Компьютерное моделирование технологи и производства дисульфида углерода из природного газа и серы


Скачать 99.66 Kb.
НазваниеКомпьютерное моделирование технологи и производства дисульфида углерода из природного газа и серы
Дата публикации27.08.2013
Размер99.66 Kb.
ТипДокументы
referatdb.ru > География > Документы

УДК 66.011




Абдиев К.Ж., Дюсебекова М.А.



КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДИСУЛЬФИДА УГЛЕРОДА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА И СЕРЫ
Бұл жұмыста Қазақстанның кен-байыту өндірісінде кеңінен пайдаланылатын ксантогенаттар алу үшін қажетті компонент болып саналатын көміртек дисульфидін табиғи газ бен күкірттен өндіру технологиясы қарастырылған. Көміртек дисульфидін өндіру технологиясының схемасы ChemCad программасы көмегімен жасалынған.
This article describes the technology of carbon disulfide’s production from natural gas and sulphur, which is used as feedstock for the production of xanthates. Xanthates have a great importance for the mining and metallurgical industry of Kazakhstan. Technological schema of disulfide production was made by using ChemCad program.
Сернистые соединения углерода находят широкое применение в качестве растворителя жиров, масла, смол, каучука и экстрагентов. Большая часть (80%) производимого в промышленности сероуглерода идет на производство вискозы - сырья в производстве вискозного волокна («искусственного шелка»). Его применяют также для получения различных химических веществ (ксантогенатов, четыреххлористого углерода, роданидов). Ксантогенаты широко применяются в горнодобывающей промышленности в качестве флотореагентов для флотационного обогащения полезных ископаемых.

Разработка технологии производства дисульфида углерода из природного газа и серы помимо экономической выгоды имеет также экологическую важность для нашей страны, т.к. осуществление данного проекта позволит решить, хотя и частично, экологическую проблему, связанную с утилизацией серы, образующейся в ходе очистки природного и попутных нефтяных газов.

На рисунке 1 представлена технолгическая схема производства дисульфида углерода из природного газа и серы, которая выполнена с помощью Пакета моделирующих программ (ПМП) ChemCad. ПМП ChemCad выбрана по той причине, что данная программа позволяет создавать, анализировать и оптимизировать различные варианты технологического оформления производственных процессов, оценивать их эффективность и выбирать наилучший из них [1-5].

С помощью программного обеспечения ChemCad можно:

  • увеличить продуктивность работы путем проведения ежедневных расчетов химико-технологических процессов;

  • максимально увеличить прибыльность работы путем проектирования более эффективных новых процессов и оборудований;

  • уменьшить стоимость капитальных вложений путем оптимизации или сужения существующих процессов и оборудований;

  • через агентов регулировщиков оценить влияние новых или существующих процессов на окружающую среду;

  • повлиять на корпоративные информации путем поддержки (обслуживания) центральной базы данных лабораторных исследований.



^ Рис.1 – Технологическая схема производства дисульфида углерода из природного газа и серы
Теперь подробно обсудим представленную технологическую схему производства CS2. Потоком № 1 в технологическую схему подают природный газ (cостав: СН4 – 937, 9186 кг/ч, С2Н6 – 39,49 кг/ч, С3Н8– 9,87 кг/ч) при t = 25ºС и Р = 2 бар.



^ Рис.2 – Схема подачи серы и природного газа в технологическую схему
Далее природный газ предварительно подогревают в теплообменнике № 15 (Simple Heat Exchanger) до 500º С. Потоком № 2, в свою очередь, под давлением 2 бар подают пары серы (1923,6 кг/ч) при температуре 300ºС. Далее пары серы, также, как и природный газ, подаются в теплообменник № 14, для подогрева до 500ºС. Затем потоки природного газа и паров серы поступают в смеситель № 2, который служит для смешивания потоков серы и природного газа. На выходе из смесителя давление парогазовой смеси составляет 2 бар.

Следующим оборудованием служит контроллер № 11, представленный на рисунке 3, роль которого заключается в регулировании скорости подачи серы в процесс. Затем, как показано на рисунке 4, вся парогазовая смесь поступает непосредственно в реактор № 1 (Gibbs Free Energy Reactor), в котором и осуществляется сам процесс синтеза дисульфида углерода.



^ Рис. 3 – Контроллер
В данном реакторе устанавливается изотермический режим при температуре 500ºС, давление составляет 4 бар.



^ Рис. 4 – Реактор Гиббс
Уравнения реакции синтеза дисульфида углерода из природного газа выглядят следующим образом:

СН4 + 4S  CS2 + 2H2S (1)

C2H6 + 7S  2CS2 + 3H2S (2)

C3H8 + 10S  3CS2 + 4H2S (3)
Эти реакции очень благоприятны для образования дисульфида углерода, а выход реакции более 90 моль.% реализуется при помощи активных катализаторов, таких как силикагель [6-8]. Указанные реакции являются эндотермическими, и конверсия возрастает с ростом температуры и (или) времени пребывания реагентов в каталитической зоне.

В результате реакций мы получаем целевой продукт дисульфид углерода (1955,889 кг/ч), побочный продукт - сероводород (1691,392 кг/ч), а также остатки исходного сырья (метан – 578,1849 кг/ч, этан – 0,455 кг/ч, пропан – 0,0016 кг/ч и сера – 19, 42 кг/ч) (рисунок 5).



^ Рис.5 – Результаты синтеза дисульфида углерода

Как видно на рисунке 5, кроме целевого продукта дисульфида углерода, мы получаем и сероводород, который является нежелательным токсичным веществом. Поэтому, с целью защиты экологии и окружающей среды, предотвращения оказания токсического влияния сероводорода на здоровье людей, H2S перерабатываем в элементарную серу с помощью процесса Клауса. Для этого парогазовую смесь сначала направляем в дистилляционную колонну № 4 (Shortcut Column), где осуществляется процесс разделения дисульфида углерода от сероводорода (рис. 6).



^ Рис.6 – Дистилляционная колонна
Условие разделения смеси следующее: температура в верхней части колонны -36,7оС, давление 5 бар. В нижней части колонны температура 37оС, давление равно 5,1 бар. В этих условиях разделения в верхней части колонны образуется газовая смесь (поток № 5), состав которой указан на рисунке 7.

^ Рис.7 – Результаты разделения дисульфида углерода от примесей
Как видно из рисунка 7, в составе газовой смеси дисульфид углерода практически отсутствует, а скорость потока составляет 2102,8 кг/ч.

В нижней части дистилляционной колонны образуется очищенный дисульфид углерода (поток № 6), содержащий незначительное количество сероводорода и элементарной серы (рисунок 8).



Рис.8 – Состав потока № 6

Далее смесь дисульфида углерода направляют в дистилляционную колонну № 5 (рисунок 9), где происходит дальнейшая очистка дисульфида углерода от сероводорода. Разделение осуществляется при следующих условиях: в верхней части колонны температура -18,8оС, давление 4 бар; в нижней части температура 94оС, давление 4,1 бар. При этих условиях в нижней части колонны образуется основной продукт процесса - дисульфид углерода с чистотой 98,93 мас. %. Скорость потока – 1973 кг/час (рисунок 10). Таким образом, если считать, что осуществляется непрерывный процесс, и завод в году будет работать 350 дней, то производительность процесса производства дисульфида углерода равняется:

1,97х24х350=16548,0 т в год.



Рис.9 – Дистилляционная колонна очистки дисульфида углерода



^ Рис.10 – Состав продукта – CS2 (поток № 9)
В верхней части дистилляционной колонны № 5 образуется сероводород (поток № 8) с чистотой 98,8 мас.%, который направляется в смеситель № 7 для дальнейшей переработки.

Поток № 5, выходящий из верхней части дистилляционной колонны № 4, также подают в смеситель № 7. В этот же смеситель потоком № 11 (рисунок 11) подают еще воздух, который необходим для осуществления превращения сероводорода в серу по методу Клауса. Скорость подачи воздуха составляет 3171 кг/ч.


Рис.11 – Состав воздуха, подаваемого в реактор
Смесь, выходящая из смесителя № 7, подогревают в теплообменнике № 8 до 300оС. После этого ее подают в реактор № 6, где осуществляется сам процесс превращения сероводорода в элементарную серу c помощью метода Клауса. В реакторе часть сероводорода сгорает с воздухом с образованием диоксида серы, и затем он реагирует с оставшимся сероводородом, при температуре 300оС в присутствии катализатора с образованием серы [8].

Два этапа преобразования сероводорода, могут быть представлены следующими уравнениями:

2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2Н2О (4)
SO2 + 2 H2S → 3S + 2H2O (5)

Превращение в серу составляет около 95%.


^ Рис.12 – Дистилляционная колонна для разделения серы

от газожидкостных примесей

Поток, выходящий из реактора № 6, охлаждают в теплообменнике № 10 до 120оС и подают в фазовый разделитель № 9 (рисунок 12) для разделения элементарной серы от остальных примесей.

В фазовом разделителе процесс разделения расплавленной серы от газожидкостных примесей осуществляется при температуре 120оС и давлении 1,1 бар. В результате этого из нижней части дистилляционной колонны выходит очищенный расплав элементарной серы (рисунок 13). Скорость потока - 1334 кг/ч.

Рис.13 – Состав потока, выходящего из нижней части

фазового разделителя № 9
Далее расплав элементарной серы предварительно подогревают в теплообменнике № 13 до 500оС и затем пары серы потоком № 21 возвращают в общую технологическую схему для дальнейшего использования его в синтезе дисульфида углерода.

В верней части разделительной колонны образуется смесь, состоящая, в основном, из воды и газов, которая в дальнейшем должна быть переработана с целью выделения из нее углеводородных газов.

Таким образом, согласно представленной технологической схеме, производительность процесса производства CS2 составляет, примерно, 16 тыс. т. дисульфида углерода в год. Степень конверсии серы составляет 60 мол. %. Потеря серы 0 %.
Литература


  1. Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. – Москва: ИКЦ «Академкнига». 2006. – 416 с.

  2. Система повышения квалификации. Книга А. Расчет материальных и тепловых балансов химико-технологических процессов (стационарное состояние). Нор-Пар Онлайн А/С. 2000-2001. –113 с.

  3. ChemCad. Руководство пользователя и Руководство по обучению работе с программой. CC-STEADY и STATE CC-BATCH.

  4. ПМП ХЕМКАД. CC-DYNAMICS (CC-DCOLUMN CC-ReACS). Руководство пользователя. Моделирование динамики протекания технологических процессов в ректификационных колоннах и химических реакторах (непрерывный и периодический процесс). – 201 с.

  5. Physical Properties. Version 5.5. User’s Guide. – 95 p.

  6. Пеликс А.А., Аранович Б.С., Петров Е.А., Котомкина Р.В. Химия и технология сероуглерода. – Москва: Химия, 1986.

  7. Смуров В.С., Аранович В.С. Производство сероуглерода. – Москва: Химия, 1966.

  8. Брокгауза Ф.А, Ефрона И.А.. Энциклопедический словарь. – С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон, 1907 г.

Сведения об авторах:

Абдиев К.Ж. –Научное звание, научная степень.

Дюсебекова М.А.- Научное звание, научная степень.

Название института (университета).

Похожие рефераты:

Требования промышленной безопасности при переработке газов Раздел Общие положения
Настоящие Требования распространяются на газоперерабатывающие производства, гелиевые производства, промысловые установки по переработке...
Программа вступительного экзамена для поступающих в магистратуру...
«Математическое и компьютерное моделирование» разработана на кафедре математического и компьютерного моделирования в соответствии...
Конспект урока 2 Компьютерное моделирование. Построение компьютерной модели
...
Программа развития научной лаборатории «Математическое и компьютерное моделирование»
«Математическое и компьютерное моделирование» Карагандинского государственного университета имени академика Е. А. Букетова
Проректор по научной работе, д-р техн наук, профессор
«Моделирование, компьютерное проектирование и технология производства электронных средств»
47-я научная конференция аспирантов, магистрантов и студентов учреждения образования
Моделирование, компьютерное проектирование и технология производства электронных средств
48-я научная конференция аспирантов, магистрантов и студентов учреждения образования
Моделирование, компьютерное проектирование и технология производства электронных средств
49-я научная конференция аспирантов, магистрантов и студентов учреждения образования
Моделирование, компьютерное проектирование и технология производства электронных средств
Программа по энергосбережению предприятия на 2011 год не выполняется...
Определим перерасход электрической энергии и природного газа по предприятию цементной отрасли за сентябрь текущего года, имеющего...
Об утверждении комплекса мероприятий по расширению применения природного...
В целях обеспечения широкого применения природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств, Министерство экономики...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза