Принципи та технологія конверсії метану

Двухступенева каталітична конверсія метану з водяною парою під тиском, близьким до атмосферного. Характеристика продукції, що випускається, фізико-хімічні основи процесу. Розробка, опис технологічної схеми виробництва, основного, допоміжного обладнання.

Рубрика Химия
Вид дипломная работа
Язык украинский
Дата добавления 09.05.2014
Размер файла 714,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Вихідною сировиною для виробництва синтетичного аміаку є природний газ, який містить метан, вищі вуглеводні, деяку кількість аміаку, азоту, вуглекислоти, залишки органічних сірковмісних сполук.

Виробництво аміаку виконано у єдину технологічну нитку із застосовуванням сучасних технологій та обладнання і складається з наступних стадій:

- стиснення природного газу відцентровими компресорами з приводом від парових турбін;

- очищення природного газу від сірчистих сполук, які містяться у природному газі на кобальтмолібденовому каталізаторі до сірководню та поглинання його оксидом цинку;

- Парова конверсія метану у трубчастій печі (первинний риформінг) під тиском не більше 3,8 МПа (38 кгс/см2) до об`ємної частки метану не більше 11% і пароповітряна конверсія залишкового метану у шахтному конверторі (вторинний риформінг);

- двоступенева конверсія оксиду вуглецю на високотемпературному і низькотемпературному каталізаторах;

- очистка конвертованого газу від оксиду вуглецю (ІV) гарячим розчином карбонату калію;

- тонка очистка конвертованого газу від залишкових оксиду і двооксиду вуглецю метануванням на нікелевому каталізаторі;

- компремування азотоводневої суміші під тиском до 3,36 МПа відцентровим компресором з приводом від парової турбіни;

- синтез аміаку під тиском;

- охолодження продукційного аміаку за допомогою відцентрового компресора з приводом від парової турбіни;

- передача охолодженого аміаку в ізотермічне сховище;

- видача рідкого аміаку користувачу.

Продукційний аміак може видаватися з агрегату в холодному вигляді з температурою чи або теплим з температурою не більше ніж 40 0С.

Виробництво аміаку запроектовано у вигляді однієї технологічної лінії. Основне обладнання (реактори, компресори) встановлене без резерву та розраховане на безперервну роботу на протязі 331 доби, після чого технологічна лінія зупиняється для проведення ремонту.

Готовий продукт аміак використовується в різноманітних сферах виробництва: в виробництві азотної кислоти, мінеральних добрив, вибухових речовин, в синтезу органічних речовин, в медицині та в побуті.

По техніко-економічному рівню виробництво аміаку віднесено до вищої категорії.

1. Погляд діючих промислових методів виробництва та обгрунтування обраного способу виробництва

Конверсія метану є основним і економічним способом отримання азотоводневої суміші.

Основними методами переробки природного газу на сьогоднішній час є: каталітична парокисневоповітряна і парокиснева конверсії метану під тиском до 0,7; каталітична парокиснева конверсія метану під тиском 20 і 25 в шахтних реакторах і пароповітряна (без застосування кисню) каталітична конверсія в трубчастих печах; високотемпературна (метод часткового окислення) конверсія метану під тиском 20-30

1.1 Високотемпературна (некаталітична) конверсія метану під тиском 30

каталітичний конверсія хімічний метан

Високотемпературна (некаталітична) конверсія метану під тиском 30 представлена на рисунку 1.1.

Природний газ через вузол регулювання поступає в підігрівач 1, де нагрівається до 450. Підігрівач обладнаний пальниками для спалювання природного газу під тиском 1 - 2. Стиснений кисень поступає в агрегат конверсії також через вузол регулювання. Іноді кисень підігрівається в апараті, аналогічному підігрівачу природного газу, до температури не вище 300. Підігріті природний газ і кисень змішуються в змішувачі 2, охолоджуваному циркулюючим конденсатом. Оптимальне об'ємне співвідношення кисню і метану складає 0,33: 1. Із змішувача кисневогазова суміш поступає в конвертор 3 шахтного типу, забезпечений охолоджуючою сорочкою.

Ретельніше змішування кисню і природного газу робиться у верхній частині шахтного конвертора. Конверсія метану з киснем протікає при температурі 1400-1450. Конвертований газ, що містить 96% суміші водню і оксиду вуглецю, 0,3 - 0,5% метану і приблизно до 20 сажі, що утворюється в зоні каталізу, поступає в зону охолоджування конвертора.

Охолоджування газу до температури 250 - 300 відбувається за рахунок конденсату. Водяний пар з тиском 35 одержується в котлі-утилізаторі водотрубного типу з примусовою циркуляцією, розміщеному в нижній частині конвертора. З конвертора газ поступає на очищення від сажі в башту 4, заповнену керамічною насадкою і зрошувану гарячим конденсатом за допомогою відцентрового насоса 12. Одночасно в башті газ охолоджується до температури 175 - 200 і насичується водяними парами. Очищений від сажі газ, пройшовши сепаратор 5, прямує в теплообмінник 6, де підігрівається до температури 390 - 400 за рахунок тепла зворотного конвертованого газу. Підігріта парогазова суміш поступає в двухступеневий конвертор оксиду вуглецю 7. Конверсія здійснюється з водяною парою на среднетемпературному (перший ступінь) і низькотемпературному (другий ступінь) каталізаторах. Конвертований газ після виходу з конвертора прямує в трубний простір теплообмінника 6, де частина тепла віддається парогазовій суміші, що йде на конверсію. Тепло конвертованого газу далі використовується в котлі-утилізаторі 8 для отримання водяної пари тиском 2,5 - 5. Потім газ охолоджується в насадочному скрубері 9, зрошуваному циркулюючим конденсатом. Тепло конденсату частково використовується для підігріву води, використовуваної для уприскування в зволожувачі і у випарники конверторів, і частково - для нагрівання води, що поступає в котел-утилізатор. Інше тепло циркулюючого конденсату поглинається у водяному холодильнику 10. Циркуляція конденсату здійснюється відцентровим насосом 11.

1.2 Двухступенева каталітична конверсія метану з водяною парою під тиском, близьким до атмосферного

Двухступенева каталітична конверсія метану з водяною парою під тиском, близьким до атмосферного представлена на рисунку 1.2

Природний газ поступає в теплообмінник 8, де нагрівається до температури 380 за рахунок тепла конвертованого газу. Після теплообмінника газ прямує в апарат сіркоочистки 10, заповнений поглиначем на основі оксиду цинку, де очищається від сірчистих з'єднань до вмісту сірки 2 - 3 . У змішувачі 9 газ змішується з водяною парою до об'ємного співвідношення пар: газ = 2,5: 1. Водяна пара заздалегідь нагрівається до 380 в паропідігрівачі 7 за рахунок тепла газів, що утворюються в результаті конверсії оксиду вуглецю (ІІ). Регулювання співвідношення пар: газ здійснюється автоматично.

Парогазова суміш з температурою 380поступає на перший ступінь конверсії метану - в трубчасту піч 1. Трубки всередині заповнені нікелевим каталізатором, а зовні обігріваються продуктами згорання природного газу, спалюваного в газових пальниках. Температура газів на виході з трубчастої печі підтримується автоматично в межах 700 - 800 шляхом зміни подачі газу в пальники. На першому ступені конверсії відбувається окислення метану приблизно на 70%. Далі газ поступає в конвертор 2 другого ступеня, в якому при температурі 850 - 1000 на нікелевому каталізаторі відбувається практично повне окислення метану. Перед входом в конвертор другого ступеня до газу додається повітря. За рахунок спалювання частини газу підвищується температура в конверторі. При температурі 850 - 900 метан майже повністю реагує на нікелевому каталізаторі. Конвертований газ на виході з конвертора містить до 0,5% метану.

Після конвертора 2 газ поступає в котел-утилізатор 4, в якому температура газу знижується до 400, а тепло, віддане їм, використовується для отримання водяної пари. Для подальшого охолоджування і додаткового насичення водяною парою газ проходить через зволожувач 3.

Температуру газа, що поступає на конверсію оксиду вуглецю, регулюють, змінюючи подачу конденсату в зволожувач 3 або подаючи частину газу безпосередньо в зволожувач, минувши котел-утилізатор. Конверсія оксиду вуглецю відбувається в двухступеневому конверторі 6, перед яким встановлений змішувач 5 для змішування поступаючого на конверсію газу з додатковою кількістю пари.

Після конвертора 6 газ розділяється на два паралельні потоки. Один з них проходить через паропідігрівач 7, а інший - через теплообмінник 8, де конвертований газ охолоджується, віддаючи тепло парі і природному газу, що йде на конверсію. Потім конвертований газ додатково охолоджується, очищається від кисневмісних речовин і використовується для синтезу аміаку.

1.3 Одноступінчата каталітична конверсія метану з парокисневоповітряною сумішшю

Одноступінчата каталітична конверсія метану з парокисневоповітряною сумішшю представлена на рисунку 1.3.

Природний газ, що містить 95 - 97% метану, під тиском 3 - 5 поступає з газорозподільної станції в продуктивний корпус отримання аміаку, що складається з відділень отримання і очищення азотоводневої суміші, а також синтезу аміаку. Пройшовши розподільний вузол, природний газ під тиском 1,5 - 1,7 прямує до окремих агрегатів. У агрегаті газ поступає в нижню частину сатураційної башти 1, що має насадку. Зверху башта зрошується гарячою водою (85-90), завдяки чому газ нагрівається до 80-82 і насичується парами води до об'ємного співвідношення пар: газ = 0,43: 1. Парогазова суміш з сатураційної башти поступає в міжтрубний простір теплообмінника 2. У теплообміннику газ насичується парою до співвідношення пар: газ = 1: 1 і нагрівається до температури 500-600 за рахунок тепла конвертованого газу. Далі нагріта парогазова суміш поступає в змішувач 4. Кисень з цеху розділення повітря, що містить 0,5% і 4,5% , подається в змішувач 4 відцентровим насосом. Заздалегідь кисень змішується з повітрям. Перед входженням в змішувач 4 повітряно-киснева суміш проходить холодильник і зворотний гідрозатвор (на схемі не показані). Пароповітрянокиснева суміш, що має температуру 400, із змішувача 4 поступає з великою швидкістю в канал змішувача і зверху вниз подається в конвектор метану 5 шахтного типу. У конвекторі на нікелевому каталізаторі при температурі 850-1100 протікають реакції метану з киснем і водяною парою.

Конвертований газ, що має температуру 850, з конвектора прямує в зволожувач 3, куди подається конденсат. За рахунок випаровування конденсату газ охолоджується до температури 640 і насичується парами води до співвідношення пар: газ = 0,4: 1. Зволожений ковертований газ з температурою 625 поступає в трубний простір теплообмінника 2, де віддає тепло парогазовій суміші, що йде в конвектор метану, охолоджуючись при цьому до 400. Теплообмінник 2 і зволожувач 3 об'єднанні в один апарат. Далі газ поступає в двухступеневий конвектор окислу вуглецю 6, в якому на железохромовому каталізаторі протікає взаємодія з водяною парою. Між ступенями конвектора вприскується конденсат, який охолоджує газ до температури 370 і збагачує його парами води.

Конвертований газ, що містить до 3,5% і що має температуру близько 400, прямує в котел-утилізатор 7, де за рахунок охолоджування газу одержують насичену водяну пару тиском 5 - 8. Одержана в котлі-утилізаторі насичений пар використовується для конверсії метану і оксиду вуглецю (ІІ) і для регенерації розчинів, використаних для очищення газів.

Газ з температурою близько 200 з котла-утилізатора поступає у водонагрівальний теплообмінник 8. У ньому вода, циркулююча між сатураційною баштою і водонагрівальним теплообмінником, нагрівається до температури 85.

Циркуляція води здійснюється насосом 10. Кількість води, що випарувалася в сатураційній башті, компенсується додаванням хімічно очищеної води.

Охолоджений у водонагрівальному теплообміннику конвертований газ з температурою 80 поступає в конденсаційну башту 9 для остаточного охолоджування до 25 - 35 оборотною водою. Охолоджений конвертований газ збирається в газгольдер 11, а з нього поступає на очищення і стиснення.

1.4 Одноступінчата каталітична парокиснева конверсія метану при підвищеному тиску в реакторі шахтного типу

Одноступінчата каталітична парокиснева конверсія метану при підвищеному тиску в реакторі шахтного типу представлена на рисунку 1.4.

Природний газ у відділення конверсії поступає з газорозподільної станції під тиском 35 - 40 і розподіляється по окремим агрегатам. У агрегаті природний газ поступає в міжтрубний простір теплообмінника 3, куди подається насичена пара під тиском 26. Пара змішується з газом в співвідношенні 2:1. Парогазова суміш нагрівається в теплообміннику гарячим конвертованим газом до температури 400і поступає в змішувач 4 конвертора метана. Кисень, необхідний для процесу каталітичної конверсії метану, під тиском 27 поступає в змішувач 4 з цеху розділення повітря.

Тиск природного газу, кисню і пари стабілізується регуляторами тиску, встановленими на колекторах вказаних потоків.

Необхідне співвідношення газу, пари і кисню забезпечується автоматично регуляторами співвідношення. Парогазокиснева суміш з температурою 350 прямує в конвертор метану 5, де на нікелевому каталізаторі при температурі 900і тиску 20 протікає процес взаємодії метану з киснем і водяним паром.

Конвертований газ, що містить не більш 2% метану, при температурі 870 - 890поступає в зволожувач, розміщений в одному корпусі з конвертором метану. У зволожувачі газ охолоджується до температури 400 і насичується водяними парами. Далі парогазова суміш поступає на конверсію оксиду вуглецю, яка проводиться в два ступені. У конвертор 6 першого ступеня завантажений цинкхромовий каталізатор, в конвертор 7 другого ступеня - железохромовий. Між конверторами встановлений випарник 8, насадка якого зрошується конденсатом.

Після конвертора другого ступеня газова суміш поступає в трубки теплообмінника 3, де охолоджується до температури 300. Далі конвертований газ прямує в скрубер 2 першої ступені охолоджування, в якому охолоджується циркулюючим конденсатом до температури 120. При цьому конденсується велика частина водяної пари, що міститься в газі. Остаточне охолоджування газу до температури 40відбувається в скрубері 1 другої ступені охолоджування. Тут же відбувається майже повна конденсація водяної пари.

1.5 Двухступенева пароповітряна каталітична конверсія природного газу

Двухступенева пароповітряна каталітична конверсія природного газу представлена на рисунку 1.5.

Природний газ у цех надходить із зовнішньої мережі з тиском 0,65-1,2 МПа (6,5-12 кгс/см2) з масовою концентрацією сіркових сполук до 80 мг/м3 (в перерахунку на сірку) і газового конденсату до 15 г./м3.

Для відділення конденсату газ спрямовується у сепаратор 2. Газ після сепаратора 2 надходить на всмоктування двоступеневого відцентрового компресора 1, кожний ступінь якого зроблений як окремий корпус. Після першого ступеня компресора газ охолоджується в повітряному холодильнику 3 і надходить в сепаратор 4, де відділений конденсат збирається в сепаратор паливного газу 5, а газ надходить на всмоктування другого ступеня.

Параметри природного газу після компресора 1: температура 90 - 155 та тиск 3,5-4,34 МПа (35-43,4 кгc/см2).

Далі природний газ змішується з азотно-водневою сумішшю (надалі АВС або синтез-газ), до об'ємної частки водню в суміші не більш 11%.

Суміш природного газу і синтез-газу прямує в змійовики вогневого підігрівача 6, де підігрівається до температури 340 - 410.

Підігрівач складається з радіаційної та конвекційної зон з димарем, чотирьох змійовиків і чотирьох пальників.

Підігріта газова суміш надходить до реактора гідрування 7 поличного типу, де на алюмокобальтмолібденовому каталізаторі при температурі 320 - 420 відбувається гідрування сіркосполук до сірководню.

Реактор 7 - вертикальний, циліндричний двохполичний апарат, завантажений каталізатором С-49-1 (або АКМ). Очищення природного газу від сірководню відбувається в реакторах поличного типу 8, заповнених поглиначем С-7-2 або ГИAП-10 (на основі оксиду цинку).

Реакція поглинання сірководню оксидом цинку незворотня. Реактори 8 підключаються в роботу послідовно (в разі необхідності можливе паралельне підключення).

Схемою передбачена можливість заміни відпрацьованого поглинача в любому із реакторів без зупинки агрегату. Крім того, заміна поглинача передбачена при 18%-му насіркуванні.

Після сіркоочищення газ з масовою концентрацією сірки не більш 0,5 мг/м3 і температурою 340-399 змішується з перегрітою до 350-390 парою середнього тиску 3,8-4,2МПа (38-42 кгс/см2) у співвідношенні пара: газ, яке дорівнює (3,05,0):1 і прямує у змійовики підігрівача, розміщеного в конвекційній зоні печі 11 де нагрівається до температури не більше 524 0С, потім по дванадцяти колекторах піднімається на склепіння печі 11 де рівномірно розподіляється по усім реакційним трубам. Йдучи через шар каталізатора, парогазова суміш піддається конверсії.

Парова каталітична конверсія природного газу (первинний риформінг) здійснюється на нікелевому каталізаторі в реакційних трубах, що розміщені в радіаційній зоні трубчастої печі 11. Процес ведеться при температурі 745 - 854 і тиску на виході з печі 3,0-3,3 МПа (30-33 кгс/см2).

Тепло димових газів, що виходять з печі при температурі 1040, використовується:

· Для підігріву парогазової суміші, що поступає в реакційні труби, до температури 525.

· Для підігріву пароповітряної суміші, що йде в конвектор метану ІІ ступені, до температури 550.

· Для підігріву пара в двухступеневому пароперігрівачі до температури 490.

· Для підігріву живильної води, що йде на живлення котлів від 100 до 370.

· Для підігріву природного газу, що подається на спалювання в пальниках трубчастої печі, до температури 200.

Димові гази трубчастої печі після використання їхньої теплоти з температурою 197 - 237 викидаються димососами через димову трубу 8 в атмосферу.

Конверсія залишкового метану з паром відбувається в реакторі 12 в присутності каталізатора при температурі 900-1270 0С, з одночасним забезпеченням необхідного співвідношення водню до азоту для синтез-газу, подачею в нього необхідної кількості повітря.

Повітря для вторинного риформінгу забирається із атмосфери, проходить фільтр (на схемі не позначено), де очищається від пилу, і надходить на всмоктування двокорпусного чотирьохступінчастого відцентрового компресора 16.

Між ступенями компресора встановлені повітряні холодильники 3 і сепаратори 15 відповідно. Конденсат із міжступеневих сепараторів скидається в зливову каналізацію. Із нагнітання четвертого ступеня повітря з тиском не більш 3,56 МПа (35,6 кгc/см2) і температурою 130 -175 0С надходить на агрегат.

Підігріта до температури не більш, як 480 0С пароповітряна суміш надходить в реактор 12.

Парогазова суміш після первинного риформінгу з температурою 700-835 0С надходить з передатного колектору у верхню частину горловини реактора 12. При змішуванні у вільному об'ємі над каталізатором відбувається горіння частини газу з киснем повітря з підніманням температури до 9001270 0С, яка забезпечує конверсію залишкового метану на розміщених нижче шарах каталізатора. Зверху укладені шестигранні вогнетривкі плитки з отворами для рівномірного розподілення газового потоку. Нижче розміщений шар алюмохромового каталізатора, який сприймає на себе основне теплове навантаження. Решту корисного об'єму реактора займає нікелевий каталізатор.

Внаслідок вторинного риформінгу об'ємна частка метану у газі знижується до 0,35%.

Конвертований газ після реактора 12 з температурою 850-1000 0С і тиском 3,0 -3,3 МПа (30-33 кгс/см2) надходить у два паралельно працюючі котли-утилізатори 13 і далі у котел-утилізатор 13, де за рахунок утилізації тепла конвертованого газу виробляється пара високого тиску 10,0 -10,5 МПа (100-105 кгс/см2). Охолоджений газ з температурою 350 -390 0С прямує на конверсію оксиду вуглецю першої ступені 14. Після конверсії оксиду вуглицю конвертований гаг з температурою 400 проходить два теплообмінники 17, де газ охолоджується до температури 200 і прямує в конвектор оксиду вуглецю другої ступені 18. Далі газ прямує на очистку від кисневмісних сполук.

Науково технічній прогрес в виробництві синтетичного аміаку призвів до кочествених та кількісним змінам в цій сфері промисловості. Роздивимось коротко суть основних науково-технічних досягнень в цій промисловості:

Способ паровой конверсии углеводов осуществляемой в реакционных трубах трубчатой печи за счет тепла дымовых газов, получаемых от сжигания топлива топочных горелках и последующего сжигания топлива в туннельных горелках, отличающимся тем, что с целью снижения вредных выбросов и увеличения срока службы реакционных труб и катализатора, сжигание топлива в полочных горелках ведут при коэффициенте избытка воздуха [14].

Способ получения водородсодержащего газа, включающий первичную каталитическую паровую конверсию углеводородного сырья в трубчатом реакторе и последующую доконверсию его в каталитическом шахтном конвекторе при подаче в него кислородсодержащего газа, с последующей подачей нагретого конвертированного газа в межтрубное пространство трубчатого реактора, и отводом из процесса, отличающимся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности процесса, часть кислородсодержащего газа в количестве 0,1 -2,0 об% подают непосредственно в поток конвертированного газа [15].

Способ конверсии углеводородного сырья включающий нагревание исходного сырья, смешивание его с водородом и пропускание смеси через последовательно каталитические зоны, заполненные движущимся слоем катализатора, отличающимся тем, что, с целью увеличения срока службы катализатора, сырье разделяют на два потока, первый из которых с объемом 30-50 мас.% подают в первую зону при поддержании перепада давления в зоне 0,07-0,7, а второй поток с объемом 50-70 мас.% направляют во вторую зону, после чего 60-80 мас.% объединенной газовой смеси из первой и второй зон подают в третью зону при поддержании в ней перепада давления 0,07-0,7, а затем 20-40 мас.% газового потока полученого из первой и второй зон смешивают с потоком, отводимым из третьей зоны и направляют в четвертую каталитическую зону [16].

Способ конверсии метана водяным паром при повышенной температуре в присутствии катализатора содержащего палладий на носителе, отличающимся тем, что с целью увеличения степени превращения метана, в качестве носителя используют гранулированную и прокаленную смесь 40 - 80 мас.% оксида кальция и 20 - 60% алюмината кальция и конверсию осуществляют при [17].

Способ получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака путем двухступенчатой конверсии природного газа, включающий паровую конверсию в трубчатой печи и паровоздушную конверсию в шахтном реакторе, отличающимся тем, что, с целью снижения энергозатрат, паровую конверсию осуществляют под давлением 52 - 148 кгс/м2, в шахтную печь подают воздух при отношении воздуха и природного газа равным 2,17 - 1, из образующегося конвертированного газа отводят водород через мембрану, помещенную в шахтной печи, а затем смешивают отводимый водород с отбросным газом процесса шахтной печи, содержащим азот и водород. [18]

Способ получения водородсодержащего газа включающий паровую конверсию углеводородного сырья в трубчатом конвекторе и доконверсию в шахтном реакторе в присутствии предварительно нагретой до 700 - 900 кислородной смеси и газ получаемый на стадии доконверсии подают в межтрубное пространство трубчатого конвектора после чего отводят из процесса, отличающимся тем, что, с целью снижения энергозатрат, кислородную смесь перед нагреванием смешивают с водяным паром или диоксидом углерода в объемном соотношении 0,5 - 30 соответственно [19].

Способ получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака путем двухступенчатой конверсии природного газа, включающий паровую конверсию в трубчатой печи и паровоздушную конверсию в шахтной печи, отличающимся тем, что с целью снижения энергозатрат паровую конверсию осуществляют под давлением 52 - 148 , в шахтную печь подают воздух при отношении воздуха и природного газа равном 2,17 - 1 из образующегося конвертированного газа отводят водород через мембрану, помещенную в шахтной печи, а затем смешивают отводимый водород с отбросным газом процесса шахтной печи содержащим азот и водород [20].

Способ получения газа для синтеза аммиака, включающий паровую конверсию метана, подготовку паровоздушной газовой смеси путем сжигания воздуха в четирехсекционном центробежном компрессоре с охлаждением его между секциями и приготовлением пара с последующим их смешением и паровоздушную конверсию метана с отделением конденсата и газа, отличающимся тем, что с целью снижения энергозатрат, подготовку паровоздушной смеси осуществляют путем подачи воды на выход четвертой или третей и четвертой секций компрессора при поддержании температуры воздуха на выходе из четвертой и третей секций, равной 205 - 225 и 90 - 100 соответственно, а промежуточное охлаждение между этими секциями ведут до 77 - 87. Этот способ отличающийся тем, что конденсат со стадии паровоздушной конверсии возвращают на стадию сжатие воздуха [21].

Для оцінки техніко-економічних показників того чи іншого методу конверсії метану необхідно знати витратні коефіцієнти по природному газу і кисню на 1 т аміаку і витрати на електроенергію, пар і воду. Дані про витратні коефіцієнти приведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Витрати природного газу на 1т аміаку при різних видах конверсії

Тиск та витрати газів

Каталітична одноступенева конверсія

Каталітична двоступенева конверсія

Некаталітична високотемпера-турна конверсія

Тиск, МПа

0,17-0,19

1,7

0,15

2-3

1,7-3

Витрати природного газу,

800-850

840-880

1030

1100

920-970

Витрати кисню (100%),

- при киснево-повітряній конверсії

300-350

-

-

-

-

- при кисневій конверсії

470-485

510-525

-

-

550

Витрата палива і енергії на 1 т аміаку залежно від методу конверсії природного газу показано в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 - Витрати палива і електроенергії на 1 т аміаку в різних процесах конверсії природного газу

Конверсія

Витрати електроенергії, % загальних витратах енергії в процесі

Питомі витрати енергії на 1т аміаку

Енергетичний к.п.д., %

Маса умов. пал. т

кДж

Парокиснева конв. природного газу без тиску

28

1,8

5,4 · 107

35,4

Парокиснева конв. природного газу під тиском 2-3 МПа

28

1,6

4,6 · 107

40

Парокиснева двухступенева конв. природного газу під тиском 3-3,3 МПа

От 10 и нижче

1,02

3,8 · 107

55

Частка витрат по сировині складає 30 - 40% собівартості аміаку. З приведених даних виходить, що якнайменша витрата метану і кисню спостерігається в системах одноступінчатої каталітичної конверсії під тиском 1,7 МПа унаслідок високого виходу в процесі конверсії метану.

Разом з цим останніми роками широко застосовується метод парової безкисневої конверсії природного газу в трубчастих печах під тиском із застосуванням низькотемпературного каталізатора для процесу конверсії оксиду вуглецю. Метод дозволяє виключити установки розділення повітря для отримання кисню і замінити складні процеси очищення газової суміші від і залишків процесом гідрування і до метану. При цьому собівартість 1т аміаку знижується приблизно на 10%, а питомі капітальні вкладення зменшуються на 15 - 20% в порівнянні з установками конверсії метану без тиску. Нові потужні системи синтезу аміаку з використанням теплоти реакції для вироблення пари практично автономні в енергетичному плані. Для ведення в цих системах процесу не вимагається підведення з боку значних кількостей енергії і пари, оскільки вони виробляються усередині самої системи. Питомі капітальні вкладення і собівартість аміаку також значно знижуються при споруді енерготехнологічних систем великої потужності із застосуванням парогазової і пароповітряної конверсії природного газу під тиском 3,0 - 3,3 МПа. Ці висновки підтверджуються даними таблиці. 1.3.

Таблиця 1.3 - Техніко-економічні показники різних процесів конверсії метану у виробництві аміаку

конверсія

Витратні коефіцієнти на 1т аміаку

Питомі капіталовкладення

Собівартість 1т , %

Природний газ,

Пар, т

Електор-енергія

Вода,

1 Каталітична пароповітряно-киснева конв. природного газу без тиску з середньо-температурній конв. продуктивність агрегату 150-250 т за добу

900

4

1350-1400

300

100

100

2 Парова каталітична конв. природного газу в трубчастих печах під тиском 3-3,3 МПа з пароповітряною каталітичною шахтною конв. . Потужність агрегату 600т/добу

1140

-

770

300

65-70

70

3 Конв. природного газу така ж, як в п. 2. cтиснення АВС в турбокомпресорі високого тиску; синтез аміаку під тиском до 32МПа з використанням теплоти реакції для виготовлення пари з тиском до 14МПа і температурою 570. Потужність агрегату 1000-1500т/добу

1150

-

30-40

400-450

50-55

55-60

Отже з вище сказаного випливає, що найвигідніша конверсія природного газу це двухступенева парова каталітична конверсія під тиском 3-3,3 МПа, а синтез аміаку здійснюється під тиском 32 МПа. Потужність такого агрегату буде складати 1500т/добу.

2. Характеристика сировини і готової продукції

Таблиця 2.1 - Характеристика сировини і готової продукції

Найменування сировини і матеріалів

Державний або галузевий стандарт, технічні умови, регламент або методика на підготовку сировини

Показники, обов'язкові для перевірки

Регламентуємі показники з допустимими відхиленнями

Природний газ

ГОСТ 5542-87

Теплота згоряє низька при температурі 20 і тиску 101,325 кПа (10,1), не менше

31,8 (7600)

Масова концентрація сірководня, , не більш

0.02

Масова концентрація меркаптанової сірки, , не більш

0.036

Об'ємна частка кисню%, не більш

1.0

Масова концентрація механічних домішок, , не більш

0.001

Повітря технологічне

Регламент цеху А-5

Масова концентрація:

сірчистих з'єднань (в перерахунку на сірку), , не більш

0.05

з'єднань хлору в (перерахунку на хлор), , не більш

0.05

Синтез-Газ

Регламент цеху А-5

Об'ємна частка %

73-75

Об'ємна частка %

23.6-25

Об'ємна частка %, не більш

1.2

Масова концентрація , млн-1, не більш

20.0

Аміак

ГОСТ 6221-90

Масова частка , не менше

99.6

Масова частка води%

0.2-0.4

Масова частка азоту%, не менше

82

Масова концентрація масла, , не більш

8

Масова концентрація заліза, , не більш

2

Азот газоподібний

ГОСТ 9293-74

(изм. №1, 2, 3)

Об'ємна частка азоту% не менше

97,0

Повітря КВПіА

ГОСТ 17433-80

(изм. №1)

Масова концентрація води, , не більш

0,12

(температура точки роси, , не більш)

(мінус 40)

Масло КП-8

ТУ-38-101-124-6-90

Кінематична в'язкість при 100 , ССТ

7-8

Кислотне число, мг КОН, не більш

0,03

Коксована%, не більш

0,05

Масова концентрація води%

відсутність

Масова концентрація механічних домішок%

відсутність

Температура спалаху, , не нижче

200

Масло ТП-22

ГОСТ 9972-74

Кінематична в'язкість при 100 , ССТ

20-23

Кислотне число, мг КОН, не більш

0,1

Коксована%, не більш

0,05

Масова концентрація води%

відсутність

Масова концентрація механічних домішок%

відсутність

Температура спалаху, , не нижче

186

Алюмогель

ГОСТ 8136-85

(изм. №1)

Демінералізована вода

Технологічний регламент №3

Масова частка діоксиду кремнію ,

не більш

0,02

Масова частка заліза,

не більш

0,03

Масова частка міді,

не більш

0,02

Питома електрична провідність, мом/м

не більш

0,05

Тринатрійфосфат технічний

ГОСТ 201-76

Гидразінгидрат технічний

ГОСТ 19503-93

Аміачна вода

Масова концентрація аміаку у воді%

5 - 25

Азот продувний

ГОСТ 9293-74

Об'ємна частка азоту% не менше

97

Повітря технологічне

Технологічний регламент цеху А-5 №4

Масова концентрація:

- сірчистих з'єднань (в перерахунку на сірку), , не більш

0.05

- з'єднань хлора в (перерахунку на хлор), ,

0.05

Азот газоподібний

Технологічний регламент цеху К-3 №62

Об'ємна частка кисню%, не більш

1,0

Каталізатор гідрування сірчистих з'єднань типа АКМ

ТУ-38-101-194-77

Алюмокобальтмолібденовий або алюмоникель компоненти%

СоС

3.8-4

NiO

9-10

MoO

12-24

Насипна маса,

640-870

Гранули яскраво-голубого кольору

Поглинач сірководню типа ГИАП-10-2

(С-7-2)

ТУ113-03-2002-86

Цинковий на основі окислу цинку

Таблетки світло-сірого кольору

Насипна маса,

1300-1800

Каталізатор парової трубчастої конверсії Метану типу

ГИАП-18

(R-67-7H, R-67R-7H)

ТУ-113-03-2006-92

Нікелевий з суміші оксидів нікелю і алюмінію, активуючих і усмектирующих добавок, циліндрові кільця сірого і світло-сірого кольору.

Вміст NiО%

10-26

Насипна маса,

900-1200

Каталізатор пароповітряної конверсії Метану типу

ГИАП-3-6Н

(RKS-2-7H)

ТУ-113-03-313-85

Нікелеві з суміші оксидів нікелю (активний компонент) і алюмінію, активуючих і цементуючих добавок

Гранули сірого і темно-сірого кольору

Насипна маса,

1000-1500

Вміст NiО%

5-7

Каталізатор средньотемпературної конверсії З типа СТК-1-7

(SK-201-2)

ТУ-113-03-317-86

Залізохромовий, зміст заліза не менше%

(в перерахунку на ), не менше%

88

Хрому (в перерахунку на ), не менше%

7

Гранули червоно-бурого

кольору

Насипна маса,

1200

Діаметр гранул, мм

7-7,5

Каталізатор низькотемпературний конверсії З типу

НТК-4

(LK-821-2)

ТУ-113-03-2001-91

На основі з'єднань оксидів міді, цинку, алюмінію, хрому у вигляді таблеток циліндрової форми чорного кольору.

Насипна маса,

1550-1750

Вміст:

мідь (в перерахунку на CuO)%

54±3

хрому (в перерахунку на )%

цинку (в перерахунку на ZnO)%

11±1,5

Калій вуглекислий

ГОСТ 10690-73

Масова частка домішок%, не більш:

хлоридів

0,01

залоза

0,02

сульфатів

0,01

Гідроксид калію

КОН

ГОСТ 9285-78

Масова частка домішок для марки ХЧ

(хімічно чистий) в%:

хлоридів (Сl-1), не більш

0,002

Масова частка домішок для марки XLF

(чистий для аналізу)%

хлоридів (Сl-1), не більш

0,004

Вугілля активоване

ГОСТ 8703-74

-

-

Діетаноламін марки «Ч»

ТУ 6-09-2652-86

Масова частка діетаноламіна%, не менше

98

Каталізатор нікелевий метанування НКМ-1 (С-13-4)

ТУ-113-03-2003-92

-

-

Калій азотнокислий

ГОСТ 4144-79

-

-

Оксид ванадію V

ТУ 6-09-40-93-98

-

-

Конвертований газ на вході у відділення очищення газу від двооксиду вуглецю і метанувания

Згідно проекту

Об'ємна частка%

водню

59,5-63,5

двооксиду вуглецю

15,6-19,6

азот + аргон

18,1-22,1

Метану

0,2-0,35

оксиду вуглецю

н/б 0,5

Синтез-газ на виході з відділення очищення газу від діоксиду вуглецю і метанувания

Згідно проекту

Об'ємна частка%

водню

71,9-75,0

азот + аргон

23,0-27,0

Метану

0,9-1,4

діоксиду вуглецю, млн-1, не більш

10

оксиду вуглецю, млн-1, не більш

10

2.1 Характеристика продукції, що випускається

Продукція - аміак рідкий синтетичний. Хімічна формула - NH3.

Аміак технічний рідкий виробляться у відповідності з вимогами ГОСТ 6221-90.

В залежності від галузі використання рідкий аміак виробляється трьох марок:

А - для виробництва азотної кислоти, у якості холодоагенту, для азотування та для створення захисних атмосфер.

Ак - для поставки на експорт та для транспортування по магістральному аміакопроводу.

Б - для переробки на добрива та у сільському господарстві - як азотне добриво.

По узгодженню зі споживачем, можливе використання будь-якої із вказаних марок у галузях народного господарства та поставки на експорт.

Рідкий аміак повинен відповідати нормам, які вказані у таблиці 2.2

Таблиця 2.2 - Продукційний аміак

Найменування показника

Норма для марки

Метод аналізу

А

Ак

Б

1 Масова частка аміаку, %, не менш

99,9

99,6

99,6

За п. 3.2 за ГОСТ 6621-90

2 Масова частка азоту, %, не менш

-

82

82

За п. 3.3 за ГОСТ 6621-90

3 Масова частка води (залишок після випарювання), %

-

0,2-0,4

0,2-0,4

За ГОСТ 28362.1

4 Масова частка води (метод Фішера), %, не більш

0,1

-

-

За ГОСТ 28362.2

5 Масова концентрація масла, мг/дм3, не більш

2

2

8

За ГОСТ 28362.3

За ГОСТ 28362.4

6 Масова концентрація заліза, мг/дм3, не більш

1

1

2

За ГОСТ 28362.5

7 Масова частка загального хлору, млн-1, (мг/кг), не більш

-

0,5

-

За ГОСТ 28362.6

8 Масова частка оксиду вуглецю(ІV), млн-1 (мг/кг), не більш

-

20-40

-

За ГОСТ 28362.7

Примітка: дозволяється масова частка води у рідкому аміаку марки Ак, який транспортується у цистернах, та марки Б менше ніж 0,2%, і доведення її до норми 0,2-0,4% на припортових заводах.

Аміак при нормальній температурі і атмосферному тиску знаходиться у газоподібному стані. Газоподібний аміак відноситься до горючих газів. Температура його самозаймання 650 0С, мінімальна енергія запалення 680 МДж.

Суміш амаку з повітрям вибухонебезпечна при наявності в ній аміаку від 15 до 28%.

Рідкий аміак відноситься до важкозаймистих речовин.

Температура кипіння рідкого аміаку при тиску 0,1 МПа (1 кгс/см2) дорівнює мінус 33,4 0С. В цих умовах густина газоподібного аміаку - 0,89 кг/м3, рідкого - 682,8 кг/м3.

Температура плавлення при тиску 0,1 МПа складає 77,7 0С.

Температура розкладу аміаку на азот та водень:

без каталізатору - 1200 0С й більше;

у присутності каталізатора - 300 0С.

Аміак добре розчинюється у воді, при цьому утворюється гідроксид амонію. При температурі 20 0С і тиску 0,1 МПа в одному об'єму води розчинюється 695 об'ємів аміаку.

Мольний об'єм при 273,14 К і тиску 0,1 МПа дорівнює 22,08 м3/кмоль.

Газова стала - 0,49 кДж/(кг х К).

Критична температура - 405,55 0К (132,4 0С).

3. Фізико-хімічні основи процесу

3.1 Кінетика процесу конверсії метану

В даний час на сучасних підприємствах найбільше застосування знаходять промислові методи отримання водню шляхом конверсії природного газу, що складається в основному з метану, за допомогою різних окислювачів. Найбільшрентабельнішим з них по витратах електроенергії є парова каталітична конверсія метану.

В основі конверсії водяним паром лежать наступні сумарні ендотермічні реакції:

(3.1)

При використанні як початкова сировина метан і водяний пар реакція протікає за рівнянням:

(3.2)

При надлишку водяної пари реакція протікає за рівнянням:

(3.3)

Реакцію (3.3) можна розглядати як результат накладення реакції (3.2) на реакцію взаємодії з водяною парою:

(3.4)

Константи рівноваги реакцій (3.2), (3.3) і (3.4), визначаючих процес конверсії з водяною парою, в загальному вигляді виражаються наступними рівняннями:

, (3.5)

де ,,,, - парціальний тиск метану, оксиду вуглецю (II), оксиду вуглецю (IV), водяного пари, водню, в рівноважній газовій суміші з загальним тиском , тобто:

, (3.6)

де - парціальний тиск інертного газу (суміш азоту і аргону).

Значення константи рівноваги може бути обчислене для будь-якої температури за рівнянням:

. (3.7)

Значення констант реакцій (3.2), (3.3) і (3.4) залежно від температури приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Значення констант реакцій при різних температурах

Температура, К

800

3,112·10-2

0,126

4,038

900

1,3071

2,879

2,204

1000

2,6631·10

3,649·10

1,374

1100

3,1487·102

2,959·102

0,9444

Продовження таблиці 3.1

1200

2,4852·103

1,723·103

0,6966

1300

1,4237·104

2,759·103

0,5435

1400

6,4541·104

2,821·104

0,4406

Рівноважний склад газу парової конверсії метану.

Згідно правилу, число невідомих реакцій, що визначають будь-який рівноважний процес, рівне різниці між числом компонентів, що беруть участь в рівновазі, і числом хімічних елементів, з яких складаються ці компоненти.

В даному випадку в результаті реакцій встановлюється рівновага між п'ятьма головними компонентами газової суміші - , , , і , які утворені з трьох хімічних елементів - вуглецю, водню і кисню. Звідси число незалежних реакцій, що повністю характеризують рівновагу даного процесу, рівне двом, в якості цього приймають реакції (3.2) і (3.4). Константа рівноваги (3.2) визначає кількість метану, що не прореагував, а також сумарну кількість отриманого оксиду вуглецю (II) і водню. Співвідношення ж між цими компонентами ( і ) регулюється реакцією (3.4) взаємодії з водяною парою, рівновага якої при даній температурі залежить в основному від кількості водяної пари в системі.

З метою отримання максимального виходу водню процес конверсії метану слід було б вести по реакції (3.3) одноступінчато з безпосереднім отриманням водню і оксиду вуглецю (IV). Проте такий процес термодинамічно невигідний, оскільки вимагає надмірно великих витрат пари. Крім того, при понижених температурах конверсії в продуктах реакції залишається багато метану, що не прореагував, а при підвищених - в газі міститься велика кількість оксиду вуглецю (II).

Для визначення ступеня конверсії метану залежно від температури і складу початкової газової суміші розглянемо розрахунок рівноважного складу газу парової конверсії метану в загальному вигляді.

Позначимо через кількість молей речовини, яка знаходиться в суміші до реакції. Реакційна суміш містить, моль: метану - , водяної пари - , оксиду вуглецю (II) - , водню - , оксиду вуглецю (IV) - , азоту -

Всього в суміші міститься:

. (3.8)

Нехай молей метану реагує по реакції (3.2), після чого молей реагує по реакції (3.4). Тоді газ після протікання цих реакцій матиме кінцевий склад, молей: метану - (), водяної пари - (), оксиду вуглецю (II) - (), водню - (), оксиду вуглецю (ІV) - (), азоту -

. (3.9)

Підставивши значення, , , , , в рівняння (3.5), що зв'язують константи рівноваги реакцій (3.2) і (3.4) з парціальним тиском компонентів газової суміші, одержимо систему рівнянь:

. (3.10)

, (3.11)

За умови, що і відомі, система рівнянь (3.10) і (3.11) є системою двох рівнянь з двома невідомими. Рішення її дає можливість визначити значення і . Підставивши ці значення в рівняння парціального тиску компонентів кінцевої газової суміші (3.9), одержимо рівноважний склад газової суміші.

Теоретичний склад газу парової конверсії метану в температурному інтервалі 800 - 1200 приведений на рисунку 3.1, з якого видно, що з підвищенням температури реакції кількість метану, водяної пари і оксиду вуглецю (IV) зменшується, а кількість водню і оксиду вуглецю (II) зростає. Крім того, при температурах понад 1200можна одержати газ, що повністю складається з водню і оксиду вуглецю (II).

Рисунок 3.1 - Залежність рівноважної газової суміші, що утворюється в результаті реакцій (3.2), (3.3), (3.4) від температури.

Швидкість окислення метану водяною парою на нікелевому каталізаторі і інтервалі температур 400 - 700 описується емпіричним диференціальним рівнянням:

, (3.12)

де,,, - парціальний тиск реагентів; - константа швидкості; - час реакції, с.

Залежність константи швидкості реакції від температури для інтервалу температур 400 - 700 виражається рівнянням:

, (3.13)

де 96,3 - енергія активації, кДж/моль; - газова постійна, Дж/(моль · К); - константа швидкості реакції, .

При вивчення кінетики на нанесеному нікелевому каталізаторі одержали достатньо точне і просте кінетичне рівняння:

. (3.14)

Дослідження кінетики процесу конверсії метану водяною парою проведені при атмосферному і підвищеному тиску у присутності нікелевих каталізаторів типа ГИАП-3, вірогідним окисно-відновний механізм процесу, що протікає через проміжні реакції взаємодії реагентів з активним компонентом каталізатора - нікелем. Варіант двохстадійного процесу може бути представлений у вигляді рівнянь реакцій:

Сумарну швидкість конверсії визначає реакція, що приводить до утворення активного проміжного з'єднання:

. (3.15)

Вважаючи, що швидкість останньої реакції пропорційна поверхневій концентрації активного проміжного з'єднання, і встановлюючи концентрацію з умов рівноваги реакції, одержимо кінетичне рівняння (при незначних надлишках водяної пари в початковій суміші) :

. (3.16)

Таким чином, підвищення температури, пониження тиску і збільшення надлишку водяної пари сприяють підвищенню ступеня конверсії метану. Проте, не дивлячись на здвиг рівноваги реакції в небажаному напрямі і підвищеному тиску, на практиці застосовують підвищений тиск, що приводить до зниження енергетичних і капітальних витрат [2, 3].

3.2 Вплив тиску на реакції конверсії вуглеводнів

Всі реакції конверсії метану в синтез-газ протікають із збільшенням об'єму, внаслідок чого підвищення тиску веде до зміщення рівноваги реакцій конверсії вліво. Відповідно з термодинаміки, випливає, що підвищення тиску негативно впливає на хід процесу. Кількість залишкового метану в конвертованому газі приблизно пропорційна квадрату тиску. Проте негативний вплив тиску повністю компенсується значним підвищенням температури в зоні реакції. При високих температурах, яких легко досягти шляхом часткового окислення вуглеводнів, стан рівноваги дає можливість одержати високий вихід і при високому тиску і цілком допустиму кількість залишкового метану в конвертованому газі.

В разі використовування одержаних газів для синтезів (, і ін.) під високим тиском реакції конверсії вуглеводнів економічніше висти при підвищеному тиску.

Тиск не впливає на рівновагу реакції (3.3), від якої залежить співвідношення між кількістю водню, оксиду вуглецю (II), оксиду вуглецю (IV) і водяної пари.

Застосування тиску дозволяє досягти будь-якого ступеня перетворення метану при високих температурах, що видно за даними таблиці. 3.3.

Таблиця 3.3. Залежність вмісту метану в конвертованому газі від тиску і температури

Тиск, процесу, МПа

Необхідна температура , процесу при вмісті метану в рівноважній суміші% (об.)

5

2

1

0,5

0,2

0,101

-

700

-

-

800

1,013

800

870

950

950

1000

2,26

870

950

1000

1030

1100

4,52

940

1020

1080

1130

1200

Кращі результати одержують при конверсії гомологів метану (етан, пропан, бутан і ін.) в умовах високого тиску, оскільки ці гомологи взаємодіють з водяною парою при більш низьких температурах (400 - 500).

3.3 Каталіз процесу конверсії Метану. Каталізатори

Приведені вище реакції конверсії метану можуть протікати у присутності каталізаторів або без них. Залежно від цього швидкості реакцій і їх механізми різні.

За відсутності каталізатора швидкість конверсії метану з водяною парою порівняно мала і термодинамічна рівновага в області температур 700 - 1050 не досягається.

Найкращими каталізаторами для реакцій конверсії метану є нікелеві і кобальтові, активовані добавками оксидів алюмінію, магнію, хрому, торія і ін. На таких каталізаторах рівновага досягається протягом 0,5 - 0,6с при 700 - 900.

Якість каталізатора значною мірою залежить від природи носія, що визначає міцність каталізатора, поверхню його контакту і ін. Найбільше застосування як носії знайшли: оксид алюмінію (глинозем), шамот, плавлений оксид магнію і кізельгур. Кращими промоторами (активаторами) нікелевого каталізатора, нанесеного на оксид алюмінію, виявилися ,,, .

На сучасних заводах каталітичну конверсію метану про водять на нікелевих каталізаторах типа ГИАП-3. Нікелевий каталізатор містить 5% (активний компонент), 94% (носій), 1% (промотор). В даний час розроблені і застосовуються вдосконалені наносні нікелеві каталізатори, наприклад ГИАП-3-6Н, ГИАП-16 та інші.

Конверсію метану з різними окислювачами проводять у присутності каталізаторів, за винятком високотемпературної конверсії, що здійснюється при температурі 1570-1770 К. В цьому випадку процес з достатньою швидкістю окислення метану протікає без каталізатора.

Щоб уникнути зниження активності каталізатора вміст домішок оксиду кремнію в носії повинен бути не більш 0,5%, оскільки при температурах понад 1170 К нікель утворює з неактивний силікат нікелю. Небажана також присутність сульфату кальцію, який при відновленні може виділяти сірководень, що отруює каталізатор [3].

4. Розробка та опис технологічної схеми виробництва

Природний газ у цех надходить із зовнішньої мережі з тиском 0,65-1,2 МПа (6,5-12 кгс/см2) з масовою концентрацією сіркових сполук до 80 мг/м3 (в перерахунку на сірку) і газового конденсату до 15 г./м3.

Для відділення конденсату газ спрямовується у сепаратор 2. Газ після сепаратора 2, конденсат який виділився при цьому поступає в сепаратор паливного газу 5, далі газ надходить на всмоктування двоступеневого відцентрового компресора 1, кожний ступінь якого зроблений як окремий корпус. Після першого ступеня компресора газ охолоджується в повітряному холодильнику 3 і надходить в сепаратор 4, де відділений конденсат збирається в сепаратор паливного газу 5, а газ надходить на всмоктування другого ступеня.

Параметри природного газу після компресора 1: температура 90 - 155 та тиск 3,5-4,34 МПа (35-43,4 кгc/см2).

Далі природний газ змішується з азотно-водневою сумішшю (надалі АВС або синтез-газ), до об'ємної частки водню в суміші не більш 11%.

Суміш природного газу і синтез-газу прямує в змійовики вогневого підігрівача 6, де підігрівається до температури 340 - 410.

Підігрівач складається з радіаційної та конвекційної зон з димарем, чотирьох змійовиків і чотирьох пальників.

Підігріта газова суміш надходить до реактора гідрування 7 поличного типу, де на алюмокобальтмолібденовому каталізаторі при температурі 320 - 420 відбувається гідрування сіркосполук до сірководню.

Реактор 7 - вертикальний, циліндричний двохполичний апарат, завантажений каталізатором С-49-1 (або АКМ). Очищення природного газу від сірководню відбувається в реакторах поличного типу 8, заповнених поглиначем С-7-2 або ГИAП-10 (на основі оксиду цинку).

Реакція поглинання сірководню оксидом цинку незворотня. Реактори 8 підключаються в роботу послідовно (в разі необхідності можливе паралельне підключення).

Схемою передбачена можливість заміни відпрацьованого поглинача в любому із реакторів без зупинки агрегату. Крім того, заміна поглинача передбачена при 18%-му насіркуванні.

Після сіркоочищення газ з масовою концентрацією сірки не більш 0,5 мг/м3 і температурою 340-399 змішується з перегрітою до 350-390 парою середнього тиску 3,8-4,2МПа (38-42 кгс/см2) у співвідношенні пара: газ, яке дорівнює (3,05,0):1 і прямує у змійовики підігрівача, розміщеного в конвекційній зоні печі 11 де нагрівається до температури не більше 525 0С, потім по дванадцяти колекторах піднімається на склепіння печі 11 де рівномірно розподіляється по усім реакційним трубам. Йдучи через шар каталізатора, парогазова суміш піддається конверсії.

Парова каталітична конверсія природного газу (первинний риформінг) здійснюється на нікелевому каталізаторі в реакційних трубах, що розміщені в радіаційній зоні трубчастої печі 11. Процес ведеться при температурі 745 - 854 і тиску на виході з печі 3,0-3,3 МПа (30-33 кгс/см2).

Тепло димових газів, що виходять з печі при температурі 1040, використовується:

· Для підігріву парогазової суміші, що поступає в реакційні труби, до температури 525.

· Для підігріву пароповітряної суміші, що йде в конвектор метану ІІ ступені, до температури 550.

· Для підігріву пара в двухступеневому пароперігрівачі до температури 490.

· Для підігріву живильної води, що йде на живлення котлів від 100 до 370.

· Для підігріву природного газу, що подається на спалювання в пальниках трубчастої печі, до температури 200.

Димові гази трубчастої печі після використання їхньої теплоти з температурою 197 - 237 викидаються димососами через димову трубу 9 в атмосферу.

Конверсія залишкового метану з паром відбувається в реакторі 12 в присутності каталізатора при температурі 900-1270 0С, з одночасним забезпеченням необхідного співвідношення водню до азоту для синтез-газу, подачею в нього необхідної кількості повітря.


Подобные документы

  • Основні методи очищення газів від органічної сірки. Каталізатори на основі заліза, кобальту, нікелю, молібдену, міді, цинку для процесу гідрування сіркоорганічних сполук. Матеріальний баланс процесу гідрування. Конверсія природного газу та окису вуглецю.

    контрольная работа [181,3 K], добавлен 02.04.2011

  • Одержання водню конверсією метану. Промислові види каталітичної переробки газоподібних або рідких вуглеводнів. Технологічна схема двоступінчастого методу конверсії природного газу. Одержання водню та азотоводневої суміші газифікацією твердих палив.

    реферат [204,6 K], добавлен 20.05.2011

  • Фізико-хімічні основи процесу вловлювання бензольних вуглеводнів. Матеріальний та конструктивний розрахунки бензольного скруберу. Розрахунок насосної установки для подання поглинаючого мастила. Якість уловлювання бензольних вуглеводнів з коксового газу.

    курсовая работа [606,4 K], добавлен 04.12.2013

  • Характеристика сировини, готової продукції та вимоги до них. Сучасні дослідження в області виробництва каталізаторів парової конверсії СО. Вирішення проблеми сірки в технології залізохромового каталізатора. Тепловий та матеріальний розрахунок реактора.

    курсовая работа [151,0 K], добавлен 09.11.2014

  • Аналіз варіантів одержання продукту. Обґрунтування вибору способу виробництва. Основні і допоміжні стадії прийнятого до розробки способу. Технологічні розрахунки основного реакторного процесу. Фізико-хімічні основи процесу приготування вапняного молока.

    курсовая работа [152,8 K], добавлен 09.10.2015

  • Основи електролізу водних розчинів хлориду натрію діафрагмовим методом. Фізико-хімічні основи технологічного процесу виробництва каустичної соди. Електроліз водних розчинів хлориду натрію мембранним методом з твердим катодом. Проблемні стадії виробництва.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.02.2015

  • Способи отримання сульфату амонію, обгрунтування технологічної схеми виробництва. Матеріальний і тепловий баланси абсорбера, розрахунок випарника. Характеристика сировини, напівпродуктів і готової продукції. Основні параметри технологічного обладнання.

    дипломная работа [980,7 K], добавлен 18.06.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.