Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа

В настоящее время энергосберегающие технологии являются одним из ключевых направлений развития энергетической политики России. Так как экономика страны характеризуется высокой энергоёмкостью, необходимыми мерами по обеспечению экономии энергии являются: ликвидация технологической отсталости промышленности, оснащение предприятий новым энергосберегающим оборудованием, модернизация сферы ЖКХ, внедрение энергосберегающих технологий, привлечение в энергосбережение должного объема инвестиций, работа с населением, борьба с бесхозяйственностью в использовании энергетических ресурсов.

Ещё одним направлением, призванным в будущем заменить традиционные виды топлива, является переход на энергосберегающие технологии в рамках использования возобновляемых источников энергии, к которым относятся: твердая биомасса и животные продукты, промышленные отходы, гидроэнергия, геотермальная энергия, солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов морских волн и океана. Это даёт не только значительное уменьшение расходов на энергетические затраты, но и имеет большие экологические плюсы.

Энергосберегающие технологии позволяют относительно простыми методами госрегулирования значительно снизить нагрузку на государственный и федеральные бюджеты, сдержать рост тарифов, повысить конкурентоспособность экономики, увеличить предложения на рынке труда.

На современном этапе можно выделить три основных направления энергосбережения:

• Полезное использование (утилизация) энергетических потерь;
• Модернизация оборудования с целью уменьшения потерь энергии;
• Интенсивное энергосбережение.

 

3.1. Цели энергосбережения

Основной целью энергосбережения является повышение энергоэффективности всех отраслей, во всех пунктах населения, а также в стране в целом.

Перед тем, как разработать и назначить необходимые меры для обеспечения успешного внедрения комплекса мер по энергосбережению и повышению энергоэффективности для конкретного предприятия или здания, проводят энергоаудит. Энергетическое обследование — сбор информации об использовании энергетических ресурсов с целью получения достоверных данных об объеме используемых энергетических ресурсов, показателях энергетической эффективности, выявление возможностей энергосберегающих технологий и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте. Энергоаудит помогает грамотно применить существующие технологии энергосбережения в центрах непосредственного потребления энергии.

Важнейшей стратегической задачей государственной политики энергосбережения является создание совершенной системы управления энергетической эффективностью и энергосбережением. В неё входит обязательное оснащение предприятий, госучреждений и жилых комплексов приборами учета энергии.

Помимо этого в созданной Правительством РФ законодательной базе прописаны приоритетные задачи развития энергосберегающих технологий:

Снижать энергопотребление в сопоставимых условиях не менее чем на 3% в год в течение пяти лет;

Создание новой идеологии государственных закупок, включающее в себя замену освещения на энергосберегающие лампы и осветительные приборы, введение права устанавливать минимальные требования по энергоэффективности при закупке товаров для нужд государства;

Введение требований для производителей и импортеров товаров по обязательной маркировке продукции по классам энергоэффективности;

Изменение тарифной политики путем применения долгосрочных методов тарифного регулирования;

Введение требований к организациям коммунального комплекса, обязывающих учитывать при формировании инвестиционных программ мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

В последнее время энергетика обеспечивает значительный рост благосостояния во всем мире за счет увеличения производства энергоресурсов, их эффективного использования и внедрения энергосберегающих технологий. Поэтому повышение энергетической эффективности экономики является главной задачей энергетической стратегии России.

2. Энергосберегающие решения

Энергосберегающие технологии представляют собой комплекс мер и решений, направленных на уменьшение бесполезных потерь энергии. Это новый подход к технологическим процессам, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов.

По данным специалистов, доля энергозатрат в себестоимости продукции в России достигает 30–40%. Во многом это вызвано использованием устаревшего оборудования на крупных предприятиях, в ЖКХ и других сферах деятельности. К примеру, на большинстве отечественных предприятий до сих пор используются электродвигатели с большой мощностью, которые рассчитаны на максимальную нагрузку, хотя пиковый период работы составляет всего 10–15% от общего количества рабочего времени.

Решением этой проблемы может стать оптимизация оборудования за счет использования электроприводов, автоматизация технологических и производственных процессов. Хорошо зарекомендовали себя частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления.

Частота их вращения изменяется в зависимости от реальной нагрузки, причем зачастую не требуется менять стандартные электродвигатели, что позволяет уменьшить затраты на модернизацию, а экономия потребляемой электроэнергии достигает 30–50%. модернизации производств. Такие приводы особенно актуальны для создания энергосберегающего режима в работе механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой: вентиляторы, кондиционеры, насосы.

Ещё одним видом эффективного применения энергосберегающих технологий является применение так называемого «умного» освещения. Такие энергосберегающие системы освещения позволяют снизить потребление электроэнергии в десять раз. Энергосберегающий эффект достигается тем, что свет включается автоматически и только тогда, когда он нужен.

Это достигается путем встраиваемого микрофона и оптического датчика, реагирующих на появление человека в помещении. К тому же, «умные системы» автоматически регулируют яркость свечения ламп, в зависимости от времени суток. Ещё одним решением в экономии электроэнергии является использование современных энергосберегающих ламп.

Более трети всех энергоресурсов страны расходуется на отопление зданий. Без минимизации непродуктивных потерь тепла перечисленные энергосберегающие меры будут малоэффективны. Поэтому, в современном строительстве применяются технологии с использованием утепления стен, энергосберегающей кровли, энергосберегающих красок, современных стеклопакетов, экономичных систем обогрева.

Хороший энергосберегающий эффект дают новейшие котельные, где применение новых энергоносителей позволяет снизить затраты на обслуживание и существенно повысить КПД, а также перейти на использование более дешевого и экологичного топлива. При проектировании систем вентиляции применяют системы рекуперации (утилизации для повторного использования) тепла отработанного воздуха и переменной производительности приточно-вытяжных агрегатов в зависимости от числа людей в здании.

 

 

 

 

 

 

4.Материальные и тепловые расчёты  производства

 

В данной курсовой работе приводится материальные и тепловые расчеты производства.

Основой технологических расчетов являются материальные и тепловые расчеты. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства.

При разработке химико-технологических процессов проводятся разнообразные расчеты для количественной оценки протекающих операций, а также для определения оптимальных значений параметров технологического процесса. Во всех случаях при расчетах учитываются законы гидродинамики, тепло- и массопередачи и  химической кинетики, поэтому расчеты материальных потоков обычно сочетаются с энергетическими расчетами, для этого составляют материальный и энергетический балансы.

Материальный баланс – это вещественное выражение закона сохранения массы, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате этого взаимодействия, то есть приход веществ равен его расходу.

Для того чтобы обеспечить оптимальную производительность, необходимо вводить в эксплуатацию два параллельно работающих агрегата.

 

 

 

4.1. Составление материального баланса производства ацетилена.

 

Принимаем концентрацию метана 90% CH4, этана 5% C2H6, пропана 2% C3H8; степень превращения метана составляет 91%

Молекулярная масса: CH4 + C2H6 + C3H8 + N2 = 16 + 30 + 44 + 28 =118

Теоретический расход метана на 1 т ацетилена:

1•2•16/60 = 0,534 т

с учетом выхода продукта по стадиям:

0,534/(0,9•0,6•0,15) = 6,59 т или 6,59•22,4•103/16 = 9226 м3

Расход природного газа: 9226/0,97 = 9500 м3.

4СН4+3О2=2С2Н2+6Н2О+Q

Из 4 моль СН4 и 3 моль О2 – 2 моль С2Н2 и 6 моль Н2О;

Для ацетилена -  ; ;

Для воды -  ;

Для кислорода -  .

Расход кислорода (на технический кислород)

Расход чистого кислорода  12 308+96 506+193010=301824 кг/ч;

Расход примесей:

;

;

;

 

Gтехн.кисл.

Материальный баланс процесса пиролиза метана.

Приход
		кг/ч	%(масс.)	Нм3/ч		%(об.)
Газ		282460	47,81	176215		44,98
В том числе:
метан		270568	45,80	336695		85,95
этан		734	0,12	548		0,14
двуокись углерода		3390	0,57	1726		0,44
Азот		7768	1,31	6214		1,59
Кислород технический		308298	52,19	215528		55,02
В том числе:
кислород		301824	51,09	211273		53,93
азот		2621	0,44	2097		0,54
ИТОГО:		590758	100,00	391743		100,00
Р А С Х О Д
	кг/ч		%(масс.)	Нм3/ч			%(об.)
ацетилен	23810		4,03	20513			1,88
Побочные продукты
окись углерода	422211		71,47	337769			30,93
водород	58240		9,86	652288			59,73
водяной пар	68131		11,53	68131			6,24
Транзитное
этан	734		0,12	548			0,05
двуокись углерода	3390		0,57	1726			0,16
азот	10389		1,76	8311			0,76
Примеси	3853		0,65	2757			0,25
ИТОГО:	590758		99,99	1092043			100,00

 

Выход целевого продукта.

 

Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:

По метану стехиометрический коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

Кр= Кс/  = 0,615 / 0,088= 6,99 т/т продукта.

По кислороду стехиометрический расходный коэффициент на 1 т ацетилена:

2. Расчет теплового баланса.

Тепловой баланс отражает основное содержание закона сохранения энергии, согласно которому количество тепла, введенной в процесс (приходные статьи баланса), равно количеству тепла, получаемой в результате процесса (расходные статьи баланса). Так же как и материальный баланс, тепловой баланс можно составлять для всего производственного процесса или для отдельных его стадий. тепловой баланс может быть составлен для единицы времени (час, сутки), для цикла работы, а также на единицу исходного сырья или готовой продукции.

Температура при входе 1600С на выходе 2200С

По закону сохранения энергии:

1.Рассчитываем:ацетилена=33959,2*1,72*160=9345571,84 кДж. НСl =46720*2.43*160=18164736 кДж.

Qх. р. =-Hx. p=112,4 кДж.

Qприхода=9345571,84+18164736+112,4=19100420,24 кДж.

1.Определяем: =679,2*2,43*220=363100,32 кДж.

=80000*1,47*220=2587200 кДж.

= 363100,32+2587200=2950300,32 кДж.

=19100420,24-2950300,32=16150119,92 кДж.

 

Метан	5454	10338
Кислород	6545	4225
Всего	11999	14563
Расход тепла
Ацетилен	1200	1740
Метан	464	879
Кислород	66	43
СО	5968	3223
СО2	3459	2158
Н2	840	6520
Всего	11999	14563