Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород (стр. 5 из 13)

За достигане на необходимата концентрация на водород при увеличено на-лягане, се увеличава температурата на процеса и разхода на пара. Но повишено-то налягане и температура водят до нуждата от използване на реакционни тръби от високолегирани стомани. Във връзка с това производството на водород в дне-шни дни се осъществява при налягане на по-високо от 2,5 МРа. Границата на во-дене на процеса е обусловена от качеството стоманата на реакционните тръби, данни на фигура 4. В съвременните инсталации, процеса се води при 2,0 – 2,6 МРа, 800 – 880 ⁰С и отношение пара:метан от (4 – 5) : 1.

Ограниченията в съдържанието на Н₂, температурата и налягането при избора на режема на ПК на метана важат и за конверсията на нефто-заводските газове и бензини.

Фиг. 4 Ограничение на режима на паро-каталитична конверсияот качеството на стоманата на реакционните тръби

В таблица 9 и 10 са приведени резултатите от ТД изчисления за ПК на нефтозаводски газове с различен въглероден еквивалент nза производство на 95% и 98% водород при 2 МРа и температура 830 и 860 ⁰С (температурата на конвертирания газ на изход от реактора ше е съот-ветно 800 и 830 ⁰С)

Табл. 9 Добив и състав на конвертирания газ от ПК на нефтозаводските газове в условия на достигнато ТД равновесие при 2 МРа и 830 ⁰С

n	Разходна пара,м³/м³	Добив на газ, м³/м³		Състав на сухия газ,%
n	Разходна пара,м³/м³	сух	влажен	СО₂	СО	Н₂	СН₄
Съдържание на Н₂ в технически водород 95 – 96%
1,01,41,82,22,63,0	4,56,17,69,210,712,2	4,15,46,78,09,31,5	7,39,611,914,116,418,6	10,611,612,112,512,813,0	11,111,712,212,512,712,9	75,774,173,172,471,971,5	2,62,62,62,62,62,6
Съдържание на Н₂ в технически водород 98%
1,01,41,82,22,63,0	6,08,210,212,214,216,2	4,35,77,18,59,811,2	8,911,814,617,420,122,9	12,113,113,714,114,414,6	9,610,010,310,610,810,9	77,075,674,174,073,573,2	1,31,31,31,31,31,3

Както се вижда в таблица 10 с увеличаване на въглеродния еквива-лент на нефтозаводските газове, расте и разхода на пара за 1 м³ от изходходния газ, но относителния разход на пара расте незначително. По-забележимо (24 – 25%) расте разхода на пара при повишение концен-трацията на Н₂ в техническия водород от 95 на 98%.

Табл. 10 Добив и състав на конвертирания газ от ПК на нефтозаводските газове в условията на достигнато ТД равновесие при 2 МРа и 860 ⁰С

n	Разходна пара,м³/м³	Добив на газ,м^3/м³			Състав на сухия газ, %
		сух		влажен	СО₂	СО	Н₂		СН₄
Съдържание на Н₂ в технически водород 95 – 96%
1,01,41,82,22,63,0	3,64,96,27,48,79,9	4,05,36,57,89,110,3		6,48,410,412,414,416,4	8,89,610,110,510,710,9	13,314,714,715,115,315,5		75,373,672,671,971,471,0	2,62,62,62,62,62,6
Съдържание на Н₂ в технически водород 98%
1,01,41,82,22,63,0	4,96,68,29,911,613,2	4,35,66,98,39,711,0	7,810,212,615,117,619,9		10,511,411,912,212,612,7	11,612,212,713,013,113,3	76,675,174,173,573,072,7			1,31,31,31,31,31,3

С увеличение на въглеродния еквивалент на газа, относителния разход на пара спрямо въглерода, по данни от ТД изчисления, малко се понижава. На практика обаче, поради опасност от отделяне на въглерод на катализатора (особено при нестабилен състав на газа), с увеличавене на въглеродния еквивалент на газа, разхода на пара се повишава. По-високият въглероден еквивалент n на нефтозаводските газове, в сравнение с природния, по-малката им стабилност, водят до необходимост от увеличен разход на пара. Зависимостта на разхода на пара от nна суровината е дадена на фигура 5.

На фигура 6 е дадена зависимостта на равновесната концентрация на метана в сухия газ при конверсия на бензина от температура, налягане и отношение пара:бензин(номограмата може да служи за приб-лизителна оценка на режима на процеса).

Общите зависимости на процеса от температурата и налягането за хомолозите на метана са същите като тези за самия метан.

Изборът на температура и налягане на процеса на ПК на нефтоза-водските газове, а също и бензини се определя от същите фактори, които се определя избора при конверсия на природен газ.

Фиг. 5 Зависимост на разхода на пара от въглеродния еквивалент при ПК на въглеводороди и производство на95 – 96% Н₂ а) и 98% Н₂ б) при температура 830 ⁰С (непре късната линия) и 860 ⁰С (прекъсната)

Във връзка с разработването на устойчиви паладиеви мембрани епредложена инсталация за конверсия на метан с отделяне на водорода от реакционната зона през мембрана. Това би преместило ТД равновесие на реакцията. Изчисленията за ТД равновесие на реакцията на ПК при налягане 1,925 МРа, отношение пара:метан равно на 3:1 и парциално налягане на Н₂ в остатъчния газ 0,16 МРа, показали, че при отвеждане на получения Н₂, още при 500 ⁰С степента на конверсия на метана достига 1, като в същото време без отвеждане на Н₂ степента на конверсия на СН₄ 0,9 може да се достигне едва при 880 ⁰С.

Количеството чист водород, което минава през мембраната, се оп-ределя също от парциалното налягане на Н₂ в остатъчния газ, на изход от реактора. На фигура 7 е показан резултата от ТД изчисления на ПК на метана с извеждане на водород при различни температури и парциални налягания на Н₂ в остатъчния газ. Както следва от приведените данни, воденето на процеса при 600 – 700 ⁰С е по-ефективно, тъй като се пови-шава количеството на водорода, извеждан през мемраната. С увелича-ване на температурата възниква възможност за повишаване на парциал-ното налягане Н₂ в остатъчния газ, което интензифицира дифузията на водорода през мембраната.

Показателите на процеса, които могат да се достигнат при едновре-менно отвеждане на водород от реакционната зона са следните:

Налягане, МРа...................................................... 2,0

Температура, ⁰С................................................... 727

Отношение пара:метан........................................ 2

Парциално налягане на Н₂ в остатъчния

газ, МРа................................................................. 0,3

Температура на нагряване на паро-газовата

смес, ⁰С.................................................................. 430

Добив, м³/м³

водород 100%-ен............................................. 3,23

остатъчен газ................................................... 1,65

Състав на остатъчния газ, %

Н₂...................................................................... 15,2

СО..................................................................... 17,5

СО₂.................................................................... 39,6

СН₄.................................................................... 3,5

Н₂О.................................................................... 24,2

Степен на конверсия на СН₄................................ 0,94

Степен на извличане на Н₂.................................. 0,93

1.2.3 Катализатори за парова конверсия на въглеводо-родите

Паровата конверсия на метана без катализатор протича с приемли-ва скорост и дълбочина на превръщане върху пълнеж от активни глини само при температури 1250 – 1350 ⁰С. Опитите осъществени в кух кварц-ов реактор, показали, че при обемна скорост 200 ч^-1, отношение пара:газ равно на 2:1 и атмосферно налягане, даже при 1000 ⁰С степента на кон-версия на метана не надвишава 8 – 9%, а при 900 ⁰С тя е равна на 1,1%. При нагряване на хомолози на метана в смес с водни пари, без катализа-тор, над 500 – 600 ⁰С протичат с висока скорост реакции на пиролиз с об-разуване на ненаситени въглеводороди (етилен, пропилен и др.). Образу-ват се още метан, етан, пропан и малко водород.

Катализаторите за ПК на въглеводородите са предназначени не само за ускоряване на основната реакция, но и за инхибиране на страни-чните реакции на пиролиз. Крайно нежелателни странични реакции са тези, при които се отделя въглерод. На тези реакции противостои газифи-кацията на въглерода с водни пари.

Паровата конверсия на въглеводородите се осъществява в стома-нени реакционни тръби (d = 100 – 150 мм) с външно подгряване. Паро-газовия поток се движи през слой от катализатор с височина до 12 м. Максимално възможната обемна скорост на суровината зависи не само от активността на катализатора, но и от скоростта на подаване на топли-на, а също и от съпротивлението на катализаторния слой.

В резултат на разработването на високоактивни катализатори, лимитиращ фактор при провеждане на процеса се е оказало подаването на топлина. Ускоряването на топлопреноса в слоя катализатор при прове-ждане на процес под налягане, а също и усъвършенстване конструкцията на пещите и увеличаване дължината на реакционните тръби довело довело до това, че съпротивлението на слоя катализатор станало лими-тиращ фактор на процеса. То в значителна степен зависи от размера и формата на частиците на катализатора и за понижаване съпротивление-то на слоя се използват катализатори с по-големи размери и с пръстено-видна форма.

Процесът на конверсия протича на активната повърхност на катали-затора. Външната повърхност на частиците е относително неголяма и тя се увеличава за сметка на увеличение пористостта на катализатора и създаване на развита вътрешна повърхност.

Към катализатора има изисквания относно неговата термична, хи-мична и механична устойчивост. Срокът на използване на катализатора не трябва да е по-малък от 2 години. Катализатора за ПК на въглеводоро-дите се оценява по съвкупност от свойства като: активност, селективност, коефициент на хидравлично съпротивление, здравина и т.н.