Рекуператор для паровой конверсии природного газа

 

, .. «„,„ще, „„с () „„1016660

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2794086/22-02 (22) 11.0/.79 (46) 07 05А5. Ьюл.й 17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (/2) В, А, Волков, А. Ф. Каращук, И. И. Иевер, В. Н. Новосельцев, И., И, Перелетов, А. И. Тюрин, E.A.×óланов и И. ф. Шопшин (71) Производственное объединение

"Техэнергохимпром" (53) 66.042.882(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР и 142669, кл. F 27 D 1.7/00, 1961.

5„ г 27 0 17/00,; F 28 о 21/00 (g4)(7) РЕКУПЕРАТОР ДЛЯ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА, установленный в газоходе и содержащий обогреваемые продуктами сгорания реакционные трубы с катализатором, размещенным внут. ри труб, отличающийся тем, что,.с целью повышения эффективности и надежности рекуператора, катализатор укреплен в трубе коаксиально ей и .с зазором относительно внутрен- . ней поверхности трубы, при этом отношение наружного диаметра катализатора к внутреннему диаметру трубы равно 0,84-0,96.

1016660

Изобретение относится к устройствам для регенерации тепла отходящих газов и может Ьыть использовано в целях экономии топлива для проведения паровой каталитической конверсии 5 природного газа, сжигаемого в высокотемпературных огнетехнических установках, наприимер в печах при температуре отходящих газов не ниже 1000 С.

Наиболее близким к предлагаемому 10 является известный двухступенчатый рекуператоф для паровой конверсии природного газа, установленный в газоходе и содержащий обогреваемые продуктами сгорания реакционные трубы с 15 катализатором, размещенным внутри труЬ. Реакция конверсии природного газа проходит на поверхности катализатора эа счет тепла продуктов сгорания топлива (1 ).

Недостатками известной конструкции рекуператора являются низкая эффективность и надежность аппарата, обусловленная произвольным.,расположением катализатора внутри труб, 25

Эффективность рекуператора конверсии природного газа определяется полнотой проведения процесса конверсии (степенью конверсии) с минимальным количеством остаточного метана. Термодинамическим условием достижения ;., достаточно высокой степени конверсии является обеспечение необходимого уровня температуры реагирующей смеси на всей поверхности катализатора.

Принятое в прототипе и широко используемое в промышленности расположение катализатора в виде произвольной засыпки гранул во внутреннюю полость реакционной трубы не обеспечивает соблюдения этого условия.

Из-эа падения температуры в слое .гранул катализатора от стенки к оси трубы снижается оЬщая степень конверсии, что ограничивает промышленно дос45 тигаемый уровень объемной нагрузки на катализатор (производительности) величиной 1750-2000 мЗ/ч природного газа на 1 м объемного катализатора (ч "), что значительно ниже максимальной активности катализатора. Низкая степень использова уя катализаторов в условиях слоевой эа=ыпки обусловливает и Ьольшой пере расход катализатора, а соответственно,- неоправданное повышение стоимости рекуператора.

Кроме того, недостатком слоевой засыпки катализатора является свяэанная со снижением температуры в слое повышенная вероятность выпадения углерода на катализаторе, ведущего к ! его дезактивации и разрушению, а соответственно,- к снижению надежности аппарата. Поэтому в промышленных агрегатах, например в трубчатых печах, процесс конверсии ведется с избытком пара, значительно превышаЮщим термодинамически необходимый, что обусловливает перерасход дорогостоящего пара на процесс.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности рекуператора.

Поставленная цель достигается тем, что в рекуператоре для паровой конверсии природного газа, установленном в газоходе и содержащем обогреваемые продуктами сгорания реакционные трубы с катализатором, размещенным внутри труб, катализатор укреплен в трубе коаксиально ей и с зазором относительно внутренней поверхности трубы, при этом отношение наружного диаметра катализатора к внутреннему диаметру труЬы равно О,о4-0,96.

Рекуператор обеспечивает прохождение конвертируемой парогазовой смеси в узком кольцевом канале между внутренней стенкой оЬогреваемой снаружи трубы и наружной поверхностью катализатора и исключает воэможность общего и локального снижения температуры в поперечном сечении реакционного объема внутри труб, а со-.. ответственно, и связанных с этим obщего снижения степени конверсии и выпадения углерода на катализаторе, ведущего к его дезактивации и разрушению.

Одновременно отпадает неоЬходимость ведения процесса с большим избытком водяного пара и соотношение пар-газ может быть снижено с 3:1 кг/м газа до термодинамического минимального 1,4:1 кг/м, т.е. более, чем в

2 раза. цем меньше величина кольцевого зазора между катализатором и стенкой. т.е,. чем Ьольше соотношение диаметров катализатора и трубы, тем меньше неоЬходимое время преЬывания смеси в рекуператоре.для достижения требуемой степени конверсии и, соответственно. тем выше производительность рекуператора го природному газу при прочих равных условиях.

660 4 метр которого составляет 55 мм, а соотношение диаметров катализатора и трубы соответственно - 0,887.

Парогазовая смесь из коллектора

° 3 по опускным трубам 5 поступает в зону конверсии, образованную кольце- вым.;каналом 7 между, внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью никелевого катализатора 6 .

В кольцевом канале 7 по мере пере-. мещения парогазовой смеси происходит эндотермическая реакция паровой конверсии природного газа на никеле- . вом катализаторе эа счет тепла продуктов сгорания топлива, передаваемого через стенку обогреваемой трубы 4, Образующийся конвертированный газ по перепускному патрубку 8 отводится в коллектор 9, откуда поступает в горелки печи.

Составитель Г. Назарова

Редактор А.Пежнина Техред С.Мигуйова Корректор Г.Решетник

Заказ 33/2/42 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изоЬретений и открытий

113035, Москва, .Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. 1016

При уровне промышленно освоенной объемной нагрузки на катализаторы конверсии природного газа, составляющей

1750-2000 ч ", при соотношении диаметров около 0,9 может быть достигнута объемная нагрузка по природному газу, вдвое превышающая современный уровень.

При практической реализации экспе:риментальных данных в промышленных ус-1В ловиях с учетом их аЬсолютной погревности, составляющей 0,06, область оптимального соотношения диаметров находится в интервале 0,84-0,96.

На чертеже изображена схема предлагаемого рекуператора.

Рекуператор включает расположенные в газоходе 1 обогреваемые продуктами сгорания топлива реакционные трубы 2, закрепленные на распределительном . . 20 коллекторе 3 для подвода парогазовой смеси.

Реакционные трубы состоят из наружных обогреваемых труб 4 из стали

20Х23Н18 диаметром 70х4 и расположен- 25 ных коаксиально внутри них опускных труЬ 5 наружным диаметром 32 мм. На опускных трубах $ коаксиально внутренней поверхности наружных труб закреплен катализатор 6, наружный диа- Зо

Годовой, экономический эФфект от внедрения изобретения на 10 печах с расходом природного газа

580 м /ч составит (без учета снижения расхода катализатора, снижения капзатрат на изготовление и сокращения аварийных простоев)

Э=(2,98-1,4)х7,0хО„:64х580хб000х10=

=225,2 тыс..руб./год.