Высокотемпературная некаталитическая конверсия метана

Метод предусматривает конверсию метана с водяным паром без катализатора при высоких температурах порядка 1400–1500°С. Процесс конверсии может осуществляться в установках при атмосферном и высоких давлениях. Конверсия под давлением нашла более широкое распространение.

Природный газ поступает в подогреватель, в котором нагревается до 450°С за счет теплоты сгорания части природного газа. Нагретый газ направляется в горелку конвертора метана, куда подается также кислород.

На выходе из горелок газокислородная смесь горит, развивая температуру 1400–1500 °С, вследствие чего происходит частичное окисление метана.

Конвертированный газ с содержанием метана 0,3–0,5% и углерода (сажи) примерно 20 мг/м3 из зоны реакции поступает в котел-утилизатор, совмещенный с конвертором. За счет охлаждения конвертированного газа до температуры 250°С в котле образуется пар с давлением 3,6 МПа. Далее газ охлаждается до 170°С в теплообменнике, нагревая при этом химически очищенную воду.

Для оценки технико-экономических показателей того или иного метода конверсии метана необходимо знать расходные коэффициенты по природному газу и кислороду на 1 т аммиака и расходы на электроэнергию, пар и воду. Данные о расходных коэффициентах приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Расход природного газа и кислорода на 1 т аммиака при различных способах конверсии

Давление и расход газов Каталитическая

одноступенчатая

конверсия

Каталитическая двухступенчатая конверсия Некаталнти-ческая высо­котемпера­турная кон­версия
 

Давление, МПа

Расход природного газа, м3 Расход кислорода (100 % О2), м3

 при кислородно-воздушной    конверсии

при кислородной конверсии

 

0,17-0.19 800-850

 

 

 

300—350 470—485

 

1,7

840—880

 

 

 

510—525

 

0,15 1030

 

 

 

 

2,0–3 1100

 

 

 

 

01,7-3.0

920-970

 

 

 

550

 

Примечание.  Расчеты даны на объем газов, приведенных к нормальным условиям.

Расход топлива и энергии на 1 т аммиака в зависимости от метода конверсии природного газа показан в табл.1.3

Таблица 1.3.  Расход топлива и электроэнергии на 1 т аммиака в различных про­цессах   конверсии природного газа 

 

Процесс

Расход электроэнергии,

% общего расхода энергии в процессе

Удельный расход энергии на 1 т аммиака  

Энергети-ческий к.п.д.,

%

масса., т кДж
Парокислородная конверсия природного газа без давления

Парокислородная конверсия природного газа под давлением 2,0–3,0 МПа

Паровоздушная двухступенчатая трубчатая конверсия природного газа под давлением 3,0–3,3 МПа

 

 

28

 

 

28

 

 

от 10 и ниже

 

1,8

 

 

1,6

 

 

1,02

 

5,4·107

 

 

4,6·107

 

 

3,8·107

 

35,4

 

 

40,0

 

 

55,0

Доля расходов на сырье составляет 30–40 % себестоимости аммиака. Из приведенных данных следует, что наименьший расход метана и кислорода наблюдается в системах одноступенчатой каталитической конверсии под давлением 1,7 МПа вследствие высокого выхода Н2+СО в процессе конверсии метана.

Наряду с этим в последние годы широко применяется метод паровой бескислородной конверсии природного газа в трубчатых печах под давлением с применением низкотемпературного катализатора для процесса конверсии оксида углерода. Метод позволяет исключить установки разделения воздуха для получения кислорода и заменить сложные процессы очистки газовой смеси от СО и остатков СО2 процессом гидрирования СО и СО2 до метана. При этом себестоимость 1 т аммиака снижается примерно на 10 %, а удельные капитальные вложения уменьшаются на 15–20 % по сравнению с установками конверсии метана без давления.

Новые мощные системы синтеза аммиака с использованием теплоты реакции для выработки пара практически автономны в энергетическом отношении. Для ведения в этих системах процесса не требуется подвода со стороны значительных количеств энергии и пара, так как последние вырабатываются внутри самой системы. Удельные капитальные вложения и себестоимость аммиака также значительно снижаются при сооружении энерготехнологических систем большой мощности с применением парогазовой и паровоздушной конверсии природного газа под давлением 3,0–3,3 МПа. Эти выводы подтверждаются данными табл.1.4

Высокотемпературная некаталитическая конверсия метана
Высокотемпературная некаталитическая конверсия метана

Благодаря этим преимуществам системы конверсии природного газа под повышенным давлением получили наиболее широкое распространение.

Таблица 1.4.  Технико-экономические показатели различных процессов конверсии метана в производстве аммиака

 

 

 

Процесс

Расходные коэффициенты на 1 т аммиака  

Удельные капитало-вложения, %

 

Себестои-мость 1 т NH3, %

природ-ный газ (32682 кДж/м3), м3 пар,

т

электро-энергия, кВт вода,

м3

1.                  Каталитическая паро-воздушно-кислородная кон-версия природного газа без давления со средней темпе-ратурной конверсией СО; производительность агре-гата 150–250 т NH3 в сутки.

2.                  Паровая каталитичес-кая конверсия природного газа в трубчатых печах под давлением 3–3,3 МПа с па-ровоздушной каталитичес-кой шахтной конверсией метана и средне- и низко-температурной конверсией СО. Мощность агрегата 600 т NH3 в сутки.

3.Конверсия природного газа такая же, как и в п.2 Сжатие азотоводородной смеси в турбокомпрессоре высокого давления; синтез аммиака под давлением до 32 МПа с использованием теплоты реакции для выра-ботки пара под давлением до 14 МПа и температурой до 570 ºС. Пар используется для привода турбокомпрес-соров, получения электро-энергии и на технологичес-кие нужды. Мощность агрегата 1000–1500 т NH3 в сутки

 

 

 

 

 

900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1150

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1350–1400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30–40

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

400–450

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65–70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50–55

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55–60

 

 

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector