1.6 Технологическая схема производства конвертированного газа

Природный газ, содержащий до 80 мг/м³ серы, поступает на произ­водство аммиака с давлением 0,5-0,9 МПа и распределяется на два потока - для технологического процесса и для сжигания.

Для гидрирования сероорганических соединений в технологический поток природного газа подается азотоводородная смесь в количестве, обеспечивающем содержание водорода в газовой смеси перед сероочист­кой, равной 10 % об. При нормальной работе агрегата азотоводородная смесь поступает после стадии метанирования, в пусковой период - подается со сто­роны.

Рисунок 1.3 - Технологическая схема получения конвертированного газа в агрегате синтеза аммиака мощностью 1360 т/сутки

Природный газ, смешанный с азотоводородной смесью, поступает на центробежный компрессор 1 (рисунок 1.3), в котором сжимается до дав­ления 4,1-4,5 МПа. Затем газовая смесь перед поступлением на серо­очистку нагревается в огневом подогревателе 2 до температуры 670 К дымовыми газами, образующимися при сжигании природного газа. После огневого подогревателя газовая смесь проходит реактор гидри­рования сероорганических соединений 3, который загружен алюмо-кобальт-молибденовым или алюмо-никель-молибденовым катализа­тором, и затем последовательно проходит два сероочистные аппарата 4 для поглощения сернистых соединений, загруженных массой на основе оксида цинка. При насыщении поглотителя серой его заменяют свежим, не останав­ливая агрегат. После сероочистки газовая смесь, очищенная до содер­жания серы не менее 0,5 мг/м³, с температурой 640 К и давлением 3,9 МПа направляется на паровую конверсию метана в трубчатую печь 6. Перед печью газовая смесь смешивается с водяным паром до соот­ношения «пар:природный газ», равного 3,7:1.

После смешения парогазовая смесь с температурой 620-650 К на­правляется в подогреватель, расположенный в конвекционной зоне трубчатой печи, где нагревается за счет теплоты дымовых газов до тем­пературы 780-810 К. Нагретая парогазовая смесь направляется в реакционные трубы печи паровой конверсии метана 6.

В реакционных трубах на никелевом катализаторе под давлением 3,6 МПа, при температуре на выходе 1100 К и объемной скорости 1750 ч^-1 осуществляется эндотермический процесс паровой конверсии метана и других углеводородов с получением водорода, оксидов угле­рода (II), (IV) в соотношении, близком к равновесному, при темпера­туре 1000 К. Содержание остаточного метана в конвертированном газе на выходе из труб печи паровой конверсии близко к равновесному и составляет 9,2-10 % об.

Теплоту, необходимую для эндотермического процесса паровой конверсии метана, получают за счет сжигания смеси природного газа с танковыми и продувочными газами в горелках, размещенных на потолке печи между рядами реакционных труб. Трубчатая печь, кроме радиационной зоны с реакционными трубами, оснащена конвекционной зоной с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА) и вспомогательной печью, в которой за счет сжи­гания природного газа образуется пар давлением 10,5 МПа. Дымовые газы после вспомогательной печи направляются в конвекционную зону печи. Теплота дымовых газов, выходящих из печи при температуре 1310 К, используется:

- для подогрева парогазовой смеси, поступающей в реакционные трубы, до температуры 780-800 К;

- для подогрева паровоздушной смеси, направляемой в конвертор метана II ступени, до температуры 755 К;

- для перегрева пара в двухступенчатом пароперегревателе до 760 К;

- для подогрева деаэрированной воды, поступающей на питание котлов, от 375 до 590 К;

- для подогрева природного газа, подаваемого на сжигание в го­релках трубчатой печи, до температуры 420 К.

Дымовые газы трубчатой печи после использования их теплоты в БТА с температурой 470-510 К выбрасываются дымососами через дымовую трубу 5 в атмосферу. В новых технологических схемах пре­дусмотрена каталитическая очистка дымовых газов от оксидов азота.

После трубчатой печи конвертированная парогазовая смесь по фу­терованному соединительному трубопроводу подается в шахтный кон­вертор метана второй ступени 7. Конверсия остаточного метана в нем осуществляется паром и воздухом на никелевом катализаторе.

В верхней части шахтного конвертора расположен смеситель, в ко­торый через центральную трубу поступает паровоздушная смесь с температурой 755 К, а по кольцевому пространству - парогазовая смесь с температурой 1100 К. Воздух в конвертор подается центробежным компрессором с приводом от конденсационной паровой турбины. Он не должен содержать соединений серы и хлора.

Количество воздуха для процесса подбирают таким образом, чтобы перед отделением синтеза аммиака обеспечить соотношение Н₂:N₂ = 3:1. Перед подачей в конвертор метана в воздух постоянно дозируется пар с давлением 4,1 МПа и температурой 640 К. Соотношение «пар : воздух» составляет 0,1 : 1.

После смесителя парогазовоздушная смесь поступает на никелевый катализатор. Для предохранения от перегрева и обеспечения нормаль­ной работы катализатора над ним в конверторе метана имеется свобод­ный объем, где происходит горение части газа с кислородом воздуха. Процесс кон­версии метана осуществляется при температуре на выходе 1270 К и объемной скорости 3500 ч^-1. Остаточное содержание метана в сухом конвертированном газе со­ставляет 0,35-0,55 % об.

Конвертированная парогазовая смесь после шахтного конвертора метана охлаждается в котлах-утилизаторах I ступени 10, II ступени 8 и с температурой 650 К направляется через увлажнитель 9 на конвер­сию оксида углерода (II).

После увлажнителя конвертированная смесь с соотношением «пар:газ» = 0,57 поступает в конвертор I ступени 11, где на среднетемпературном железохромовом катализаторе при температуре на выходе 723 К, объемной скорости до 2000 ч^-1 протекает реакция конверсии оксида углерода (II) с водяным паром. Остаточное содержание оксида углерода (II) после конвертора I ступени составляет 3,7 % об. (в расчете на сухой газ).

После конвертора I ступени теплота парогазовой смеси используется для получения насыщенного пара с давлением 10,5 МПа в котле-ути­лизаторе 12. При этом парогазовая смесь охлаждается до 603 К.

Затем парогазовая смесь охлаждается до температуры 493 К в подо­гревателе 13, нагревая при этом очищенный от диоксида углерода конвертированный газ перед метанированием до 573 К. После подогревателя парогазовая смесь с температурой 493 К и соотношением «пар:газ» = 0,45 поступает в конвертор оксида углерода (II) II ступени 14, где на низкотемпературном медьсодер­жащем катализаторе при объемной скорости 2000 ч^-1 и температуре на выходе 523 К происходит конверсия оксида углерода (II) с водяным паром до содержания оксида углерода (II) СО в конвертированном газе 0,15 - 0,5 % об. (в расчете на сухой газ).

После конвертора оксида углерода (II) II ступени конвертированный газ направляется через охладитель 15 в кипятильники МЭА-раствора. В охладителе газ охлаждается до 450 К.