Способ получения водородсодержащего газа

 

1. СПОСОБ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА в трубчатой печи с отношением длины реакционной трубы к ее диаметру, равным 50-150, путем каталитической конверсии природного газа в присутствии пара при повьпиенных температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления и повьшения выхода целевого продукта за счет увеличения времени контакта, конверсию осуществляют последовательно в двух зонах реакционной трубы, при этом парогазовую смесь подают в первую зону со скоростью 1-35 м/с, a во вторую зону со скоростью 0,010 ,30 м/с и температуру в первой зоне поднимают от 450°С до 600-700°С, a во второй зоне до 830-860с. с 9 2. Способ по п. 1, о тл и ч a ющ и и с я тем, что соотношение o6i)e (Л мов первой и второй зон составляет 1:

„, Я0„„11041 03

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 В 3/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3522994/23-26 (22) 17. 12. 82 (46) 23.07.84. Бюл. ¹ 27 (72) Е.Д. Завелев, И.И. Подольский, С.П. Сергеев, Э.Г. Вакк, В.П. Семенов, Б.М. Энтин, Н.A. Воловиков, Н.А. Бухарова, В.С. Бесков, М.Ф.Шопшин, И.И. Левер и В.А. Волков (53) 661. 961. 3(088. 8) (56) 1. Справочник аэотчика, т.1.

M. "Химия", 1967, с. 99-100.

2. Вакк Э.Г. и Семенов В.П.

Каталитическая конверсия углеводородов. М., НИИТЭИ, 1979, с. 10-67 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДСОДЕРЖА111ЕГО ГАЗА в трубчатой печи с отношением длины реакционной трубы к ее диаметру, равным 50-150, путем каталитической конверсии природного газа в присутствии пара при повышенных температуре и давлении, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления и повышения выхода целевого продукта за счет увеличения времени контакта, конверсию осуществляют последовательно в двух зонах реакционной трубы, при этом парогазовую смесь подают в первую зону со скоростью 1-35 и/с, а во вторую зону со скоростью 0,010,30 м/с и температуру в первой зоне поднимают от 450 С до 600-700 С, а во второй зоне до 830-860 С.

Ф

2. Способпоп. 1, от личaþ- Ж шийся тем, что соотношение объе- рр мов первой и второй зон составляет

1: (1-5) . С:

1104

Изобретение относится к способам получения водородсодержащих газоз в трубчатых печах и может быть использовано в химической промьппленности при получении технического водорода и технологических газов для синтеза аммиака, метанола, высших спиртов.

Известен способ получения водородсодержащего газа в трубчатой печи путем паровой конверсии природного газа на никелевом катализаторе при

800 С эа счет тепла, подводимого через стенку трубы. Скорость протекания природного газа через слой катализатора постоянна 1 ).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения водородсодержащего газа в трубчатой печи с отношением длины реакционной трубы к ее диаметру, равным 50-150, (путем каталитической конверсйи природного газа в присутствии пара при пбвышенных температуре и давлении.

Парогазовую смесь в реакционные трубы, заполненные никелевым катализатором, подают прямотоком с постоянной скоростью, равной 1-15 м/с. Внешний подвод тепла осуществляют с помощью

1 радиационно-конвективных горелок.

Конверсию проводят в одной зоне при

800-830 C на выходе из реакционных труб и давлении 20-40 атм. Состав сухого конвертированного газа на выходе, об.7: Н 78,1; СО 10,2; СО2 11,3;

СН 0,4. Содержание целевого продукта (Н2+СО) равно 88,3 об.7 1.2 3.

Недостатками известных способов являются высокое гидравлическое сопротивление (4-5 атм) и низкий выход 40 целевого продукта (H +CO) вследствие малого времени контакта реагентов при скорости газового потока 1-15м/с.

Укаэанные недостатки объясняются тем обстоятельством, что паровая конверсия природного газа проводится непосредственно в одной зоне при постоянно высоких скоростях и температуре.

Целью изобретения является сниже- 5О ние гидравлического сопротивления и повьппение выхода целевого продукта (Н +СО) эа счет увеличения времени койтакта.

Поставленная цель достигается 55 тем, что согласно способу получения

Водородсодержащего газа в трубчатой печи с отношением длины реакционной

103 2 трубы к ее диаметру, равным 50-150, путем каталитической конверсии природного газа в присутствии пара при повышенных температуре и давлении конверсию осуществляют последовательно в двух зонах реакционной трубы, при этом парогазовую смесь подают в первую зону со скоростью 1-35 м/с, а во вторую зону со скоростью 0,010,30 м/с и температуру в первой зоне поднимают от 450 С до 600-700 С, а во второй зоне до 830-860 С °

Кроме того, соотношение объемов первой и второй зон составляет

1: (1-5) .

Применение предлагаемого способа позволяет снизить гидравлическое сопротивление И увеличить выход целевого продукта (Н +СО).

Это обусловлено особенностями проведения процесса конверсии. Разделение реакционного пространства на две зоны целесообразно тем, что в первой зоне при большой скорости га-. зового потока (1-35 м/с) возможно быстро подогреть исходную парогазовую смесь до температуры интенсивно;го протекания реакции во второй зоне (от 450 С до 600-700 С).

Во второй зоне реакцию конверсии осуществляют при гораздо меньших скоростях газового потока, создающих меньшее гидравлическое сопротивление.

В результате увеличения времени контакта фаз получают более полный выход целевого продукта по сравнению с известным способом.

Выбор границ скоростей газового потока обусловлен следующим: при скорости газового потока в первой зоне ниже 1 м/с и ниже 0,01 м/с во второй зоне теплоотдача от стенки трубы будет незначительной и недостаточной для начала протекания реакции; вьппе же верхнего предела 35 м/с в первой зоне и 0,30 м/с во второй существует опасность снижения степени конверсии вследствие проскока метана и уменьшение образования целевого продукта.

Нижний температурный предел (450 С) выбран исходя из обычных известных условий подогрева газовой смеси для трубчатых печей в промьппленных условиях. Повышение температуры газового потока в первой зоне с

450 С до 600-700 С способствует интенсивному началу протекания процесз 1104 са, более высокий подогрев привел бы к отложению .углерода в подводящем канале и на стенках реакционных труб.

Повышение температуры газового потока до 830-860ОС во второй зоне дает

5 возможность получить повышенный выход целевого продукта.

Отношение объема первой зоны ко второй, равное 1:(1-5), способствует наиболее равномерному распределению газовых потоков по зонам и приводит к снижению гидравлического сопротивления и повышению выхода целевого продукта.

Пример 1. Трубчатый реактор высотой 12 м с внутренним диаметром реакционной трубы 0,08 м (отношение длины реакционной трубы к ее диаметру

150: 1) разделяют на две зоны. Отношение объема первой по ходу газа зоны ко второй равно 1:1. Первую зону полностью загружают никельсодержащим промышленным катализатором ГИАП-16.

Скорость парогазового потока в первой зоне поддерживают равной 1 м/с, температуру повышают от 450 до 700 С.

Остаточный метан на выходе из первой зоны составляет 40 об.X. Затем реакционную смесь подают во вторую зону таким образом, чтобы смесь вначале прошпа вертикально расположенный пустой канал, отделенный от катализатора перфорированным элементом. Затем реакционная смесь через отверстия в перфорированном элементе проходит слой катализатора и через такие же

35 отверстия во втором перфорированном элементе выходит через пустое пространство второго канала из реактора.

Скорость парогазового потока во вто40 рой зоне поддерживают равной 0,01м/с.

Температуру повышают от 700 до 860 С.

Выход целевorо продукта (Н +СО) пре2 вышает известное значение на 0,7 об.X.

Нагрузка по природному газу на один реактор составляет 70 нм /ч. Гидрав45 лическое сопротивление равно 3 атм.

Пример 2. Трубчатый реактор высотой 10 м с внутренним диаметром

50 реакционной трубы 0,2 м (отношение реакционной трубы к ее диаметру 50) разделяют на две зоны. Отношение объема первой по ходу газа зоны ко второй равно 1:5. Первая зона пред55 ставляет собой кольцевой канал, образованный внутренней поверхностью

103 4 реакционной трубы и внешней поверхностью полой цилиндрической вставки с турбулизаторами, покрытой напыпен-. ным промышленным никелевым катализатором ГИАП-16 и вставленной соосно с реакционной трубой. Скорость парогазового потока в первой зоне поддерживают равной 35 м/с, температуру повышают от 450 до 600 С. Остаточный метан на выходе из первой зоны составляет 80 об.X. Во второй зоне процесс проводят аналогично .описанному в примере 1 с той разницей, что скорость парогазового потока во второй зоне поддерживают равной

0,30 м/с, температуру повышают от

600 до 830 С. Выход целевого продуКта (H +ÑÎ) превышает известное значение на 0,2 об.X. Нагрузка по природному газу на один реактор составляет 80 нм /ч. Гидравлическое сопротивление равно 1,5 атм.

Пример 3. Трубчатый реактор высотой 12 м с внутренним диаметром реакционной трубы 0,1 м (отношение длины реакционной трубы к ее диаметру 120) разделяют на две зоны. Отношение первой по ходу газа зоны ко второй равно 1:2 ° Процесс проводят аналогично описанному в примере 1 с той разницей, что скорость подачи парогазовой смеси в первой зоне составляет 15 м/с, а во второй — 0,1м/с, температуру газового потока в первой зоне повышают от 450 до 650 С, во второй зоне от 650 до 850 С. Остаточный метан на выходе из первой эоны составляет 54 об.X. Выход целевого продукта (Н +СО) превышает указанные вьппе в аналогах значения на

0,7 об.X. Нагрузка по природному газу на один реактор составляет

60 нм /ч. Гидравлическое сопротивление равно 2 атм.

В таблице приведены сравнительные показатели процесса получения водородсодержащих газов по предложенному и известному способам.

Как видно из таблицы, выход целевого продукта (НЕСО) повышается по сравнению с известным способом на

0,2-0,7 об 7., а гидравлическое сопротивление снижается в среднем на

50Х, что, в свою очередь, позволит снизить энергозатраты на осуществление предлагаемого способа получения .водородсодержащего газа.

1104 103

Способ

Параметры процесса

Предлагаемый

Известный

2 зона 1 зона 2 зона

1 зона 2 зона 1 зон

0 30 15 0 1

0,01 35

850

Выход целевого продук" та (Н, + СО), об.%

89,0

88,3

89,0

88,5

Нагрузка по природному газу, нм /ч

80

60-80 70

Гидравлическое сопротивление, атм

4-5

Составитель Е. Корниенко

Редактор Г. Волкова Техред Ж.Кастелевич Корректор И Иуска

Т ираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5152/15

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

Скорость парогазового потока, м/с

Температура в реакционном пространстве, ОС

700 860 600 830 650 850