Паровая конверсия природных газов

Паровая конверсия природного газа в трубчатой пе-чи (первичный риформинг)

Перед трубчатой печью газовая смесь смешивается с водяным паром, перегретым до (360÷390) 0 С, до объемного соотношения «пар : газовая смесь» — «(3,1÷3,4) : 1», что соответствует соотношению «пар : природный газ» — «(3,2÷4) : 1». Давление газовой смеси регулируется изменением частоты вращения ротора турбины компрессора поз.403, а также может поддерживаться автоматически с помощью регулятора P1, перепуском части газа с нагнетания на всас компрессора через воздушный холодильник поз.427.

Расходы газовой смеси и пара поддерживаются с помощью автоматических регуляторов Q1 и Q2, а соотношение между ними контролируется по Q18. При этом байпас клапана QCV2 должен быть полностью открыт.

Недопустимо снижение соотношения «пар : газ» менее «2,7 : 1» из-за возможного выделения углерода на поверхности катализатора и, как следствие, его разрушения.

При падении расхода газовой смеси в трубчатую печь по Q1.1 и Q1.2 до 25000 м 3 /час и повышении температуры газовой смеси после трубчатой печи по T3 до 860 0 С (по схеме 2 из 3-х), а также при падении расхода пара перед трубчатой печью по Q2/1,2,3 до 80 т/час (по схеме 2 из 3-х) срабатывают блокировки остановки агрегата по группе «А», При этом подача технологического пара в трубчатую печь не прекращается.

Понижение температуры конвертированного газа на выходе из трубчатой печи до 650 0 С по T3 приводит к срабатыванию блокировок группы «В».

После смешения с паром парогазовая смесь поступает в подогреватель, расположенный в конвекционной зоне трубчатой печи (БТА), где за счет тепла дымовых газов нагревается до температуры не выше 520 0 С по T19.

Нагретая парогазовая смесь с давлением 3,7МПа (37 кгс/см 2 ) распределяется по реакционным трубам, расположенным в радиантной камере трубчатой печи поз.107.

В реакционных трубах на никелевом катализаторе при температуре на выходе (760÷830) 0 С по T21(1А÷12А), Т21(1В÷12В) и объемной скорости 1750ч -1 осуществляется процесс конверсии природного газа с паром.

Тепло необходимое для процесса конверсии, подводится к трубам в камере радиации за счет сжигания топливного газа в потолочных горелках печи. После реакционных труб конвертированная парогазовая смесь проходит сборный коллектор и подъемные трубы, где дополнительно нагревается до температуры не более 860 0 С по T3 и затем по футерованному коллектору поступает в конвертор метана 2-ой ступени поз.110. Объемная доля метана в газе после трубчатой печи составляет (9÷11)% и регистрируется на щите ЦПУ автоматическим газоанализатором Аn110.1. Сопротивление реакционных труб печи измеряется прибором dPI-1010.

Трубчатая печь, кроме радиационной камеры с реакционными трубами (12 рядов по 42 трубы в каждом), конвекционной камеры с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА), имеет вспомогательный котел поз.108, в котором за счет сжигания природного газа получается дополнительное количество пара с давлением (10,2÷10,9)МПа ((102÷109)кгс/см 2 ).

Природный газ для сжигания поступает из сети через клапан PCV171, поддерживающего давление не более 1,05МПа (10,5кгс/см 2 ), после которого часть природного газа направляется на сжигание в горелки вспомогательного котла поз.108 и горелки подогревателя поз.607 (при необходимости), а другая часть проходит подогреватель, расположенный в БТА трубчатой печи, где нагревается до температуры не более 155 0 С по T1031.

На выходе из подогревателя часть природного газа направляется в горелки пароперегревателя, а другая часть смешивается с танковыми и продувочными газами из отделения синтеза, после чего смесь газов поступает в горелки (потолочные и туннельные) печи поз.107. Давление в коллекторе топливного газа к горелкам трубчатой печи поддерживается автоматически с помощью регулятора P5, а в коллекторе к горелкам пароперегревателя с помощью регулятора P30.

Регулирование давления в коллекторе танковых и продувочных газов, подаваемых на сжигание в горелки печи поз.107 осуществляется сбросом части газа на факельную установку через клапан PCV6.

Регулирование расхода топливного газа к потолочным и туннельным горелкам печи осуществляется дистанционно управляемыми клапанами HCV3/(1÷13) (13 шт. — по одному клапану на каждый ряд горелок) и HCV2 соответственно по расходомерам Q8 и Q9, а к горелкам пароперегревателя клапаном TCV1 по Q11.

Клапан TCV1 автоматически закрывается при падении давления топливного газа к горелкам по P12 до 0,01МПа (0,1кгс/см 2 ), снижении расхода пара после паросборника по Q16 до 150 т/ч, а также по блокировкам группы «А» и «АА».

Поток топливного газа на потолочные и туннельные горелки автоматически отсекается клапаном PCV5 при падении давления по P5.1, Р5.2, P5.3 (по схеме 2 из 3-х) ниже 0,1МПа (1кгс/см 2 ), а также при срабатывании блокировок группы «А» и «АА».

Предусматривается замер расхода по Q10 и давления по P8 природного газа, поступающего на горелки вспомогательного котла поз.108.

Регулирующий клапан PCV8 автоматически отсекает поток природного газа в горелки вспомогательного котла при падении его давления по P8 до 0,05МПа (0,5кгс/см 2 ), а также при срабатывании блокировок группы «АА».

Тепло дымовых газов, образующихся при сжигании газа в горелках трубчатой печи и вспомогательного котла, используется в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) для:

• подогрева парогазовой смеси, поступающей в реакционные трубы, до температуры не более 520 0 С по T19;
• подогрева паровоздушной смеси, поступающей в конвертор метана 2-ой ступени поз.110 до (460÷500) 0 С по T20;
• подогрева пара в двухступенчатом пароперегревателе до температуры 440 0 С по T16 и 490 0 С по T1;
• подогрева питательной воды, поступающей в паросборник поз.109 до температуры не более 300 0 С по T1;
• подогрева природного газа, поступающего на сжигание в поз.107 до температуры не более 155 0 С по T

Дымовые газы, после использования их тепла, с температурой не более 220 0 С по T23 (1÷4) дымососами поз.121/А,Б выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу поз.122.

Сжигание топливного газа в горелках печи производится с избытком воздуха, при котором концентрация кислорода в дымовых газах составляет (2÷4)% об. и измеряется автоматическим газоанализатором An121 с сигнализацией повышения концентрации кислорода более 4%.

Регулирование разрежения в топочном пространстве печи осуществляется путем изменения числа оборотов турбин дымососов и степенью открытия шиберов на всасе дымососов.

Падение разрежения перед дымососами (по P17) сопровождается сигналом в ЦПУ.

При разрежении в топочном пространстве – 2 мм вод.ст. по прибору P2.1 (Р2.2), подается сигнал в ЦПУ, а при давлении +5 мм вод.ст., или остановке любого из дымососов (по схеме 2 из 4-х) происходит остановка агрегата по группе «АА».

В топочном пространстве вспомогательного котла поз.108 разрежение контролируется по прибору P3.

Использование танковых и продувочных газов вместе с природным газом в качестве топлива в печи поз.107 приводит к резкому увеличению выбросов оксидов азота с продуктами сгорания от (100÷150) мг/м 3 до (400÷500) мг/м 3 .

Для снижения содержания оксидов азота в дымовых газах предусмотрено гомогенное восстановление их аммиаком при t=(900÷1000) 0 С.

Максимальная степень восстановления наблюдается при t=950 0 С. Пар в гомогенной очистке используется в качестве разбавителя аммиака. Газообразный аммиак подается из блока АХУ через регулятор расхода QCV25 в количестве не более 400 м 3 /час. Подача газообразного аммиака автоматически прекращается при срабатывании блокировок группы «А» и «АА».

В узле смешения газообразный аммиак смешивается с паром 0,35МПа (3,5кгс/см 2 ), поступающим через клапан QCV26 в количестве не более 1,1т/час.

Регулирование расхода защитного пара 0,7МПа (7кгс/см 2 ) в форсунки в туннелях трубчатой печи производится открытием арматуры по месту, контроль осуществляется по Q27 в ЦПУ. Концентрация оксидов азота в дымовых газах на выходе из трубчатой печи составляет не более 130 мг/м 3 .

После трубчатой печи конвертированная парогазовая смесь по передаточному коллектору поступает в конвертор метана 2-ой ступени поз.110.

Источник

Установка производства водорода

Установка производства водорода предназначена для обеспечения техническим водородом вновь вводимых установок:

Строительство установки производства водорода позволит:

• ликвидировать недостающую потребность в водороде на НПЗ
• производить водород высокой чистоты (не менее 99,5 % об.), что сокращает объём газа в последующих схемах потребления водорода;
• улучшить экологические условия на территории предприятия за счёт применения в качестве топлива обессеренного газа с блока КЦА.

Методы производства водорода

• паровая конверсия метана и природного газа;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• частичное окисление;
• биотехнологии.

Сырье и продукты

На российских НПЗ наиболее распространенным методом получения водорода является паровая конверсия углеводородов (СУГ, нафты, природного газа).

Продуктами являются чистый водород с концентрацией >99% об., а также отдувочный газ, который чаще всего используется в качестве топлива для печей.

Катализаторы

Наиболее часто используемыми в промышленности катализаторами для процесса паровой конверсии являются катализаторы на основе никеля, однако в ряде специфических процессов допускается использование благородных металлов платиновой группы.

Технологическая схема

В состав установки производства водорода входят следующие блоки и узлы:

• блок подготовки и очистки сырья;
• блок предриформинга;
• блок парового риформинга;
• блок конверсии и охлаждения конвертированного газа;
• блок очистки водородсодержащего газа по технологии КЦА;
• блок утилизации тепла продуктовых потоков и дымовых газов.

Очистка сырья

Природный газ поступает в подогреватель, нагревается до температуры 40 °С. Для гидрирования сернистых соединений, содержащихся в сырье, до серо­водорода, требуется небольшое количество водорода.

С этой целью часть водоро­да, полученного на установке, подается в качестве рециркуляционного водорода в поток сырья. Смесь сырья и рециркулирующего водорода, последова­тельно поступая в теплообменники, нагревается до температуры 380 °С, необходимой для предварительной очистки сырья.

Подогретая газосырьевая смесь поступает в реактор гидрообессеривания, где происходит гидрирование соединений серы до H₂S. Газосырьевая смесь из реактора последо­вательно проходит через адсорберы, где происходит улавливание хлоридов (НСl) и сернистых соединений (H₂S). В каждом из этих реакторов имеется три слоя катализатора:

• модифицирован­ный оксид алюминия для удаления НСl,
• оксид цинка,
• слой специального катализатора для эффективного и глубо­кого удаления H₂S.

Предриформинг

Очищенная газосырьевая смесь смешивается с перегретым паром высокого давления. Соотношение расходов регулируется с поддержанием заданного мольного соотношения водяного пара и углерода. Величина значения этого соотношения зависит от типа сырья, подаваемого на установку.

Далее парогазовая смесь нагревается до температуры реакции 475 °С – 500 °С, в змеевике подогрева сырья предриформинга, расположенном в конвек­ционной секции печи парового риформинга и направляется в реактор пред­риформинга.

Предриформинг служит для превращения тяжелых углеводородов, содер­жащихся в сырье, в метан, а также для частичного проведения реакций рифор­минга, при этом эффективность процесса повышается.

В зависимости от типа перерабатываемого сырья, может наблюдаться уве­личение или снижение общей температуры по реактору. Так при переработке бен­зинов увеличивается общая температура по реактору, за счет преобладания про­текания реакций с экзотермическим эффектом, а при переработке природного газа температура по реактору падает, за счет протекания реакций с эндотермическим эффектом.

Риформинг

Парогазовая смесь нагревается до температуры 650 °С в змеевике по­догрева сырья риформинга, расположенном в конвекционной секции печи парового риформинга, и затем поступает в коллектор, расположенный в радиантной секции печи парового риформинга.

В радиантной секции печи парового риформинга смесь сырья и пара посту­пает в катализаторные трубы, находящиеся в радиантной секции печи парового риформинга Н-1, проходит сверху вниз катализаторные трубы. В результате реак­ции, протекающей на катализаторе, загруженном в катализаторные трубы, полу­чается равновесная смесь, состоящая из Н₂, СО, СO₂, СН₄ и Н2O.

Для предотвращения образования кокса и отложения его на катализаторе технологический пар подается в избытке, превышая стехиометрическое количест­во, требуемого на реакцию.

Полученный конвертированный газ (парогазопродуктовая смесь) выходит из печи парового риформинга при температуре 888 °С и далее направляется в те­плообменник. В теплообменнике происходит охлаждение питательной воды до температуры 320-343 °С, регенерированное тепло используется для генериро­вания насыщенного пара высокого давления.

Источник