ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Концентрирование водорода методом глубокого охлаждения из "Производство водорода в нефтеперерабатывающей промышленности" Выделение водорода из смеси его с газообразными углеводородами методом фракционированной конденсации производится охлаждением газовой смеси до температуры, при которой углеводороды переходят в жидкое состояние, а водород остается в газообразном. Разделение основано на разности парциальных давлений водорода и углеводородов. Парциальные давления паров различных газов при низких температурах приведены на рие. 14 [1, с. 93]. [c.43] Таким образом, выделение метана протекает в области низких температур (ниже —153 °С). К этой же области криогенных процессов относится процесс разделения компонентов воздуха с получением кислорода, применяемого, в частности, при производстве водорода методом паро-кислородной газификации углеводородов. [c.43] Давление насыщенных паров различных газов. [c.44] Благодаря низкой растворимости водорода с метаном выводится сравнительно мало На- Степень извлечения водорода достигает 95%. С увеличением концентрации Н в исходном газе степень его извлечения растет (рис. 16). [c.45] Для того чтобы достичь температуры газа более низкой, чем окружающая среда, требуется отнять от газа тепло и передать окружающей среде, т. е. осуществить переход тепла от более низкого температурного уровня к более высокому. Такой переход в соответствии со вторым законом термодинамики требует затраты механической работы. Достижение глубокого холода связано с затратой энергии. Полученный холод после завершения процесса разделения газа может быть в значительной мере использован путем теплообмена уже разделенных газов с газом, поступающим на разделение. При этом полностью использовать холод невозможно в связи с наличием необратимых процессов. [c.45] Определенная по этим формулам минимально необходимая работа разделения воздуха с получением чистого кислорода х = 1 и — 0) составляет всего 0,248 МДж на 1 м Оз, в то время как на лучших установках разделения воздуха методом глубокого охлаждения расход энергии составляет 1,8 МДж на 1 м 0 . К. и. д. разделения воздуха методом глубокого холода, таким образом, равен всего 14—20%. Таков же порядок к. и. д. разделения нефтезаводских газов с выделением водорода методом глубокого холода. Выполнение идеального цикла выделения водорода от сопутствующих газов требует технически трудно реализуемых режимных условий. Потери связаны с реальными возможностями технических устройств. [c.46] Если этого источника недостаточно для достиженпя требуемых низких температур, прибегают к дополнительному постороннему псточнику холода. [c.46] Критические константы для водорода и углеводородов приведены в табл. 12. Пользуясь этими уравнениями и данными табл. 12, можно рассчитать, сколько выделяется холода при дросселировании сконденсированных жидких углеводородов. [c.47] Схемы установок концентрирования водорода зависят от состава нефтезаводского газа и в первую очередь от концентрации в нем На. Большое значение имеет также стабильность расхода и состава исходного сырья, от которых зависит выбор способа достижения требуемой глубины охлаждения. [c.47] Подготовленный газ поступает на первую ступень охлаждения до минус 5—40 °С в теплообменник 2. Благодаря сжатию и последующему охлаждению углеводороды Сд-С5 переходят в жидкое состояние, и Далее в сепараторе или фракционирующей колонне 3 они отделяются от водорода и углеводородов С]—С , оставшихся в газообразном состоянии. Сжиженные углеводороды С3—С5 дросселируют для получения дополнительного холода их можно получать и в виде отдельных фракций в сжиженном состоянии и использовать в нефтехимических синтезах. [c.47] Если в исходном газе содержатся непредельные углеводороды, то фракцию С1—Сз при концентрации этилена до 10% используют как топливо на НПЗ. При более высокой концентрации этилен целесообразно выделить в виде отдельной фракции и использовать в нефтехимических производствах или для получения изомерных высокооктановых компонентов бензина. [c.48] Описанную схему можно рекомендовать для разделения нефтезаводского газа, точнее метано-водородной фракции этого газа с содержанием 50—60% На- При концентрации водорода 60—70% прибегают к предварительному охлаждению исходного газа посторонним источником холода, получаемым на аммиачных или пропиленовых холодильных установках. С помощью таких установок газ можно охладить до минус 40 °С. [c.48] На рис. 18 приведены результаты расчетов [2] разделения метано-водородной фракции при минус 158 °С с различной концентрацией водорода. В расчетах принято, что при дросселировании жидкого метана давление его снижается от первоначального, обозначенного на рисунке, до 0,13 МПа перепад температуры на холодном конце холодильника составляет 3 °С, потери холода через изоляцию равны 836 кДж на 1000 м исходного газа. Газ с содержанием 60% Нз следует предварительно охладить с использованием аммиачной холодильной установки, что, естественно, усложняет установку газоразделения. [c.48] В азотном холодильном цикле можно использовать стандартное оборудование, применяемое при получении кислорода из воздуха методом глубокого охлаждения. По такой схеме можно варьировать производительность установки в пределах 80—100% от проектной и, кроме того, можно перерабатывать газ непостоянного состава. По сравнению с первой схемой, в которой охлаждение производится только за счет эффект . Джоуля — Томсона, схема с азотным циклом требует на 15% больше капитальных вложений, а эксплуатационные затраты производства возрастают на 30%. [c.49] Вместо азотного холодильного цикла можно применить метановый холодильный цикл, в котором расход энергии вдвое ниже (рис. 20) [4]. На установках фирмы Linde с метановым холодильным циклом перерабатывается газ с содержанием 30—85% Hj. Однако азотный цикл безопасен и имеет стандартное оборудование, поэтому его предпочитают метановому. [c.49] В работе [4] приведены результаты расчетов разделения нефтезаводских газов различными методами (расчеты вцп9лпены на основании данных работ [5, 6]). В расчетах принято давление исходного газа, поступающего на переработку, равное 4,2 МПа, и температура —30 °С. В табл. 13 дан состав исходного сырья и получаемых 4 ракций. [c.49] Приведенные в табл. 13 газы можно разделить на фракции по схеме с предварительным аммиачным охлаждением до —30 °С, если получать метановую и углеводородную фракции при 0,12 МПа, а водород при 4 МПа. Если же углеводородную фракцию j выделять при 4 МПа, а метановую при 0,5 МПа, то требуется применение азотного или метанового холодильного цикла, и цри этом необходим дополнительный расход электроэнергии. [c.50] Вернуться к основной статье