Установка получения смеси оксида углерода и водорода (синтез-газа) и технического водорода

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общая характеристика предприятия ОАО «Газпром нефтехим Салават»

ОАО «Газпром нефтехим Салават» было основано в 1948 году как Комбинат №18, основным назначением которого было гидрирование тяжелых продуктов нефтепереработки (мазутов) и получения из них бензина и дизельного топлива.

Строительство комбината № 18 по производству искусственного жидкого топлива первоначально планировалось в Хакасии, в г. Черногорске. Туда уже была завезена значительная часть оборудования, полученного по репарациям с заводов Германии. В Черногорске в 1946 году была образована дирекция строящегося комбината №18. Однако в связи с бурным развитием нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности между Волгой и Уралом (в городе Ишимбае, прозванном затем «вторым Баку») правительством страны в 1947 году было принято решение о перебазировании комбината №18 в Башкирию для гидрирования тяжелых продуктов нефтепереработки (мазутов) и получения из них бензина и дизельного топлива.

В январе 1948 г. Совет Министров СССР своим распоряжением утвердил площадку строительства предприятия. В марте того же года Совет Министров Башкирской АССР принял постановление, определившее конкретные площадки под строительство комбината в районе деревни Большой Аллагуват и рабочего поселка на 25 тысяч жителей в районе деревни Мусино.

Постановление Совета Министров СССР от 30 марта 1948 года дало старт строительству, а также определило мощность и целевую продукцию комбината - автомобильный бензин.

В июне 1948 года в район строительства прибыл первый эшелон с оборудованием и строителями из Хакасии. Комиссия, которая выехала сюда еще в мае, подготовила все необходимое для встречи первостроителей. Вскоре на месте сегодняшнего Салавата вырос палаточный городок.

В эти годы широким фронтом разворачиваются работы на строительстве газового завода и завода гидрирования, ведется строительство ТЭЦ, РМЗ (ныне ОАО «Салаватнефтемаш»), катализаторной фабрики, ТСЦ, цеха МЦК и других вспомогательных объектов. Было начато строительство Ново-Ишимбайского НПЗ.

12 июня 1954 года поселок Салават был преобразован в город.

В 1954 году был введен в эксплуатацию первый технологический объект комбината № 18 - катализаторная фабрика. Катализатор стал первым продуктом нашего предприятия.

В 1955 году начали вводиться в эксплуатацию установки нефтепереработки, а уже в 1956 году в составе комбината действовал мощный нефтеперерабатывающий завод, производивший значительно большее количество бензина, чем предусматривалось проектом, кроме того - и другие виды жидких топлив. НПЗ стал бурно развиваться, строились новые установки по переработке нефти, газового конденсата, вторичных процессов нефтепереработки.

Важным событием в жизни НПЗ стало освоение переработки высокосернистой нефти из Арланского месторождения, открытого на севере Башкирии в 1955 году. Переработка этой нефти началась на НПЗ в 1960 году и была освоена на комбинате впервые в стране.

Задуманный как небольшой завод по производству бензина, комбинат уже в 60-е годы превратился в интенсивно строящийся центр нефтехимии и нефтепереработки. Ведь именно с той поры отсчитывают свою историю производства, на основе которых впоследствии родились заводы: нефтехимический, «Мономер», «Синтез», минеральных удобрений.

В 1962 году впервые в СССР на комбинате № 18 было досрочно введено в строй производство полиэтилена высокого давления, освоено крупнотоннажное производство стирола, бутиловых и жирных спиртов, произведено дальнейшее увеличение мощностей по производству аммиака и карбамида, осуществлен перевод НПЗ на переработку высокосернистой нефти с освоением комплекса вторичных процессов.

Наряду с промышленными объектами, строились объекты соцкультбыта: стадион, санаторий-профилакторий на Нугушском водохранилище, медсанчасть №20, профилакторий «Маяк», Дворец спорта и Дворец культуры «Нефтехимик» в Салавате.

За досрочное выполнение восьмого пятилетнего плана по созданию и освоению крупнотоннажных производств и достижение высоких показателей Салаватский нефтехимический комбинат в 1971 году был награжден высшей наградой страны того времени - орденом Ленина - и стал именоваться «Салаватский ордена Ленина нефтехимический комбинат».

Настоящей гордостью предприятия была реконструкция завода карбамида и аммиака, превратившая комбинат в самого крупного поставщика минеральных удобрений в стране. По итогам 9-й пятилетки предприятие выпускало удобрений свыше 1 млн тонн в год, что в 2 раза превышало показатели 1970 года.

В середине 70-х Салаватский нефтехимический комбинат стал крупнейшим нефтехимическим комплексом в стране и за рубежом, имеющим в своем составе также развитую ремонтную базу и сеть социальных объектов.

В короткие сроки были освоены новые мощности по выпуску этилена-пропилена, окиси этилена, додецилмеркаптана, полистирола, гликолей. Были внедрены новые технологические процессы - каталитический риформинг и гидрокрекинг.

В 1976 году за досрочное выполнение народнохозяйственного плана коллектив комбината был награжден памятным знаком ЦК КПСС, Совета Министров СССР, ВЦСПС и ЦК ВЛКСМ.

К середине 80-х годов производственное объединение «Салаватнефтеоргсинтез» перерабатывало четверть башкирской нефти и весь конденсат Оренбургского месторождения.

Были введены в эксплуатацию крупнотоннажные производства ЭП-300, бутиловых спиртов, аммиака - АМ-76, велось интенсивное строительство объектов соцкультбыта, природоохранных объектов, в том числе расширение очистных сооружений.

Переход предприятия на рыночные рельсы повлек за собой не только изменение форм хозяйственно-экономического управления, но и кардинальную трансформацию технологической структуры заводов. Недостаток сырья, отсутствие потребителей производимой продукции привели к полной или частичной остановке производственных мощностей. В этих условиях предприятие было вынуждено отказаться от нерентабельных производств.

Пережив трудные времена, к концу 90-х годов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» вновь взяло курс на наращивание производственных мощностей, модернизацию и дальнейшее развитие предприятия, упрочение его позиций на отечественном и мировом рынках.

В 1999 году в ОАО был введен в эксплуатацию комплекс по переработке карачаганакского газового конденсата ЭЛОУ-АВТ-4 мощностью 4 млн тонн в год и новый блок ЭЛОУ на установке АВТ-4.

В 2003 году на заводе «Мономер» было пущено в строй новое производство этилбензола и стирола мощностью 200 тыс. тонн в год по стиролу. Продукция этого крупного производства полностью покрыла потребность нашего предприятия в этилбензоле и стироле, появилась возможность реализовать эту продукцию другим потребителям, в том числе на экспорт.

В 2005 году на заводе «Мономер» введена в эксплуатацию установка по производству вспенивающегося полистирола по уникальной технологии, не имеющей аналогов в мире. Начала работу первая из четырех печей пиролиза SRT-VI американского производства.

В том же году пущен еще один новый объект - установка тактового налива светлых нефтепродуктов нефтеперерабатывающего завода, соответствующая последним достижениям технологии наливных устройств. Мощность новой установки - 3 млн тонн в год. Ввод этого объекта позволил вывести из эксплуатации устаревшее оборудование цеха, повысить уровень безопасности и улучшить экологию за счет снижения выбросов в атмосферу.

Введена в строй действующих воздухоразделительная установка французского производства. Пуск этого объекта означает не только обновление блока воздухоразделения, но и обеспечение установок предприятия азотом и кислородом требуемого качества, снижение себестоимости товарного азота и повышение экологической безопасности технологических процессов в целом по ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

В декабре 2006 года была введена в эксплуатацию установка по производству битума проектной мощностью 300 тыс.тонн в год. Установка предназначена для выпуска битумов нефтяных дорожных и кровельных марок.

2008 год был ознаменован вхождением в состав ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения» и ООО «Ново-Салаватская ТЭЦ».

10 апреля 2009 года в рамках визита в Салават Президент Республики Башкортостан М.Г. Рахимов и председатель правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллер приняли участие в пуске новой установки висбрекинга на нефтеперерабатывающем заводе ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Установка предназначена для получения из тяжелых нефтяных остатков товарных мазутов без вовлечения светлых нефтепродуктов. Активное строительство этого объекта велось с 2007 года в рамках реализации «Программы перспективного развития и инвестиций ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» на период 2002-2010 годов», базовый проект установки разработан голландским представительством фирмы Shell. Установка висбрекинга мощностью 1,5 миллиона тонн по сырью - очередной шаг в создании обновленного нефтеперерабатывающего завода, нацеленного на получение продукции по мировым стандартам качества.

В августе 2009 года президент Российской Федерации Дмитрий Медведев в распоряжении о поощрении от 18 августа 2009 года № 523-рп выразил благодарность за большой вклад в развитие нефтехимической отрасли коллективу ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

Компания реализует ряд инвестиционных проектов, направленных на модернизацию НПЗ. Их реализация позволит предприятию производить продукцию - бензины и дизельные топлива - в соответствии с новым регламентом топлива и европейскими стандартами. Один из таких проектов - техническое перевооружение установки ГО-2 нефтеперерабатывающего завода, первый этап которого завершен в 2009 году. Второй этап модернизации завершен в октябре 2012 года.

В марте 2010 года на производстве полиэтилена низкого давления ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» получили первую партию новой продукции. Производство полиэтилена низкого давления суспензионным методом - один из приоритетных проектов компании. Проектная мощность производства - 120 тыс. тонн полиэтилена в год с возможностью расширения до 200 тыс. тонн в год. Основное сырье для производства полиэтилена - этилен - производится на существующей в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» установке ЭП-300. Стремясь обеспечить конкурентоспособность продукции, компания приобрела один из лучших в мире технологических процессов производства полиэтилена суспензионным методом (Basell, Германия). Выполнение базового и детального проектирования нового производства полиэтилена началось в 2004 году в сотрудничестве с итальянской фирмой TECNIMONT (Италия). Конечный продукт нового производства - более 30 марок полиэтилена высокой плотности. Полиэтилен различных марок может применяться при изготовлении высококачественных газовых и водопроводных труб (ПЭ 100), крупных емкостей, сверхтонкой упаковочной пленки и ряда других изделий. Для идентификации продукции компании - полиэтилена высокой плотности и продукции из него - был зарегистрирован словесный знак СНОЛЕН® (Свидетельство на товарный знак №380910).

В 2010 году ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» получило от Toyo Engineering Corporation (Япония) базовый проект строительства установки грануляции карбамида. Новая установка построенная в 2012 году позволяет получать 1400 гранулированного карбамида в сутки. При этом улучшилось качество продукции, внедрены новые энергосберегающие технологии и значительно сокращены выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

В ноябре 2010 года в ходе встречи председателя Правления ОАО «Газпром» Алексея Миллера и президента Республики Башкортостан Рустэма Хамитова достигнута договоренность о создании на базе ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» Всероссийского центра нефтегазовой химии и технопарка.

28 января 2011 года на внеочередном общем собрании акционеров открытого акционерного общества «Салаватнефтеоргсинтез» было принято решение о переименовании ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» в ОАО «Газпром нефтехим Салават».

В 2012 году введена в эксплуатацию новейшая установка атмосферно-вакуумной перегонки нефти ЭЛОУ-АВТ-6 мощностью 6 млн. тонн/год предназначеная для первичной переработка нефти. Ввод установки ЭЛОУ АВТ-6 позволил ОАО «Газпром нефтехим Салават» увеличить мощности первичной переработки нефти, повысить четкость разделения целевых фракций, а также вывести из эксплуатации морально и физически устаревшие производства. В 2013 году компания приступила к реализации проекта «Строительство комплекса акриловой кислоты и акрилатов» на площадке завода «Мономер». Новое производство позволит ОАО «Газпром нефтехим Салават» выпускать сырье для конечной продукции нефтехимии - суперабсорбентов, акриловых дисперсий, акриловых красок. В него войдут установки по получению сырой акриловой кислоты мощностью 80 тыс.т/год, бутилакрилата (эфира акриловой кислоты и бутанола) производительностью 80 тыс.т/год и ледяной акриловой кислоты мощностью 35 тыс.т/год.

В мае 2013 году предприятие торжественно отметило 65-летний юбилей со дня основания.

2. Характеристика сырья, продуктов процесса и основных реагентов

Завод «Мономер» - одно из крупнейших структурных подразделений ОАО «Газпром нефтехим Салават», в функции завода входит развитие нефтехимии на единой производственной площадке компании.

22 февраля 1991 года был подписан приказ о создании завода «Мономер», эта дата и стала днём его рождения. Но нефтехимия на предприятии начала развиваться задолго до этого: первое производство ЭП-40 было введено в эксплуатацию ещё в начале 60-х годов (списано в 1986 году).

Изначально в состав завода «Мономер» вошли производства ЭП-300, ЭП-60 (к настоящему моменту выведено из эксплуатации), этилбензол-стирол. Первым директором завода был назначен С.И. Мячин, а главным инженером - А.И. Лиштаков. Основной костяк завода составляло производство ЭП-300, запущенное в 1984 году. В то время в него входили цех пиролиза № 55 и цех газоразделения № 56. А в 1996 году было запущено производство бензола.

Первый стирол был получен на предприятии в 1968 году. Тогда же была запущена и первая очередь полистирола, которая впоследствии была перепрофилирована на производство пластика АБС (в настоящее время производство не действует). В 1974 году была запущена вторая очередь производства полистирола. Сначала было освоено производство вспенивающегося полистирола, а затем - ударопрочного.

Период, когда производство пластмасс (цеха №41 и 47) вошло в состав завода «Мономер», был сложным в экономическом отношении. В то время основной проблемой для этого производства был дефицит сырья - стирола. Осенью 2003 года был произведен успешный пуск нового многотонажного комплекса этилбензола-стирола (цех №46), что позволило снять проблему дефицита сырья для производства пластмасс.

В 2007 году к заводу был присоединен цех №23 по производству полиэтилена высокого давления, вошедший в производство пластмасс, а также склад жидких газов и ЛВЖ, на базе последних был создан товарно-сырьевой цех. Производство полиэтилена высокого давления, запущенное ещё в 1962 году, стало одним из первых нефтехимических производств предприятия. В 2005 году была введена в эксплуатацию установка по производству вспенивающегося полистирола по уникальной технологии, не имеющей аналогов в мире.

В связи с реструктуризацией производства в начале 2010 года в состав завода «Мономер» было введено производство спиртов и пластификаторов. Производство спиртов было освоено на предприятии ещё в 1966-67 гг. А в 1980 году мощности по производству бутиловых спиртов были увеличены в несколько раз.

Фталевый ангидрид и пластификаторы производятся с 1976 года. С 1999 года с целью расширения рынка сбыта в дополнение к жидкому фталевому ангидриду стал выпускаться чешуированный. В 2000 году было освоено производство 2-этилгексанола, что обеспечило производство пластификатора ДОФ высококачественным сырьем. В марте 2010 года был получен первый полиэтилен низкого давления на установке мощностью 120 тыс. тонн в год.

История становления завода «Мономер» как самостоятельной производственной единицы насыщена большими и малыми событиями, как и история любого завода.

Сегодня на заводе «Мономер» действуют три больших производства: производство этилена-пропилена, производство пластмасс, а также производство спиртов и пластификаторов. В состав первого производства входят цеха: пиролиза (цех № 55), газоразделения (цех № 56), бензола (цех № 58), товарно-сырьевой цех.

Производство пластмасс состоит из цехов по производству полиэтилена высокого давления (цех № 23), полиэтилена низкого давления (цех №20), этилбензола-стирола (цех № 46), пластика ВП, ПСМ, УПМ (цех № 47).

Производство спиртов и пластификаторов включает в себя цеха по производству синтез-газа и водорода (цех № 51), бутиловых спиртов (цех № 52), 2-этилгексанола (цех № 34), фталевого ангидрида и пластификатора ДОФ (цех № 48).

В общей технологической цепочке важнейшим фактором является загруженность действующих производств, что напрямую влияет на себестоимость продукции и прибыль.

Основной продукцией завода «Мономер» является:

· этилен;

· пропилен;

· фракция пентан-изопренциклопентадиеновая;

· фракция бутилен-бутадиеновая;

· смола пиролизная тяжелая;

· стирол;

· полистиролы: общего назначения, ударопрочный и вспенивающийся;

· полиэтилен низкого давления;

· полиэтилен высокого давления;

· спирт нормальный бутиловый технический;

· спирт изобутиловый технический;

· 2-этилгексанол;

· пластификатор ДОФ.

Разработанный план капитальных вложений на ближайшую перспективу завода «Мономер», предусматривающий реализацию следующих мероприятий:

· внедрение АСУ ТП на об. 1140 установки подготовка сырья товарно-сырьевого цеха;

· снижение потребление сырья (бензола и этилена) на 1,5% за счет реконструкции блока трансалкилирования цеха № 46 для жидкофазного процесса;

· дооснащение приборами КИП автоматизированной системы управления производством на базе системы Plant Information System фирмы OSI Software с целью совершенствования оперативного управления технологическими процессами.

Вышеуказанные мероприятия позволят повысить эффективность производства за счёт расширения ассортимента выпускаемой продукции, увеличения объёмов производства, снижение затрат на выпуск продукции, что в конечном итоге существенно укрепит позиции завода в нефтехимической отрасли.

Продукция завода соответствует требованиям и ожиданиям потребителей. В соответствии с требованиями МС ИСО 9001:2000 и с целью демонстрации своей способности стабильно поставлять продукцию, отвечающую требованиям потребителей, с 2004 года разработана, внедрена и успешно функционирует система менеджмента качества, о чем свидетельствуют сертификаты соответствия, выданные Органами по сертификации «SAI Global Limited» и «Русский Регистр».



3. Общая характеристика установки

Производство предназначено для получения смеси оксида углерода и водорода (далее именуемого синтез-газ) и технического водорода, которые используются в производстве бутиловых спиртов. Избыток технического водорода используется на других производствах ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

Год ввода цеха в эксплуатацию 1980 г.

Разработчик технологической части проекта - институт ВНИПИНефть; строительной части, отопления и вентиляции, водоснабжения и канализации институт Госхимпроект; энергетической части - институт ГПИ «Электропроект» г. Горький; части контрольно-измерительных приборов и автоматики - Омский отдел СО ГПИ ПМА; части конструирования аппаратуры и машин - предприятие СКЛ г. Магдебург, ГДР.

В состав производства водорода и синтез-газа входят:

· блок печей конверсии природного газа;

· компрессорная исходного природного газа, углекислого газа, конвертированного газа, синтез-газа и водорода;

· поташная очистка конвертированного газа от СО2;

· установка получения синтез-газа и технического водорода методом мембранной технологии;

· утилизация тепла и водоподготовка.

Проектная мощность цеха по синтез-газу 140 тыс. т/год

Сырьем установки является:

· Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения.

Продукцией установки является:

· Водород технический;

· Синтез-газ.



4. Описание технологического процесса и технологической схемы установки производства водорода и синтез-газ

Процесс получения технического водорода и синтез-газа является непрерывным и состоит из следующих стадий:

- компрессия природного газа и углекислого газа;

- предварительный подогрев и очистка природного газа от сернистых соединений;

- пароуглекислотная конверсия природного газа в трубчатых печах под давлением не более 17 кгс/см2;

- очистка конвертированного газа от СО2 горячим раствором поташа с добавкой диэтаноламина;

- компрессия очищенного конвертированного газа,

- разделение конвертированного газа на синтез-газ и водородсодержащий газ (ВСГ) методом мембранной технологии;

- получение технического водорода из ВСГ методом метанирования;

- компрессия синтез-газа до 305 кгс/см2;

- компрессия технического водорода до 305 кгс/см2;

- компрессия двуокиси углерода после поташной очистки до 19 кгс/см2 и подача его в природный газ перед печами;

- утилизация тепла потоков конвертированного и дымового газов.



4.1 Блок-схема установки

Схема получения синтез-газа: 1 -- подогреватель; 2 -- адсорбер; 3 -- печь; 4 -- реактор синтеза; 5 -- теплообменник; 6 -- скруббер; 7 -- мембранная секция; I -- свежий природный газ; II -- очищенный газ; III -- кислород; IV -- продукты синтеза; V -- вода; VI -- пар; VII -- вода + сажа; VIII -- водород; IX -- синтез-газ

4.2 Стадии и химизм процесса

Основным процессом производства водорода и синтез-газа является каталитическая конверсия природного газа с водяным паром и с двуокисью углерода, протекающая под давлением не более 17 кгс/см2 в трубчатых печах с подводом тепла через стенки труб.

Сырье, поступающее в трубчатую печь, должно содержать не более 1 мг/м3 сероводорода из-за опасности отравления никеля в катализаторе конверсии, поэтому требуется предварительная сероочистка природного газа.

Содержание непредельных углеводородов в сырье не должно превышать 2,0% об. и лимитируется соотношением скоростей гидрирования непредельных углеводородов и образования кокса.

Количество тяжелых углеводородов (выше С5) тоже должно быть ограничено - не более 1,0% об.

Сероочистка сырья включает в себя два этапа. Сначала происходит гидрирование сероорганических соединений и непредельных углеводородов на алюмокобальтмолибденовых катализаторах:

СS2 + 4H2 2H2S + CH4

Затем на цинковом поглотителе происходит поглощение содержащегося в сырье и образовавшегося при гидрировании сероводорода:

H2S + ZnO ZnS + H2O

Процесс сероочистки осуществляется при температуре не более 400 0С и давлении не более 17 кгс/см2, поэтому предварительно природный газ сжимается и подогревается. Для осуществления процесса гидрирования перед сероочисткой в сырье добавляется технический водород.

На стадии пароуглекислотной конверсии природного газа идут следующие основные реакции (в расчете на метан):

CH4 + H2O CO + 3H2 - 49,3 ккал/моль (1)

CH4 + CO2 2CO + 2H2 - 62,0 ккал/моль (2)

CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 - 9,8 ккал/моль (3)

Соотношение объемов на конверсию:

природный газ: СО2 : Н2О = 1 : (0,3 - 0,8) : (2,4 - 3,5). Реакция протекает на никелевом катализаторе.

Необходимый для компенсации эндотермичности процесса подвод тепла осуществляется за счет сгорания топливного газа, в котором содержание сернистых соединений тоже должно быть регламентировано (не выше 150 мг/нм3).

Проведение реакции (2) увеличивает количество СО в конвертированном газе. Однако, количество СО2 для реакции (2) ограничено рециркуляцией поглощенной углекислоты, выделенной при регенерации поташного раствора.

Для снижения содержания оксидов азота в дымовых газах печей конверсии предусмотрена их высокотемпературная гомогенная очистка пароаммиачной смесью, которая описывается следующими реакциями:

6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3 7N2 +12H2O

Очистка конвертированного газа от СО2 горячим раствором поташа осуществляется по реакции:

K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 (4)

Принятая двухступенчатая схема поташной очистки позволяет осуществить более полную очистку газа от СО2, так как газ после предварительной очистки в нижней части абсорбера проходит тонкую очистку в верхней части абсорбера, которая орошается раствором с более низкой температурой.

При регенерации раствора путем снижения давления с 11,7 кгс/см2 до атмосферного давления реакция (4) протекает справа налево, подвод тепла регенерации производится за счет конденсации водяного пара, содержащегося в конвертированном газе, и не требует дополнительного пара. Так как температуры абсорбции и регенерации близки между собой, уменьшается общий расход тепла на регенерацию и значительно уменьшается количество теплообменной аппаратуры, что является одним из преимуществ процесса.

Более полная глубина очистки газа от СО2 достигается за счет добавки к раствору поташа диэтаноламина.

Добавка пятиокиси ванадия снижает коррозийную активность раствора.

В процессе эксплуатации поташной очистки следует опасаться снижения температуры раствора ниже +50 0С, что ведет к кристаллизации поташа и забивке аппаратуры и трубопроводов. Эта температура зависит от степени насыщения раствора КНСО3.

Процесс получения синтез-газа и водорода основывается на мембранной технологии.

В мембранной технологии используется принцип, называемый селективной пермеацией, которая происходит в полупроницаемых полимерных мембранах. Молекулы газа проходят через мембрану в случае, если парциальное давление этого газа внутри волокон ниже, чем на наружной поверхности. Это является движущей силой мембранного газоразделения. Степень проникновения каждого газа зависит от относительного размера молекул, от физических характеристик молекул (полярность, форма) и мембраны (толщина, структура, химический состав). Водород имеет большую проницаемую способность по сравнению с другими газами (СО, СО2, СН4), так как его молекулы по своей структуре наиболее мелкие и узкие.

Мембрана состоит из полых волокон. Тысячи полых волокон собраны вместе и закреплены с обоих концов, образуя плотный пучок, который устанавливается в сосуд, работающий под давлением. Конвертированный газ под большим давлением входит в сосуд, где богатый водородом газ (водородсодержащий газ) извлекается из полых волокон на выходе с низким давлением, а непроникающие газы (газы с низким содержанием водорода) извлекаются на выходе с высоким давлением.

Целью метанации является удаление остаточных количеств оксидов углерода из потока водородосодержащего газа, выходящего из мембранного отделения.

Реакция метанации ускоряется с помощью никелевого катализатора KATALKO 11-4R и выглядит следующим образом:

CO + 3H2 CH4 + Н2О + тепло

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + тепло

Обе реакции являются экзотермичными и протекают с выделением тепла.

4.3 Описание технологической схемы

Блок печей конверсии.

Исходный природный газ направляется в отделение компрессии, где сжимается компрессорами В-101/105-1,2,3 (секции ТV-2) до давления 17 кгс/см2. На линии природного газа перед компрессорами установлен газосепаратор Е-11.

Далее сжатый природный газ делится на 2 потока и поступает в подогреватели Т-100/1,2, расположенные в конвекционной зоне печей П-101/1,2, где нагревается до температуры не более 400 0С.

Каждая печь состоит из радиантной и конвекционной частей. В радиантной части печи расположены реакционные трубы, заполненные никелевым катализатором К-905-Д1, где происходит пароуглекислотная конверсия природного газа. В конвекционной части печи происходит утилизация тепла дымовых газов: подогрев природного газа и двуокиси углерода, питательной, циркуляционной воды, а также получение и перегрев водяного пара.

Обогрев печей производится топливным газом.

Перед каждым подогревателем Т-100/1,2 установлена электрозадвижка Э-2/1,2 и предохранительный клапан со сбросом на факел. Расход и давление природного газа регистрируется на щите КИП поз. 26/1,2, 70/1,2. К линии природного газа перед Т-100/1,2 подведен пар после подогревателя Т-303-I/1,2 и азот 16 кгс/см2, в линию азота 16 кгс/см2 имеется врезка азота 5,5 кгс/см2.

Подогретый в Т-100/1,2 газ объединяется в один трубопровод, куда через клапан КИП поз. 72/1г регулирования давления и клапан КИП поз. 29е регулирования расхода с установки компрессии подается технический водород. Возможна подача смеси исходного газа и водорода через пусковую печь П-102, где производится подогрев до температуры 410 0С. Перед Р-100 в линию газа подведен азот 5,5 кгс/см2. Далее газ поступает на сероочистку в реактор Р-100. В верхней части реактора обессеривания Р-100 происходит гидрирование сероорганических соединений и следов непредельных углеводородов на алюмокобальтмолибденовом катализаторе ГО-86,ГО-15К. Затем в нижней части Р-100 на цинковом катализаторе НИАП-02-02, СПС-Ф происходит поглощение содержащегося в сырье и образовавшегося при гидрировании сероводорода.

После Р-100 природный газ с содержанием общей серы не более 1 мг/м3 делится на два потока и через клапан КИП поз. 33/1,2 г регулирования расхода направляется в смесители газа С-1/1,2. На общем трубопроводе газа после Р-100 установлен сброс газа на факел. К факельной линии подведен азот 5,5 кгс/см2. На период пуска, остановки предусмотрена байпасная линия по природному газу, минуя Р-100. Температура низа и верха Р-100 регистрируется на щите КИП поз. 19, 14/1,2.

В смеситель природного газа поступает также двуокись углерода и перегретый пар.

Двуокись углерода с узла поташной очистки через сепараторы Е-103 и Е-16 поступает на всас секции TV-1 компрессоров В-101/105-1,2,3, где происходит ее компремирование до давления 19 кгс/см2. Далее двуокись углерода делится на два потока и через клапан КИП поз. 33/5,6д регулирования расхода поступает в подогреватели Т-101/1,2 печей, где нагревается дымовыми газами до температуры не более 500 0С. К линии двуокиси углерода перед Т-101/1,2 подведен пар после подогревателя Т-303-I/1,2. Перед подогревателем установлен предохранительный клапан со сбросом СО2 в дымовую трубу.

Далее углекислый газ направляется в смеситель С-1/1,2.

Соотношение - природный газ : СО2 поддерживается в пределах:

1 : (0,3 - 0,8) об.

Насыщенный водяной пар из барабана-котла каждой печи Е-300/1,2 направляется в пароперегреватели печей I и II ступени Т-303-I/1,2 и Т-303-II/1,2 через клапан КИП поз. 33/3,4е регулирования расхода, установленный на линии подачи пара в Т-303-I/1,2.

Соотношение - природный газ : пар поддерживается в пределах:

1 : (2,4 - 3,5) об.

Перегретый водяной пар с температурой не более 5000С направляется через эл. вентиль Э-3/1,2 в смесители С-1/1,2. Трубопровод перегретого пара защищен предохранительным клапаном со сбросом на свечу.

Парогазовая смесь из смесителей С-1/1,2 поступает в реакционные трубы печей П-101/1,2. Здесь осуществляется процесс пароуглекислотной конверсии.

Из реакционных труб снизу печей выходит конвертированный газ с температурой 700-850 0С. Температура стенок реакционных труб поддерживается не более 950 0С.

Конвертированный газ из реакционных труб собирается в сборных коллекторах-холодильниках печей Т-102/1,2-а-f, расположенных внизу печей. В коллекторах-холодильниках происходит охлаждение газа циркуляционной водой, поступающей из барабанов котла Е-300/1,2.

Для охлаждения газа до +400 0С производится дополнительное охлаждение конвертированного газа впрыском питательной воды от насосов Н-303/1-4 в трубопровод конвертированного газа.

Конвертированный газ с каждой печи отдельными трубопроводами направляется в испарители Е-100/1,2 блока поташной очистки.

Процесс пароуглекислотной конверсии природного (исходного) газа требует большого количества пара. Получение его предусмотрено схемой путем утилизации тепла дымовых газов печей. При этом вырабатывается избыток пара, который сбрасывается в сеть ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» пара 7 кгс/см2 через клапан КИП поз. 73/1-4г регулирования давления в барабане котла-утилизатора Е-300/1,2, и электрозадвижку Э-4/1,2, имеется возможность подачи пара-7 в цех №52. На трубопроводе пара из цеха установлен предохранительный клапан со сбросом пара в атмосферу. Часть пара 7 кгс/см2 дросселируется через клапан КИП поз. 453г,д в пар 4,5 кгс/см2 для использования в цехе. Также предусмотрена дистанционная подача пара 4,5 кгс/см2 на паровую завесу печей П-101/1,2.

Блок поташной очистки конвертированного газа.

Охлажденный в коллекторах-холодильниках Т-102/1,2 а-f и впрыском питательной воды до температуры +400 0С конвертированный газ двумя потоками поступает в испарители Е-100/1,2 предназначенные для охлаждения конвертированного газа до +(145 160) 0С и увеличения содержания водяного пара в газе до 1 нм3 пара/1 нм3 газа.

Для увеличения поверхности контакта газа и влаги испарители Е-100/1,2 заполнены насадкой из металлических нержавеющих колец Рашига 25253. Охлажденный конвертированный газ, пройдя насадку, выходит с верха испарителей Е-100/1,2 двумя потоками и поступает в рибойлер Т-103/1,2 регенератора К-101. Пройдя по трубкам рибойлеров Т-103/1,2, конвертированный газ отдаёт тепло поташному раствору, поступающему из кубовой части регенератора К-101. Рибойлеры Т-103/1,2 оборудованы предохранительными клапанами со сбросом пара в атмосферу.

При нагреве поташного раствора происходит испарение влаги и десорбция двуокиси углерода из поташного раствора. Пароуглекислотная смесь выводится с верхней части рибойлеров Т-103/1,2 и по общему коллектору поступает в кубовую часть регенератора К-101.

Регенерированный поташный раствор с низа рибойлеров Т-103/1,2 по объединенному коллектору возвращается в кубовую часть регенератора К-101. Предусмотрена подача пара 4,5 кгс/см2 в трубное пространство рибойлера Т-103/2 после предварительного отключения газа и в линии поташного раствора на выходе из рибойлеров.

Охлажденный в рибойлерах Т-103/1,2 конвертированный газ объединяется в коллекторе на выходе из рибойлеров и направляется на дальнейшее охлаждение в межтрубное пространство теплообменников Т-104/1,2,3.

Охлажденный конвертированный газ после теплообменников Т-104/1,2,3 поступает в сепаратор Е-101, где происходит отделение влаги, сконденсированной при охлаждении конвертированного газа в рибойлерах Т-103/1,2 и в теплообменниках Т-104/1,2,3.

Часть водяного конденсата из емкости Е-101 поступает на всас насоса Н-106 и подается в испарители Е-100/1,2 для охлаждения конвертированного газа.

Освобожденный от влаги конвертированный газ из сепаратора Е-101 поступает на двухступенчатую абсорбцию двуокиси углерода в К-100. С целью предотвращения попадания поташного раствора в Е-101 из К-100 на линии конвертированного газа смонтирован затвор типа "УТКА". Газ подается в нижнюю часть колонны, в которой находятся три царги, заполненные перекрестноточной панельной насадкой. Нижняя часть колонны орошается груборегенерированным поташным раствором, подаваемым насосом Н-101/1,2,3 со средней части колонны К-101.

Верхняя часть колонны К-100 имеет две царги, заполненные перекрестноточной панельной насадкой, орошается тонкорегенерированным поташным раствором, подаваемым насосом Н-105/1,2,3 через теплообменник Т-208/1,2 из кубовой части К-101. Расход тонкорегенерированного поташного раствора регулируется клапаном КИП поз. 36д, установленным на байпасе между всасывающими и нагнетательным коллекторами насосов Н-105/1-3. В верхней части газ подвергается более тонкой очистке от двуокиси углерода. Насыщенный двуокисью углерода поташный раствор собирается в кубовый части К-100, откуда через клапан КИП поз. 141/1,2д регулирования уровня подается в верхнюю часть регенератора поташного раствора К-101.

Очищенный от двуокиси углерода конвертированный газ через отбойную насадку выходит с верха колонны К-100, охлаждается оборотной водой в холодильнике Х-105/1,2 и поступает в сепаратор Е-102 для отделения влаги и унесенного поташного раствора. Конденсат из сепаратора Е-102 через клапан КИП поз. 162д регулирования уровня и рибойлер Т-103/1,2 подается в кубовую часть регенератора К-101.

Из сепаратора Е-102 освобожденный от влаги конвертированный газ направляется через расходомер в сепаратор Е-17 и далее в отделение компрессии к компрессорам В-102-1,2,3 на секцию ТV-1.

Пароуглекислотная смесь с верха регенератора К-101 после охлаждения в воздушных холодильниках-конденсаторах ВХ-100/1,2,3 и в водяных холодильниках Х-106/1,2,3 поступает в сепаратор Е-103, где от газа отделяется конденсат.

Двуокись углерода из сепаратора Е-103 направляется через сепаратор Е-16 на компрессию к компрессорам В-101/105-1,2,3. Давление на всасе компрессоров регулируется сдувкой двуокиси углерода после Е-103 в дымовую трубу и поддерживается клапаном КИП поз. 80д.

Приготовление поташного раствора производится в емкости Е-104, в которую загружают поташ (К2СО3) и растворяют его в химочищенной воде при циркуляции насосом Н-103. Для фильтрации раствора предусмотрен фильтр Ф-В. Предусмотрена подача СО2 в Е-104 для приготовления раствора из КОН.

В емкость добавляется также необходимое количество диэтаноламина и пятиокиси ванадия. Для окисления V2О5 предусмотрена подача технического воздуха в емкость Е-104. Приготовленный раствор насосом Н-103 закачивают в систему через регенератор К-101.

Для поддержания требуемого состава поташного раствора возможна закачка в систему растворенного в Е-104 едкого кали с добавками диэтаноламина и пятиокиси ванадия.

Установка получения смеси оксида углерода и водорода (синтез-газа) и технического водорода.

Очищенный от двуокиси углерода конвертированный газ после сжатия на секции ТV-1 компрессоров В-102/1,2,3 до давления 92 кгс/см2 подается на установку получения синтез-газа и технического водорода. Охлаждение конвертированного газа до температуры не более 35 0С производится оборотной водой в теплообменнике типа «труба в трубе» Т-200/1. Пройдя через электровентиль Э-22 и параллельно установленные фильтры механической очистки Ф-1,2 конвертированный газ поступает в каплеотбойник С-201, в котором установлен элемент сепарации жидкости. В каплеотбойнике происходит отделение жидких продуктов, которые поступают с потоком конвертированного газа. Жидкие продукты собираются внизу каплеотбойника и по мере повышения уровня отводятся по дренажной линии через клапан КИП поз. 201/2 регулирования уровня в дренажную емкость Е-2, а из неё через клапан КИП поз. 402е регулирования уровня - в промышленную канализацию. Емкость Е-2 снабжена воздушником с огнепреградителем.

Далее конвертированный газ поступает в осадитель тумана С-202, где установлен элемент удаления тумана. Он служит для соединения и отделения сконденсированной воды и масляного тумана, которые проходят через каплеотбойник С-201. Жидкие продукты собираются внизу осадителя тумана С-202 и по мере повышения уровня отводятся через клапан КИП поз. 202/2 в дренажную емкость Е-2.

Освобожденный от жидких продуктов конвертированный газ поступает в нагреватель конвертированного газа Т-202. Необходимая для подачи в блок «ПРИЗМ» температура газа после подогревателя Т-202 не более 50 0С поддерживается подачей пара 4,5 кгс/см2 через клапан КИП поз. 202/5.

Нагретый газ поступает в масляный адсорбер А-202, где проходя через слой активированного угля освобождается от остатков масла. Содержание масла в газе после адсорбера должно быть не более 0,1 ррm.

Подогретый и очищенный конвертированный газ через клапан КИП поз.203/1а поступает в блок сепараторов «ПРИЗМ» М-203/1-10, где водород, имеющий большую проникающую способность, значительно быстрее проникает через полые волокна сепаратора. Оксид углерода и метан, имеющие меньшую проникающую способность проходят по наружной поверхности волокон и образуют непроникший газ, состоящий из смеси оксида углерода и водорода (далее синтез-газ).

Соотношение оксида углерода и водорода в синтез-газе регулируется перепадом давления между входом конвертированного газа в сепараторы и выходом водородсодержащего газа (ВСГ) из сепараторов М-203/1-10. Чем больше этот перепад, тем выше содержание оксида углерода в синтез-газе и наоборот. Перепад давления регулируется путем изменения давления ВСГ на выходе из сепараторов «ПРИЗМ» клапаном КИП поз. 203/11 в пределах 15-27,5 кгс/см2. Если значение давления, необходимого для производства синтез-газа, превышает 27,5 кгс/см2 звучит звуковой сигнал, предупреждающий о необходимости отключения двух сепараторов «ПРИЗМ». Сепараторы отключаются закрытием запорных арматур по выходу проникшего и непроникшего газов вручную. Если концентрация оксида углерода в синтез-газе очень низкая и давление проникшего газа очень низкое (менее 15 кгс/см2) необходимо включить дополнительно два сепаратора «ПРИЗМ». Синтез-газ с необходимым соотношением оксида углерода и водорода через клапан КИП поз. 203/1с направляется на компремирование в секцию ТV-3 компрессора В-102/1,2,3, где сжимается до давления не более 305 кгс/см2 и подается потребителю.

Охлажденный водород поступает в каплеотбойник С-208 для выделения сконденсированной влаги. Выделившаяся в С-208 влага отводится по дренажной линии через клапан КИП поз. 208/1 регулирования уровня в дренажную емкость Е-2.

Чистый технический водород выходит с верха С-208 и подается на всас 1 ст. компрессора В-103/1-3, где сжимается до давления 305 кгс/см2 и подается потребителям. Избыток водорода со всаса компрессора В-103/1-3 подается на топливо в печи конверсии П-101/1,2 через клапан КИП поз. 9/1,2г регулирования давления или сбрасывается на факел через клапан КИП поз. 3/1,2г регулирования давления. Имеется возможность подачи водорода в топливную сеть высокого давления ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» через клапан КИП поз. 13/1,2г.

технический водород синтез газ



Список использованных источников

1. Технологический регламент установки производства водорода и синтез-газа

Размещено на Allbest.ur