Реакторы среднего давления
1.2.3. Конверторы для получения водорода
В производстве аммиака одним из основных реагентов является водород, который получают из метана в каталитических реакторах- конверторах [5].
В конверторах происходит взаимодействие метана с водой на никельсодержащем катализаторе, которое может быть представлено двумя обратимыми реакциями:
СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – q – эндотермическая реакция
СО + Н2О = СО2 + Н2 + q – экзотермическая реакция.
При переработке метана на водород или азотоводородную смесь используют трубчатые, шахтные и радиальные контактные аппараты.
Для конверсии метана смесью водяного пара и воздуха применяют шахтные реакторы (рис.1.21). Конвертор работает следующим образом.
Рис. 1.21. Конвертеры для получения водорода: а – шахтный; б – радиальный:
1 – опора реактора; 2 – штуцер ввода охлажденной воды; 3 – водяная рубашка; 4 – штуцер термопары; 5 – корпус реактора; 6 – штуцер слива горячей воды; 7 – штуцер подачи паровоздушной смеси вместе с продуктами некаталитической конверсии; 8 – ввод СН4 с паром; 9 – смеситель; 10 – футеровка; 11 – два слоя катализатора; 12 – люк; 13 – вывод продуктов реакции; 14 – корпус катализаторной коробки; 15 – центральная труба ввода реагентов; 16 – ввод СН4; 17 – сплошная перегородка; 18 – вывод продуктов реакции.
По штуцеру 8 подают 36,5 м3/с газа после конверсии метана водяным паром, содержащего 9-10 % CH4 (в пересчете на сухой газ), 25,9 м3/с водяного пара с температурой 9500С. По штуцеру 7 подают паровоздушную смесь (13,75 м3/с воздуха и 1,4 м3/с пара) с температурой 4800С. Смеситель 9 обеспечивает хорошее перемешивание потоков. За счет реакции О2 с СН4 и Н2 (т.е. сгорания части реагентов) температура в верхней части реактора увеличивается до 12450С. В конверторе находится два слоя катализатора 11: верхний слой 6,5 м3 – алюмохромового катализатора и нижний слой 32 м3 – никелевого катализатора.
За счет протекания эндотермических реакций в слоях катализаторов температура на выходе из реактора снижается до 10000С. Конвертируемый газ выходит через штуцер 13 и сразу поступает в котел-утилизатор.
Корпус конвертора 5, работающий под давлением 3,5 МПа, изготовлен из сталей 16 ГС и 12 ХМ. Изнутри он защищен от действия высоких температур футеровкой из жаропрочного бетона и огнеупорного кирпича 10, а снаружи охлаждается водой, подаваемой в рубашку 3 по штуцеру 2 и выводимой по штуцеру 6. Температура в аппарате контролируется термопарами 4. Аппарат устанавливают вне здания, на фундаменте он закреплен с использованием цилиндрической опоры 1.
Для конверсии окиси углерода водяным паром широко используют радиальные контактные аппараты. Конвертор окиси углерода первой ступени – аппарат колонного типа. На три его слоя, работающих параллельно, загружает 172 м3 катализатора. Через конвертор проходит 51,5 м3/с газов, содержащих 12,4 – 30 % СО и 29,4 м3/с водяного пара. Парогазовая смесь с температурой 3730С поступает по штуцеру 16 и проходит далее в перфорированную центральную трубу 15, из которой газ распределяется по слоям катализатора 11.
Конвертированный газ проходит в зазорах между корпусом 5 и катализаторной корзиной 14 и выводится из аппарата по штуцеру 18 с температурой 430 – 4500С. Центральная труба 15 служит распределителем газа по корзинам, дополнительной опорой для корзин и используется для выгрузки катализатора.
Перегородки 17 устраняют проскок газа. Люк 12 необходим для осмотра и ремонта аппарата. Благодаря малой толщине слоя катализатора (~1,3 м) аппарат имеет незначительное гидравлическое сопротивление.