Парогенератор дымовых газов WH-102

Конструктивно оформлен как трубчатый теплообменный аппарат, встроенный в дымовой тракт и представляет собой цилиндрический корпус, в котором располагается трубный пучок (рис.5).

Парогенератор технологических газов W-104

Конструктивно оформлен как трубчатый теплообменный аппарат, в котором располагается трубный пучок (рис.5).

Рис. 5 Парогенераторы WH-102, WH-104

Реактор высокотемпературной конверсии оксида углерода V-102

 Представляет собой цилиндрический сосуд, заполненный в один слой железохромовым катализатором (рис.6).

Рис. 6 Реактор высокотемпературной конверсии оксида углерода V-102.

Аппарат воздушного охлаждения (АВО) НХ-104

Конструктивно оформлен как пластинчатый теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения потока технологического газа. Охлаждение осуществляется двумя вентиляторами НХ-104А, НХ-104В и регулируется жалюзи (рис.7).

Рис. 7 Аппарат воздушного охлаждения HX-104.

Подогреватель технологической воды НХ-110

Конструктивно оформлен как трубчатый теплообменный аппарат и представляет собой цилиндрический корпус, в котором располагается трубный пучок, собранный из труб (рис.8).

Рис. 8 Подогреватель технологической воды НХ-110.

Сепаратор V-104

Представляет собой цилиндрический сосуд, в верхней части которого расположен влагоуловитель (рис.9).

Рис. 9. Сепаратор V-104.

Система КЦА (короткоцикловая адсорбция)

Включает в себя структуру из трубопроводов, клапанов и 4 адсорберов А-101 (А, В, С, D) (рис. 10).

Рис. 10 Система КЦА

Адсорбер А-101

Представляет собой цилиндрический сосуд, содержащий 3 слоя адсорбента. Нижний слой содержит оксид алюминия, средний слой содержит активированный уголь и верхний слой содержит молекулярные сита, между слоями установлены распределительные сетки (перегородки), в верхней и нижней части адсорбера установлены перфорированные металлические фильтры (рис11).

Рис.11 Адсорбер А-101

Мкость сбросных газов V-105

Представляет собой цилиндрический сосуд (рис.12).

Рис. 12 Ёмкость сбросных газов V-105.

2.1.4 Виды используемой энергии

Установка получения водорода использует следующие виды энергии: электрическая, тепловая.

2.1.5 Описание технологического процесса

Установка получения водорода состоит из трёх одинаковых технологических линий производства водорода производительностью 1500 м³ /ч. Технологические линии производства водорода включают следующие стадии:

­ подготовка сырьевого газа;

­ сероочистка (десульфуризация);

­ конверсия сырьевого газа с паром (каталитический риформинг);

­ конверсия CO;

­ очистка водорода короткоцикловой адсорбцией (КЦА);

­ утилизация тепла дымового и синтез-газа, производство пара.

Природный газ на технологию поступает из сети предприятия с давлением 3 бара, далее в природный газ подмешивается водород в количестве 1% (но не менее 5м³) от объёма природного газа, идущего на точку смешения (FIC-200), регулировка осуществляется регулятором расходаFAL-202. Далее сырьевой газ (смесь природного газа с водородом) поступает на всас компрессора сырьевого газа поз. C-101 (1, 2, 3, 4).

 

 

2.1.5.1 Сероочистка (десульфуризация)

После сжатия в компрессоре поз. C-101(1, 2, 3, 4) сырьевой газ с давлением 18.6 бар направляется в подогреватель сырьевого газа поз. HX-101, где нагревается до 280-371 º С¹ синтез-газом после конвертора CO поз.V-102. Далее подогретый сырьевой газ направляется в реактор сероочистки поз. V-101.В нижней части реактора на алюмокобальтмолибденовом катализаторе сероорганические соединения превращаются в сероводород, а также происходит гидрирование олефинов, после катализатора гидрирования сырьевой газ поступает в верхнюю часть реактора на слой оксида цинка, где соединения серы адсорбируются. После сероочистки сырьевой газ направляется на точку смешения с водяным паром.

2.1.5.2 Конверсия сырьевого газа с паром (каталитический риформинг)

После смешивания парогазовая смесь направляется в пароперегреватель поз. WH-101, где нагревается дымовыми газами до температуры не более 559 º С¹, далее подогретая парогазовая смесь с давлением 15.2-17, 2 бар¹ поступает в нижнюю часть печи риформинга поз. R-101, проходит по реакционным трубам, заполненным никелевым катализатором, где протекает процесс конверсии смеси сырьевого газа с паром в синтез-газ, состоящий из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода, метана и водяного пара. Этот процесс основан на следующей реакции окисления:

СН₄ + Н₂О - 3Н₂ + CO -Q

Нормальная рабочая температура синтез-газа на выходе из труб риформинга составляет 760 - 829 º С¹. При повышении температуры синтез-газа на выходе из труб выше 843 º С или снижении температуры синтез-газа на выходе из труб до 760 º С срабатывают звуковая и световая сигнализации. С повышением температуры синтез-газа до максимальной, равной 860 ⁰С, срабатывают блокировки: прекращение подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращение подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205), остановка системы КЦА.

Регулирование расхода сырьевого газа, идущего из реактора сероочистки поз. V-101 на смешение с паром осуществляется регулирующим клапаном FIC-200. Нормальный расход сырьевого газа при 100%-й нагрузке составляет 630 м³ /час (1%=6.3м³/час).

Регулирование расхода пара из поз. WH-102 осуществляется клапаном FIC-201. Рабочее соотношение пар/углерод (сырьевой газ), равное 3 к 1, задается с помощью регулирующих клапанов (FIC-200, FIC-201). При достижении высокого значения соотношения пар/углерод, равного 5.5 к 1, и низкого, равного 2, 75 к 1, срабатывают световая и звуковая сигнализации. Дальнейшее повышение соотношения до максимального значения, равного 10 к 1, или понижение соотношения до минимального значения, равного 2, 5 к 1, приводит к прекращению подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращению подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205) и остановке системы КЦА.

Температура дымовых газов на входе в пароперегреватель замеряется датчиком TIC-322. Нормальная температура дымовых газов на входе в пароперегреватель не более 982 º С¹. Пароперегреватель имеет защиту от перегрева - при отсутствии потока пара (через клапан FIC-201) и при температуре равной 704 º С¹ (TIC-327) срабатывают звуковая и световая сигнализации. Дальнейшее повышение температуры более 760 º С при отсутствии потока пара через клапан FIC-201 приводит к прекращению подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращению подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205) и остановке системы КЦА.

Тепло для проведения реакции конверсии в реакционных трубах образуется при сжигании природного газа и сбросных газов из системы КЦА на горелке в топочном пространстве печи риформинга. Для экономичности процесса сжигания, на горелку подается воздух, подогретый дымовыми газами в теплообменнике поз. WH-106 до 400 º С². Нормальная температура в камере сгорания печи риформинга (TIC-306) составляет 760 - 1038 º С¹. При повышении температуры до 1038 º С срабатывают звуковая и световая сигнализации. При дальнейшем повышении температуры до 1066 º С срабатывают блокировки: прекращение подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращение подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205) и остановка системы КЦА.

Топливный природный газ в горелку риформинга поз. R-101 подаётся от заводской сети с давлением 3, 0 бар. При достижении максимального давления топливного газа (PAHH-652), равного 3, 4 бар, или минимального давления топливного газа (PALL-651), равного 2, 76 бар, срабатывают блокировки: прекращение подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращение подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205), остановка системы КЦА, а также отключение поз. F-101, поз. F-102.

Регулирование расхода топливного газа на горелку осуществляется клапаном FIC-203. Нормальный расход топливного газа при 100% нагрузке установки составляет 160 м³ /час.

2.1.5.3 Конверсия СО

Синтез-газ из трубчатой печи риформинга направляется в теплообменник парогенератора поз. WH-104, где он охлаждается до температуры 320-343 º С³, далее синтез-газ направляется в верхнюю часть конвертора CO поз. V-102. При повышении температуры синтез-газа до 357 º С и снижении до 300 º С на входе в конвертор СО (TIC-307) срабатывают световая и звуковая сигнализации. При дальнейшем повышении температуры до максимальной равной 371 º С срабатывают блокировки: прекращение подачи топливного газа к печи риформинга (закрытие клапана FIC-203), прекращение подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205) и остановка системы КЦА

Конверсия СО с паром проходит на железохромовом катализаторе. В реакторе протекает каталитическая реакция между паром и окисью углерода с образованием водорода и двуокиси углерода. Этот процесс основан на следующей реакции:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂+ Q

Нормальная температура (TIC-311) на выходе из реактора составляет 371-432 º С¹. При повышении температуры более 432 º С и снижении менее 371 º С на выходе из конвертора СО срабатывают световая и звуковая сигнализации.

В реакторе происходит экзотермическая реакция, вследствие чего температура синтез-газа на выходе увеличивается на 50-69 °C¹.

2.1.5.4 Охлаждение и отделение синтез-газа от конденсата

Синтез-газ после конверсии СО из реактора поз. V-102 подаётся в подогреватель сырьевого газа поз. HX-101, где синтез-газ охлаждается сырьевым газом (температура синтез-газа после поз. HX-101 не более 338 º С¹), далее синтез-газ направляется в аппарат воздушного охлаждения (АВО) поз. HX-104, где охлаждается потоком воздуха, создаваемого одним или двумя вентиляторами¹, до 60 º С¹. Затем синтез-газ подаётся в теплообменник поз. HX-110, где происходит дополнительное охлаждение газа подпиточной водой до температуры не более 43 º С¹ (TIC-320). После охлаждения в теплообменнике поз. HX-110, синтез-газ отделяют от конденсата в сепараторе поз. V-104. При повышении температуры синтез-газа до 44 º С срабатывает световая и звуковая сигнализации. При максимальной температуре синтез-газа на входе в систему КЦА равной 49 º С срабатывают блокировки: прекращение подачи сбросного газа из системы КЦА к горелке печи риформинга (закрытие клапана FIC-205), остановка системы КЦА.

Нормальный уровень конденсата в сепараторе (LIC-403) поз. V-104. равен 40-55 %¹. При повышении уровня до значения равного 70% и снижению до значения равного 30% срабатывает звуковая и световая сигнализация. При дальнейшем повышении уровня до максимального равного 90% или снижение до минимального равного 10%, срабатывает блокировка подачи сбросного газа КЦА к горелкам (закрытие клапана FIC-205) и система КЦА останавливается.

После отделения конденсата в сепараторе поз. V-104, синтез-газ с температурой не более 43º С¹ направляется в систему КЦА на очистку от примесей СО, СО2, СН4, Н2О.

Очистка водорода короткоцикловой адсорбцией (КЦА)

Система КЦА (короткоцикловой адсорбции) для очистки загрязненного синтез-газа и получения водорода использует 4 адсорбера (А-101 А, В, С, D), каждый из которых содержит по 3 слоя адсорбента: оксид алюминия используется для удаления основного количества влаги, активированный уголь - для удаления СО₂ и СН₄ и молекулярные сита - для удаления СО и более тщательной очистки от остальных примесей. После очистки в системе КЦА образуется водород с концентрацией 99, 999% и давлением 14, 1 бар -14, 5¹ бар.

Система КЦА для процесса “десорбции” (очистки адсорбентов от примесей) использует чистый водород, адсорбер продувается чистым водородом сверху вниз, образовывая на выходе сбросной газ (” грязный” водород), далее сбросной далее сбросной газ из системы КЦА направляется в ёмкость сбросных газов поз. V-105 и используется как топливный газ для горелки печи риформера. Нормальное давление в ресивере сбросных газов (PIC-606A) поз. V-105 0, 34-0, 96 бар¹.

Система КЦА во время одного цикла (круга) проходит 12 шагов с одинаковой последовательностью, таким образом, в каждый отдельно взятый момент один адсорбер находится в состоянии адсорбции, в то время как остальные три пребывают на разных этапах технологического процесса подготовки к адсорбции. В результате чередования этих шагов на выходе осуществляется непрерывный поток продуктового водорода. В качестве примера на рисунках 1, 2 и 3 приведены первые три шага системы КЦА, во время которых в работе (очистке) находится адсорбер А-101А. В таблицах 2, 3 и 4 приводится пояснение к протекающим процессам в адсорберах. Аналогичным образом технологический процесс протекает на адсорберах А-101B, А-101С, А-101D. В таблице 5 описаны все 12 шагов работы системы КЦА.

Рис.13 Шаг системы КЦА № 1

Таблица 1 Описание процесса, протекающего в адсорберах на шаге № 1

Адсорбер	Технологический процесс, протекающий в адсорберах на шаге № 1
А-101A	Адсорбция – синтез-газ поступает в нижнюю часть адсорбера А-101А через клапан 501А, проходя снизу-вверх, далее чистый водород выходит из верхней точки адсорбера через клапан 502А, после которого распределяется в двух направлениях, в трубопровод продуктового водорода проходя через клапан PV-603A и на клапан FV-204 который в свою очередь производит набор давления (наполнение) в адсорбере А-101В продуктовым водородом для подготовки его к этапу адсорбции
А-101B	2-е восстановление давления (связан с этапом ”1й сброс давления” в адсорбере А-101D): водород из верхней части адсорбера А-101D, проходя через клапан 503D, поступает в верхнюю часть адсорбера А-101В; проходя через клапан 503B, тем самым осуществляет выравнивание давления между адсорберами A-101B и A-101D до необходимого на этом шаге значения (8.94 бар), т.е. выравнивание давления в адсорбере A-101B происходит при помощи адсорбера A-101D). + Набор давления продуктовым водородом: продуктовый водород, проходя через клапан FV-204 и клапан 505B, поступает в верхнюю часть адсорбера A-101B, тем самым наполняя его до необходимого на этом шаге давления (8.94 бар)
А-101C	Вентиляция – сбросной газ (“грязный водород”) выходит из нижней точки адсорбера A-101С через клапан 504С, далее проходит через клапан KV-508 и попадает в ёмкость сбросных газов V-105, из которой он направляется на горелку печи риформера (регулировка подачи сбросного газа к горелке печи риформера осуществляется клапаном FIC-205)
А-101D	1-й сброс давления (связан с этапом ”2-е восстановление давления” в адсорбере А-101В) - водород из верхней части адсорбера А-101D проходит через клапан 503D и поступает в верхнюю часть адсорбера А-101В; проходя через клапан 503B, тем самым осуществляет выравнивание давления между адсорберами A-101B и A-101D до необходимого на этом шаге (8.94 бар), т.е. сброс давления в адсорбере A-101D происходит за счет подачи газа в адсорбер A-101В
Переключение системы КЦА с 1-го на 2-й шаг происходит по истечении 45 сек. (время устанавливается в программе системы КЦА)

Рис.14 Шаг системы КЦА № 2

Таблица 2Описание процесса, протекающего в адсорберах на шаге № 2

Адсорбер	Технологический процесс, протекающий в адсорберах на шаге № 2
А-101A	Адсорбция. Синтез-газ поступает в нижнюю часть адсорбера А-101А через клапан 501А, проходя снизу-вверх; далее чистый водород выходит из верхней точки адсорбера через клапан 502А, после которого распределяется в двух направлениях – в трубопровод продуктового водорода, проходя через клапан PV-603A, и на клапан FV-204, который в свою очередь производит набор давления (наполнение) в адсорбере А-101В продуктовым водородом для подготовки его к этапу адсорбции
А-101B	3-е восстановление давления. Продуктовый водород, проходя через клапан FV-204 и клапан 505B, поступает в верхнюю часть адсорбера A-101B, тем самым наполняя его до необходимого на этом шаге давления (13.50 бар)
А-101C	Продувка. Водород выходит из верхней точки адсорбера A-101D через клапан 503D, затем проходя через клапан 503С, поступает в верхнюю точку адсорбера A-101С, далее проходя через адсорбер сверху-вниз, водород продувает его и выходит из его нижней точки через клапан 504С, так как в адсорбере A-101С на этом шаге содержатся примеси. На выходе из него образуется сбросной газ (”грязный водород”), далее проходя через клапан KV-508, сбросной газ попадает в ёмкость сбросных газов V-105, из которой направляется на горелку печи риформера (регулировка подачи сбросного газа к горелке печи риформера осуществляется клапаном FIC-205)
А-101D	2-й сброс давления (связан с этапом “продувка” в адсорбере А-101C). Водород из верхней части адсорбера А-101D проходит через клапан 503D, поступает в верхнюю часть адсорбера А-101C и проходит через клапан 503C, тем самым осуществляя сброс давления в адсорбере A-101D до необходимого на этом шаге (4.48 бар), т.е. сброс давления в адсорбере A-101D происходит за счет подачи газа в адсорбер A-101С
Переключение системы КЦА со 2-го на 3-й шаг происходит при соблюдении 3-х условий. Это достижение давления в адсорбере А-101В не менее 13.50 бар, достижение давления в адсорбере А-101С, равное 0.80 бар, достижение давления в адсорбере А-101D, равное 4.48 бар; время 2-го шага варьируется от 660 сек до 210 сек в зависимости от производительности

Рис.15Шаг системы КЦА № 3

Таблица 3 Описание процесса, протекающего в адсорберах на шаге № 3

Адсорбер	Технологический процесс протекающий в адсорберах на шаге № 3
А-101A	Адсорбция. Синтез-газ поступает в нижнюю часть адсорбера А-101А через клапан 501А, проходя снизу-вверх, далее чистый водород выходит из верхней точки адсорбера через клапан 502А, после чего распределяется в двух направлениях – в трубопровод продуктового водорода, проходя через клапан PV-603A, и на клапан FV-204, который в свою очередь производит набор давления (наполнение) в адсорбере А-101В продуктовым водородом для подготовки его к этапу адсорбции
А-101B	4-е (окончательное) восстановление давления. Продуктовый водород, проходя через клапан FV-204 и клапан 505B, поступает в верхнюю часть адсорбера A-101B, тем самым наполняя его до необходимого на этом шаге давления (14.48 бар)
А-101C	1-е восстановление давления (связан с этапом ”3-й сброс давления” в адсорбере А-101). Водород из верхней части адсорбера А-101D, проходя через клапан 503D, поступает в верхнюю часть адсорбера А-101С и проходит через клапан 503С, тем самым осуществляя подъём давления на адсорбере A-101С до необходимого на этом шаге значения (2.41 бар), т.е. подъём давления в адсорбере A-101С происходит при помощи адсорбера A-101D)
А-101D	3-й сброс давления (связан с этапом”1е восстановление давления” в адсорбере А-101С) Водород из верхней части адсорбера А-101D, проходя через клапан 503D, поступает в верхнюю часть адсорбера А-101C и проходит через клапан 503C, тем самым осуществляя сброс давления в адсорбере A-101D до необходимого на этом шаге (2.41 бар), т.е. сброс давления в адсорбере A-101D происходит за счет подачи газа в адсорбер A-101С
Переключение системы КЦА с 3-го на 4-й шаг происходит по истечении 45сек. (время устанавливается в программе системы КЦА), аналогичные условия

 

 

Таблица 4 Описание процесса, протекающего в адсорберах системы КЦА на шагах 1-12

Шаг	Адсорбер А-101А	Адсорбер А-101В	Адсорбер А-101C	Адсорбер А-101D
1 (См. Рисунок13, Таблица.1)	Адсорбция	2-е восстановление давления + набор давления продуктовым водородом	Вентиляция	1-й сброс давления
2 (См. Рисунок.14, Таблица.2)	Адсорбция	3-е восстановление давления	Продувка	2-й сброс давления
3 (См. Рисунок.15, Таблица.3)	Адсорбция	4-е (окончательное) восстановление давления	1-е восстановление давления	3-й сброс давления
4	1-й сброс давления	Адсорбция	2-е восстановление давления + набор давления продуктовым водородом	Вентиляция
5	2-й сброс давления	Адсорбция	3-е восстановление давления	Продувка
6	3-й сброс давления	Адсорбция	4-е (окончательное) восстановление давления	1-е восстановление давления
7	Вентиляция	1-й сброс давления	Адсорбция	2-е восстановление давления + набор давления продук-товым водородом
8	Продувка	2-й сброс давления	Адсорбция	3-е восстановление давления
9	1-е восстановление давления	3-й сброс давления	Адсорбция	4-е (окончательное) восстановление давления
10	2-е восстановление давления + набор давления продуктовым водородом	Вентиляция	1-й сброс давления	Адсорбция
11	3-е восстановление давления	Продувка	2-й сброс давления	Адсорбция
12	4-е (окончательное) восстановление давления	1-е восстановление давления	3-й сброс давления	Адсорбция

 

Таблица 5 Описание процесса, протекающего в адсорберах системы КЦА на шагах 1-12

Номер клапана	Описание технологического процесса, в которых участвует группа клапанов.
501-A, B, C, D	Вход синтез-газа в нижнюю точку адсорбера, участвует в процессе адсорбции, (клапан открывается, % открытия не регулируется)
502-A, B, C, D	Выход водорода из верхней точки адсорбера в коллектор продуктового водорода, участвует в процессе адсорбции, (клапан открывается, % открытия не регулируется)
503-A, B, C, D	Вход/выход водорода в верхнюю часть адсорбера, обеспечивает взаимодействие между адсорберами, участвует в процессах: 1е восстановление давления, 2-е восстановление давления, продувка, 1-й сброс давления, 2-й сброс давления, 3-й сброс давления, обеспечивают взаимодействие между адсорберами, (клапан открывается, % открытия регулируется)
504-A, B, C, D	Выход сбросного газа из нижней точки адсорбера, обеспечивает подачу сбросного газа на клапан KV-508, участвует в процессах: вентиляция, продувка, (клапан открывается, % открытия не регулируется)
505-A, B, C, D	Вход продуктового водорода в верхнюю часть адсорбера, участвует в процессах: набор давления продуктовым водородом, 3-е восстановление давления, 4-е (окончательное) восстановление давления, (клапан открывается, % открытия не регулируется)
FIC-204	Вход продуктового водорода в верхнюю часть адсорбера (через клапана 505) участвует в процессах: набор давления продуктовым водородом, 3е восстановление давления, 4-е (окончательное) восстановление давления, (клапан открывается, % открытия регулируется)
KV-508	Выход сбросного газа на ёмкость сбросного газов V-105, участвует в процессах: вентиляция, продувка, (клапан открывается, % открытия регулируется)

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: