книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

на 100—120° С (что необходимо для обеспечения автотермичности процесса). В этом случае на обводной линии контактного агре­ гата устанавливается специальный подогреватель, в котором температура парогазовой смеси повышается за счет сжигания не­ большой части исходного газа при помощи кислорода. Так как при горении в атмосфере кислорода развиваются весьма высо­ кие температуры, количество кислорода, вводимого в подогрева­ тель, незначительно. При этом состав парогазовой смеси, по­ ступающей на конверсию, почти не меняется.

Технологическая схема установок конверсии СО, работающих под повышенным давлением (10—25 атм), по своей поточности мало чем отличается от технологической схемы установок кон­ версии СО, на которых процесс проводится под атмосферным давлением (1,2—1,3 ата). Вместе с тем процесс конверсии СО под повышенным давлением по сравнению с аналогичным про­ цессом под атмосферным давлением характеризуется не только другим режимом давления, но и другим температурным режимом. Последнее определяется тем, что при повышенном давлении:

1)на смешение с газом должен подаваться водяной пар соот­ ветствующих параметров, имеющий температуру значительно более высокую, чем мятый пар низких параметров, обычно пода­ ваемый на конверсию под атмосферным давлением;

2)для влагонасыщения газа при повышенном давлении тре­ буется более высокая температура, чем для такого же насыщения газа влагой при атмосферном давлении. Отсюда очевидно, что температурный режим сатураторов, теплообменников и охлади­ тельно-конденсационных устройств на установках конверсии СО повышенного давления должен быть иным, чем на аналогичных

установках атмосферного давления.

В связи с тем, что на установках, работающих под давлением более 10 атм, конвертированный газ после водонагревательных башен имеет обычно точку росы, превышающую 120—130° С, представляется целесообразным утилизировать теплоту конден­ сации водяных паров, заключающихся в этом газе. Указанное тепло может быть, например, использовано (взамен пара низких параметров из сети) для нагрева и регенерации циркулирующих растворов очистки газа от СО2 и H2S. Для этого конвертирован­ ный газ после водонагревательных башен направляется в труб­ чатый или змеевиковый подогреватель (кипятильник раствора) системы очистки газа, в котором конденсируется большая часть водяных паров, содержащихся в газе. Затем газ охлаждается обычным путем (оборотной водой в холодильниках непосредствен­ ного смешения). Такой способ использования тепла не только сокращает расход водяного пара на регенерацию раствора в си­ стеме очистки воды, но значительно снижает расход воды на охлаждение конвертированного газа.

9 в. В. Иоффе.

дении правильного технологического режима возрастает весьма медленно.

Оптимальная крупность катализатора конверсии составляет 5—10 мм. На практике в состав загружаемого катализатора

вцелях уменьшения сопротивления его слоя и для более полного использования катализатора частично включают также класс 10—20 мм. При этом -количество класса более 10 мм составляет обычно около 25—30% от загрузки. Слой более крупного класса

вкаждой ступени катализатора укладывается сверху, т. е. первым по ходу газа. Мелочь с размерами кусочков менее 5 мм в конвер­ тор не загружается.

Срок службы катализатора обычно находится в пределах 1—3 лет и зависит от загрязнений, поступающих с парогазовой смесью, нагрузки катализатора по газу, режима процесса и колебаний температуры и производительности.

На продолжительность работы катализатора конверсии влияют не только примеси в газе, отравляющие катализатор путем хими­ ческого взаимодействия с последним (как например сера, фосфор и др.), но и вещества, механически откладывающиеся на катали­ заторе. Кроме углерода, образующегося иногда по побочной

реакции {V1-5), на катализаторе могут осаждаться пыль, соли и масла. Пыль может вноситься с исходным газом, соли и масла— с паром или конденсатом.

Пыль, оседая на катализаторе, увеличивает его сопротивле­ ние и уменьшает активность контакта. Для длительной работы катализатора необходимо, чтобы в исходном газе наряду с отсут­ ствием химически вредных веществ содержание пыли не превы­ шало бы 2 мг/нм3. При большем содержании пыли следует пре­ дусматривать на поступающем газовом потоке пылеулавливаю­ щие устройства.

В целях увеличения срока службы катализатора необходимо также, чтобы пар и конденсат, используемые для увлажнения газа, не содержали бы солей и масел. Соли хорошо схватываются катализатором, резко снижая при этом его активность. Следует отметить, что извлечение солей сопряжено с большими трудно­ стями: даже после тщательной промывки конденсатом первона­ чальная активность контакта не восстанавливается.

Масла, оседая на катализаторе, забивают его поры, тем са­ мым уменьшая реакционную поверхность катализатора. Ката­ лизатор может быть очищен от попавших в него масел осторожной продувкой воздухом при конверторе, выключенном из системы. При этом необходимо строго следить за повышением температуры, не допуская перегрева катализатора.

Ввиду неблагоприятного действия солей на катализатор конверсии применять обычную воду для непосредственного оро шения газа в сатураторах и водонагревательных башнях и впры

1:34 Глина VI

чтобы температура в помещении для хранения катализатора поддерживалась бы выше точки росы.

Для предотвращения истирания и измельчения катализатора при перевозке и хранении последнего, тару с катализатором реко­ мендуется устанавливать на подкладках. Перекатывания бочек (или другой тары) с катализатором допускать нельзя, о чем целе­ сообразно сделать на таре соответствующую надпись.

Очевидно, что загрузка катализатора в конвертор должна быть организована таким образом, чтобы измельчение катализа­ тора при этом не имело места или сводилось бы к минимуму.

Как свежий, так и отработанный катализатор до загрузки

в отработанном катализаторе эта величина в большинстве слу­ чаев находится в пределах 30—60%.

Для рассева катализатора на установках конверсии СО часто предусматриваются специальные устройства. Одно из таких устройств состоит из бункера для непросеянного катализатора, наклонного вращающегося сита и приемных бункеров для отдель­ ных классов. Число оборотов сита — 30—40 в мин.

Устройство для рассева разделяет катализатор на 3 класса: 0—5 мм, 5—10 мм и более 10 мм.

Классы 5—10 мм и более 10 мм используются для очередной загрузки конвертора. Классы 0—5 мм направляются для пере­ работки на катализаторную фабрику.

Для отсоса и улавливания пыли, выделяющейся при рассеве катализатора устанавливаются обычно эксгаустер и фильтр.

§ 6. Расходные показатели процесса

Расход водяного пара. Расход водяного пара зависит от со­ става исходного газа, остаточного содержания СО в конвертиро­ ванном газе, числа ступеней конверсии и температуры процесса.

Расход пара возрастает при повышении содержания СО в ис­ ходном газе и уменьшении концентрации СО в конвертированном газе и сокращается при снижении температуры процесса и уве­ личении числа ступеней конверсии. Большое влияние на расход пара оказывает также содержание в газе сернистых соединений (как сероводорода, так и органических соединений серы). Для предотвращения образования сульфидов и связанного с этим отравления катализатора приходится снижать парциальное дав­ ление сероводорода (поступающего с исходным газом и образую­ щегося в результате конверсии сераорганических соединений) подачей увеличенного количества водяного пара.

Следует отметить, что во всех случаях практический расход пара значительно превышает количество его, необходимое по условиям равновесия.

ЛИТЕРАТУРА

1.W. B r y a n t . Ind. Eng. Chem 23, 1019 (1931); Химстрой 4, No. 2, 1448 (1932).

Г л ава VII

КОНВЕРСИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

§1. Общие сведения

Одним из распространенных в настоящее время в промышлен­ ности способов получения водорода и его смесей с азотом и окисью'

которая для выработки из нее водорода (или соответственно азотоводородной смеси) направляется на конверсию окиси угле­ рода.

(углеводородных, газов) по реакции (VII-1) и последующей конвер­ сией СО по реакции (VII-4). Для автотермичности процесса метан может конвертироваться с парокислородной смесью. В этом, случае первичный газ (Нг + СО) образуется за счет реакций

(VII-1) и (VII-3).

Если конечным продуктом конверсии углеводородов должен быть газ с соотношением Нг : СО = 2 : 1 , процесс проводится либо по реакции (VII-3), либо со смесью НгО и СОг по суммарной реакции (VI1-1) и (VII-2) в соответствии с уравнением

ЗСН4 + С02-+ 2Н20 <-.>4СО + 8Н2 — 142,7 ккал. (VII-5)»

138 Глай а V II

При Необходимости получать синтез-газ с другим соотноше­ нием (Н2 : СО) указанное может быть достигнуто соответствую­ щим сочетанием реакций (VII-1), (VII-2) и (VII-3).

Если требуется производить азотоводородную смесь, в кото­ рой, как известно, содержание остаточного метана должно быть минимальным, процесс может осуществляться следующими путями:

а) либо конверсией в две ступени, а именно: первоначальной конверсией углеводородных газов с водяным паром до остаточного содержания метана 2—3 об. % по реакции (VII-1) и последующим превращением остаточного метана по реакции (VII-3) с помощью

с использованием в качестве окислителя воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода.

§2. Теоретические основы

Конверсия с водяным паром

Значения константы равновесия реакции (VII-1) при темпера­ турах от 600 до 1400° К приведены в табл. 37.

Таблица 37

“

Равновесный состав газовой смеси по реакции (VII-1) при '■стехиометрическом расходе водяного пара в интервале температур 700—1200° К, определенный в соответствии со значениями конютанты равновесия по данным [1], приведен в табл. 38.