Технологическая часть процесса конверсии углеводородов

Процесс состоит из нескольких стадий: подготовки сырья, конверсии, утилизации тепла, очистки газа от . При подготовке сырья следует иметь в виду, что никелевый катализатор чувствителен к отравлению органическими соединениями серы, содержание которых в углеводороде ограничивают величиной 1 мг S в 1 м³. Сырье, не удовлетворяющее этим условиям, нужно очищать, для чего подвергают каталитическому гидрообессериванию с последующим удалением образовавшегося сероводорода. Стадия подготовки сырья включает также компримирование газа, смешение его с водяным паром и предварительное нагревание смеси.

Принципиальная схема окислительной конверсии метана (или природного газа) при высоком давлении приведена на рис. 3.

Рис. 3. Технологическая схема окислительной конверсии природного газа при высоком давлении.

1. Турбокомпрессор, 2, 3, 10. Теплообменник, 4. Котел-утилизатор, 5. Паросборник, 6. Конвертор, 7. Скруббер, 8. Холодильник, 9. Абсорбер, 11. Десорбер, 12. Дроссельный вентиль, 13. Кипятильник

Исходный метан, очищенный от сернистых примесей, сжимают турбокомпрессором 1 до 2–3 МПа и смешивают с необходимым количеством водяного пара и . Смесь подогревают в теплообменнике 2 до 400°С частично охлажденным конвертированным газом и подают в смеситель конвертора 6, куда поступает предварительно приготовленная смесь кислорода с равным объемом водяного пара. Конвертор охлаждается кипящим в рубашке конденсатом; при этом генерируется пар давлением 2 – 3 МПа, который отделяют в паросборнике 5. Тепло горячего конвертированного газа, выходящего из конвертора при 800 – 900°С, используют в котле-утилизаторе 4 для получения пара высокого давления, направляемого затем в линию пара соответствующего давления или используемого для привода турбокомпрессора. Тепло частично охлажденного газа утилизируют для предварительного подогревания смеси в теплообменнике 2 и в теплообменнике 3 для нагревания водного конденсата, питающего котел-утилизатор. Окончательное охлаждение газа осуществляют в скруббере 7 водой, циркулирующей через холодильник 8.

Полученный на этой стадии синтез-газ в зависимости от требований к соотношению СО и содержит 15–45 % (об.) СО, 40–75 % (об.) , 8–15 % (об.) , 0,5 % (об.) и по 0,5–1 % (об.) и Ar. Этот газ очищают от , для чего применяют абсорбцию водой под давлением, хемосорбцию водным раствором моноэтаноламина или карбоната калия. При нагревании и снижении давления происходят обратные превращения и выделяется , а раствор регенерируется:

⇄

Конвертированный газ поступает в абсорбер 9, где поглощается диоксид углерода, а очищенный газ направляют затем потребителю. Насыщенный абсорбент подогревается в теплообменнике 10 горячим регенерированным раствором и поступает в десорбер 11, с низа которого абсорбент направляют через теплообменник 10 вновь на поглощение в абсорбер 9. Диоксид углерода с верха десорбера 11 компримируют до соответствующего давления и возвращают на конверсию, смешивая перед теплообменником 2 с природным газом и водяным паром.

На получение 1 м³ очищенного синтез-газа расходуется 0,35 – 0,40 м³ природного газа, 0,2 м³ технического кислорода и в зависимости от применяемого давления и добавки от 0,2 до 0,8 кг водяного пара.

2.2 Термическая газификация топлив

2.2.1 Высокотемпературная конверсия углеводородов

Высокотемпературная конверсия углеводородов отличается высокой температурой (1350 – 1450°С) и отсутствием катализаторов. Процесс состоит в неполном термическом окислении метана или жидких фракций нефти, причем главной первичной реакцией в случае является окисление его в смесь СО, и :

В небольшом количестве образуются также и за счет реакций пиролиза углеводороды и , в том числе ацетилен. В заключительной стадии процесса водяной пар консервирует оставшиеся углеводороды до СО и , причем устанавливается равновесие между оксидами углерода, которое при высокой температуре сильно смещено в пользу СО. Видимо, при разложении ацетилена выделяется углерод (сажа), также способный к конверсии водяным паром (С + ↔ СО + ). Выход сажи особенно значителен при высокотемпературной конверсии жидких углеводородов, и для его снижения в этом случае добавляют к исходному сырью водяной пар. Суммарные уравнения реакций при высокотемпературной конверсии метана и жидких углеводородов таковы:

Следовательно, соотношение и СО в зависимости от исходного сырья может меняться от 2:1 до 1:1. Кроме того, в газе находятся 2 – 3 % (об.) , 0,3 – 0,5 % (об.) и до 1 % (об.) и Ar.

Высокотемпературную конверсию углеводородов проводят при давлении от 2 – 3 до 10 – 14 МПа.

Конвертор для этого процесса подобен изображенному на рис. 4, за исключением того, что в нем нет ни катализатора, ни свода, на который его укладывают.

Рис. 4 Шахтная печь окислительной конверсии

Это – пустотелый аппарат, рассчитанный на высокое давление. Конвертор имеет внутреннюю изоляцию и водяную рубашку, предохраняющую корпус от действия высоких температур, а также смеситель углеводорода и кислорода, обеспечивающий быструю гомогенизацию смеси во взрывобезопасных условиях. Достоинствами процесса являются его высокая интенсивность, простота конструкции конвертора, отсутствие катализатора и нетребовательность к качеству исходного сырья. Это обуславливает все более широкое распространение высокотемпературной конверсии особенно для жидких углеводородов (вплоть до мазута и сырой нефти), которую оформляют в виде энерготехнологических схем с агрегатами большой единичной мощности.