Technické plyny. kapalný vzduch kyslík dusík vzácné plyny vodík (syntézní plyny)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Technické plyny. kapalný vzduch kyslík dusík vzácné plyny vodík (syntézní plyny)"

Naděžda Bártová
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Technické plyny kapalný vzduch kyslík dusík vzácné plyny vodík (syntézní plyny)

2 Kapalný vzduch složení vzduchu Před zkapalněním odstranění nežádoucích složek, např. vodní pára, CO 2, prach

3 Zkapalňování a dělení vzduchu Mgr. Jana Prášilová, prof. RNDr. Jiří Kameníček, CSc.: Výroba kyslíku a dusíku, Olomouc prohánění přes filtr, odstranění prachu 2 průchod hydroxidem sodným k odstranění CO 2 3 vysoušení sušidlem - odstranění vodní páry 4 stlačení (nárůst T) + ochlazení vhodným chladicím médiem (např. čpavkové chladící hospodářství) v chladiči 5 prudká expanze přes škrticí ventil, ochlazení u většiny plynů (Joule-Thomsonův efekt) 6 expanze další pokles teploty a zkapalnění vzduchu

4 Zkapalňování a dělení vzduchu 1 kompresor 2 - vodní chladič 3 výměník 4 - expanzní ventil 5 - zásobník na kapalný vzduch 6 - přívod vzduchu 7 - chladící voda Zkapalňování vzduchu podle Lindeho tlak na výstupu z kompresoru: 20 MPa

5 Zkapalňování a dělení vzduchu 1 kompresor 2 - vodní chladič 3 výměník 4 - detander (expanzní stroj) 5 - expanzní ventil 6 - zásobník na kapalný vzduch 7 - přívod vzduchu 8 - chladící voda Zkapalňování vzduchu podle Clauda 75 % ochlazeného vzduchu přes detander tlak 5 MPa nižší spotřeba energie (cca 50 %)

6 Zkapalňování a dělení vzduchu detander

7 Zkapalňování a dělení vzduchu 1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 kondenzátor 4 vařák 5 - expanzní ventil 6 - tlak vzduchu 5 MPa 7 - tlak vzduchu 0,55 MPa 8 - kapalný vzduch obohacený kyslíkem 9 - kapalný dusík s malým podílem kyslíku Rektifikační kolona na dělení vzduchu koncentrace O 2 99 % koncentrace N 2 98,8 %

8 Kyslík třetí nejrozšířenější prvek ve vesmíru Výroba 97 % - frakční destilace vzduchu 3 % - elektrolýza vody Použití: 67 % - oxidační procesy 30 % - řezání a svařování kovů 3 % - medicinální kyslík ve zdravotnictví

10 Dusík Výroba 95 % - frakční destilace vzduchu 5 % - koksárenské plyny Použití: 60 % - při výrobě amoniaku 15 % - metalurgie ochrana materiálů (např. svařování) 10 % - potravinářský průmysl 15 % - chladící médium (kapalná forma)

odběr) pórézními nepórézními PSA - Pressure swing adsorption

12 Dělení vzduchu membránami vyšší pořizovací cena zařízení X výhoda možnosti častých odstávek (proměnné požadavky na odběr) pórézními nepórézními PSA - Pressure swing adsorption VSA - Vacuum swing adsorption stěna dutého vlákna propustná pro kyslík

13 Vzácné plyny (helium, neon, argon, krypton, xenon) atmosférický vzduch cca 1 % vzácných plynů 1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 vařák 4 kondenzátor 5 - expanzní ventil 6 - vzduch obohacený kyslíkem 7 - vzduch obohacený dusíkem 8 - kapalný kyslík 9 - kryptonová kolona 10 - argonová kolona Použití: elektrotechnika neon, argon, krypton, xenon inertní atmosféra při svařování argon chladící systémy, nosný plyn - helium

14 Vzácné plyny

17 Helium (2. nejrozšířenější ve vesmíru) -z ložisek zemního plynu (oddělení od methanu a ostatních plynů frakční destilací) Cleveite (odrůda Uraninitu) -zahřívání minerálů (~1 200 C), ve kterých se He vyskytuje (cleveit, monazit a thorianit.

18 Helium - použití - plnění balónů a vzducholodí - ředění O 2 do potápěčských bomb (zamezení hloubkového opojení a kesonové nemoci-bublinky) - teplonosné médium pro jaderné reaktory (vysoká c p )

19 Vodík (nejrozšířenější ve vesmíru 75 % hmot.) Výroba: 92 % - petrochemické procesy 3 % - elektrolýza vody 5 % - tepelné štěpení vody Vedlejší zdroje: elektrolýza chloridu sodného ethylenová pyrolýza dehydrogenační procesy (reformování benzínů) Použití: 56 % - výroba amoniaku 25 % - rafinérské procesy (hydrokrakování) 7 % - výroba metanolu 12 % - hydrogenace (ztužování tuků), metalurgie, svářecí technika

21 Vodík výroba - elektrolýza vody energeticky náročné celková účinnost % (včetně výroby el. energie) měrná spotřeba na 1 Nm 3 H 2 4,5 5,5 kwh katoda anoda + 2H + 2e H 2 2 OH 2e H O O 2 teplota: C rozkladné napětí: 1.9-2,3 V (pro zvýšení vodivosti vody přídavek KOH) vedlejší produkt těžká voda D 2 O (Zakoncentrování v ellytu) Elektrody: katoda železná anoda železná poniklovaná diafragma (nepropustná pro plyn)

22 Vodík výroba parní reforming Parní reforming zemního plynu a uhlovodíků - katalytický rozklad metanu (3 20 %Ni na termicky stabilním nosiči - Alumina) CH Ni 4 + H 2O CO + H 2 o C endotermní reakce přívod tepla - stěnou reaktoru - spálením části metanu CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2O

23 Vodík výroba parní reforming Parní reforming zemního plynu a uhlovodíků - štěpení vízkovroucích uhlovodíků (benzín) CH H 2O CO 2H 2 CO + H O CO H kompresor 2 - pec parního reformingu 3 - katalytický reaktor 4 - výměník tepla 5 - oddělovač páry Parní reforming uhlovodíků

24 Vodík výroba parciální oxidace vakuového zbytku Produkt: vodík + syntézní plyn (směs CO a H 2 reakce bez katalyzátoru, tepelně samonosná n C n H m + O 2 nco + 2 m 2 H 2 C n H m + nh 2 O nco + n + m 2 H 2 Procesní podmínky: štěpení tlak 3 MPa, teplota cca C

25 Vodík výroba parciální oxidace vakuového zbytku 1-reaktor, 2- kotel na odpadní teplo, 3-vypírka sazí, 4-vypírka HCN a NH 3 5- alkazidová vypírka H 2 S

26 Vodík výroba - konverze CO na CO 2 CO + H O CO + 2 H 2 pracovní teplota - dle použitého katalyzátoru vysoká konverze - nízké teploty Vysokoteplotní proces: katalyzátor: Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 teplota: C obsah CO v konvertovaném plynu: 3-4 % Nízkoteplotní proces: katalyzátor: CuO, ZnO teplota: C obsah CO v konvertovaném plynu: pod 0,3 % Závislost rovnovážné konverze CO na poměru n (pára/plyn) a na teplotě

27 Vodík výroba - konverze CO na CO 2 (vysokoteplotní konverze) CO Fe 2O3,Cr2O3 2O CO 2 + H C + H Obsah: na vstupu cca 13,3 % CO 7,6 % CO 2 po konverzi cca 2,5 % CO 16,4 % CO 2 po absorpci cca 2,9 % CO 1,0 % CO 2 Teplota plynu: na výstupu z reaktoru cca 450 C na vstupu do absorpce cca 44 C teplota v absorbéru cca 65 C teplota v desorbéru cca 105 C

28 Vodík výroba - konverze CO na CO 2 (vysokoteplotní konverze) 1 - sprchový chladič 6 - kotel na výrobu nízkotlaké páry 2 - sytící kolona 7 - plyn na konvertování 3 - reaktor 8 - voda 4 - absorpční kolona 9 - konvertorovaný plyn 5 - desorpční kolona 10 - CO2

29 Vodík výroba - konverze CO na CO 2 (nízkoteplotní konverze) CuO,ZnO 2O CO 2 H C CO + H + obsah S < 0,1 ppm Obsah: na vstupu cca 2,9 % CO 1,0 % CO 2 po konverzi cca 0,3 % CO 3,5 % CO 2 po absorpci cca 0,3 % CO 0,1 % CO 2 Teplota plynu: na výstupu z reaktoru cca 220 C na vstupu do absorpce cca 65 C

30 Vodík výroba - konverze CO na CO 2 (nízkoteplotní konverze) 1 - studený plyn 2 - parní kondenzát 3 - pára 3MPa 4 - konvertovaný plyn 5 - kolona na sycení plynu vodní parou 6 - reaktor s adiabatickými vrstvami katalyzátoru 7 - kolona na ohřev vody horkým plynem

31 Vodík výroba Zplyňování mazutu

32 Vodík výroba (dočištění) metanizace CO + 3H 2 CH 4 + H 2O CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2O teplota cca 350 C katalyzátor NiO 2

33 Vodík výroba, použití vedlejší produkt při výrobě NaOH Použití: výroba amoniaku (cca 56 %) rafinérské procesy (cca 25 %) - hydrokrakování (zlepšení kvality ropných produktů) - hydrogenační odstranění sloučenin síry (hydrotreating) výroba metanolu (cca 7%; kat. hydrogenace CO + 2 H 2 CH 3 OH) hydrogenace (cca 12 %) - ztužování tuků - syntéza anilinu a cyklohexanu metalurgie elektronika svářecí technika

35 Oxid uhličitý výroba, použití zdroj: -rozklad CaCO3, -odplyn z vypírky CO 2 po konverzi CO, - kvasné procesy Použití: výroba močoviny stojírenství (inenrtní atmosféra) potravinářský průmysl (inenrtní atmosféra, výroba šumivých nápojů) čištění: aktivní uhlí, zředěný roztok KMnO 4 chladivo (pevný CO 2 -suchý led)

Suchý led -expanzí kapalného oxidu uhličitého z ~15 bar do atmosféry -vstřik do

studeného CO 2 plynu (-78,5 C) -hydraulické stlačení sněhhu do bloků, pelet nebo

suchého ledu bez rekuperace plynného CO 2 -u větších závodů rekuperace vyžadována

36 Suchý led -expanzí kapalného oxidu uhličitého z ~15 bar do atmosféry -vstřik do lisů s vysněžovacími věžemi nebo komorami -tvorba cca 50 % CO 2 sněhu a 50 % studeného CO 2 plynu (-78,5 C) -hydraulické stlačení sněhhu do bloků, pelet nebo tenkých plátků (speciální rozměry plátků řezáním bloků) -menší závody: výroba suchého ledu bez rekuperace plynného CO 2 -u větších závodů rekuperace vyžadována (komprese, kondenzace ve zkapalňovači CO 2 ) -nezbytné chlazení s uzavřeným okruhem chladiva

Podobné dokumenty

zemní plyn a propan-butan (LPG) kapalný vzduch kyslík dusík vzácné plyny acetylén vodík Zemní plyn a technické plyny

zemní plyn a propan-butan (LPG) kapalný vzduch kyslík dusík vzácné plyny acetylén vodík Zemní plyn a technické plyny Zemní plyn (natural gas) přírodní, hořlavý plyn různého složení dle místa původu, lehčí