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

Температура отводимого конвертированного газа здесь также мень­ ше, чем в других печах, что упрощает дальнейшую обработку газа.

в случае проведения процесса под давлением. Отрицательной стороной круглых печей является трудность создания таких агрегатов большой производительности.

Для успешного проведения процесса конверсии углеводород­ ных газов с водяным паром в трубчатых печах, большое значение имеет правильная организация технологического режима и созда­ ние условий для длительной работы катализатора. Как уже

необходимого. Исходная парогазовая смесь должна быстро нагре­ ваться до температуры реакции, ибо в противном случае воз­ можно термическое разложение углеводородов с выделением элементарного углерода. Температуру в верхней части реакцион­ ных труб, где поглощается наибольшее количество тепла, сле­ дует поддерживать в пределах 600—650° С. Температура в нижней части труб определяется требуемой степенью конверсии угле­ водородов. Вместе с тем необходимо отметить, что при перегреве катализатор имеет свойство рассыпаться.

Давление на входе в печь и сопротивление прохождению потока парогазовой смеси во всех реакционных трубах должно быть практически одинаковым. При выпадении углерода, а также при измельчении и слеживании катализатора сопротивление труб увеличивается, а давление в печи повышается. Температура стенок труб в связи с этим возрастает, что может быть определенопри помощи оптического термометра.

Неравномерный обогрев, вызывающий неодинаковые тепловые напряжения в различных участках реакционных труб, может привести к вспучиванию и деформации' последних. Поэтому следует стремиться к возможно более равномерному обогреву реакционных труб. При нормальной работе трубы могут служить, несколько лет.

Продолжительность работы загруженного в трубы катализа­ тора составляет обычно 1—2 года. Срок службы катализатора уменьшается при:

а) увеличении в исходном газе содержания серы и непредель­ ных углеводородов против допустимого;

б) отклонении от установленного технологического режима (как например, снижение доли пара в исходной парогазовой смеси, нарушение температурного режима);

в) перегреве катализатора; г) несоблюдении правил загрузки катализатора (загрузка

влажного или загрязненного катализатора, отсутствие предва­ рительного рассева его и др.).

Необходимо отметить, что сильное охлаждение восстановлен­ ного катализатора может привести к его разрушению. Поэтому

перед остановкой печи катализатор должен быть окислен, что достигается пропариванием его при рабочей температуре в тече­ ние 24 часов.

§ 4. Конструктивное оформление процессов кислородной конверсии

Выше было упомянуто, что процесс конверсии метана с кисло­ родом может проводиться как гетерогенно-каталитически, так и гомогенно, в отсутствие катализатора. Сообразно этому из­ вестны три основных типа печей (аппаратов) для конверсии метана

скислородом.

1.Однозонные печи для терми­ ческой конверсии метана в отсут­

сооруженная на заводе в Оппау (Германия), представляет собой вертикальный цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом (рис. 37). Печь состоит из двух камер. Верхняя пред­ назначена для окисления метана в свободном объеме, нижняя — для каталитической конверсии метана с водяным паром и СОг. К печи тангенциально примыкает футерованная труба, большого диаметра, служащая для смешения метана с кислородом. Для лучшего смешения кислород вводится в поток углеводородного газа в трубе через специальное сопло. Пламенная реакция, начи­ нающаяся в трубе, заканчивается в верхней камере печи. В ниж­ ней камере размещен никель-магниевый катализатор. Газ вво­ дится в печь сверху и отводится снизу. Температура выходящего газа около 1000° С.

174 Глава V II

Основной недостаток указанной печи состоит в том, что окисле­ ние метана в верхней камере сопровождается интенсивным выде­ лением сажи, откладывающейся на катализаторе и уносящейся с газом. Для борьбы с сажей в печь подавали газ с содержанием СН4 не более 30% (что достигалось рециркуляцией части газового

углеводородных газов с кислородом в большой степени зависит от однородности смеси углеводород — кислород, поступающей на конверсию. В объемах с недостаточной концентрацией кислорода выделяется углерод, а избыток кислорода в каком-либо из объ­ емов смеси приводит к местным перегревам. Поэтому тщательное смешение парогазовой смеси и кислорода до конверсии является важной предпосылкой успешного проведения процесса. При этом смешение углеводородного сырья и кислорода, а также

транспортировка смеси должна производиться при скоростях, исключающих возможность воспламенения газовой смеси. Обычно устройство для смешения углеводородного газа (или парогазовой смеси) с кислородом соединяют непосредственно с конвертором. Эскиз горизонтального смесителя трубчатого типа, соединенного непосредственно с конвертором, представлен на рис. 38.

На установке в Пьерфитте (Франция), где природный га» конвертируется с воздухом, обогащенным кислородом, устано­ влен конвертор с нижним подводом газа [2]. На данной уста­ новке природный газ, воздух и кислород смешиваются в специаль­ ном смесителе, расположенном непосредственно под конвертором метана. Газовая смесь поступает затем на процесс через 16 огне­ упорных диффузоров, вделанных в под конвертора. Назначение диффузоров состоит в том, чтобы препятствовать образованию пламени и распределять газовую смесь равномерно по всему сече­ нию реакционной зоны.- По выходе из диффузоров газовая смесь сразу попадает на катализатор, слой которого она проходит снизу вверх.

На рис. 39 изображена конструкция конвертора метана с ниж­ ним подводом газа, разработанная ГИАПом.

Газ поступает в аппарат из смесителя 6, размещенного непо­ средственно под конвертором, через огнеупорную решетку 10 из хромистого магнезита, имеющую форму купола. Над огне­ упорной решеткой уложен слой катализатора на магнезите 3, далее идет слой катализатора 4 (ГИАП-3 размером 40 X 40 мм) и наконец основной слой катализатора 5 (ГИАП-3, размером 12 или 20 мм). Слой катализатора на магнезите служит для защиты катализатора ГИАП-3 от действия высоких температур, могущих возникнуть при перегреве смеси. Назначением слоя катализатора

из аппарата через штуцер в горловине аппарата, имеющей вид трубы большого сечения. Для первоначального разогрева аппа­ рата и подачи продуктов сгорания из камеры разогрева в нижней части конвертора предусмотрен специальный штуцер 7. Изме­ рения температуры исходной смеси на входе в конвертор, а также в двух зонах катализатора запроектировано при помощи термопар 9.

При эффективном смешении углеводородного газа с окисли­ телем, хорошем распределении газа по сечению конвертора, создании условий, исключающих возможность воспламенения газовой смеси до попадания ее в зону катализатора, а также при отсутствии свободных объемов между частичками катализа­ тора, выделение углерода в аппаратах для каталитической кон­ версии метана с кислородом при их нормальной работе не должно иметь места.

§ 5. Технологические схемы получения технического водорода

Для получения технического водорода, содержащего только незначительные количества СО и СОг (в пределах десятых долей процента), углеводородные газы после очистки от сероводорода

иорганических соединений серы обычно конвертируют с водяным паром в трубчатых печах над никелевым катализатором при температурах 750—800° С. Получаемый газ, с целью удаления СО

иобразования дополнительных количеств водорода, подвер­ гается после этого дальнейшей конверсии с водяным паром над

Рис. 41. Принципиальная схема получения технического водорода каталити­ ческой конверсией природного газа в трубчатых печах:

железным катализатором при температурах 450—500° С. Затем конвертированный газ очищается от СОг и остаточной СО.

Исходным углеводородным сырьем для выработки техни­ ческого водорода методом конверсии с водяным паром служат природные газы, различные сухие газы нефтепереработки, жидкие газы (пропан, бутан) и отходящие газы гидрирования.

На рис. 41 приводится одна из схем получения технического водорода каталитической конверсией природного газа с водяным паром в трубчатых печах.

Удаление сероводорода осуществляется в абсорбере 1, ороша­ емом 20%-ным раствором диэтаноламина. После абсорбера газ смешивается с небольшим количеством водяного пара и через подогреватель 2 направляется в адсорбер 3. В подогревателе 2 температура газа повышается до 450—460° С за счет сжигания в межтрубном пространстве аппарата отопительного газа. В адсор-