Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Враховуючи, що температура каталітичних реакцій при конверсії CO в CO2 перебуває в межах 400—500° C,'після конверсії CH4 проводять конверсію CO в іншому апараті і з іншим каталізатором. Для конверсії CO найефективнішими є залізооксидні каталізатори з домішкою активаторів на основі Cr, Pb, Mg, Cu та інших металів; вони працюють при температурах 425—450° C і співвідношенні пара — газ, рівному 3:1.
Парову каталітичну конверсію CHj і CO проводять за схемою, наведеною на рис. 108. Природний газ, що надходить на конверсію, нагрівається в трубчастому теплообміннику 2,до 380—400° С, Для конверсії CH4 використовують нікелевий каталізатор, тому природний газ ретельно очищають від H2S і органічних сполук S при 380—400° C у поглиначі /, виготовленому на основі Zn. Після поглинача сірчистих сполук у газі залишається не більш як 2—Змг/м3. Водяна пара для конверсії підігрівається в пароперегрівнику 3 до 380—400° C і потім змішується з очищеним природним газом у співвідношенні газ — пара, що дорівнює 1 : 2,5.
Парогазова суміш надходить у трубчасту піч 9, де основна маса CH4 зазнає конверсії. В зоні каталізатора парогазова суміш нагрівається до 700—750° C Об'ємна швидкість процесу дорівнює 500— 600 м3/(м3 • год) в перерахунку на природний газ.
Газ для підігрівання Води і конденсату
Природний газ
Ж5
Рис. 109. Схема високотемпературної конверсії природного газу під тиском-.
З трубчастої печі конвертора CH4 першого ступеня газова суміш надходить у конвертор CH4 другого ступеня 8, куди подається і повітря, після чого частково надходить у котел-утилізатор 6, де охолоджується до 400° С, а частково — у зволожувач 7, де насичується до. норми водяною парою. У змішувачі 5 до газової суміші ще додається надлишок водяної пари, приблизно у півтора раза більший від стехіометричної кількості, що необхідно для повнішої конверсії CO в конверторі 4.
Газ, що виходить з конвертора 4, розділяється на два паралельних потоки, один з яких іде в теплообмінник 2 для нагрівання природного газу, другий — у пароперегрівник 3 для нагрівання водяної пари. Охолоджений конвертований газ, що має приблизно такий склад (%);
CH4 — 0,4, CO — 4, H2 — 59,8, CO2 — 15,2, N2 — 20,6, очищається від COj-LCO2-
У промисловості застосовують також процесил<аталітичніії_конвер-сії під тиском до ЗО • 105 Па, каталітичну парокисневу.і парокиснево= повітряну конверсії природного газу та ін. В останньому процесі витрата O2 з розрахунку на 1 т NH3 на 40% менша, оскільки використо-
ІУ верхній частині конвертора (рис. 109), заповненого нікелевим каталізатором, частина_СНд_окислюеться O2 повітря за реакцією (е^ внаслідок чого температура газової "сумТшГгіідвищується " до 950— 1000° С. В нижній частині конвертора триває реакція між CH4, що не прореагував у печі, і водяною парою, а також частково відбувається конверсія CO.
У конверторі на залізохромовому каталізаторі CO окисляється водяною парою до CO2 і одночасно, внаслідок відновлення водяної пари, утворюється H2. Конверсію CO провадять у дві стадії.
Кисень вводиться в такій кількості, щоб процес проходив аутотер-мічно і весь час підтримувалась потрібна температура. Щоб запобігти спалаху газової суміші у вільному об'ємі перед каталізатором, швидкість газового потоку в змішувачі та у вхідному каналі конвертора
повинна бути значно більшою від швидкості поширення полум'я, тобто приблизно 100 м/с.
Високотемпературну (некаталітичну) конверсію CH4 проводять киснем або повітрям, збагаченим O2, без участі каталізаторів при 1275— 1400° С. Процес відбувається надзвичайно швидко і внаслідок крекінгу CH4 утворюється сажа за реакцією
*~" , CH4 = С + 2H2 — Q.
При температурах реакції, нижчих за 1275° С, утворюється дуже багато сажі, проте підвищенням температури до 1350° C утворенню сажі можна запобігти. Конверсія здійснюється під тиском до ЗО • 105 Па. Природний газ, нагрітий до 450° C в підігрівачі 2, і O2, нагрітий у пі-дігрівачі 1 до 350° С, надходять у пальник З конвертора CH4 4, де змішуються, і при температурі близько 400° C подаються у реакційну зону конвертора.
У реакційній зоні конвертора, де відбувається інтенсивне окислення CH4 (і його гомологів), суміш нагрівається доИОО0 C і надходить у зволожувач, в який впорскується конденсат водяної пари. При цьому газ охолоджується до 300° C і надходить у башту 6 для очистки від сажі. Внаслідок змішування з великою кількістю води, яка циркулює за допомогою насоса 5, газ охолоджується і часточки сажі відокремлюються. Далі парогазова суміш, нагріта до 390° C в теплообміннику 7, "надходить у двоступінчастий конвертор 8, де CO окислюється до CO2 киснем водяної пари. Конвертована парогазова суміш через теплооб-Амінник 7 надходить у котел-утилізатор 9, там охолоджується, віддаючи Чтепло для добування водяної пари.
Утворена після очистки газова суміш містить 57—70% H2, 0,2— ,0,4% CH4, 3,7% СО, 19—24% CO2 і 0,8% N2 (при кисневій конверсії) |або 19,9% N2 (при кисневоповітряній конверсії).
§ 2. ВИРОБНИЦТВО ВОДНЮ РОЗДІЛЕННЯМ КОКСОВОГО ГАЗУ
