Паровая конверсия метана в производстве технологического газа. Физико-химические основы процесса. Технологический режим. Аппаратурное оформление процесса.

Химическая схема производства HNO₃.

I Получение азотно-водородной смеси.

1) очистка СН₄ от сернистых соединений.

2) Паровая конверсия.

CH₄+H₂O↔3H₂+CO-Q

3) Кислородная конверсия

СH₄+0,5O₂↔2H₂+CO-Q

4) конверсия СО

CO+H₂O↔H₂+CO₂+Q

5) Очистка конвертированного газа.

II Синтез NH₃.

III Получение HNO₃.

Принципиальная схема получения азотоводородной смеси.

1) трубчатая печь.

1 – очистка СН₄

2 – трубчатая печь, паровая конверсия

3 – кислородная конверсия

4 – конверсия СО

5 – очистка СО и СО₂

Синтез-газ - состоит из СО и Н2. Получают конверсией природного горючего газа с водным паром и О2, а также газификацией топлив. Сырье в производстве углеводородов, метилового спирта и др.

Синтез-газ из углеводородных газов является основным источником получения аммиака и метанола.

Конверсия газов - переработка газов с целью изменения состава исходной газовой смеси.

Паровая конверсия метана при получении синтез-газа протекает по следующей реакции:

CH₄+H₂O↔3H₂+CO-Q - реакция обратимая, эндотермическая, идет с увеличением числа молей газообразных веществ (∆V>0).

Равновесный состав газовой смеси определяется температурой и давлением в системе, а также соотношением реагирующих компонентов.

При атмосферном давлении и стехиометрическом соотношении исходных компонентов достаточно полная конверсия метана достигается при температуре примерно 800ᵒС. С увеличением расхода водяного пара такой же степени разложения метана можно достичь при более низких температурах. Применение давления существенно снижает полноту конверсии.

Для смещения равновесия вправо: Т↑ (900ᵒС), Р↓ (Р=3-4 МПа), увеличить избыток водяных паров, Н₂О:СН₄=2:1. Тогда степень превращения составит х_А=0,9.

Также для интенсификации процесса можно использовать катализатор – Ni (Al₂O₃).

Для достижения остаточного содержания СН₄ примерно 0,5% конверсию ведут в две стадии: паровая конверсия под давлением и паровоздушная конверсия с использованием кислорода воздуха.

α=υ_H2O/υ^{стехиом.}_Н2О

При 900ᵒС степень превращения 99,5%.

Природный газ сжимают в компрессоре 16, смешивают с азотоводородной смесью и подают в подогреватель 4, где реакционная смесь нагревается до 370-400ᵒС. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений: в реаторе 5, а затем в адсорбере 6 сероводород поглощается сорбентом. Очищенный газ смешивается с водяным паром и полученная парогазовая смесь поступает в конвекционную зону трубчатой печи 8. В радиационной камере печи размещены реакционные трубы, заполненные катализатором конверсии метана, и горелки, в которых сжигается природный или горючий газ. Парогазовая смесь нагревается в подогревателе 7 и затем под давлением распределяется сверху вниз по большому числу труб, заполненных катализатором. В трубчатой печи 8 выделяется большое количество тепла, и это тепло расходуется на подогрев в реакторе 9, где происходит паровоздушная конверсия. Температура на выходе 800-900ᵒС. При этой температуре газ направляется в котел-утилизатор12, вырабатывающий пар. Здесь реакционная смесь охлаждается до 500ᵒС и идет в конвертор СО I ступени10, где на железохромовом катализаторе протекает конверсия основного количества оксида углерода водяным паром. Выходящая из реактора газовая смесь поступает в паровой котел 12, где охлаждается до 220ᵒС и подается в конвертор СО II ступени 11, заполненный низкотемпературным катализатором, где содержание СО снижается до 0,5%. После охлаждения конвертированный газ при температуре окр. среды поступает на очистку.

Из 13 насоса вода поступает в 12 холодильник, вода испаряется, получаем пар низкого давления. Затем пар идет в следующий 12 холодильник (400-500ᵒС). Получаем пар среднего давления и затем в последний 12 холодильник, получаем пар высокого давления. Пар поступает в трубчатую печь 7, перегревается и идет на 14 турбину. На ней вырабатывается электроэнергия. Пар теряет свои свойства и становится паром среднего давления. Идет в 15 и 16 турбины и приводит в действие насосы.

Таким образом, паровая конверсия проводится в трубчатом реакторе №8.

Смесь нагревается в 7 аппарате, добавляются водяные пары, и идет реакция.

Трубчатая печь:

Факел большой. Теплопередача идет за счет радиации (900-1000ᵒС).

1,2,3 аппараты – для очистки.

Дата добавления: 2015-08-18