6.1.3. Розрахунок схеми з підживленням суміші, що очищається

У цьому варіанті схеми економічний автотермічний режим досягається за рахунок того, що в суміш, що очищається, додають таку кількість продуктів (газоподібного чи рідкого палива), що окисляються, щоб адіабатичний розігрів збільшився до прийнятних значень 150–300 С, а температура очищеної суміші після рекуператора була в межах 150–200 С. Склад суміші, що надходить у реактор газоочищення після введення в неї додаткового палива, буде відрізнятися від заданого у початкових даних складу, тому його необхідно визначити і для нового складу знову розрахувати технологічні параметри каталітичного реактора (аналогічно розрахунку реактора в автотермічному режимі).

Необхідний адіабатичний розігрів вибираємо з інтервалу, що рекомендується, рівний 170 С. Збільшувати його значно недоцільно, тому що це спричинить за собою велику витрату додаткового палива і, крім того, потребує збільшення завантаження каталізатора в реактор.

Для суміші заданого складу вище розраховано адіабатичний розігрів 54,4С, отже за рахунок каталітичного окислювання компонентів підживлення температура суміші повинна підвищитися на 116,6 С.

При додаванні в суміш природного газу (метану), що очищається, концентрація метану повинна збільшитися на 116,6/ 297 = 0,392 % об. при нормальних умовах (297 К/1% – адіабатичний розігрів на 1% для метану). При цьому кількість природного газу, що додається, на задану потужність установки складе

V_г = 5000  0,00392 = 19,6 м³/год при нормальних чи умовах

G_г = 19,6  0,71 = 13,92 кг/год,

де 0,71 – густина метану при нормальних умовах.

У перерахуванні на умовне паливо витрата складе

G_у.т.= 13,92  1,57 = 21,8 кг/год.

Приведені концентрації компонентів для розрахунків реактора з такою сумішшю:

бутан 170 / 864 = 0,197 % об.;

толуол 170 / 1318= 0,129 % об.;

фенол 170 / 1023= 0,166 % об.;

метан 170 / 297 = 0,572 % об.

При використанні як підживлення бензину концентрація його парів у суміші на вході в реактор повинна збільшитися на 116,6/1179=0,099 % (основним компонентом бензину в розрахунку прийнятий пентан, для якого адіабатичний розігрів на 1% дорівнює 1179 К).

Об'ємна подача пар бензину

V_б = 5000  0,00099 = 4,95 м³/год при нормальних умовах.

Кількість бензину, що додається, для заданої продуктивності складе

G_г = 4,95  3,21 = 15,9 кг/год,

де 3,21 – густина пентану при нормальних умовах.

У перерахуванні на умовне паливо витрата складе

G_у.т.= 15,9  1,37 = 21,8 кг/год.

Приведені концентрації компонентів для розрахунків реактора з такою сумішшю:

бутан 170 / 864 = 0,197 % об.;

толуол 170 / 1318= 0,129 % об.;

фенол 170 / 1023= 0,166 % об.;

пентан 170 / 1179= 0,144 % об.

Як підживлення можна використовувати й інші рідкі палива, наприклад, гас. У цьому випадку концентрація парів гасу в суміші на вході в реактор повинна збільшитися на 116,6/1495=0,078 % (основним компонентом гасу в розрахунку прийнятий гептан, для якого адіабатичний розігрів на 1% дорівнює 1495 К).

Кількість гасу, що додається, складе

V_к = 5000  0,00078 = 3,9 м³/год при нормальних чи умовах

G_г = 3,9  4,46 = 17,4 кг/год,

де 4,46 – густина гептану при нормальних умовах.

У перерахуванні на умовне паливо витрата складе

G_у.т.= 17,4  1,37 = 23,8 кг/год.

Приведені концентрації компонентів для розрахунків реактора з такою сумішшю:

бутан 170 / 864 = 0,197 % об.;

толуол 170 / 1318= 0,129 % об.;

фенол 170 / 1023= 0,166 % об.;

гептан 170 / 1495= 0,114 % об.;

При прийнятому адіабатичному розігріві 170 С інтервали робочої температури для трьох розглянутих режимів складуть:

• низькотемпературний: приймають Т_вх=350 С, при цьому Т_вых = 350 + 170 = 520 С;

• середньотемпературний: приймають Т_ср = 525 С, тоді Т_вх = 525 – 170 / 2 = 440 С;

• високотемпературний: приймають Т_вих = 700 С, тоді Т_вх= 700 – 170 = 530С.

З зазначеними вхідними температурами і приведеними концентраціями компонентів за допомогою програми GAZO розраховані технологічні параметри процесу газоочищення заданої суміші з додаванням трьох видів палива: із природним газом (суміш А), з бензином (суміш Б) і з гасом (суміш В), ступінь перетворення, як і раніше прийнята (99,5 ± 0,1)%. Результати розрахунків приведені в табл.6.4.

Таблиця 6.4

Значення часу контакту (_к), ступеня перетворення (х_вих) і температури (Т_вих) на виході з реактора для різних режимів

Суміш компо-нентів	Режим 1 (350 ^0С)			Режим 2 (440 ^0С)			Режим 3 (530 ^0С)
	хвих	Твих,^0С	к, с	хвих	Твих,^0С	к, с	хвих	Твих,^0С	к, с
Суміш А
Бутан	0,995	520,2	0,57	0,995	610,2	0,155	0,995	701,0	0,056
Толуол	0,995	519,1	0,47	0,995	609,2	0,20	0,995	699,6	0,101
Фенол	0,996	514,6	0,077	0,995	604,5	0,033	0,996	694,7	0,018
Метан	0,996	519,3	2,20	0,996	609,2	0,48	0,995	699,1	0,146
Суміш Б
Бутан	0,995	520,2	0,57	0,995	610,2	0,155	0,995	701,0	0,056
Толуол	0,995	519,1	0,47	0,995	609,2	0,20	0,995	699,6	0,101
Фенол	0,996	514,6	0,077	0,995	604,5	0,033	0,996	694,7	0,018
Пентан	0,995	518,9	0,485	0,996	609,1	0,177	0,995	699,0	0,076

Продовження таблиці 6.4

Суміш компо-нентів	Режим 1 (350 ^0С)			Режим 2 (440 ^0С)			Режим 3 (530 ^0С)
	хвих	Твих,^0С	к, с	хвих	Твих,^0С	к, с	хвих	Твих,^0С	к, с
Суміш В
Бутан	0,995	520,2	0,57	0,995	610,2	0,155	0,995	701,0	0,056
Толуол	0,995	519,1	0,47	0,995	609,2	0,20	0,995	699,6	0,101
Фенол	0,996	514,6	0,077	0,995	604,5	0,033	0,996	694,7	0,018
Гептан	0,996	516,8	0,131	0,996	606,7	0,060	0,995	696,6	0,032

Параметри, що рекомендуються, у кожному випадку приймаємо по компоненту з найбільшим часом контакту (тобто з найменшою швидкістю окислення) – табл. 6.5. Завантаження каталізатора в реактор визначають по формулі (3.8). Результати приведені в табл. 6.5. Витрата кожного виду палива для підживлення суміші визначена вище.

Таблиця 6.5

Параметри часу, що рекомендуються, контакту ₍к), температури на виході з реактора (Т_вих) і завантаження каталізатора (V_к) для різних режимів

Підживлен-ня пальним компонен-том	Режим 1 (350 ^0С)			Режим 2 (440 ^0С)			Режим 3 (530 ^0С)
	к, с	Твих,^0С	Vк, м^3	к, с	Твих,^0С	Vк, м^3	к, с	Твих,^0С	Vк, м^3
Природний газ	2,20	519,3	3,06	0,48	609,2	0,67	0,15	699,1	0,21
Бензин	0,57	520,2	0,79	0,20	609,2	0,28	0,10	699,6	0,14
Гас	0,57	520,2	0,79	0,20	609,2	0,28	0,10	699,6	0,14

При заданій температурі початкової суміші на вході в установку для параметрів шару, що рекомендуються, знаходять температуру очищеної суміші на виході рекуператора. Оскільки температури виходу із шару каталізатора для кожного з температурних режимів при різних компонентах підживлення приблизно однакові, то розрахунок проводять для одного з варіантів, наприклад, для бензину.

По (3.17а) знаходимо Т_к:

– для низькотемпературного режиму Т_к = 520,2 – 1,03(350–20) = 180,3⁰С;

– для середньотемпературного режиму Т_к = 609,2 – 1,03(440–20) = 176,6 ⁰С;

– для високотемпературного режиму Т_к = 699,6 – 1,03(530–20) = 174,3 ⁰С.

Для всіх режимів роботи температура охолоджуваного газового потоку після рекуператора відповідає діапазону, що рекомендується. На підставі цього можна зробити висновок про те, що схема з підживленням може працювати в автотермічних умовах із трьома температурними режимами в шарі каталізатора.

Як видно при порівнянні розглянутих варіантів, витрати на каталізатор максимальні для низькотемпературних режимів і мінімальні для високотемпературних. Підживлення рідким паливом по цьому показнику переважніше, ніж підживлення природним газом. Витрата різних видів палива (у перерахуванні на умовне паливо) відрізняється незначно 21,8–23,8 кг/ч.

На цій підставі можна зробити попередній висновок про те, що підживлення рідким паливом має деякі переваги в порівнянні з підживленням природним газом, але остаточний висновок про економічність розглянутих дев'яти варіантів схеми газоочищення з підживленням при різних режимах можна зробити тільки по сумі витрат і вартості очищення одиниці об'єму початкової суміші, тобто в результаті техніко-економічного аналізу.