Материал: природный газ среднего состава

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

3.6. Технологическая схема конверсии метана с получением азотоводородной смеси для синтеза аммиака

Рис.2. Схема агрегата двухступенчатой конверсии природного газа:

1 - компрессор природного газа, 2 – огневой подогреватель, 3 – реактор гидрирования сернистых соединений, 4 – адсорбер, 5 – дымосос, 6, 7, 9, 10 – подогреватели природного газа, питательной воды, паровоздушной и парогазовой смесей, соответственно, 8 – пароперегреватель, 11 – реакционные трубы, 12 – трубчатая печь (конвертор метана первой ступени), 13 – шахтный конвертор метана второй ступени, 14, 16 – паровые котлы, 15, 17 – конверторы монооксида углерода первой и второй ступеней, 18 – теплообменник, 19 – компрессор воздуха.

Природный газ сжимают в компрессоре 1 до давления 4,6 МПа, смешивают с азотоводородной смесью (гидрирующий агент) (авс:газ = 1:10) и подают в огневой подогреватель 2, где реакционная смесь нагревается от

130 - 140 до 370 - 400 0С.

Для обогрева используют природный или другой горючий газ. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений: в реакторе 3 на алюмокобальтмолибденовом катализаторе проводится гидрирование сераорганических соединений до сероводорода, а затем в адсорбере 4

сероводород поглощается сорбентом на основе оксида цинка.

Очищенный газ смешивается с водяным паром в соотношении 2,1-2,2 и полученная парогазовая смесь поступает в трубы с катализатором в

18

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

реакционной зоне (1) трубчатой печи 12 (рис. 2). Перед этим она нагревается в конвекционной части (2) трубчатой печи горячими газами от сжигания метана в реакционной части печи.

Рис. 3. Схема трубчатой печи 1 – ой ступени паровой конверсии метана:

1 - топливная камера печи (реакционная зона), 2 - конвекционная камера печи, 3 - реакционные трубы с катализатором, 4 - горелки, 5 - газоподводящий коллектор, 6 - газоотводящий коллектор, 7 - выхлопная труба, 8 - дымосос, 9 - подогреватель природного газа, 10 - подогреватель парогазовой смеси, 11 - подогреватель воздуха, 12перегреватель парового котла утилизатора.

заполненные никелевым катализатором паровой конверсии метана (реакция 1), и горелки 4, в которых сжигается природный или горючий газ для создания высокой температуры (800 - 900 0С), необходимой для проведения эндотермической реакции паровой конверсии метана.

Образовавшиеся дымовые газы обогревают трубы с катализатором,

затем поступают в конвекционную камеру (2) трубчатой печи, где их тепло

19

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

используется для нагрева: парогазовой смеси 10, природного газа 9, воздуха для шахтного конвертора 11, перегревателя пара высокого давления 12 и

питательной воды 7 (рис. 2, на рис. 3 – подогреватель питательной воды не показан).

Смесь пара и очищенного природного газа, нагретая в подогревателе 10 до температуры 525 0С, под давлением 3,7 МПа поступает в вертикально расположенные трубы 3 (рис. 3), заполненные катализатором.

Выходящая из трубчатого реактора парогазовая смесь содержит 9 - 10 % неконвертированного метана. При температуре 850 0С этот газ поступает в конвертор метана II-ой ступени 13 (рис. 2) – реактор шахтного типа (рис. 4). В его верхнюю часть компрессором 19 (рис. 2) подается технологический воздух, нагретый в конвекционной зоне трубчатой печи (2) (рис.3) до 480 - 500 0С.

Шахтный реактор в рассматриваемой схеме выполняет две важные функции: увеличение конверсии метана за счет значительного повышения температуры (до 1000 0С) по сравнению с температурой в трубчатой печи (800 - 900 0С) и приготовление смеси газов с необходимым содержанием азота для последующего синтеза аммиака.

В шахтном конверторе практически полностью реагирует кислород воздуха.

Парогазовая и паровоздушная смеси поступают в шахтный конвертор раздельными потоками в соотношении, требуемом для обеспечения почти полной конверсии метана и получения технологического газа с соотношением (СО+Н2):N2 = 3,05 - 3,10. Содержание водяного пара соответствует соотношению пар: газ = 0,7:1.

Выходящий из шахтного конвертора газ с температурой примерно 1000 0С направляется в котел-утилизатор 14 (рис.2), вырабатывающий пар с давлением 10,5 МПа. Здесь реакционная смесь охлаждается до 380 - 420 0С и направляется в радиальный конвертор паровой конверсии монооксида

20

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

углерода 1-ой ступени 15 (рис.2), где на железохромовом катализаторе протекает на ≈ 60 % конверсия монооксида углерода водяным паром.

Рис. 4. Шахтный конвертор метана (конвертор паровоздушной конверсии метана):

1 – термопары; 2 – защитный слой; 3 – корпус; 4 – водяная рубашка; 5 – шары из глинозема; 6 – свод; 7 – опора; 8 – лестница; 9 – катализатор; 10 – футеровка; 11 – смесительная камера; 12 – верхняя площадка для обслуживания.

В радиальных конверторах конверсии монооксида углерода (рис. 5) катализатор располагают в корзинах, образованных коаксиально расположенных центральной трубой и обечайкой, рабочие поверхности которых перфорированы и покрыты сеткой со стороны катализатора. Между корпусом реактора и наружной обечайкой катализаторной коробки образуется кольцевой канал, по которому отводят продукты реакции или вводят сырье. Таким образом, в радиальном реакторе паровой конверсии

21

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

монооксида углерода имеет место сложное движение потока одновременно в осевом направлении (по кольцевому каналу и центральной трубе) и радиальном (через слой катализатора).

Рис. 5. Радиальный конвертор паровой конверсии монооксида углерода, работающий под давлением 2,0 МПа:

1 - основные слои катализатора, 2- запасные слои катализатора.

Выходящая из реактора при температуре 450 0С газовая смесь содержит примерно 3,6 % монооксида углерода и направляется в паровой котел 16 (рис.2), где охлаждается до температуры 225 0С. После этого газовая смесь идет в радиальный конвертор монооксида 2-ой ступени 17 (рис.2),

заполненный медьсодержащим низкотемпературным катализатором, где содержание монооксида углерода снижается до 0,5 %.

После охлаждения и дальнейшей утилизации теплоты конвертированный газ при температуре окружающей среды и давлении 2,6

22