Каталитической конверсии природного газа

 

 

1 – подогреватель природного газа (ПГ);

2 – реактор гидрирования сероорганических соединений;

3 – поглотитель сернистых соединений;

4 – трубная печь;

5 – шахтный конвертор;

6 – котел-утилизатор;

7 – конвертор СО 1-ой ступени;

8 – теплообменник;

9 – конвертор СО 2-ой ступени

ПГ сжимается компрессором до давления 4, 6 МПа, смешивается с 10% (пo объему) азото-водородной смесью (АВС) и поступает в подогреватель (1), где нагревается до 400ْ С. Для нагрева используется тепло от сжигания части ПГ. Подогретый ПГ поступает в систему очистки от сернистых соединений. В реакторе (2) происходит восстановление сероорганических соединений водородом на кобальт-молибденовом катализаторе. Очистку от сероводорода осуществляют в поглотителе (3). Здесь на окиси цинка происходит реакция взаимодействия с сероводородом:

Н₂S + ZnO = ZnS + Н₂О

Очищенный газ смешивается с водяным паром до соотношения 3, 7: 1, 0. Эта смесь поступает в трубчатую печь, которая состоит из 2-х камер - реакционной и конвективной. В реакционной зоне расположены трубки, заполненные никелевым катализатором конверсии ПГ. В этой же зоне расположены горелки для поддержания необходимой температуры. Тепло, которое выделяется в реакционной зоне, утилизируется в конвективной зоне, где расположены подогреватели ПГ, парогазовой смеси, воды и пара высокого и среднего давления. Подогретая в конвективной зоне парогазовая смесь с температурой 550 ⁰С и давлением 3, 7 МПа распределяется по большому количеству реакционных труб. При этом температура смеси увеличивается до 830 ⁰С, и происходит конверсия метана водяным паром до остаточного содержания 9 - 11%. Процесс конверсии завершается в конверторе 2-ой ступени (5), куда подается паровоздушная смесь предварительно подогретая в конвективной зоне печи до 480 – 490 ⁰С. В верхней части конвертора 2-ой ступени идут процессы окисления водорода, метана и СО кислородом воздуха. При этом температура в реакционной зоне увеличивается и далее протекает процесс конверсии остаточного метана водяным паром. Температура на выходе из конвертора во 2-ой ступени - 1000⁰С. Конвертируемый газ содержит: водорода − 57, 6%; азота − 22, 5%; СО − 11, 2%; углекислого газа − 8, 4%; метана − 0, 3%.

Отношение пара к газу после конверсии равно 0, 7: 1, 0. После конверсии метана газ охлаждается в котле-утилизаторе до температуры 380 – 400 ⁰С и идет в конвертор СО 1-ой ступени, где на СТК происходит конверсия основного количества СО водяным паром. За счет тепла реакции температура газа увеличивается до 440 ⁰С, концентрация СО уменьшается до 3, 6 %. Процесс проводят при объемной скорости 1500 час^{− 1}. Далее парогазовая смесь охлаждается в котле-утилизаторе и теплообменнике (8) до температуры 220 ⁰С и далее с объемной скоростью 2500 час^{− 1} идет в конвертор СО 2-ой ступени, где на НТК протекает процесс конверсии оставшегося количества СО. Отходящий газ содержит водорода – 61, 7%, СО – 17, 4%, метана – 0, 3%, инертов (азот, аргон) – 20%. Конвертируемый газ впрыскивают в конденсат. Его температура уменьшается до 170 ⁰С. Такой газ идет на очистку. Тепло хим. реакции конверсии используют для подогрева воды и получения пара с давлением 10, 5 МПа. Этот пар идет в паровые турбины, где используется его энергия для привода основных машин, компрессоров и насосов в данном производстве.

 

Основное оборудование процесса

Трубчатая печь – 2-х камерный аппарат с металлическим каркасом; внутри футерован огнеупорным кирпичом. Наружный кожух имеет длину 26, 1 м., высоту 18, 3 м., ширину 21 м. В камере реакционной зоны расположено 12 рядов труб. Всего их 504. Трубы имеют внутренний диаметр 71 мм; толщина стенки 21 мм; высоту 10, 7 м. Трубки заполнены катализатором конверсии природного газа. Между рядами труб расположено 260 инжекционных горелок для сжигания ПГ.

Конвертор 2-ой ступени – вертикальный аппарат, в верхней части которого расположен смеситель для смешения ПГ с паровоздушной смесью; в нижней части выложен свод, на который первоначально укладываются шары из глинозема, затем катализатор. Внутри аппарат футерован жаропрочным бетоном.

Газификация топлива

Одним из наиболее широко распространенных процессов в хим. технологии является газификация топлива, в частности угля. Этот процесс используется в странах, где нет природного газа для производства синтез-газов, применяемых для получения аммиака, водорода, метанола. В результате газификации топлива в зависимости от применяемого окислителя получают воздушный, водяной, паровоздушный, парокислородный и др. газы.

Газификация – это процесс неполного окисления жидкого или твердого топлива окислителями (кислородом, водяным паром, СО) с целью получения технологического газа.

Среди твердых топлив предпочтительней использовать относительно молодые бурые угли и слабоспекающиеся каменные. Существуют разные способы газификации:

    -   автотермический (тепло необходимое для процесса получают сжиганием части топлива);

    - аллотермический (тепло подводится извне с помощью твердого или газообразного носителя).

Процесс газификации может быть представлен как совокупность гомогенных и гетерогенных реакций.

 

Гетерогенные:

2С + О₂ = 2СО     (1)

С + Н₂О = СО + Н₂   (2)

С + CО₂ = 2СО      (3)

С + 2Н₂ = СН₄       (4)

Гомогенные:

СО+Н₂О=CО₂+ Н₂    (5)

СО +3 Н₂ = СН₄ +2 Н₂О (6)

CО₂ +4 Н₂ = СН₄ +2 Н₂О (7)

На практике данные реакции проводятся в газогенераторах; в зависимости от способа транспортировки угля в зоне реакции процесс можно разделить:

1. газификация в неподвижном или медленно опускающемся слое;

2. газификация в псевдоожиженном слое (метод Винклера);

3. газификация в потоке пылевидного топлива (метод Копперса).

3-ий способ имеет ряд преимуществ перед другими:

1.    взаимозаменяемость топлива;

2 нет побочных продуктов;

3 возможно использовать сырье любой спекаемости;

4 малая стоимость мелкозернистого топлива по сравнению с кусковым.

Недостаток:

    проблема транспортировки топлива к зоне реакции и выгрузки шлака через шлюзы.

При производстве воздушного газа по реакции (3) следует получать смесь с максимальным содержанием СО. Для этого процесс газификации целесообразно вести при температуре больше 1000ْ С. При пониженных температурах протекают реакции (6) и (7), которые дают нежелательные для данного процесса продукты. Если рассматривать влияние давления на процесс газификации твердых топлив, то на основании результатов расчета равновесных составов парокислородного и водяного газа в диапазоне температур 800 - 1400 К и давлении 0, 1 - 30 МПа, можно сделать вывод о том, что увеличение давления неблагоприятно сказывается на составе газов, предназначенных для синтеза аммиака. При этом, повышенное содержание метана делает газ непригодным для синтеза аммиака.

2.3.1 Газификация в пылевидном потоке топлива (метод Копперса)

 

1 –газогенератор;

2 – бункер угольной пыли;

3 – транспортер для выгрузки золы

По методу Копперса получают синтез-газ исключительно для производства аммиака. Высокая температура процесса позволяет дополнительно получать пар под давлением 10 МПа.

⇐ Предыдущая12

Поделиться: