Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/safonov1/1.html
Дата изменения: Unknown Дата индексирования: Fri Feb 28 04:25:50 2014 Кодировка: Windows-1251 |
ГЛАВА 1.
Принципиальная схема паровоздушной конверсии
метана
Блок-схема отделения паровоздушной конверсии природного газа в технологической нитке производства аммиака приведена на рис.1.
Рис.1. Принципиальная схема отделения конверсии природного газа в агрегате по производству аммиака:
1 - аппарат гидрирования сераорганических соединений; 2 - адсорбер сероводорода; 3 - печь первичного реформинга природного газа (трубчатая печь (Т.П.); 4 - реактор вторичного реформинга (шахтный реактор (Ш.Р.); 5, 6 - конвертеры монооксида углерода I и II ступени; 7 - блок очистки от СО2 ; 8 - метанатор; ТО - теплообменники.
Природный газ вначале проходит через аппараты 1, 2 очистки от сераорганических соединений. В аппарат 1 подается часть производимого в отделении конверсии потока азотоводородной смеси; содержащие серу соединения реагируют с водородом, образуя сероводород, который удаляется из смеси в аппарате 2 при взаимодействии с оксидом цинка, либо адсорбцией на цеолите. Очищенный природный газ смешивается с водяным паром и поступает в реакционные трубы печи первичного реформинга 3 (трубчатой печи (Т.П.)), заполненные никелевым катализатором. Здесь происходит превращение большей части СН4 и сопутствующих углеводородов в смесь Н2 , СО и СО2. Итоговые уравнения основных реакций, протекающих в Т.П. можно записать в виде:
СН4 + Н2О 3 Н2 + СО , (1)
СО + Н2О Н2
+ СО2 . (2)
Реакция (1) идет с поглощением теплоты, реакция (2) - с ее выделением. Суммарный тепловой эффект процесса определяется эндотермической реакцией (1), необходимая теплота подводится к реакционным трубам от сжигаемого в межтрубном пространстве природного газа.
Вслед за первичной конверсией природного газа проводится паровоздушная конверсия остаточного количества углеводородов (вторичный реформинг) в шахтном реакторе (Ш.Р.) 4. Данный аппарат выполняет в рассматриваемой схеме две важные функции: увеличение степени конверсии метана за счет значительного повышения температуры по сравнению с температурой, достигаемой в Т.П., и приготовление смеси газов с необходимым содержанием азота для последующего синтеза аммиака. В Ш.Р., загруженном никелевым катализатором, последовательно протекают реакции окисления горючей смеси газов кислородом воздуха, подаваемого на вход Ш.Р., и реакции (1), (2). Среди реакций окисления превалирует реакция
2 Н2 + О2 2 Н2О , (3)
протекающая до полного исчерпывания кислорода. Реакция (3) преобладает среди других реакций окисления, так как в газовой смеси, поступающей в Ш.Р., количество водорода значительно превышает количество других горючих газов.
Обе функции Ш.Р. обеспечиваются за счет парадоксального на первый взгляд решения - сжигания части полученного на предыдущей стадии продукта в объеме реактора. В результате происходит адиабатный разогрев смеси, температура резко возрастает, вследствие чего и повышается степень конверсии метана. Весь кислород, содержащийся в подаваемом в Ш.Р. воздухе, расходуется, и в смеси с продуктами конверсии остаются только другие компоненты воздуха - азот и аргон. Поэтому для приготовления азотоводородной смеси в данной схеме отпадает необходимость в выделении азота из воздуха путем его сжижения и низкотемпературной ректификации.
Выходящая из Ш.Р. смесь после ступенчатого промежуточного охлаждения последовательно проходит реакторы 5 и 6, в которых происходит практически полная конверсия монооксида углерода с образованием водорода на селективных катализаторах ( I ступень конверсии в реакторе 5 - на среднетемпературном железо-хромовом катализаторе и II ступень в реакторе 6 - на низкотемпературном цинк-хром-медном катализаторе ), обеспечивающих избирательное протекание реакции (2) при заторможенной реакции (1). Далее полученная азотоводородная смесь освобождается от углекислого газа абсорбцией раствором моноэтаноламина или бикарбоната калия в технологическом блоке 7. Оставшиеся в смеси незначительные примеси оксидов углерода, являющихся ядами для катализатора синтеза аммиака, нейтрализуют во вспомогательном каталитическом реакторе - метанаторе 8, в котором реакции (1) и (2) протекают справа налево, превращая оксиды углерода в метан, инертный по отношению к катализатору синтеза аммиака. Из метанатора очищенная азотоводородная смесь идет в отделение синтеза аммиака, небольшая часть смеси поступает в головной аппарат 1 схемы.