Одноступенчатая конверсия метана

Конверсия метана с парокислородовоздушной смесью под атмосферным давлением

Природный газ поступает в сатурационную башню  и движется в ней снизу вверх навстречу стекающей горячей воде с температурой 85°С. В результате газ нагревается до 82°С и насыщается парами воды до соотношения пар:газ = 0,41:1. Далее газ поступает в теплообменник, куда подается дополнительное количество пара, вследствие чего отношение пара к газу становится равным 1:1.

В теплообменнике парогазовая смесь нагревается до 500 °С за счет теплоты конвертированного газа и затем идет в смеситель, где смешивается с кислородовоздушной смесью; средняя температура газа становится равной 400 °С. При этой температуре паровоздушная газовая смесь направляется в конвертор метана сверху. Здесь на никелевом катализаторе (никель, нанесенный на оксид алюминия) при температуре 950—1100 °С протекает процесс конверсии метана. Активность катализатора ГИАП-3 с размером зерен 2–3 мм при атмосферном давлении и соотношении СН42О = 1:2 характеризуется данными табл.1.1

Таблица 1.1. Активность катализатора ГИАП-3 при атмосферном давлении 

Объемная скорость,

ч-1

Содержание СН4 в сухом конвертированном газе,

%, при температуре, ºС

600 700 800
1000

2000

6000

11000

9,1

9,2

13,8

2,0

2,0

0.0

0.0

0,3

0,3

До начала конверсии катализатор восстанавливают газом, содержащим свободный водород, либо реакционной смесью метана с водя­ным паром или метана с водяным паром и кислородом.

Шахтный конвертор низкого давления представляет собой вертикальный сварной цилиндр, выполненный из стали. В верхней части он заканчивается конусом. Внутри аппарат имеет многослойную футеровку: внутренний слой, подвергающийся действию высоких температур, выкладывается из огнеупорного кирпича. Далее идут два теплоизоляционных слоя из шамотного кирпича. Зазор между футеровкой и стенками корпуса заполняется шамотной крупкой.

В нижней части шахты конвертора имеется колосниковая решетка, являющаяся опорой для катализатора. На эту решетку насыпают куски огнеупорного кирпича, наверх которого нагружают катализатор почти до самого верха аппарата. Объем катализатора составляет 26 м3.

В качестве катализатора используется металлический никель (катализатор ГИАП-3), полученный восстановлением оксида никеля на поверхности активного оксида алюминия. Восстановление катализатора осуществляется непосредственно в конверторе. В верхней части конвертора на катализатор на высоту до 400 мм насыпают куски магнезитового кирпича (размером 50–80 мм), пропитанные раствором нитратов никеля и алюминия и прокаленные при 500 °С. Этот слой защищает катализатор от разрушающего действия газовой струи, поступающей на катализатор сверху.

Загрузку и выгрузку катализатора производят через люки и лазы.

Для замера температуры внутри аппарата размещены термопары.

Типовой конвертор метана имеет следующую характеристику:

  • Наружный диаметр, мм — 4400
  • Внутренний диаметр, мм — 3200
  • Общая высота, мм — 8330
  • Толщина футеровки, мм — 600
  • Общая масса аппарата, кг — 15940
  • Рабочее давление, Па — 0.7-105
  • Рабочая температура, ºС — 900–1100

Катализатор в виде гранул или таблеток загружается в конвертор, где протекает процесс конверсии метана.

После конвертора газ направляется в увлажнитель, охлаждается до 640°С за счет испарения впрыскиваемого конденсата и насыщается здесь водяным паром до соотношения 0,7:1. Далее горячая парогазовая смесь поступает в теплообменник, нагревает здесь па­рогазовую смесь до 400 °С и охлаждается при этом до 420–440 °С. После теплообменника газ с температурой 400–420 °С идет в конвертор оксида углерода. Перед этим к газу добавляется необходимое количество пара.

В конверторе оксида углерода на железохромовом катализаторе при температуре 450–500 °С протекает конверсия оксида углерода с паром. На выходе из конвертора количество непроконвертированного оксида углерода в газе составляет 3,5–4 %. Конверсия СО проте­кает в две ступени, как это было показано в схеме конверсии оксида углерода.

Одноступенчатая конверсия метана
Одноступенчатая конверсия метана

После конвертора газовая смесь поступает в рекуперативный котел, где охлаждается до 200 °С. За счет утилизации теплоты газа в котле образуется пар. После этого газ направляется в водонагревательный теплообменник, охлаждается до 80 °С и нагревает при этом воду, циркулирующую между сатурационной башней и теплообменником, до 85–86 °С.

Количество испаряющейся воды компенсируется умягченной водой, вводимой в нижнюю часть сатурационной башни.

После теплообменника газ поступает в конденсационную башню и охлаждается здесь холодной водой до 25–35 °С.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector