäóêòîâ êîíâåðñèè ïðè
òåìïåðàòóðå âûõîäà èç êàòàëèçàòîðà 700 �Ñ
Ñîñòàâ,
% (îá.)
Ðàâíîâå-
ñíàÿ
ñìåñü
Âðåìÿ, ÷/ìèí
0/30 1/0 1/30 2/10 2/50 4/00
CO 17,00 16,5 17,2 16,8 16,7 16,5 16,7
H2 35,29 33,8 34,7 34,1 34,9 34,7 35,0
N2 43,35 –* –* –* –* –* –*
CO2 1,84 2,5 2,3 2,1 2,2 2,0 2,0
CH4 2,52 3,3 2,8 2,7 2,7 2,4 2,4
*— Îñòàëüíîå.
Òàáëèöà 4. Ñîñòàâ ïðîäóêòîâ êîíâåðñèè ïðè
òåìïåðàòóðå âûõîäà èç êàòàëèçàòîðà 800 �Ñ
Ñîñòàâ,
% (îá.)
Ðàâíîâå-
ñíàÿ
ñìåñü
Âðåìÿ, ÷/ìèí
0/30 1/15 2/00 2/40 3/25 4/20
CO 19,12 17,8 18,6 18,2 18,6 18,0 18,5
H2 38,35 35,8 37,7 36,1 36,9 37,0 37,1
N2 41,30 –* –* –* –* –* –*
CO2 0,74 2,0 1,7 2,1 1,3 1,0 1,1
CH4 0,49 1,3 0,8 0,9 0,7 0,6 0,8
*— Îñòàëüíîå.
Òàáëèöà 5. Ñîñòàâ ïðîäóêòîâ êîíâåðñèè ïðè
òåìïåðàòóðå âûõîäà èç êàòàëèçàòîðà 900 �Ñ
Ñîñòàâ,
% (îá.)
Ðàâíîâå-
ñíàÿ
ñìåñü
Âðåìÿ, ÷/ìèí
0/30 1/15 2/00 2/30 3/10 3/50
CO 19,61 17,9 18,5 18,8 19,7 18,5 18,7
H2 38,94 35,8 37,7 37,1 37,9 38,7 38,0
N2 40,87 –* –* –* –* –* –*
CO2 0,48 0,9 0,7 0,7 0,8 0,6 0,7
CH4 0,07 0,3 0,5 0,2 –** –** 0,3
G
*— Îñòàëüíîå; **— ñëåäû.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Áîáîðûêèí À.Ã. Èññëåäîâàíèå è ðàçðàáîòêà ïðî-
öåññà ïîëó÷åíèÿ â êèïÿùåì ñëîå ãóá÷àòîãî æåëåçà
— èñõîäíîãî ïðîäóêòà äëÿ âûïëàâêè âûñîêîêà÷å-
ñòâåííûõ ñòàëåé : Àâòîðåô. äèñ. … êàíä. òåõí. íà-
óê. — Êèåâ, 1974. — 22 ñ.
2. Hideaki Muraki, Shimichi Matunaga, Yoshiyasu
Fujitani et al. A new catalyst system for endothermic
gas production // J. Heat Treating. — 1988. —
Vol. 6, ¹ 2. — Ð. 71–75.
3. Flytzani-Stephanopoulos M., Gerald E. Voecks. Cat-
alytic autothermal reforming increases fuel cell flexi-
bility // Energy Progr. — 1981. — Vol. 1, ¹ 1–4.
— P. 52–58.
4. Äåíáíîâåöêàÿ Å.Í., Ëåâàíþê Ò.À. Êàòàëèçàòîð
äëÿ ïîëó÷åíèÿ ýíäîãàçà // Ýêîòåõíîëîãèè è ðå-
ñóðñîñáåðåæåíèå. — 1996. — ¹ 5–6. — Ñ. 34–37.
5. Âåñåëîâ Â.Â., Äåíáíîâåöêàÿ Å.Í., Ëåâàíþê Ò.À.
Íàó÷íûå è òåõíè÷åñêèå ïðîáëåìû êàòàëèçàòîðîâ
êîíâåðñèè óãëåâîäîðîäîâ // Õèì. òåõíîëîãèÿ. —
1982. — ¹ 6. — Ñ. 17–26.
6. Äåíáíîâåöêàÿ Å.Í., Ëåâàíþê Ò.À., Çàé÷óê È.À.,
Ñè÷êàðü Î.Í. Âëèÿíèå ùåëî÷íîé äîáàâêè íà àê-
òèâíîñòü è çàóãëåðîæèâàíèå íèêåëåâîãî êàòàëèçà-
òîðà êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà // Òàì æå. —
1989. — ¹ 3. — Ñ. 27–30.
7. Äåíáíîâåöêàÿ Å.Í., Ëåâàíþê Ò.À., Çàé÷óê È.À.
Îïûò ýêñïëóàòàöèè êàòàëèçàòîðà êîíâåðñèè íåô-
òåçàâîäñêèõ ãàçîâ â ýêñòðåìàëüíûõ ïðîìûøëåí-
íûõ óñëîâèÿõ // Ýêîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðå-
æåíèå. — 1992. — ¹ 6. — Ñ. 28–31.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 17.03.10
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 6 27
The Investigation of Autothermal Natural Gas Conversion with Air
Marchuk Yu.V.
The Gas Instityte of NASU, Kiev
The dependence of reagents transformation depth on initial mix composition and temper-
ature by laboratory installation is investigated. The experimental conditions simulate in-
dustrial processes parameters of autothermal natural gas with air conversion. Working
parameters range is experimentally determined. In this range braking kinetic practically
do not affect on thermodynamic equilibrium achievement by reacting mix components.
Key words: technological atmosphere, natural gas autothermal conversion, braking kinetic.
Received March 17, 2010
ÓÄÊ 699.296
Òåðìîâàêóóìíûé ìåòîä ïîëó÷åíèÿ äèîêñèäà öèðêîíèÿ
Êóòîâîé Â.À., Íèêîëàåíêî À.À.
Íàöèîíàëüíûé íàó÷íûé öåíòð «Õàðüêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò»
Ðàçðàáîòàí ýíåãîcáåðåãàþùèé ìåòîä ïîëó÷åíèÿ äèîêñèäà öèðêîíèÿ èç ãèäðîêñèäà
öèðêîíèÿ. Ïðèâåäåíî îïèñàíèå ñõåìû òåðìîâàêóóìíîé óñòàíîâêè. Èññëåäîâàíû ìàê-
ðî- è ìèêðîñòðóêòóðà ïîëó÷åííîãî ìàòåðèàëà. Îïðåäåëåí õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ïîëó÷åí-
íîãî äèîêñèäà öèðêîíèÿ. Ïîêàçàíà ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ äàííîãî ìåòîäà, ïî-
çâîëÿþùåãî ñîêðàòèòü ýíåðãîïîòðåáëåíèå â 3 ðàçà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: äèîêñèä öèðêîíèÿ, òåðìîâàêóóìíàÿ óñòàíîâêà, ýíåðãîñáåðåæåíèå.
Ðîçðîáëåíî åíåãîçáåð³ãàþ÷èé ìåòîä îäåðæàííÿ ä³îêñèäó öèðêîí³þ ³ç ã³äðîêñèäó
öèðêîí³þ. Íàâåäåíî îïèñ ñõåìè òåðìîâàêóóìíî¿ óñòàíîâêè. Äîñë³äæåíà ìàêðî- òà
ì³êðîñòðóêòóðó îäåðæàíîãî ìàòåð³àëó. Âèçíà÷åíî õ³ì³÷íèé ñêëàä îäåðæàíîãî ä³îêñè-
äó öèðêîí³þ. Ïîêàçàíî åôåêòèâí³ñòü âèêîðèñòàííÿ äàíîãî ìåòîäó, ùî äîçâîëÿº çìåí-
øèòè åíåðãîñïîæèâàííÿ ó 3 ðàçè.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ä³îêñèä öèðêîí³þ, òåðìîâàêóóìíà óñòàíîâêà, åíåðãîçáåðåæåííÿ.
� Êóòîâîé Â.À., Íèêîëàåíêî À.À., 2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126901 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3482 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:31:59Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут газу НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Марчук, Ю.В. 2017-12-05T19:50:10Z 2017-12-05T19:50:10Z 2010 Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом / Ю.В. Марчук // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126901 621.78.062 Hа лабораторной установке для условий, моделирующих параметры промышленных процессов автотермической конверсии природного газа с воздухом, исследована зависимость глубины превращения реагентов от состава и температуры исходной смеси. Экспериментально определен диапазон параметров, в котором кинетические торможения практически не влияют на достижение состояния термодинамического равновесия компонентами реагирующей смеси. На лабораторній установці для умов, що моделюють параметри промислових процесів автотермічної конверсії природного газу з повітрям, досліджено залежність глибини перетворення реагентів від складу та температури вихідної суміші. Експериментально визначено діапазон параметрів, у якому кінетичні гальмування практично не впливають на досягнення стану термодинамічної рівноваги компонентами реагуючої суміші. The dependence of reagents transformation depth on initial mix composition and temperature by laboratory installation is investigated. The experimental conditions simulate industrial processes parameters of autothermal natural gas with air conversion. Working parameters range is experimentally determined. In this range braking kinetic practically do not affect on thermodynamic equilibrium achievement by reacting mix components. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Переработка сырья и ресурсосбережение Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом The Investigation of Autothermal Natural Gas Conversion with Air Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом Марчук, Ю.В. Переработка сырья и ресурсосбережение |
| title | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| title_alt | The Investigation of Autothermal Natural Gas Conversion with Air |
| title_full | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| title_fullStr | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| title_full_unstemmed | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| title_short | Исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| title_sort | исследование процесса автотермической конверсии природного газа с воздухом |
| topic | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| topic_facet | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126901 |
| work_keys_str_mv | AT marčukûv issledovanieprocessaavtotermičeskoikonversiiprirodnogogazasvozduhom AT marčukûv theinvestigationofautothermalnaturalgasconversionwithair |