Описание технологической схемы

Компремирование и сероочистка природного газа

Природный газ на установку подается с газораспределительной станции "Моторово" с давлением 1,96-2,65 МПа (20-27 кгс/см²) по коллектору D_у=400 мм. Газ распределяется на два потока.

Основная часть природного газа, используемая в качестве сырья, с объемным расходом не более 45 000 м³/ч (при н.у.) поступает в сепаратор поз.120-F, установленный на всасе компрессора природного газа поз.102-J.

Остальная часть природного газа с объемным расходом не более 24 500 м³/ч (при н. у.) поступает в систему топливного газа через сепаратор поз.121-F.

Для сжатия природного газа используется двухступенчатый компрессор поз.102-J. Каждая ступень выполнена в виде отдельного корпуса. На всасе первой ступени компрессора поддерживается давление природного газа в пределах 0,69-0,88 МПа (7,0-9,0 кгс/см²). После сжатия в 1 ступени компрессора газ имеет следующие параметры: давление - не более 2,16 МПа (22,0 кгс/см²), температура - не более 145 С. Снижение температуры газа до 10-49 С происходит в воздушном холодильнике поз.191-C (два вентилятора). Далее через межступенчатый сепаратор газ поступает на всас 2 ступени. После 2 ступени газ должен иметь следующие параметры: давление не более 4,32 МПа (44,0 кгс/см²), температуру не более 155 С.

Конденсат, выделенный из газа в сепараторах, сбрасывается в сепаратор топливного газа, а оттуда может выдаваться за пределы цеха.

Для обеспечения нормальной работы системы сероочистки объемная доля водорода, необходимого для гидрирования серосодержащих соединений, в природном газе должна быть в пределах от 3 до 7 %.

Для этой цели при нормальной работе агрегата в линию природного газа подаются продувочные газы со стадии синтеза.

С нагнетания 2 ступени компрессора поз.102-J природный газ, смешанный с продувочными газами, проходит змеевики, расположенные в конвекционной зоне 101-B, нагревается до температуры 240-400С и направляется на стадию сероочистки, в который загружен низкотемпературный алюмоникельмолибденовый (АНМ) катализатор гидрирования и оксидно-цинковый поглотитель (ZnO). Общий объем загрузки 34м³.

На катализаторе АНМ протекают реакции:

COS + H₂ → H₂S + CO

CS₂ +4H₂ → 2H₂S + CH₄

C₄H₄S + 4H₂ → H₂S + C₄H₁₀

C₂H₅SH + H₂ → H₂S + C₂H₆

На второй стадии процесса происходит поглощение сероводорода поглотителем на основе активного оксида цинка по реакции:

ZnO + H₂S →ZnS + H₂O

Массовая концентрация сероводорода в газе после сероочистки должна быть не более 0,5 мг/м³.

Паровая конверсия метана (первичный риформинг)

После реакторов сероочистки природный газ поступает на смешение с водяным паром. Для проведения процесса паровой конверсии в поток газа подается пар среднего давления из цехового коллектора. Требуемое соотношение пар : газ = (3,5-4,0) :1,0 поддерживается при помощи приборов.

При снижении соотношения пар : газ до значения 2,5 :1,0 агрегат аварийно останавливается, чтобы исключить возможность выделения на поверхности катализатора свободного углерода. Свободный углерод забивает поры катализатора, резко снижает его активность, что может привести к перегреву и разрушению реакционных труб печи поз.101-В.

Парогазовая смесь с температурой 350-371 С поступает в змеевик, расположенный в конвекционной зоне печи первичного реформинга поз.101-В, где подогревается за счет тепла дымовых газов до температуры 450-524 С . Подогретая парогазовая смесь подводится к реакционным трубам, которые заполнены никелевым катализатором. Реакционные трубы закреплены на специальных пружинных подвесках и вертикально опущены в радиантную зону печи. Всего установлено 504 трубы (12 рядов по 42 трубы). Общий объем катализатора в трубах составляет 29,2 м³.

Между рядами реакционных труб расположены потолочные горелки. Общее количество горелок 260 штук (13 рядов по 20 горелок). За счет сжигания топливного газа в потолочных горелках осуществляется подвод тепла, необходимого для протекания эндотермических реакций паровой конверсии метана.

Парогазовая смесь движется по реакционным трубам сверху вниз. Температура газа на выходе из труб поддерживается не более 830С изменением давления топливного газа на потолочные горелки.

После реакционных труб газ с температурой не более 830С собирается в сборных коллекторах, расположенных горизонтально в нижней части радиантной зоны печи. Далее по двенадцати подъемным стоякам газ поднимается в верхнюю часть печи в передаточный коллектор, нагреваясь при этом до температуры не более 860С. В передаточном коллекторе газ охлаждается до температуры не менее 835С за счет испарения воды в рубашке коллектора.

Печь первичного риформинга поз.101-В сконструирована так, чтобы достигнуть максимальной утилизации тепла дымовых газов, выходящих из радиантной зоны печи с температурой 1 000 - 1 060 С.

Для подогрева различных технологических сред за счет тепла дымовых газов в конвекционной зоне печи установлены:

• змеевик подогрева парогазовой смеси (ПГС), поступающей на первичный риформинг.

Температура ПГС повышается от 350-371 С до 450-524 С;

• змеевик подогрева паровоздушной смеси (ПВС).

Температура ПВС повышается до значения не более 482 С;

• два змеевика перегрева насыщенного пара высокого давления из паросборника поз.101-F.

Пар проходит сначала низкотемпературную секцию, где его температура повышается от 300-314 С до температуры не более 440 С, затем высокотемпературную секцию, где температура его повышается до 460-500 С;

• змеевик подогрева воды питания котлов.

Температура воды повышается от 147 С до 300-314 С;

• змеевик подогрева топливного газа

Температура топливного газа повышается до значения не более 110 С.

Паровоздушная конверсия метана (вторичный риформинг)

На данной стадии проводится конверсия остаточного метана кислородом воздуха и паром. С технологическим воздухом вводится азот в объеме, необходимом для обеспечения соотношения H₂ : N₂ = 3:1 в синтез-газе.

Воздух забирается из атмосферы, очищается от пыли на фильтре и поступает на всас компрессора технологического воздуха.

Компрессор технологического воздуха двухкорпусной, четырехступенчатый. Охлаждение воздуха после сжатия производится в воздушных холодильниках. Отделение влаги происходит в межступенчатых сепараторах.

С нагнетания 4 ступени компрессора основная часть воздуха подается на технологию в реактор вторичного риформинга.

Воздух на нагнетании 4 ступени 101-J имеет следующие параметры: температуру не более 175 С, давление не более 3,57 МПа (36,4 кгс/см²).

Паровоздушная смесь подогревается в змеевиках конвекционной зоны печи до температуры не более 482С и поступает в смеситель реактора вторичного риформинга.

Реактор вторичного риформинга представляет собой конвертор шахтного типа, футерованный огнеупорным бетоном, снабженный водяной рубашкой. Реактор вторичного риформинга загружен никелевым катализатором (объемом 31 м³).

В реакторе вторичного риформинга протекают реакции паровоздушной конверсии метана.

Объемная доля метана в конвертированном газе после вторичного риформинга снижается до значения не более 0,5 %. Из реактора вторичного риформинга конвертированный газ с температурой не более 1 010С поступает в два параллельно работающих вертикальных котла-утилизатора 1 ступени. Газ проходит по межтрубному пространству. Вода поступает сверху, проходит по внутренним трубкам, поднимается по внешним трубкам (трубки Фильда) и в виде пароводяной смеси выходит из боковых штуцеров.

Аппараты футерованы огнеупорным бетоном и снабжены водяными рубашками. Температура конвертированного газа после котлов-утилизаторов 1 ступени составляет не более 482 С. Затем газ поступает в трубное пространство котла-утилизатора 2 ступени и выходит из него с температурой не более 390С.

Конверсия оксида углерода

Конвертированный газ после вторичного риорминга содержит объемную долю оксида углерода 10-13 %.

Конверсия оксида углерода осуществляется в две стадии: высокотемпературная и низкотемпературная.

Температура газа на входе в высокотемпературный конвертор оксида углерода регулируется в пределах 325-390 С

Высокотемпературный конвертор загружен железохромовым катализатором. Объем загрузки 80,6 м³. Газ проходит через слой катализатора сверху вниз. При этом протекает экзотермическая реакция.

В высокотемпературном конверторе возможно протекание реакций с образованием небольшого количества аммиака.

Температура газа на выходе из слоя катализатора не должна повышаться более 450 С. Объемная доля оксида углерода после конвертора не должна превышать 4 %.

Газ после высокотемпературного конвертора поступает в котел-утилизатор, после охлаждения в котором температура газа не должна превышать 360 С. Дальнейшее снижение температуры происходит в теплообменнике технологическим газом, поступающим в метанатор. После теплообменника газ поступает в низкотемпературный конвертор оксида углерода. Температура газа на входе в низкотемпературный конвертор устанавливается в зависимости от активности катализатора. При работе на свежем катализаторе температура на входе в него поддерживается в пределах 190-210 С, а по мере снижения активности катализатора постепенно поднимается до значения не более 250 С.

В низкотемпературный конвертор загружен цинкхроммедный (цинкмедный) катализатор. Объем загрузки 70,1 м³. При температуре 190-250 С на данном катализаторе протекает конверсия остаточного оксида углерода по реакции:

СО + Н₂О → СО₂ + Н₂

Проведение реакции при низкой температуре позволяет получить на выходе газ с объемной долей оксида углерода (СО), не превышающей 0,65 %.

В низкотемпературном конверторе возможно протекание реакций с образованием небольшого количества метанола, формальдегида и муравьиной кислоты.

Газ после низкотемпературной конверсии направляется в систему очистки от диоксида углерода.

Неочищенный конвертированный газ после низкотемпературного конвертора должен иметь следующий состав (в объемных долях):

Н₂ - 58,0 - 64,0 %

N₂ - 19,0 - 22,0 %

СН₄ - не более 0,50 %

СО₂ - 14,0 - 19,0 %

СО - не более 0,65 %

Очистка конвертированного газа от диоксида углерода

Конвертированный газ после низкотемпературной конверсии оксида углерода поступает с температурой 200-250 С в отделение очистки. В трубопровод конвертированного газа впрыскивается технологический конденсат из сепаратора неочищенного газа В результате этого происходит снижение температуры газа до 180-190 0С.

Далее газ поступает в кипятильники регенераторов, где его температура снижается до значения не более 130 С. Снижение температуры газа до значения не более 82 С происходит в подогревателе деминерализованной воды. После отделения технологического конденсата в сепараторе газ поступает в нижние части двух параллельно установленных абсорберов.

Очистка конвертированного газа от диоксида углерода осуществляется горячим раствором на основе поташа (К2СО3) по схеме модифицированной установки “Карсол”.

Массовая доля компонентов в растворе “Карсол”:

поташ - К2СО3 (химический абсорбент) - 22,0 - 28,0 %

диэтаноламин - (С2Н4ОН)2NH (активатор абсорбции) - 1 - 2 % или АСТ-1 (0,5%)

оксид ванадия - V2O5 (ингибитор коррозии) - не менее 0,4 %

Для предотвращения вспенивания раствора в него вводится антипенная присадка “Лапрол” 1601-2-50-Б.

Очистка газа от диоксида углерода осуществляется по реакции:

K2CO3 + CO2 + H2O → 2 KHCO3

Процесс абсорбции проводится под давлением 2,65-2,75 МПа (27-28 кгс/см2) в параллельно установленных абсорберах. Объемная доля остаточного диоксида углерода не должна превышать 0,2 % в пересчете на сухой газ.

В каждом из аппаратов абсорбция осуществляется в две ступени. Конвертированный газ последовательно проходит снизу вверх сначала нижнюю часть, а потом верхнюю. Нижние части абсорберов орошаются частично регенерированным (“полубедным”) раствором “Карсол” в объеме 780-880 т/ч. При этом объемная доля диоксида углерода в газе снижается от 14,0-19,0 % до значения не более 1,7 %.

Верхние части абсорберов орошаются глубоко регенерированным (“бедным”) раствором “Карсол” в объеме 170-223 т/ч. Объемная доля остаточного диоксида углерода в газе не должна превышать 0,2 % в пересчете на сухой газ.

Абсорберы представляют собой двухкорпусные колонные вертикальные аппараты, заполненные насадкой. В качестве насадки используются полипропиленовые седла "Инталокс” и кольца "Паля"; металлические кольца "Паля”.

Верхние полки верхних секций оборудованы распределительными устройствами на выходе газа.

Насыщенный раствор из нижних кубов абсорберов за счет перепада давления в абсорберах и регенераторах выводится через гидравлические турбины на регенерацию.

Регенерация насыщенного раствора протекает при снижении давления и подводе тепла в регенераторах по реакции, обратной реакции поглощения диоксида углерода:

2 КНСО3 = К2СО3 + СО2 + Н2О

Регенераторы представляют собой двухкорпусные колонные вертикальные аппараты, загруженные по полкам полипропиленовой насадкой типа седла "Инталокс” и кольца "Паля", и частично металлической насадкой кольца "Паля”.

Не менее 80 % насыщенного раствора регенерируется, проходя верхние секции регенераторов до снижения массовой доли диоксида углерода до 23,4 м3 СО2 (при н.у.)/м3 раствора (это соответствует не менее, чем 45 % степени конверсии карбоната калия в бикарбонат при массовой доле в растворе 22-28 % общего К2СО3). Этот поток называется “полубедный" раствор "Карсол”. После верхних секций регенераторов потоки полубедного раствора направляются в воздушные холодильники, на выходе из которых температура раствора поддерживается не более 105 0С, и поступает на насосы, подающие раствор в среднюю часть абсорберов.

Не менее 20 % от общего объема насыщенного раствора подвергается более глубокой регенерации в нижних частях регенераторов, куда он перепускается из верхней части.

Тепло, необходимое для регенерации, подводится путем циркуляции раствора по тракту: глухая тарелка → кипятильники → кубовые части регенераторов. В кипятильниках теплоносителем является конвертированный газ и газовая фаза отпарной колонны.

После нижних частей регенераторов глубоко регенерированный (“бедный”) раствор “Карсол” имеет температуру не более 119 С, содержит массовую долю диоксида углерода не более 14,2 м3 СО2 (при н.у.)/м3 раствора, что соответствует не менее, чем 21 % степени конверсии карбоната в бикарбонат, при массовой доле общего К2СО3 - 22-28 %.

Этот поток поступает самотеком в теплообменник, где охлаждается до температуры не более 94 С, подогревая деминерализованную воду. Далее центробежными насосами, после охлаждения до температуры 60-80 С в воздушном холодильнике, подается на орошение верхних секций абсорберов.

Часть раствора перед холодильником отводится на фильтрацию через механический и угольный фильтры, где очищается от механических примесей и продуктов осмоления. Фильтрованный раствор присоединяется к основному потоку.

Выходящие из верхней части регенераторов диоксид углерода (СО2) и водяные пары охлаждаются от температуры не более чем 102 С до температуры 40-80 С в воздушном холодильнике.

Отделение жидкости происходит в сепараторе углекислоты. Флегма из сепаратора возвращается в нижние части регенераторов.

Для приготовления свежего раствора предусмотрена заглубленная емкость.

Воздушный холодильник обеспечивает охлаждение углекислоты в летнее время до 60-80 С. Для дополнительного охлаждения углекислоты и выделения из нее влаги смонтирована установка захолаживания, где углекислый газ охлаждается до температуры 40-60 .

В процессе работы в растворе “Карсол” происходит частичное восстановление пятивалентного ванадия в четырехвалентный, который не проявляет ингибирующих свойств. Массовая доля V2O5 должна быть не менее 0,4 % (4 000 ррм) при общей массовой доле ванадия не менее 0,5 % (5 000 ррм). Для перевода V+4 в V+5 в отдельной емкости производится окисление методом барботажа воздуха через раствор “Карсол”.

Очищенный газ после абсорберов поступает в сепаратор.в котором происходит отделение из потока газа раствора “Карсол” и воды. Жидкая фаза возвращается в цикл системы очистки.

Тонкая очистка газа от оксида и диоксида углерода (метанирование).

После абсорбционной очистки от диоксида углерода раствором “Карсол” конвертированный газ имеет следующую объемную долю компонентов (в пересчете на сухой газ):

Н2 - не менее 74,0 %;

N2 - не менее 24,0 %;

СН4 - не более 0,5 %;

СО2 - не более 0,2 %;

СО - не более 0,65 %

Дальнейшая очистка газа от кислородосодержащих соединений (оксида и диоксида углерода), являющихся ядами для катализатора синтеза аммиака, производится путем восстановления их до метана водородом на никелевом катализаторе в реакторе метанирования:

СО + 3 H2 → СН4 + Н2О

СО2 + 4 Н2 → СН4 + 2 Н2О

Подогрев газа перед метанированием осуществляется в 2 стадии:

- за счет тепла синтез-газа после 1 ступени компрессора синтез-газа - до 70-120 С;

- газом перед низкотемпературным конвертором - до 270-316 С.

В метанатор загружен никелевый катализатор, объем которого составляет 40 м3. Газ проходит через слой катализатора сверху вниз. Температура газа при этом не должна повышаться более 375 С. Объемная доля суммы оксида и диоксида углерода в газе после метанатора должна быть не более 0,0015 % (15 ррм).

При повышении объемной доли оксида и диоксида углерода в газе на входе в метанатор возможно резкое увеличение температуры катализатора.

После метанатора газ проходит теплообменник, где охлаждается до температуры не более 143 С, подогревая воду питания котлов.

После теплообменника газ охлаждается до температуры не более 55 С в воздушном холодильнике. Для связывания остаточного диоксида углерода в газ перед воздушным холодильником производится впрыск жидкого аммиака.

Отделение конденсата от газа происходит в сепараторе.

Технологический конденсат отводится в отпарную колонну. Газ из сепаратора поступает на всас 1 ступени компрессора синтез-газа (поз.103-J).

Синтез-газ должен иметь следующий состав (объемная доля):

Н2 - не менее 74,0 %;

N2 - не более 24,6 %;

СН4 - не более 1,4 %;

СО + СО2 - не более 0,0015 % (15 ррм).