BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
------------
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống chuyển hóa cacbon monoxit
Water gas shift
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHÓM SV THỰC HIỆN
TS. Dương Chí Trung 1.Lê Đc Tâm
2.Mai Trung Thịnh
3.Phạm Thị Linh Xuân
Lớp K4LHD
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2018
Đồ án công nghệ GV. TS Dương Chí Trung
I
LỜI CÁM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, chúng em đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn
sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Dương Chí Trung – người
đã đồng hành cùng chúng em trong suốt thời gian làm đồ án công nghệ. Thầy đã giúp đỡ
chúng em rất nhiều về phương pháp tính cũng như thầy đã giúp chúng em biết cách áp dụng
những kiến thc mình học vào tính toán công nghệ thực tế.
Do trình độ lý luận còn hạn chế nên bài báo cáo đồ án không thể tránh khỏi những thiếu
sót, em cũng như các bạn trong nhóm rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy, cô để
chúng em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn nhưng bài báo cáo
sau này.
Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!
Đồ án công nghệ GV. TS Dương Chí Trung
II
MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................................... I
MỤC LỤC .......................................................................................................................... II
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................ IV
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... V
DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................................. VI
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu sơ lược về khí tổng hợp (synthesis gas) ................................................. 2
1.2. Phản ng Water gas shift (WGS) ............................................................................ 3
1.2.1. Lịch sử phát triển ............................................................................................ 3
1.2.2. Động học .......................................................................................................... 5
1.2.3. Cơ chế phản ứng ............................................................................................. 8
1.2.4. Phản ứng WGS hai giai đoạn và hạn chế cần khắc phục .......................... 10
1.2.5. Xúc tác cho phản ứng WGS ......................................................................... 13
1.3. Sơ đồ công nghệ ................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN .................................................................................. 21
2.1. Đặt tính nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm ....................................................... 21
2.2. Lựa chọn xúc tác ................................................................................................. 21
2.3. Phương trình động học ....................................................................................... 22
2.4. Một số điều kiện của phản ứng .......................................................................... 23
2.4.1. Áp suất ........................................................................................................... 23
2.4.2. Tỷ lệ hơi nước trên CO ................................................................................. 24
2.4.3. Nhiệt độ tháp phản ứng và nồng độ CO đầu ra ........................................... 24
2.5. Quy trình tính toán ............................................................................................. 25
2.5.1. Cân bằng mol ................................................................................................. 25
2.5.2. Cân bằng nhiệt lượng ..................................................................................... 25
Đồ án công nghệ GV. TS Dương Chí Trung
III
2.5.3. Quy trình tính toán ........................................................................................ 25
2.5.4. Các trường hợp tính toán: ............................................................................ 25
2.6. Tính toán .............................................................................................................. 25
2.7. Kết quả ................................................................................................................. 29
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ............................................................................ 33
3.1. Thiết bị phản ứng thứ nhất: .................................................................................. 33
3.1.1. Tính toán nhiệt lượng trong thiết bị trao đổi nhiệt th nhất: ......................... 33
3.1.2. Tính độ giảm áp trong thiết bị phản ng th nhất: ........................................ 33
3.1.3. Tính toán các thông số cho thiết bị phản ng th nhất .................................. 35
3.2. Thiết bị phản ứng thứ hai .................................................................................. 36
3.2.1. Tính toán nhiệt lượng trong thiết bị nhiệt thứ hai ...................................... 37
3.2.2. Tính độ giảm áp trong thiết bị phản ứng thứ nhất: .................................... 37
3.2.3. Tính toán các thông số cho thiết bị phản ứng thứ hai ................................ 39
3.3. Thiết bị trao đổi nhiệt sau tháp phản ứng thứ nhất ........................................ 39
3.3.1. Xác định lượng nhiệt trao đổi dòng khí và dòng nước làm mát ................. 40
3.3.2. Xác định số ống cần thiết của thiết bị trao đổi nhiệt ................................... 42
3.3.3. Xác định đường kính thiết bị trao đổi nhiệt ................................................. 43
3.3.4. Tính độ giảm áp trong thiết bị trao đổi nhiệt của dòng khí và dòng nước
làm mát 45
THAM KHẢO................................................................................................................... 48
Đồ án công nghệ GV. TS Dương Chí Trung
IV
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hằng số cân bằng [4] ................................................ 4
Hình 1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ hơi nước/CO (R) lên độ chuyển hoá của CO theo nhiệt độ
[4] .......................................................................................................................................... 5
Hình 1.3. Cơ chế phản ng WGS [13] ................................................................................ 9
Hình 1.4. Sự thay đổi của năng lượng tự do Gibbs và hằng số cân bằng của phản ng WGS
theo nhiệt độ [4] .................................................................................................................. 11
Hình 1.5. Độ chuyển hóa của CO trong phản ng WGS theo nhiệt độ khi sử dụng các xúc
tác khác nhau trên cơ sở sắt [5]. ......................................................................................... 15
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ của WGS hai giai đoạn ........................................................... 20
Hình 2.1. Mô hình tính toán ............................................................................................... 25
Hình 3.1. Quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt ............................................. 41