ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двухступенчатая каталитическая конверсия метана из "Технология связанного азота" Конверсию метана в присутствии никелевого катализатора можно проводить в две ступени без кислорода, применяя в качестве окислительных агентов водяной пар и воздух. [c.50] Первая ступень конверсии водяным паром осуществляется в трубчатой печи с внешним обогревом, вторая ступень конверсии воздухом — в шахтном конверторе. [c.50] Двухступенчатую каталитическую конверсию метана можно проводить под давлением, близким к атмосферному, и под повышенным давлением. Установки конверсии под повышенным давлением сложнее в изготовлении и обслуживании, но экономичнее по затратам энергии на сжатие газов в последующих стадиях их переработки. Кроме того, при повышенном давлении возможно более полное использование реакционного тепла. [c.50] Равновесная степень конверсии метана с возрастанием давления снижается, но путем повышения температуры и соотношения пар газ можно уменьшить отрицательное влияние давления на реакции конверсии углеводородов. Однако возможность повышения температуры сверх 800 °С в процессе конверсии под давлением ограничена механическими свойствами жаропрочных стальных труб, применяемых для изготовления трубчатых печей. Поэтому при паровой конверсии метана под давлением целесообразно более высокое соотношение пар газ и допустимо большее остаточное содержание метана после первой ступени конверсии, чем на установках, работающих без давления. Во второй ступени, при конверсии метана воздухом, температура может быть повышена до 850—970 С, что позволяет увеличить степень конверсии до содержания не более 0,2—0,3 объемн. % СН4 в конвертированном газе. [c.50] В промышленности применяются установки двухступенчатой каталитической конверсии под давлением порядка 20 ат, но существуют установки, работающие и при более высоком давлении. [c.51] Принципиальная схема двухступенчатой конверсии природного газа под давлением около 20 ат показана на рис. 1-10. [c.51] Природный газ под давлением 23 ат смешивается с азото-водородной смесью, подаваемой компрессором в количестве 5—10% объема природного газа. Газовая смесь нагревается до 410 °С в аппарате 7 топочными газами из трубчатой печи и поступает на очистку от серы в аппарат 2, где на кобальтмолибденовом катализаторе происходит гидрирование сероорганических соединений. Образующийся при этом сероводород поглощается окисью цинка в двух последовательно соединенных аппаратах 5 и 4. Очищенный газ, содержащий менее 1 жг/л соединений серы (в расчете на S), пройдя дополнительный подогреватель 6, смешивается в аппарате 5 с паром давлением 30—40 ат, перегретым до 400 °С. После смешения с паром объемное соотношение пар газ в смеси составляет 4 1. При температуре 400 °С паро-газовая смесь поступает ка конверсию в трубчатую печь 5, где проходит через реакционные трубы, заполненные никелевым катализатором и обогреваемые снаружи продуктами сжигания природного газа в беспламенных панельных горелках. Для обогрева печи отбирается часть природного газа, вводимого в систему и через специальный узел регулирования, в котором давление газа снижается до 2—3 ат, подается в горелки. Температура наружной поверхности реакцрюнных труб достигает 900 °С. [c.51] Конвертированный газ, имеющий температуру 800 °С, выходит из реакционных труб снизу. Остаточное содержание метана в газе составляет 7,5% (считая на сухой газ). Далее газ поступает во вторую ступень конверсии метана, проводимую с воздухом, который подается турбокомпрессором 23 под давлением 23—25 ат через подогреватель 10 (обогрев аппарата дымовыми газами). Воздух смешивается с горячим конвертированным газом в смесителе, расположенном в верхней части конвертора 12 второй ступени, представляющем собой аппарат шахтного типа. [c.51] Здесь на никелевом катализаторе при 970—850 °С протекают реакции конверсии остатков метана, содержащегося в паро-газо-воздушной смеси. Количество подаваемого воздуха должно обеспечивать стехиометрическое соотношение (Hj + СО) Nj в конвертированном газе и такую температуру смеси на выходе из катализатора, чтобы в газе присутствовал минимум метана. [c.51] Затем паро-газовая смесь поступает в конвертор 14 первой ступени, где протекают реакции конверсии СО на цинкхромовом катализаторе. Содержание окиси углерода в газе после первой ступени конверсии снижается с 12 до 2,5—2,6%. Конвертированный газ при температуре 470—475 °С направляется из первой ступени конверсии СО в котел-утилизатор 15, где тепло газа используется для получения водяного пара давлением 35—40 ат. Затем газ проходит холодильник 16, куда впрыскивается конденсат. Вследствие этого температура газовой смеси понижается до 260 °С, а объемное соотношение пар газ возрастает до 1,4 1. [c.53] Далее паро-газовая смесь дополнительно очищается от серы в аппарате 17 и поступает в конвертор 18 второй ступени, в котором конверсия СО происходит на низкотемпературном катализаторе. На выходе из конвертора 18 температура газа повышается до 265 °С. [c.53] Тепло конвертированного газа используется в подогревателе воды 19 и затем в системе утилизации тепла (в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах отделения очистки газа от двуокиси углерода). По возвращении из этой системы газ окончательно охлаждается в скруббере 20 циркулирующим конденсатом. Циркуляция конденсата осуществляется при помощи насоса 22, охлаждение конденсата перед подачей в скруббер производится в водяном холодильнике 21. Деаэрированная вода, подогретая в теплообменнике 19, поступает в котлы-утилизаторы 9 и 15 и в рубашку конвертора метана 12 второй ступени. Продукты сжигания газа в горелках печи 11 из системы утилизации их тепла (аппараты 9 и 10) отсасываются вентилятором 1 в дымовую трубу. [c.53] На рис. 1-11 показаны реакционные трубы двух типов— с боковым и верхним вводом свежего газа. При боковой подаче в катализаторном пространстве имеется центральная труба для выхода конвертированного газа. В нижней части реакционных труб находятся решетки, на которые опирается слой катализатора. [c.54] Реакционные трубы при помощи пружинных опор подвешены в печи на траверсах и удерживаются на стальных тросах противовесами. [c.54] Беспламенные панельные горелки, в которых сжигается газ для обогрева труб, размещены на боковых стенках топочной камеры секциями (по несколько горелок в горизонтальном ряду и до 10 горелок по высоте). Горелки образуют на каждой продольной стенке печи теплоизлучающий экран. Воздух, необходимый для сжигания, инжектируется газом из атмосферы. [c.54] Продукты горения газа, выходящие из трубчатой печи, используются далее для подогрева газов и получения водяного пара. [c.54] Вернуться к основной статье