|
|
Получение и переработка синтез-газа, концентрированногоОксида углерода и водорода 3.1. Получение синтез-газа [1],[3] Сырьем процесса может служить метан или природный газ, а также жидкие фракции нефти. Основная реакция, лежащая в основе этого процесса, состоит в конверсии углеводородов водяным паром. Пароводяная конверсия углеводородов, например СН4, идет в присутствии катализатора, реакция (3.1):
Реакция сильно эндотермична, и её равновесие смещается вправо лишь при повышении температуры, поэтому процесс ведут при 800 – 9000С в избытке водяного пара. Наряду с конверсией СН4 протекает также конверсия оксида углерода, реакция (3.2):
Эта реакция экзотермическая, т.е. её равновесие при повышении температуры смещается влево, а избыток водяного пара вызывает повышенное образование диоксида углерода. Ввиду высокой эндотермичности конверсию углеводородов проводят в трубчатых печах (рис.3.1,а). Исходное сырье подают в трубы, заполненные гетерогенным катализатором и обогреваемые топочным газом. Недостатки этой системы - большая потребность в жаростойких трубах и малое полезное использование объема печи, в которой катализатор занимает очень небольшую часть. По этим причинам была разработана другая система, в которой эндотермические реакции конверсии совмещены с экзотермическим процессом сгорания части углеводорода при подаче в конвертор кислорода, благодаря чему суммарный процесс становится немного экзотермическим. Расчеты показывают, что для этой цели на конверсию надо подавать смесь СН4 и О2 в отношении 1,0: 0,55, находящуюся вне пределов взрываемости, которые тем более не достигаются из-за разбавления смеси водяным паром. Объемное отношение последнего к метану в этом случае можно брать более низким, чем в отсутствии кислорода, а именно от 1: 1 до (2,5 ÷ 3,0): 1 в зависимости от применяемого давления. Этот процесс окислительной, или автотермической конверсии получил большое распространение. Он не требует подвода тепла извне и осуществляется в шахтных печах со сплошным слоем катализатора (рис. 3.1,б). Корпус конвертора футерован огнеупорным кирпичом и имеет охлаждающую водяную рубашку, в которой генерируется пар. В верхней части конвертора имеется смеситель, куда подают смеси СН4 + Н2О и О2 + Н2О. Смеситель должен обеспечить гомогенизацию смеси в условиях, исключающих взрыв или воспламенение. Сгорание метана протекает примерно в 10 раз быстрее конверсии, поэтому в верхних слоях катализатора температура быстро повышается до максимума (1100-1200°С) и затем падает (до 800-900°С) на выходе из печи. По сравнению с конверсией в трубчатых печах при этом методе устраняется потребность в жаростойких трубах, конструкция реактора становится очень простой и большая часть его объема полезно используется для размещения катализатора. При окислительной конверсии в получаемом газе несколько возрастает количество СО.
а)— трубчатая печь б)— шахтная печь; Рис. 3.1. Реакторы для каталитической конверсии углеводородов.
Технология процесса. Процесс состоит из нескольких стадий: подготовки сырья, конверсии, утилизации тепла, очистки газа от СО2. При подготовке сырья следует иметь в виду, что никелевый катализатор чувствителен к отравлению органическими соединениями серы, содержание которых ограничивают величиной 1 мг S в 1 м3 сырья. Сырье, не удовлетворяющее этим условиям, нужно очищать, для чего его подвергают каталитическому гидрообессериванию с последующим удалением образовавшегося сероводорода. Стадия подготовки сырья включает также компримирование газа (если это необходимо), смешение его с водяным паром и предварительное нагревание смеси. Принципиальная схема окислительной конверсии метана (или природного газа) при высоком давлении приведена на рис. 3.2. Исходный метан, очищенный, если это необходимо, от сернистых примесей, сжимают турбокомпрессором 1 до 2-3 МПа и смешивают с необходимым количеством водяного пара и СО2.
Рис. 3.2. Технологическая схема окислительной конверсии природного газа при высоком давлении. 1 — турбокомпрессор; 2, 3, 10 —теплообменники: 4— котел-утилизатор; 5 — паросборники; 6 — конвертор; 7 —скруббер; 8 — холодильник; 9 — абсорбер; 11 — десорбер; 12.— дроссельный вентиль; 13 — кипятильник"
Смесь подогревают в теплообменнике 2 до 400°С частично охлажденным конвертированным газом и подают в смеситель конвертора 6, куда поступает предварительно приготовленная смесь кислорода с равным объемом водяного пара. Конвертор охлаждается кипящим в рубашке конденсатом; при этом генерируется пар давлением 2-3 МПа, который отделяют в паросборнике 5. Тепло горячего конвертированного газа, выходящего из конвертора при 800-900°С, используют в котле-утилизаторе 4 для получения пара высокого давления, направляемого затем в линию пара соответствующего давления или используемого для привода турбокомпрессора. Тепло частично охлажденного газа утилизируют для предварительного подогревания смеси в теплообменнике 2 и в теплообменнике 3 для нагревания водного конденсата, питающего котел-утилизатор. Окончательное охлаждение газа осуществляют в скруббере 7 водой, циркулирующей через холодильник 8. Полученный на этой стадии синтез-газ вне зависимости от требований к соотношению СО и Н2 содержит, % мол.: 15-45 СО; 40—75 Н2; 8—15 СО2; СН4 и по 0,5—1% N2 и Аr, соответственно Этот газ очищают от СО2, для чего применяют абсорбцию водой под давлением, хемосорбцию водным раствором моноэтаноламина или карбоната калия (реакции 3.3). При нагревании и снижении давления происходят обратные превращения и выделяется СО2, а раствор абсорбента регенерируется:
Конвертированный газ поступает в абсорбер 9, где поглощается диоксид углерода, а очищенный газ направляют затем потребителю. Насыщенный абсорбент подогревается в теплообменнике 10 горячим регенерированным раствором и поступает в десорбер 11, с низа которого абсорбент направляют через теплообменник 10 вновь на поглощение СО2 в абсорбер 9. Диоксид углерода с верха десорбера 11 компримируют до соответствующего давления и возвращают на конверсию, смешивая перед теплообменником 2 с природным газом и водяным паром. На получение 1 м3 очищенного синтез-газа расходуется 0,35— 0,40 м3 природного газа, 0,2 м3 технического кислорода и в зависимости от применяемого давления и добавки СО2 от 0,2 до 0,8 кг водяного пара. Высокотемпературная конверсия углеводородов отличается высокой температурой (1350—1450°С) и отсутствием катализаторов. Процесс состоит в неполном термическом окислении метана или жидких фракций нефти, причем главной первичной реакцией в случае СН4 является окисление его в смесь СО, Н2О и Н2 (реакция 3.4):
В небольшом количестве образуются также СО2 и углеводороды С3 и C2, в том числе ацетилен. Высокотемпературную конверсию углеводородов проводят при давлении от 2-3 до 10-14 МПа. Конвертор для этого процесса подобен изображенному на рис. 3.1(а), за исключением того, что в нем нет ни катализатора, ни свода, на который его укладывают; это - пустотелый аппарат, рассчитанный на высокое давление. Конвертор имеет внутреннюю изоляцию и водяную рубашку, предохраняющую корпус от действия высоких температур, а также смеситель углеводорода и кислорода, обеспечивающий, быструю гомогенизацию смеси во взрывобезопасных условиях. Достоинствами процесса являются его высокая интенсивность, простота конструкции конвертора, отсутствие катализатора и нетребовательность к качеству исходного сырья. Это обусловливает все более широкое распространение высокотемпературной конверсии особенно для жидких углеводородов (вплоть до мазута и сырой нефти), которую оформляют в виде энерготехнологических схем с агрегатами большой единичной мощности.
  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
