Реакторы среднего давления
1.1.7. Реактор для получения синтез-газа путем парового крекинга метана
Синтез-газ необходим для получения водорода из метана, т.к. далее будет показано, что СО в реакторе с катализатором, реагируя с СН4, также дает водород.
Примером реактора среднего давления в системе газ-газ может служить реактор крекинга метана паром.
Реакция взаимодействия метана с парами воды является эндотермической с большим поглощением теплоты:
СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – q,
где q = 142,2 Кдж/кмоль.
Реакция проходит при давлении 4 МПа и температуре 700-8000С.
Значительно более распространены реакторы среднего давления получения синтез-газа при парциальном окислении метана по реакции:
2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2 + q,
где q = 86,5 Кдж/кмоль.
Фирма Фаузер (Fauser) осуществляет эту реакцию при давлении 1,6 МПа и температуре 11000С.
Фирма Шелл (Chell) уже проводит данную реакцию под давлением 6 МПа и при температуре 1200 – 13000С.
Фирма Техасо еще выше поднимает давление в реакторе: до 8 МПа при температуре 1200 – 13000С.
Конструктивное же оформление данного реактора чрезвычайно просто, что наглядно видно из рис. 1.12. Основной объем реактора занимает печь 1 для поднятия температуры до оптимальной температуры реакции.
Рис. 1.12. Схема реактора для получения синтез-газа.
Несмотря на предварительный нагрев метана до температуры 6500С, нагрев реакционной смеси до температур (1100 или 12500С) требует времени и пространства, поэтому камера смешения и подогрева реакционной смеси 1 имеет значительно большие размеры, чем реакционная камера 2.
Реакционная камера 2 располагается сбоку печи подогрева 1.
Реакторы в газовой фазе высокого и сверхвысокого давления
1.1.8. Реактор синтеза мочевины
В производстве мочевины основными реагентами являются аммиак и СО2, а продуктами реакции – жидкий плав, содержащий воду как продукт реакции и мочевину
2NH3 + CO2 = NH2 · CO ·NH2 + H2O + q
Экзотермический эффект реакции не очень велик и составляет около 1 кдж/кмоль.
Синтез карбамида (мочевины) осуществляется при температуре 170-2000С и давлении 14-21 МПа, однако в некоторых системах используются и более высокие давления (28-30МПа). Необходимая температура процесса достигается за счет тепла реакции, поэтому в реакторе нет теплообменных устройств. Колонна синтеза карбамида (Рис.1.13) работает как аппарат идеального вытеснения.
Цилиндрический корпус колонны 4, полушаровое днище 2 и крышка 5 защищены изнутри слоем 3 коррозионно-устойчивой стали марки 08Х18Н12М3Т или 06Х23Н28М3Д3Т толщиной 6 мм. Внутри колонна снабжена несколькими перегородками, которые необходимы для лучшего перемешивания реагентов и устранения циркуляции реакционной смеси (перегородки на рисунке не показаны). Смешение NH3, CO2 и раствора углеаммонийных солей осуществляется в выносном смесителе, а в данном реакторе завершается первая стадия процесса – образование карбамата аммония. Далее происходит дегидратация карбамата аммония и образование карбамида. Исходная смесь вводится по штуцеру 1, а полученный карбамид выходит по штуцеру 6.
Рис. 1.13. Колонна синтеза карбамида: 1 – штуцер входа исходной смеси; 2 – днище; 3 – защитная футеровка (сталь 06Х23Н28М3Д3Т); 4 – корпус; 5 – крышка; 6 – вывод плава.