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

190 Глава V II

имодействие остаточного метана с кислородом воздуха.1) Темпе­ ратура в конверторе второй ступени за счет идущих там процес­ сов окисления повышается до 900—1000°. Воздух добавляется к газу перед второй ступенью в таком количестве, чтобы в ре­ зультате вторичной конверсии отношение (СО + Нг) : N2 в газе было бы равно 3,05—3,1. Примерный состав газа после

количеств водорода газ после вторичной печи направляется на конверсию окиси углерода. Избыточное физическое тепло газа после вторичной печи используется в скруббере-увлажнителе 6 для насыщения газа влагой (рис. 45), необходимой для проведе­ ния процесса конверсии СО, и в котле-утилизаторе 7 для выра­ ботки пара. После смешения с дополнительным количеством водяного пара в смесителе 8 газ поступает в конвертор СО 9, где имеются несколько слоев железо-хромового катализатора.

Большая часть физического тепла продуктов конверсии СО используется в теплообменниках 1 и 10 для подогрева исходного газа и водяного пара, направляемых на конверсию углеводоро­ дов. После теплообменников газ охлаждается, а затем поступает в систему очистки. В результате конверсии СО получается газ, содержащий значительное количество СОг и небольшую долю

должны быть практически полностью удалены СО2 и СО. Очистка конвертированного газа от СОг обычно осуществляется промывкой газа водой под давлением или водным раствором моноэтаноламина. СО (по данной схеме получения азотоводородной смеси) удаляется из газа при помощи медно-аммиачного раствора (см.

гл. XIV).

Тепло продуктов сгорания, образующихся в печи, исполь­ зуется в котле-утилизаторе 2)* для выработки пара. После котлаутилизатора продукты сгорания поступают в дымосос и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

При одноступенчатой конверсии углеводородных газов для получения азотоводородной смеси с минимальным содержанием

остаточного метана в качестве окислителя может быть применен как концентрированный кислород, так и воздух, обогащенный кислородом. Одноступенчатая конверсия углеводородных газов с применением воздуха, обогащенного кислородом, имеет то пре­ имущество, что дает возможность в одном аппарате получать газ с соотношением (СО -|- 1Ь) : N2 равным 3.

Принципиальная схема одноступенчатого каталитического вза­

*

Т -1 г,— гг-

■ S

Рис. 46. Схема получения сырой азотоводородной смеси (конвертированного газа) одноступенчатым превращением метана с кислородом на заводе в Но­ варре:

1, 2 — сатураторы; з — конвертор метана; 4 — смеситель: S — кислорододувка: 6 — котел-утилизатор при конверторе метана; 7 — паросборник; в — котел-утплизатор при конверторе СО: 9 — экономайзер; 10 — теплообменник; 11 — сборник конденсата; 12 — конвертор СО: 13 — водонагревательная башня; 14 — холодильник непосредственного

смешения; 15 — насос для конденсата; 16 — питательный насос.

в сатуратор 1, в котором орошается подогретым конденсатом, подаваемым насосом 15 из сборника 11. Далее насыщенный вла­ гой метан проходит теплообменник 10, где за счет физического тепла газа, выходящего из котла-утилизатора 6, нагревается до 400—500° С, после чего направляется в смеситель 4. В смеси­ тель вводится также кислород, подаваемый газодувкоц 5. До поступления в смеситель кислород проходит сатуратор 2. Смесь метана с кислородом поступает в конвертор углеводородного газа 3 снизу. Взаимодействие метана с кислородом осуществ­ ляется в гетерогенной фазе на Никелевом катализаторе.

Тепло продуктов реакции, выходящих из конвертора с темпе­ ратурой 900—950° С, используется вначале в котле-утилизаторе 6 для выработки водяного пара, а затем в теплообменнике 10 для нагрева исходного метана. Далее газ при температуре 450° С

новке предусмотрены два последовательно включенных кон­ вертора 3 и 4. Наличие двух последовательно включенных кон­ верторов для достижения низкой остаточной концентрации метана не обязательно, однако это позволяет лучше и точнее регулировать соотношение Нг : N2 в получаемом газе, особенно при переменном составе исходного газа.

Исходный природный газ, а также концентрированный кисло­ род (который вводится в смеситель конвертора 2 по отдельному трубопроводу), поступают параллельно в два сатуратора 1, где Насыщаются влагой за счет орошения горячей водой, подаваемой насосом 11, из газового холодильника 8. Насыщенные водяным паром природный газ и кислород направляются в смеситель кон­ вертора первой ступени 2, куда подается, кроме того, и воздух. Исходная смесь проходит конвертор первой ступени 3 снизу вверх. В конверторе первой ступени происходит гетерогенная конверсия углеводородного газа парокислородной смесью На никелевом ката­ лизаторе. Образующиеся здесь продукты реакции по трубопро­ воду, футерованному огнеупорным материалом, поступают в кон­ вертор второй ступени 4, после которого остаточное содержание СН4 в газе не превышает 0,2—0,3%. Контактирующей поверх­ ностью во вторичной печи является катализатор, приготовля­ емый также на основе никеля.

Физическое тепло газов после конверсии углеводородов ис­ пользуется в испарителе 5 для повторного насыщения газа водя­ ным паром. Парогазовая смесь поступает затем в конвертор СО 6, где на обычном железном катализаторе происходит взаимодей­ ствие окиси углерода и водяного пара с образованием дополни­ тельных количеств Нг и СОг. Физическое тепло газа после кон­ версии СО используется в котле-утилизаторе 7 для выработки водяного пара. Дальнейшее охлаждение газа производится в хо­ лодильнике непосредственного смешения 8. На орошение газо­ вого холодильника подается циркуляционная вода, до этого несколько охлажденная в сатураторе 1.

Для розжига первичного конвертора предусмотрена пусковая камера 9. К пусковой камере подведены природный газ и воздух. Образующиеся при розжиге продукты сгорания отводятся в атмо­ сферу через дымовую трубу 10.

Получение азотоводородной смеси путем конверсии углеводо­ родных газов с окислителями может осуществляться также под повышенным давлением. При этом данный процесс возможен как в случае применения в качестве окислителя водяного пара с про­ ведением конверсии в трубчатых печах, так и при взаимодействии углеводородного газа с кислородом в аппаратах шахтного

типа.

При получении азотоводородной смеси конверсией углеводо­ родных газов в трубчатых печах под давлением Эйкмейер и Мар-

13 в. в. Иоффе.

1 ) обессеривание газа в присутствии бокситовой и железоокисной контактной массы;

2) конверсия СЕЦ с паром в трубчатой печи (первая ступень конверсии) с использованием продуктов сгорания после печи

вкотле-утилизаторе;

3)конверсия СШ с воздухом в шахтной печи (вторая ступень конверсии);

4)охлаждение и насыщение газа влагой за счет впрыскивания

воды;

5)конверсия СО;

6 ) использование тепла конвертированного газа для реге­ нерации растворов, применяемых для поглощения ССЬ;

нологической схеме получения азотоводородной смеси двухсту­ пенчатой конверсией углеводородных газов под давлением должны определяться в зависимости от технико-экономических сообра­ жений и конкретных условий производства и могут быть иными, чем приведенные выше. Так, в некоторых случаях схема двухступенчатой конверсии углеводородного газа под давлением, кроме первичного взаимодействия метана с паром в трубчатых печах и вторичного окисления в аппаратах шахтного типа, может включать в себя двухступенчатую конверсию СО с извлече­ нием СО2 из газа после каждой ступени конверсии СО, после­ дующее удаление остатков СО и СОг метанированием и наконец дополнительное сжатие газа.

Как уже упоминалось выше, одноступенчатая конверсия угле­ водородного газа в аппарате шахтного типа может проводиться под давлением до 30—35 атм. При этом процесс одноступенчатой конверсии под повышенным давлением в шахтном аппарате может осуществляться или каталитически при температурах до 1100° С, или в свободном объеме (без применения катализатора) при тем­ пературах порядка 1400—1500° С. В качестве окислителей в про­ цессах одноступенчатой конверсии углеводородных газов под повышенным давлением применяются либо воздух, обогащенный

*) Необходимо отметить, что поглощение СО2 горячим раствором кар­

боната при давлении 10—12 атм вряд ли целесообразно, ввиду его малой абсорбционной емкости при этих давлениях.

ной колонны составляет 10—11%. Для получения стехиометри­ ческой азотоводородной смеси к газу, выходящему из промывной колонны, добавляется газообразный азот.

1^/ § 7. Технологические схемы получения синтез-газа

Как уже упоминалось выше, для синтеза органических про­ дуктов требуется газ, состоящий из смеси Нг -f- СО определен­ ного состава.

При конверсии углеводородных газов с одним только водяным паром, получается газ, в котором соотношение Нг : СО намного больше, чем это требуется для процессов синтеза органических продуктов. Поэтому смесь Нг + СО необходимого состава полу­ чают либо конверсией углеводородных газов с кислородом (по реакции VI1-3), либо конверсией углеводородных газов со смесью водяного пара и углекислоты по реакции (VII-5). Сочетанием реакций (VII-1), (VII-2) и (VII-3) можно получить смесь Нг + СО практически любого состава.

Так как в результате указанного взаимодействия углеводоро­ дов с окислителями может быть сразу получен газ с необходимым соотношением Нг : СО, конверсия окиси углерода технологи­ ческой схемой производства синтез-газа, как правило, не пре­ дусматривается.

При применении в качестве окислителя кислорода технологи­ ческая схема производства синтез-газа конверсией углеводород­ ных газов в своей начальной стадии (до конверсии СО) анало­ гична схеме получения азотоводородной смеси, рассмотренной выше. Полученная в шахтной печи смесь .Нг + СО после утили­ зации ее физического тепла в данном случае направляется не на конверсию СО, а непосредственно на охлаждение и при необхо­ димости на очистку от СОг.

Синтез-газ может быть получен и в трубчатых печах. В этом случае (в отличие от схемы производства технического водорода) в качестве окислителя используется смесь водяного пара и угле­ кислоты. Технологическая схема получения синтез-газа в труб­ чатых печах аналогична схеме производства водорода с тем отли­ чием, что газы реакции после трубчатой печи и устройства для использования их физического тепла направляются сразу на конечное охлаждение и на отмывку от СОг. Полученная при этом углекислота используется в смеси с водяным паром для конвер­ сии углеводородов.

промышленности, Гостоптехиздат, 1949.