Описание технологической схемы

3.2.1. Компримирование и сероочистка природного газа.

Природный газ с давлением не менее 0,7 МПа подается на установку по одному коллектору. Природный газ после первой ступени компрессора с давле­нием не более 2,2 МПа и температурой не более 135°С охлаждается в воздушном холодильнике I9I-C до температуры не более 49°С и поступает в межступенчатый сепаратор I57-F. После сепаратора природный газ поступает на всас II ступени компрессора 102-J, где сжимается до давления не бо­лее 4,4 МПа(44 кгс/см2) и направляется в змеевики огневого подогревателя 103-В. После II-й ступени, компрессора 102-J природный газ с тем­пературой не более 155°С и давлением до 4,4 МПа(44 кгс/см2) смешивается с синтез газом. Подогретая до 370-400°С газовая смесь поступает в реактор гидросероочистки 101-Д, заполненный 34м3 катализатора.

Реакция гидрирования органических серосоединений до серо­водорода протекает на алюмо-кобальт-молибденовом катализаторе по реакциям:

C₂H₅SH + H₂ H₂S + C₂H₆

(C₂H₅)₂S + 2 H₂ H₂S + 2 C₂H₆

(C₂H₅)S₂ + 3 H₂ 2 C₂H₆ + H₂S

(C₂H₅)₂S₃ + 4 H₂ 3 H₂S + 2 C₂H₆

Очистка природного газа от сероводорода производится в ре­акторах 102-ДА, ДВ, загруженных катализатором ГИАП-10-А (на ос­нове оксида цинка) по реакции:

H₂S +ZnО ZnS + H₂0

Указанная реакция необратима, поэтому адсорбент регенерации не подлежит и при насыщении серой до 10% (100 частей ZnO адсор­бировало 18 частей серы) заменяется. В каждый реактор загружает­ся 56,6 м3 катализатора.

Схемой предусмотрено подключение реактора на последователь­ную или параллельную работу.

После замены катализатора производится последовательное включение реакторов, причем реактор со свежим оксидом цинка находится вторым по ходу потока газа и служит, таким образом, для доочистки. Содержание H2S в природном газе после аппаратов сероочистки 102-ДА, 102-ДВ должно быть не более 0,5 мг/м3 в пе­ресчете на серу, температура газа 343-371°С.

После сероочистки газ поступает в увел смешения, где смешивается с перегретым до температуры 370-380°С, паром среднего давления 3,9¸4,15 МПа (39¸41,5 кгс/см2) в соотношении пар : углерод не менее 3,0 : 1.

 

3.2.2 Паровая конверсия природного газа (первичный риформинг)

 

Паровая каталитическая конверсия природного газа (первичный риформинг) осуществляется на никелевом катализаторе в реакционных трубах, расположенных в 12 рядов в радиантной зоне трубчатой печи 101-В.

К каждому из двенадцати коллекторов подключены по 42 реакционные трубы, опущенные в радиантную камеру печи и заполненные никелевым катализатором. В каждом ряду газ проходит реакционные трубки сверху вниз, попадает в нижний распределительный коллектор и по подъемной трубе поступает в передаточный коллектор. Каждая реакционная трубка представляет собой самостоятельный реактор, в котором в присутствии катализатора происходит взаимодействие углеводородов с водяным паром за счет тепла, подводимого через стенку трубы. Рабочая температура стенок труб составляет 900-950 °С.

Парогазовая смесь перед подачей в реакционные трубы подогревается в конвекционной зоне до температуры не более 525 °С.

Процесс конверсии ведется при температуре не более 860 °С и давлении на выходе из I0I-B не более 3,31 МПа (33,1 кгс/см2).

При первичном риформинге протекают реакции:

CH₄ + H₂O « CO + 3H₂

C_nH_m + nH₂O « nCO + H₂

CH₄ + 2H₂O « CO₂ + 4H₂

CO + H₂O « CO₂ + H₂

При недопустимом снижении соотношения пар : углерод ниже 2.5 возможно выделение углерода (за счет крекинга природного газа), который облагается на поверхности и в порах ка­тализатора, -снижает его активность и вызывает механическое его разрушение. При незначительном зауглероживании катализатора, в процессе конверсии с оптимальным количеством пара, углерод может газифироваться по реакции:

С + H₂O CO + H₂

Тепло, необходимое для проведения процесса первичного риформинга, получается за счет сжигания топливного газа в горелках печи первичного риформинга производится с 15%-ным избытком воздуха, при этом нормаль­ное содержание кислорода в дымовых газах составляет не более 3,0% объемных Дополнительным источником тепла для подогрева парогазовой смеси являются дымовые газы туннельных горелок (12 штук) инжекционного типа, расположенных в торце каналов (отвод дымовых газов от потолочных горелок).

Между рядами реакционных труб расположены потолочные горелки инжекционного типа. Общее количество горелок 260 (13 рядов по 20 горелок в каждом).

Общий объемный расход газа на потолочные горелки (не более 30000 м³/ч) измеряется расходомером FI-19. Давление топливного газа поддерживается регулятором давления PICA-3.

Парогазовая смесь движется по реакционным трубам нисходящим потоком, подвергаясь конверсии по приведенным выше реакциям. Остаточная объемная доля метана в конвертированном газе составляет 9-11 %.

Объемные доли компонентов конвертированного газа после 101-В (в пересчете на сухой газ):

азот, N₂ – 1,02,0 %

диоксид углерода, CO₂ – 8,511,0 %

водород, Н₂ – 68,072,0 %

метан, СН₄ – 9,011,0 %

оксид углерода, СО – 8,011,0 %

Утилизация тепла дымовых газов, температура которых на выходе из радиантной камеры должна быть не более 1032 °С, осуществляется в конвекционной камере печи, где расположены змеевики для подогрева:

– парогазовой смеси, идущей на первичный риформинг;

– паровоздушной смеси, идущей в реактор вторичного риформинга;

– пара высокого давления, идущего в турбину 103-JT компрессора синтез-газа;

– питательной воды, поступающей в паросборник 101-F;

– топливного газа, подаваемого к горелкам печи первичного риформинга.

Дымовые газы отсасываются из печи первичного риформинга с температурой не более 250 °С двумя дымососами 101-BJAT и 101-BJBT и поступают реактор денитрофикации дымовых газов. В реактор загружен блочный катализатор сотовой структуры на основе медьзамещенного цеолита. В качестве восстановителя в дымовые газы подается природный газ после сероочистки. Природный газ в пересчете на метан подается в реактор очистки исходя из соотношения CH₄:NO₂ = 8:1. Реакция денитрофикации протекает по уравнению

2NO₂ + CH₄ = N₂ + CO₂ + 2H₂O.

Остаточное содержание оксидов азота не должно превышать 0,001 нм³/с.

Печь первичного риформинга смонтирована совместно со вспомогательным котлом 101-BU, служащим для получения дополнительного количества пара высокого давления, необходимого для поддержания парового баланса установки.

Дымовые газы из топки вспомогательного котла поступают в конвекционную камеру печи первичного риформинга, смешиваются с дымовыми газами печи и дымососами выбрасываются в атмосферу.

Ввод пара производится через форсунки специальной конструкции, рассчитанные таким образом, что при расходе пара, соответствующим режимному, создается паровой защитный конус в зоне подачи аммиака, что препятствует окислению аммиака на поверхности шамота. Испытания показали, что такое распределение пара не создает дополнительного аэродинамического сопротивления. Общее аэродинамическое сопротивление установки не превышает 0,01 мм вод. ст.

Форсунки крепятся на подводящих трубках и располагаются по центру каждого туннельного канала. Пар подается по коллектору, причем для уменьшения веса коллектора пар подается в центр коллектора по подводящей линии. Диаметр коллектора подводящих трубок и форсунок рассчитаны таким образом, что скорость пара на выходе равна критической скорости, что обеспечивает равномерное распределение пара по подводящим трубкам при любом расходе. Ввод пароаммиачной смеси производится через восемь отверстий диаметром 3 мм, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси туннельного канала на расстоянии 200 мм от точки ввода продуктов сгорания. Истечение пароаммиачной смеси при расчетных оптимальных режимах критическое. Распределение пароаммиачной смеси по подводящим трубкам аналогично распределению пара.

На всасе дымососов установлены жалюзи с ручным приводом.

После печи первичного риформинга газ по передаточному коллектору 107-Д поступает в реактор вторичного риформинга 103-Д.