Главная | Обратная связь

Паровая конверсия метана.

Билет № 1

1. Теоретические основы процессов паровой и паровоздушной конверсии природного газа. Устройство 101-В, 103-D. Аналитический контроль.

Паровая конверсия метана.

Паровая каталитическая конверсия природного газа (первичный ри­фор­минг) осуществляется на никелевом катализаторе в реакционных трубах, располо­женных в радиантной зоне трубчатой печи 101-B.

Первичный риформинг протекает по реакциям:

 

СН₄ + Н₂О « СО + 3Н₂ D H= + 206,5 кдж/моль (1)

СО + Н₂О « СО₂ + Н₂ D H= -41,06 кдж/моль (2)

СН₄ + СО₂ « 2СО + 2Н₂ D H= + 247,6 кдж/моль (3)

Протекающие на катализаторе реакции - обратимые эндотермические, с по­глощением тепла. Для проведения эндотермических реакций предусматривается подвод тепла извне, от потолочных горелок. Реакция (3) - углекислотной конвер­сии метана является производной реакции (2), поэтому её следует рассматривать совместно с реакцией (2).

Указанные реакции, с доведением остаточного метана до 10,1 % об., прово­дятся при расчётной температуре на выходе из реакционных труб равной 824 ^оС, давлении конвертированного газа на выходе из печи равном 33 кгс/см² и соотно­шении пар : углерод равном 3,5 : 1. Расчётная температура первичного рифор­минга с доведением остаточного метана до 10,1 % об., в условиях равновесия со­ставляет 796 ^оС. (Равновесные реакции - это такие, у которых скорости прямой и обратной реакций равны).

Конвертированный газ на выходе из труб первичного риформинга собирается в сборные коллектора, а затем через подъёмные стояки в передаточный коллектор, при этом газ нагревается примерно на 15 - 20 ^оС и с температурой 835 оС поступает во вторичный рифор­минг для дальнейшей конверсии.

Состав конвертированного газа определяется рабочими условиями проведе­ния указанных реакций.

При увеличении температуры снижается содержание метана и диоксида уг­лерода и увеличивается содержание оксида углерода и водорода в конвертиро­ванном газе после первичного риформинга и наоборот.

При увеличении соотношения пара к углероду реакции (1) и (2) будут сме­щены в сторону образования продуктов реакции - с уменьшением содержания ме­тана и оксида углерода и увеличения содержания водорода и диоксида углерода в конвертированном газе после первичного риформинга.

Увеличение давления в системе первичного риформинга действует подобно снижению температуры газа после реакционных труб. Повышенное давление в риформингах предусмотрено для уменьшения объёма аппаратов.

При сжигании топливного газа в печи 101-В в смеси с танковыми и продувоч­ными газами, содержащими аммиак, содержание оксидов азота в дымовых газах достигает 400 мг/нм³ и более. С целью снижения количества оксидов азота, сбра­сываемых в атмосферу с дымовыми газами из печи, предусмотрено гомогенное восстановление их аммиаком.

Метод основан на избирательном восстановлении оксидов азота аммиаком в газовой фазе в отсутствие катализатора, при температуре 900-980 ^оС по реак­циям:

 

6 NO + 4 NH₃ = 5 N₂ + 6 H₂O (1) D H= + 1593 кдж/моль

6 NO₂ + 8 NH₃ = 7 N₂ + 12 H₂O (2) D H= + 2931 кдж/моль

4 NO + 4 NH₃ + O₂ = 4 N₂ + 6 H₂O

 

Реакции (1) и (2) являются эндотермическими, идущими с поглощением тепла.

В качестве газа-восстановителя используется газообразный аммиак.

Основные яды катализаторов первичного риформинга: сера, хлор, мы­шьяк, фосфор, кислород. Отравление никелевого катализатора наступает в результате хемосорбции яда на поверхности активного металла с образова­нием каталитиче­ски неактивных сульфидов, оксидов, хлоридов и других соединений.

При снижении соотношения пар : углерод ниже 2,5 (расчётная величина 1,8) происходит выделе­ние уг­лерода по реакциям:

 

СН₄ « C + 2H₂ D H = + 74,95 кдж/моль

2CO « C + CO₂ D H = - 172,5 кдж/моль

CO + H₂ « C + H₂O D H = - 131,5 кдж/моль

 

Углерод отлагается на поверхности и в порах катализатора. Вследствие различия коэффициентов термического расширения углерода и катализатора проис­ходит его разрушение. Дезактивация и блокировка ката­ли­затора углеродом приво­дят к перегреву реакционных труб, увеличению перепада давления. При глубоком проникновении углерода в поры катализатора происходит механическое разрушение катализатора, приводящее к остановке цеха (установки) и замене ка­тализатора.