Способ получения технологического газа

 

Изобретение относится к способам получения технологического газа и может быть использовано в азотной промышленности. Для осуществления способа происходит конверсия углеводородов с водяным паром или смесью водяной паруглекислота под давлением 4-7 МПа при 500-1050°С на поверхности катализатора в трубчатом реакторе. С целью увеличения производительности процесса конверсию осуществляют в реакторе, выполненном в виде каталитической трубы с уложенными внутри нее капиллярными каталитическими трубками диаметром 0,001-0,005 м. Применение способа обеспечивает высокую эффективность процесса.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 01 В 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4285374/23-26 (22) 15.07.87 (46) 07.12.89. Бюл. М 45

Q 1) Таджикский политехнический институтт (72) А.Шарифов (53) 661.961.361(088.8) (56) Справочник азотчика. — М.: Кимия, 1986, с, 50. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕКНОЛОГИЧЕСКОГО ГАЗА (57) Изобретение относится к способам получения технологического газа и может быть использовано в азотной проИзобретение относится к способам получения технологического газа конверсией углеводородов в трубчатом реакторе и может быть использовано в азотной промышленности.

Цель изобретения — увеличение производительности процесса.

Пример 1. Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа водяным паром.

Применяют природный гаэ,следующего состава, о6.7: CI 94,0; С Н 3,0;

С Hil ?,О; N 1,0 Природный гаэ в количестве 112 нм3/ч смешивают с

336 нм /ч водяного пара (соотношение пар:газ = 3:1) и с давлением 4,0 МПа и температурой 500 С подают в реактор, где на катализаторе конвертируют до степени превращения метана

76Х Образуется 634,1328 нм /ч технологического газа следующего состава, об. 7.: СH 3, 98; Ñ0 4, 55; СС 10, 06; Н»45, 53;

N О, 1 8;11 0 33, 7 . Темпе ратура газа на выходе из ре.>ктора 980"С.

„„SU„„1527142 А1

2 мышленности. Для осуществления способа происходит конверсия углеводородов с водяным паром или смесью водяной пар — углекислота под давлением 47 YIIa при 500- 1050 С на поверхности катализатора в трубчатом реакторе.

С целью увеличения производительности процесса конверсию осуществляют в реакторе, выполненном в виде каталитической трубы с уложенными внутри нее капиллярными каталитическими трубками диаметром 0,001-0,005 м.

Применение способа обеспечивает высокую эффективность процесса. 2 табл.

Пример 2 (по известному способу). Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе внутренним диаметром

0,1 м, заполненным зернистым катализатором размером 0,015х0,015х0,005 M.

Опий

Пустотность зернистого слоя 0,45.

Внешняя поверхность катализаторного

1 слоя 1 м длины реактора 1, 796 м . Гидравлическое сопротивление слоя катализатора I м длины реактора 0,02538 Mila.

>I р и м е р 3 (по известному способу ). Получение технологического газ» осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе внутренним диаметром О; 1 м, заполненным зернистым катализатором размером 0,003х0,003 м.11устотность зернистого слоя катализатора 0,45.Внешняя поверхность катализаторного слоя

1 м длины реактора 8,635 см1.Гидравлическое сопротивление слоя катализатора 1 м длины реактора 0,1377 Mila.

1527!42

Пример 4. Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном Hs каталитической трубы с внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром 0,003 м, внутренним 0 001 м. На внутреннюю поверхность трубчатого реактора нанесен lð слой никелевого катализатора толщиной 0,6 мм, пористость слоя 407.. Ha внутренних и наружных поверхностях капиллярных трубок также нанесены слои никелевого катализатора толщи- !5 ной по 0,15 мм, пористость слоя 337.

Капиллярные каталитические трубки уложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядке, их количество 820 шт. общая пустотность меж- 20 ду трубками и внутри них 0,373.

Суммарная внешняя поверхность ка-. талиэаторного слоя 1 м длины реа ст

1 ра 10,613 м,, Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя l и дли 25 ны реактора 0,008"6 MIIa, П р и v е р 5. Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом ректоре, изготовленном из каталити еской трубы с -О внутренним диаметром <,! м, заполненным каталптическими кспиллярными трубками нару кным диаметгом 0,004 м, внутренним 0,001 м. i олщина слоя катализатора ."а внутренней поверхности реактора 0,6 мм, на псверхностях капиллярных трубок — по G,2 мм. Сердняя пористость катализаторного слоя

37Х. Капиллярные каталитические трубки уложены в каталитической трубе ре- 40 актора в шахматном порядке ° их количество 461 шт, пустотность между трубками и внутри них 0,3245.

Суммарная внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реакто- 45 ра 7,5517 м, Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя 1 м длины реактора 1,222 10 МПа.

Пример 6, Получение технологического газа осуществляют по приме- 50 ру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном из каталитической трубы с внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром

О, 05 м, внутренним О, 002 м. Толщина слоя катализатора на внутренней поверхности реактора 0,6 мм, на поверхностях капиллярных трубок — по 0,25 мм, средняя пористость каталиэаторного слоя 40Х. Капиллярные каталитические трубы уложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядке, их количество 295 шт, пустотность между трубками и внутри них 0,422.

Суммарная внешняя поверхность каталиэаторного слоя 1 м длины реактора

6, 799 1 м . Гидравлическое сопротивление каталиэаторного слоя 1 м длины реактора 0,468. 10 МПа, В табл.l приведены параметры известного и предлагаемого способов получения технологического газа по примерам 2-6, В качестве исходного принят пример 2, так как в промышленности применяются катализаторы цилиндрические с центральным отверстием размером 0,015х0,015õ0,005 м. При расчете относительных характеристик данные примера 2 приняты за единицу внешней поверхности катализаторного слоя и гидравлического сопротивления слоя 1 м длины реактора и аналогичные параметры других примеров определены делением их абсолютных величин на параметры реактора примера 2. Относительная длина реактора, необходимая для получения данного количества газа, вычислена делением величин внешней поверхности каталиэаторного слоя примеров 3-6 на аналогичную характеристику примера 2, поскольку во всех примерах диаметр реактора является постоянным, Производительность процесса вычислена по величине снижения расхода катализатора и объема реактора при использовании каталитической трубы с капиллярными каталитическими трубками для осуществления конверсии

112 нм )ч природного газа до степени конверсии 767, При этом объем реактора по известному способу принят за единицу.

Как видно иэ данных табл 1, при использовании предлагаемого способа для получения определенного количества технологического газа иэ данного количества природного газа при постоянных соотношениях пар:гаэ, степени конверсии метана, температурах и давлениях процесса за счет увеличения внешней поверхности катализатора в предлагаемом способе возрастает в

3,79-5,91 раза, что в свою очередь, при постоянном диаметре реактора

2 6 кое сопротивление слоя катализатора

1 м длины реактора 0,0206 Mlia, Пример 9. Получение технологического газа осуществляют по примеру 7 у трубчатом реакторе, изготовленном иэ каталитической трубы с внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром 0,003 м, внутренним 0,001 м, Толщина катализаторного слоя на внутренней поверхности трубчатого реактора 0,6 мм, пористость слоя 40Х. На внутренних и наружных поверхностях капиллярных трубок нанесены слои катализатора по

0,15 мм, пюристость этого слоя ЗЗХ.

Каталитические капиллярные трубки расположены в каталитической трубе в шахматном порядке, их количество

820 шт.,общая пустотность между трубками и внутри них 0,373.

Суммарная внешняя поверхность каталиэаторного слоя 1 м длины реактора 10,613 м, Гидравлическое сопротивление каталиэаторного слоя 1 м

1 длины реактора 0 405 10 МПа.

В табл,2 приведены параметры известного и предлагаемого способов полу ения технологического газа по примерам 8 и 9.

Как видно из данных табл.2, при использовании предлагаемого способа для получения 579,319 нм /ч технолоз гического газа из 130 нм /ч природ3 ного газа при постоянных параметрах температуры, давления и соотношения пар:газ производительность катализатора возрастает в 4, 1 раза за счет увеличения внешней поверхности, при этом требуемая высота реактора при постоянном его диаметре составляет всего 0,244 частей высоты известного реактора. Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора в предлагаемом способе составляет всего 0,197 частей сопротивления слоя в известном реакторе.

Таким образом, осуществление предлагаемого сйособа получения технологического газа конверсий углеводородов в трубчатом реакторе, выполненном в виде каталитической трубы и заполненной капиллярными каталитическими трубками, позволяет существенно повысить эффективность процессов конверсии углеводородов эа счет развитой поверхности катализатора капиллярных трубок и низкого гид5 152714 резко сокращает длину реактора. Длина реактора для предлагаемого реактора составляет 16 9-26,47 длины известного реактора. Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора в предлагаемом способе составляет всего 0,184-0,325 частей гидравлического сопротивления зернистого слоя катализатора размером 0,015х0 015х хО 005 м. В примере 3 снижен размер зернистого катализатора до 0,003х

xQ,003 мм, при этом поверхность катализаторного слоя возрастает по сравнению с данными примера 2 в 4,81 раза, но одновременно резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя катализатора, прирост величины гидравлического сопротивления слоя составляет 5,426 раэ. 20

Таким образом, данные примеров

1-6 показывают, что предлагаемый способ получения технологического rasa конверсией углеводородов в трубчатом реакторе с капиллярными каталитичес- 35 кими трубками позволяет резко повысить эффективность процесса эа счет увеличения внешней поверхности катализатора и снижения гидравлического сопротивления слоя потоку газа. 30

Пример 7. Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа смесью водяного пара и углекислотой. Применяют природный гаэ следующего состава, об.Х: CH„

94,47; СО 0,6; С Н 3; С Н g 0,6;

С Н 0,43; Nq 0,9. Природный газ в количестве 130 нм /ч смешивают с водяным паром и углекислотой при соотношении гаэ: водяной пар:СО =1;1,7:0,3 и gp о с температурой 500 С и давлением

7,0 Y!Ia направляют в реактор, где на поверхности катализатора конвертируют до степени превращения метана 67Х, Образуется 579,319 нм /ч технологического газа следующего состава, об,X:

СН 7,0; СО 17,68; СО 5,56; К70у13

H 46,49; H <О 23, 14. Технологический гаэ с температурой IG50 С выводят из трубчатого реактора, 50

Пример 8 (по известному способу). Получение технологического газа осуществляют по примеру 7 в трубчатом реакторе внутренним диаметром

0 1 м заполненным зернистым катали затором размером 0,010хО 010 м. Пус» тотность зернистого слоя 0,45. Внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 2,59 и . Гидравличест

1527142

Предлагаемый способ является перспективным, его реализация в промьппленности повьш1ает производительность реакторов получения технологического газа конверсией углеводородов в несколько раэ, Формула изобретения при их создании и эксплуатации.

ПроиэвоХарактеристики 1 и длины реактора

ОтносительСтепень конКоли чес тПример

Количество образуя>щегося техСоотноаедительная длина реактора,необходимая во конвертируемого природного газа,нм /ч ность, I ние нологичес- S„, и з ка> °

P Ипа пар:гаэ версии, для получения данного количества кого rasa, э/ч

rasa

О 02538 з

О !377

Ь

5,426

О 00826 з

0,325

О 01222 ь0,482

Оз00468

О, 184

1 796

-а

8 635 а

4,81

10 613

5 91

7 5517 зь

4, 7.1

6 7991 а

3,79

76 634,1328

I l2

О, гОВ

0,169

0>238

О, 264

591,!

420

378,7

П р, и м е ч а н и е, В знаменателе — относительные параметры, Таблица 2

Производи тел ьность, 2

Характеристики 1 и длины реактора тносительКоличество образу>зяегося технологиСоотиоСтепень

Количество хонверПример ная длина реактора, необходимая превращения метана,Z кение газ:пар:

:СО, s

Впм> и тируемого природного газа, им /ч

1I Р, г1па для получения данного количества ческого газа, нмз/ч газа

О 0206

l

О 00405

0,197

2 59

1

10 613 з4,1!

579,319

1:1,7:0,3 67

8 130

О ° 244 410

П р и м е ч а н и е. В знаменателе — относительные параметры.

Составитель А,Лобановская

Редактор Н.Яцола Техред 11>Дидык Корректор И,Максим!и>1инец

Заказ 7469/28 Тираж 435

Подписное

ВНИИПИ Го -ударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, 1 1оскваз Ж-35, Раушская наб>з д. 4/ 5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, у;1. 1 агарина, 101 равлического сопротивления слоя катализатора потоку газа„ При использовании капиллярнь1х каталитических труб, толщина слоя катализатора которых

0,15-0,6 мм, вся поверхность катализатора (внешняя и внутренняя поверхность) является рабочей, так как каталитическая реакция конверсии углеводородов протекает во всем объеме катализатора, т,е„ в кинетической области и, следовательно, имеет наибольшую скорость. Тогда для получения определенного количества газа требуется значительно меньшее количество катализатора, чем при использовании зернистых гранул, при одинаковом диаметре реактора резко уменьшается высота реактора, это делает реакторы компактными и экономичными

Способ получения технологического

10 газа, включающий конверсию углеводородов водяным паром или смесью водяной пар — углекислота под давлением о

4-7 NIIa при температурах 500-1050 С на поверхности никелевого каталиэа15 тора в трубчатом реакторе, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса, конверсию осуществляют в каталитической трубе с уложенными внут20 ри нее капиллярными трубками диаметром 0,001-0,005 м.

Таблица 1