и значительном разбавлении компонентов инертным газом ско­ рость реакции прямо пропорциональна концентрации гремучей смеси

w = k(2pHt + p0t)

Для платиновых катализаторов при большом избытке кислорода и температуре выше 100 °С скорость реакции прямо пропорцио­ нальна концентрации водорода

w = kpHi

Приведенные закономерности были установлены в кинетической области на массивных (непористых) катализаторах.

В случае применения промышленных катализаторов с развитой внутренней поверхностью процесс протекает, как правило, в обла­ сти внешней диффузии.

Если реакция протекает во внешней диффузионной области и ско­ рость процесса определяется скоростью массопередачи кислорода из газового потока к наружной поверхности катализатора, объем катализатора, необходимый для очистки, можно определить по

уравнению [89]:

RTG In (Рн/Рк)

”Р« (Рн--Рк)

где V — объем катализатора, м3; G — количество удаленного кислорода, кмоль/с; р н и р к — парциальное давление кислорода до и после слоя катализа­ тора, Па; р — коэффициент массопередачи, м/с; а — наружная поверхность зерен в единице объема катализатора, м2/м3.

Рассчитанный объем катализатора для обеспечения длительной устойчивой работы целесообразно увеличить в 1,5—2 раза.

Аппаратурно-технологическое оформление

В промышленности в настоящее время применяют несколько схем процессов гидрирования кислородсодержащих примесей. В ста­ рых схемах, в которых конверсия окиси углерода осуществлялась па среднетемпературном катализаторе, а непрореагировавшая окись углерода удалялась медноаммиачным раствором, продолжают работать установки продуцирующего и непродуцирующего предкатализа [67].

В производстве аммиака с очисткой конвертированного газа от окиси углерода жидким азотом установка предкатализа располо­ жена после блоков промывки. Процесс проводят при среднем давле­ нии 27,4• 10б—29,4• 10б Па (28—30 кгс/см2), температуре 150 °С, объемной скорости 10 000 ч"1 на никельхромовом катализаторе. Газ, поступающий на метанирование, содержит 75% Н 2, 24,9% N 2, 0,1% Аг, до 20 см3 СО и 5 см3/м3 0 2. Поскольку в газе присутствует малое количество кислородсодержащих примесей, аппарат гидриро­ вания включают в работу только во время проскоков этих примесей.

теза аммиака.

В новой схеме производства аммиака, основанной на трубчатой конверсии метана, установку метанирования располагают после

холодильников 4, 5, аппарата воздушного охлаждения 6 и влагоотделителя 7. Газ после очистки от двуокиси углерода проходит через сепаратор, где отделяется от капель абсорбента, подогревается в двух последовательно установленных теплообменниках и направляется в метаиатор. Обычно в газе содержится 0,5—0,7% СО, до 0,1% С 02. Очистку осуществляют при температуре 300—350 °С, объемной скорости 4000—5000 ч"1 и давлении до 29,4-10б Па (30 кгс/см2). Линейная скорость газа в аппарате составляет 0,3—0,4 м/с.

Для подогрева газа до температуры реакции в теплообменниках используют различные теплоносители в зависимости от энерготех­ нологической схемы всего агрегата синтеза аммиака.

Выходящий из метанатора газ содержит не более 20 см3/м3 окислов углерода. Использование в схемах производства аммиака турбокомпрессоров привело к ужесточению требований по очистке газа от двуокиси углерода. Имеются указания, что ее концентрация в очищенном газе не должна превышать 5 см3/м3 [90]. В связи с этим Целесообразна послойная загрузка катализатора в метанатор. По­ следним по ходу газа рекомендуется загружать катализатор с повы­ шенной активностью (типа ТО).

Л — радиус таблетки, м; ко — константа скорости реакции нулевого порядка, с-1; — константа скорости реакции первого порядка, е"1; со — концентра­ ция окиси углерода на поверхности зерна; гх, хг — соответственно безразмерные значения радиуса таблетки и концентрации, при которых происходит изменение порядка реакции; D* — эффективный коэффициент диффузии СО в порах та­ блетки, м2/с.

Используя данные уравнения и найденный из эксперименталь­ ных данных коэффициент проницаемости к = 0,108, В. С. Бес­ кову удалось удовлетворительно описать за­ висимость наблюдаемой скорости реакции

от концентрации.

На основании йолученных результатов им же предложен простой метод расчета метанатора, заключающийся в аппроксимации кинетических кривых зависимостями вида

VII1-20 (см. с. 409).

Колонна предкатализа. в которой проводят процесс очистки при 29,4 МПа (300 кгс/см^) (рис. VIII-18), представляет собой сосуд высокого давления с насадкой, состоящий из теплообменника и ката­ лизаторной коробки. Свежий газ, поступающий на очистку, прохо­ дит по кольцевому пространству между корпусом и насадкой, попа­ дает в межтрубное пространство теплообменника и нагревается за

счет тепла газа, вышедшего из катализаторной коробки. Далее газ направляется в центральную трубу катализаторной коробки, где помещается электроподогреватель. Здесь газ подогревается до тем­ пературы реакции и поступает на катализатор сверху. Пройдя слой катализатора, газ по трубам теплообменника выходит из колонны.

Рис. VIII-19. Аппарат предкатализа i> = 29,4-10б Па:

1 — корпус аппарата; 2 — катализатор;

з — злектроподогреватель.21*

Рис. VIII-20. Аппарат предкатализа Р с= 24,5‘105 Па:

1 — катализатор для компенсации усадки;

2 — катализатор; а — корпус аппарата;

4 — место для электроподогревателя; 5 — теплообменник.

t

байпасгаза

Колонна предкатализа полочного типа, рассчитанная на про­ ведение процесса очистки при среднем давлении (рис. VII1-19), представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого нахо­ дится центральная труба с электроподогревателем и катализатор. Газ входит в центральную трубу аппарата, обогревается с помощью электроподогревателя, поднимается вверх в кольцевом пространстве между трубой и катализаторной коробкой, проходит сверху вниз слой катализатора и снизу выходит иэ аппарата.

газ поступает в аппарат сверху, проходит по кольцевому простран­ ству между корпусом и кожухом изоляции катализаторпой коробки и теплообменника, расположенных внутри аппарата, и попадает в межтрубное пространство теплообменника, где нагревается за счет тепла конвертированного газа. Из теплообменника газ прохо­ дит по центральной трубе, дополнительно подогревается электро­ подогревателем, поступает на катализатор и проходит через него в радиальном направлении. Очищенный газ направляется в трубки теплообменника, где отдает большую часть своего тепла холодному газу, поступающему на очистку.

Наиболее просты конструкции метанаторов, работающих при давлении 19,6 • 10б—29,4* 105 Па (20—30 кгс/см2) на никельалюминиевом катализаторе. По своему устройству они аналогичны простей­ шим полочным реакторам конверсии окиси углерода или сероочистки.

ТОНКАЯ КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ

Тонкую очистку азотоводородной смеси от небольших примесей окиси углерода можно осуществлять окислением кислородом или воздухом на катализаторе

СО + 1 /2 0 2= С 0 2

Образующаяся двуокись углерода легко удаляется абсорбцион­ ными методами.

Избыток кислорода реагирует с водородом

На+ 1/20а = Н20

Преимуществом метода избирательного окисления окиси угле­ рода по сравнению с метанированием является превращение СО в удаляемую из газа двуокись углерода, в то время как при гидри­ ровании образуется метан, присутствие которого в циркуляционной газовой смеси снижает парциальные давления Н 2 и N 2 и, следова­ тельно, уменьшает производительность установок синтеза аммиака.

Недостаток метода окисления заключается в расходе водорода для удаления избыточного кислорода и в необходимости проведения реакции в узкой температурной области, чтобы обеспечить доста­

Значение константы равновесия реакции окисления СО намного превышает значения констант равновесия других рассмотренных в данной главе реакций. Термодинамический расчет процесса пока­ зывает, что при температуре ниже 1500 °С реакцию можно рассмат­