РЕФЕРАТ

Звіт про виконання ДП: 60с., 3рис., 19табл., 37джерел

Ключові слова: ЗАЛІЗНИЙ КУПОРОС, КАТАЛІЗАТОР, ХРОМОВИЙ АНГІДРИД, АМОНІЙ КАРБОНАТ, РЕАКТОР, ОСАДЖЕННЯ

Мета: розробка відділення одержання осаду у виробництві залізохромового каталізатора СТК

В даному проекті розглянуто характеристику сировини та готової продукції, фізико-хімічні основи виробництва. Розглянуто технологічну схему виробництва каталізатора СТК. Розраховано матеріальні, теплові баланси процесу утворення осаду та об’єм реактора-осаджувача. Розроблено заходи по ресурсозбереженню, охорони навколишнього середовища та охорони праці. Наведено економічну оцінку проектних рішень.

РЕФЕРАТ

Отчет о выполнении ДП: 60с., 3рис. , 19табл. , 37источников

Ключевые слова: ЖЕЛЕЗНЫЙ КУПОРОС, КАТАЛИЗАТОР, ХРОМОВЫЙ АНГИДРИД, АММОНИЙ КАРБОНАТ, РЕАКТОР, ОСАЖДЕНИЕ

Цель: разработка отделения получения осадка в производстве железохромового катализатора СТК

В даном проекте рассмотрена характеристика сырья и готовой продукции, физико-химические основы производства. Рассмотрена технологическая схема производства катализатора СТК. Рассчитано материальные, тепловые балансы процесса образования осадка и объём реактора-осадителя. Разработаны мероприятия по ресурсосбережению, по охране окружающей среды и охраны труда. Приведена экономическая оценка проектных решений.

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………………………………………….

1.Характеристика сировини, готової продукції та вимоги до них……………….

1.1Характеристика сировини…………………………………………………

1.2 Характеристика готової продукції та вимоги до них…………………

2 Короткий аналітичний огляд літературних джерел з обґрунтуванням методу виробництва………………………………………………………………………….

2.1 Сучасні дослідження в області виробництва каталізаторів парової

конверсії СО…………………………………………………………………

2.2 Вирішення проблеми сірки в технології залізохромового каталізатора..

3 Фізико-хімічні основи виробництва……………………………………………...

4 Технологічна схема виробництва…………………………………………………

5 Матеріальний і теплові баланси…………………………………………………..

5.1 Розрахунок витрат сировини на 1 т каталізатора………………………..

5.2 Матеріальний розрахунок за стадіями приготування каталізатора…….

5.3 Тепловий розрахунок реактора……………………………………………

5.3.1 Прихід тепла………………………………………………………..

5.3.2 Витрати тепла………………………………………………………

6 Розрахунок реактора………………………………………………………………..

7 Контроль і конструкційні роботи основного апарата……………………………

8 Конструкція, експлуатація, пуск і зупинка основного апарата………………….

9 Ресурсозбереження та навколишнє середовище…………………………………...

10 Техніко-економічне обґрунтування……………………………………………..

10.1 Розрахунок потреби і вартості в сировині та матеріалах……………..

10.2 Визначення витрат і вартість енергоресурсів…………………………

10.3 Розрахунок амортизаційних відрахувань………………………………

10.4 Організаційний план………………………………………………………

10.5 Розрахунок річного фонду оплати праці керівників, спеціалістів та службовців………………………………………………………………….…………

10.6 Розрахунок витрат по утриманню та експлуатації……………………..

10.7 Розрахунок загальновиробничих витрат……………………………….

10.8 Калькулювання собівартості продукції………………………………..

11 Охорона праці………………………………………………………………………

11.1 Загальна характеристика умов ведення технологічного процесу…….

11.2 Промислова санітарія……………………………………………………

11.3 Пожежна безпека………………………………………………………..

12 Висновки…………………………………………………………………………..

Список літературних джерел………………………………………………………..

ВСТУП

Одним із завдань, які стоять перед хімічною промисловістю України є розробка, проектування і будівництво економічно вигідних процесів отримання хімічних продуктів і напівпродуктів.

Особливо інтенсивний розвиток однієї із найбільш потужних галузей азотної – обумовлено в основному всезростаючим попитом на азотні добрива, різноманітні солі, для виробництва вибухових речовин, барвників і таке інше.

У всіх індустріально розвинутих країнах світу азотна промисловість, на сьогоднішній день, являється однією із провідних галузей, яка поступово розвивається. Світове виробництво водню складає десь 30·10⁶ т/рік, 55 % якого йде на отримання синтетичного аміаку, якого потужність виробництва в світі зросла від 120 млн. т у 1985 році до 180 млн. т у 1999 році. Такий розвиток азотної промисловості диктується, необхідністю задоволення швидко зростаючого населення земної кулі, продуктами сільського господарства. Без мінеральних добрив, особливо і в першу чергу – азотних, неможливо вирішити інтенсифікацію сільського господарства.

Виробництву азотних добрив і їх основи – аміаку, в Україні завжди приділялась першочергова увага. Економічність промислового способу виробництва водню обумовлюється використанням доступної та дешевої сировини, можливістю її переробки з високим виходом продукту належної якості та без шкідливих викидів в навколишнє середовище. Основні агрегати отримання синтетичного аміаку мають потужність 1360 т/добу. Сировинною базою для його виробництва служить природний газ. На сьогоднішній день виробництво синтетичного аміаку базується на використанні водню, котрий отримується із природного газу шляхом каталітичної конверсії його різноманітними окислювачами (водяна пара, кисень повітря, діоксином вуглецю), або їх сумішами в трубчастих пічках з послідуючим окисленням

Моно оксиду вуглецю водяною парою. Остання стадія в промислових умовах здійснюється в дві ступені: спочатку на середньо температурному оксидному залізохромовому каталізаторі (СТК), потім на низькотемпературному оксидному цинк-алюмо-мідному, або цинк-хром-мідному (НТК). Ці стадії відносяться до одних із основних в переробці природного газу в водень. В даній роботі поставлене завдання: розробити технологію залізохромового каталізатора.

1 Характеристика сировини, готової продукції та вимоги до них

1. Характеристика сировини

Залізний купорос представляє собою кристали зеленувато-блакитного кольору. Застосовується в хімічній промисловості, кольорової металургії, енергетиці, як компонент електроліту в гальванотехніці, консервант деревини, фунгіцид, в отриманні пігментів, як відновник. Залізний купорос є сировиною для отримання феррону та феррі-гіпсу (суміш гідратів оксидів заліза та гіпсу з наповнювачем). Цей матеріал придатний для теплової ізоляції хімічної апаратури.

Хімічна формула: Fe₂SO₄ · nH₂O

Хромовий ангідрид – парамагнітні, червоні (з фіолетовим відтінком) кристали або луска. При нагріванні перетворюється в червоний пар. Добре розчинний в воді, розкладається при температурі вище 190 °C. Хромовий ангідрид отруйна субстанція, є сильним окислювачем.

Хромовий ангідрид використовується в машинобудівній, металургійній, хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості. Використовується ангідрид хромовий у процесі нанесення твердого хромового покриття на вироби з сталі, міді, латуні тощо.

Хімічна формула: CrO₃

Карбонат амонію — безбарвна кристалічна речовина. Добре розчиняється у воді, легко розкладається при нагріванні. Вуглекислий амоній не повинен стикатися з повітрям, оскільки вмить вступає в реакцію і перетворюється на двовуглекислий амоній, який не можна використовувати в кулінарії. Вживання амонію виключає вживання соди. Амоній дуже гігроскопічний, зберігають його в герметичній скляній темній тарі або в бляшаних банках з щільно прилеглою кришкою.

Хімічна формула: (NH₄)₂CO₃

1.2 Характеристика готової продукції та вимоги до них

Реакція конверсії оксиду вуглецю(ΙΙ) без каталізатора при температурі до 873 К практично не відбувається. Залежно від температури роботи розрізняють каталізатори середньотемпературні – СТК і низькотемпературні – НТК.

Тривалий час для конверсії СО використовували каталізатор на основі Fe₂O₃. Потім він був удосконалений за рахунок уведення в нього оксиду хрому, який перешкоджав росту кристалів Fe₂O₃, що дозволило підвищити строк служби каталізатора до трьох і більше років. Технічні характеристики середньо-температурних каталізаторів наведено в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 – Технічні характеристики каталізаторів СТК

Показник	СТК-СМТ	СТК-СМФ	СТК-1	СТК-СФ
Зовнішній вигляд	Таблетки	Таблетки	Екструдати	Екструдати
Розмір, мм	9×6 або 6×5	9×6 або 6×5	Ø 5 або 7	Ø 5 або 7
Насипна щільність, кг/дм3	≤ 1,4	≤1,3	≤1,3	≤1,3
Механічна міцність при роздавлюванні, МПа	≥2,5	≥2,0	≥2,0	≥2,0
Вміст, %: Fe2O3 Cr2O3 CuO SО3	≥83,0 ≥7,5 ≥2,0 ≤0,05	≥83,0 ≥7,5 ≥2,0 ≤0,05	≥88,0 ≥7,0 - ≤0,05	≥83,0 ≥7,5 - ≤0,05
Активність за константою швидкості реакції, см3/(г·с): при Т=623 К Т=573 К	≥1,8 ≥0,45	≥1,5	≥1,2	≥1,3

Активною фазою залізохромових каталізаторів є тетраоксид тризаліза Fe₃O₄ (магнетит), який утворюється в процесі відновлення каталізатора. У каталізаторі з'являється твердий розчин Fe₃O₄ · Cr₂O₃ шпінельного типу: відбувається заміщення іонів Fe³⁺ в кристалічній решітці Fe₃O₄ іонами Cr³⁺.Оксид хрому розглядається як стабілізатор активного компонента. Надлишок оксиду хрому у вільній фазі знижує активність каталізатора (це можливо, якщо оксиду хрому в каталізаторі буде більш ніж (10–15) %). Процес відновлення каталізатора супроводжується виділенням тепла згідно з реакцією:

3Fe₂O₃ + H₂ ↔ 2Fe₃O₄ + H₂O + 9,6 кДж/моль; (1.1)

3Fe₂O₃ + CO ↔ 2 Fe₃O₄ + CO₂ + 50,9 кДж/моль. (1.2)

За відсутності водяної пари або при її недостатності може відбуватися пере відновлення каталізатора з утворенням металічного заліза:

Fe₃O₄+4H₂ ↔ 3Fe+4H₂O-150 кДж/моль; (1.3)

Fe₃O₄+4CO ↔ 3Fe+4CO₂+14,7 кДж/моль, (1.4)

Яке є каталізатором дуже екзотермічної реакції метанування:

CO+3H₂ ↔ CH₄+H₂O+206,4 кДж/моль. (1.5)

Щоб запобігти пере відновленню каталізатора газ повинен містити не менше 15% водяної пари. Така кількість водяної пари гарантує, що каталізатор не відновиться до заліза.

Якщо співвідношення "пара:СО" менше 1, на залізо хромовому каталізаторі, особливо під тиском, перебігає небажана реакція Будуара:

2CO ↔ CO₂+C+172,5 кДж/моль. (1.6)

Вуглець, який при цьому утворюється, відкладається на поверхні каталізатора, що призводить до швидкого зниження його активності. Цей процес має назву завуглецьовування каталізатора (блокування), і його можна ліквідувати шляхом продування через розігрітий каталізатор повітря.

Температура в шарі каталізатора не повинна перевищувати 803 К, оскільки при більш високих температурах відбувається спікання каталізатора і зниження його активності.

При відновленні каталізатора з нього виділяється сірководень. Більша частина сірки, яка міститься в каталізаторі, зв'язана у FeSO₄, який реагує з водяною парою та воднем:

FeSO₄+4H₂→FeS+4H₂O (1.7)

3FeS+4H₂O ↔ Fe₃O₄+H₂- 75 кДж/моль. (1.8)

У середньотемпературних залізохромових промислових каталізаторах міститься в середньому 0,3% сірки. У процесі відновлення каталізатора ця сірка повністю виділяється в газ, і її кількості достатньо, щоб у подальшому відбулося отруєння низькотемпературного каталізатора. Тому після відновлення залізохромового каталізатора до того, як подавати газ на низькотемпературний каталізатор, сірка має бути видалена з каталізатора, тобто проведено його знесірчення. Ця стадія є самостійною операцією. Знесірчення проходить тим швидше, чим вищі температура, співвідношення "пара:газ" і об'ємна швидкість. Найефективнішим фактором є збільшення співвідношення "пара:газ". З великою швидкістю процес перебігає при 673 К і співвідношення "пара:газ"≈3. У цьому випадку у великотоннажних агрегатах синтезу аміаку знесірчення можна провести за 1-1,5 доби. Але в дійсності це не завжди можливо зробити. Температуру, як правило, установлюють на рівні 613-653 К, а співвідношення "пара:газ" становить 1,4-1,5, у такому разі процес відновлення завершується за 2-2,5доби.

На Сєвєродонецькому ТОВ «Кларіант Україна» виробляється каталізатор марки СТК, який містить близько 0,05 % сірки.

Що стосується фізико-хімічних властивостей залізохромових каталізаторів, то їх пориста структура відрізняється, головним чином, об'ємом пор залежно від способу їх приготування, а ця величина впливає на насипну масу. Чим вища пористість, тим нижча насипна маса і, таким чином, менші витрати каталізатора на завантаження реактора. Відновлені каталізатори в процесі промислової експлуатації дуже мало змінюють пористість.