Способ двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного сырья

 

1. СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ путем разложения его на первой ступени за счет косвенного теплообмена в присутствии водяного пара с последующим разложением полученных продуктов на второй ступени ,в присутствии кислородсодержащего газа, отличающийся -тем, что, с целью повьшеняя эффек,тивности процесса, разложение сырья первой ступени ведут за. счет тепла продуктов второй ступени при охлаждении их до 420-570 С и вторую ступень ведут при соотношении кислород : углерод сырья, равном 0,4-0,45. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что первую ступень разложения ведут при температуре 6рО-850 С и вторую ступень при i 900-1200 С. (Л

„„SU„„784148 .(д)g С 01 В 3/16

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2539548/23-04 . (22) 17. 11. 77 (46) 15.07.86. Бюл. N 26 (72) М.Х.Сосна, В.В.Харламов, В.П.Семенов, В.Д.Кондращенко и А.N.Àëåêñåeâ (53) 665.644.4 (088.8) (56) Рябцев И.И., Волков А.Е. "Производство газа из жидких топлив для синтеза аммиака и спиртов". "Химия", М., 1968, с. 48-50.

Авторское свидетельство СССР

М 359839, кл. С 10 С 11/28, 1968. (54)(57) 1. СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ

КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ. путем разложения его на первой ступени за счет косвенного теплообмена в присутствии водяного пара с последующим разложением полученных продуктов йа второй ступени ,в присутствии кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, разложение сырья первой ступени ведут за счет тепла продуктов второй ступени при охлаждении их до 420-570 С и вторую ступень ведут при соотношении кислород . углерод сырья, равном О, 4-0,45.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что первую ступень разложения ведут при температуре

600-8504С и вторую ступень при 900-1200 С.

7841

Изобретение может быть использовано в химической и нефтехимичес. кой промьппленности, относится к процессу конверсии углеводородов с паром, позволяющему получать газы для синтеза аммиака, метанола и высших спиртов, а также получать техничес-. ,.кий водород.

Известен способ двухступенчатой паро-воздушной конверсии с осущест- 10 влением первичного разложения в КоНвертере в присутствии катализатора и водяного пара. Конвертированный газ после первичного разложения подают в доконвертор вторичного ре- 15 . форминга. Сюда же подают технологический воздух.

Более близким к предложенному является способ двухступенчатой ка20 талитической конверсии углеводородного сырья прй повышенном давлении путем парового реформинга углеводородов при температуре 700-850 С в трубчатых печах с обогревом реакционных труб на первой ступени в присутствии кислородсодержащего газа в шахтном реакторе на второй ступени. Обогрев реакционных труб первой ступени осуществляют за счет тепла, которое выделяется при сгора30 нии топлива, например природного газа, поступающего в трубчатую печь.

Причем тепло конвертированного газа, выходящего из второй ступени реформинга, используют на подогрев в змеевиковом теплообменнике, в который поступает конвертированный газ из первой ступени реформинга с температурой 750ОС и нагревается до 900 С.

Процесс двухступенчатого реформинга 40 осуществляют под давлением 50-60 атм и вьппе, а в качестве кислородсодержащего газа берут сжатый воздух, Конвертированный газ на выходе шахтного конвертора второй ступени имеет температуру 1013 С.Соотношение кислород : углерод равно 0,28-0,3.

Известные способы имеют следующие недостатки:

1. Для осуществления эндотермической реакции на первой ступени используется трубчатая печь с огневым обогревом. При этом сжигание топлива ведут при коэффициенте избытка воздуха - = 1,05-1, 15, что обусловливает ч емпературу дымовых газов в радиационной камере печи 3 пределах о

1700-1000 С при температуре тепло48 2 обменной поверхности реакционных труб .930 С. Сжигание топлива проводят при нормальном давлении, а процесс реформинга — при давлений 50—

60 ат и выше, что требует иапользования реакционных труб с высокими механическими свойствами металла, Такие жесткие условия работы реакционных труб сокращают срок их службы и практически исключают возможность использования в качестве топлива какого-либо иного сырья, кроме дефицитных природного газа или легких жидких углеводородов.

2. Использование на первой ступени реформинга конструкции трубчатой печи огневого обогрева с односторонним давлением на стенку реакционной трубки приводит к большим габаритам печей и снижению надежности их работы из-за большого числа реакционных труб, горелочных устройств и т.д.

3. Применение для обогрева углеводородного топлива и высокая температура горения приводит к высокому содержанию окислов азота, что требует дорогостоящей очистки или приводит, к загрязнению окружающей среды.

Целью изобретения является повышение эффективности способа, в частности снижения расхода углеводородйого сырья и повышения экономичности процесса.

Указанная цель достигается при реализации способа двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного. сырья путем разложения его на первой ступени за счет косвенного теплообмена в присутствии водяного пара с последующим разложением полученных продуктов на второй ступени в присутствии кислородсодержащего .газа, заключающегося в том, что разложение сырья первой ступени ведут за счет тепла продуктов второй ступени при охлаждении их до температуры 420-570 С и вторую ступень ведут при соотношении кислород : углерод сырья равном 0,4-0,45.

Желательно первую ступень разложения вести при температуре 600-850 С и вторую ступень при температуре

900-1200 С.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

1. Использование в качестве теплоносителя конвертированного газа высокого давления, выходящего из шахтного реактора второй ступени рефор3 184 минга, для обогрева реакционных труб первой ступени позволяет: а) отказаться от использования. какого-либо топлива в трубчатой печи, а, следовательно, экономить такое ценное технологическое cblpbp как природный газ и легкие жидкие углеводороды. Экономия природного газа составляет 100 нмз на 1 т аммиака, б) улучшить условия работы реакционных труб за счет снижения температуры греющего газа с 1700 до 1200 С и применения двухстороннего давления на стенку трубки, в) увеличить коэффициент теплопередачи в радиационной камере трубчатой печи.

2. Отказ от огневого обогрева ,в трубчатой печи для проведения первой ступени реформинга позволит уменьшить габариты печи, исключить возможность перегрева реакционных труб пламенем горелочных устройств.

3. Отказ от использования какоголибо топлива в трубчатой печи позволяет избежать загрязнения окружающей среды образующимися при горении окислами азота.

Все вышеперечисленное повышает эффективность способа.

Способ осуществляют следующим образом, Смесь метана с паром в соотношении 1:3,69 под давлением 37 атм подают в распределительную камеру печи и далее в реакционные трубы типа Фильда, заполненные никелевым катализатором.

В реакционных трубах за счет тепла обогревающего потока, выходящего из шахтного реактора при температуре 4О

981 С, происходиг нагрев и первичная конверсия смеси. Температура смеси на выходе из слоя катализатора

"-750 С. Конвертированный гаэ, содержащий, 7.: СО 6,08; СО 2,63, Н

31,27; N 1,03; Ar 0,01; СН, 10,11;

H 0 48,87, далее поступает в газоотводящую трубу, сборную камеру и далее через штуцер шахтного конвер тора в смеситель. В смеситель также подают воздух с температурой 220оС, обогащенный кислородом до 27Х, и в пустом пространстве над слоем катализатора второй ступени реформинга происходит процесс выгорания 55 кислорода с одновременным повыше.нием температуры реакционной смеси до 1400-1500 С. Эта смесь поступа148 4 ет на слой никелевого катализатора, где за счет физического тепла конвертированного газа происходит процесс доконверсии остаточного метана.

Температура реакционной смеси на е выходе из слоя катализатора 981 С.

С этой температурой конвертированный газ, содержащий, 7.: CO> 5,69, СО

7,50; Н 33,94; N 13,55, Ar О, 19, СН4 0,22; Н О 33,91 после второй ступени конверсии поступает в печь, где тепло конвертированного газа отводится к реакционным трубам для осуществления эндотермической реакции ступени конверсии. Температура конвертированного газа второй ступени конверсии на выходе из трубчатой печи через штуцер 540 С.

Получают синтез-газ для производства аммиака.

Дополнительно приведены примеры осуществления данного процесса при различных условиях.

Пример 2. Смесь природного газа с паром в соотношении 2,2:1 с о температурой 500 С и давлением 23 атм подается в трубчатую печь. Температура конвертированного газа на выходе иэ реакционных труб составляет

635 С, а конвертированный газ имеет следующий состав, 7:

СН 19, 18, Н2 28,52, N 1,4

СО, 6,02

СО 1,885

Н О,43.

В смеситель подают кислород в соотношении кислород : углерод 0,43.

Температура реакционной смеси на выходе из шахтного конвертора 960 С9

;аоконвертированный газ имеет следующий состав.7:

СН 0,3

СО 6,15

СО 13,17

На 45,62

N 1,48

Н О 33,3.

С температурой 960 С конвертированный газ после шахтного конвертора подают в трубчатую печь, откуда выводят с температурой 570 С на дальнейшую переработку — для получения метанола и водорода.

Пример 3. Смесь природного газа с паром в соотношении 2,2:1 с давлением 105 атм и температурой

400 С подают в трубчатую печь. ТемКорректор Е. Сирохман

Заказ 3933/2 Тираж 450 . Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР по делам,,изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7841 ,пература конвертированного газа на

"выходе из реакционных труб составляет 725 С, а конвертированный газ имеет следующий состав,%: сн 21,07

СО, .; 1 82

СО 4,93 нq., 23 94

Н20 46,80

N 1,43.

В смеситель подается кислород в соотношении кислород : углерод 0,45.

Температура реакционной смеси на . выходе иэ шахтного конвертора 1127 С, а конвертированный газ имеет следующий состав, %:

СН 0,72

СО 14,45

СО 4,36 н 47,0 20

Н 0 32,09

Ир,1,38

Температура конвертированного газа второй ступени на .выходе из трубчатой печи первой ступени 490 С. 25

Используют этот газ для получения метанола и водорода..

Пример 4, Смесь природного газа с паром в соотношении 3,09:1, Редактор П,Горькова Техред М.Ходанич

48

Ь давлении 300 атм и температуре 350 С подают в трубчатую печь.

Температура конвертированного газа на выходе из реакционных труб о

850 С, и гаэ имеет следующий состав, %: сн 9,39

СО 3 91, Со 5,03 нг 30,91

Н,О 49,75

N 1 °

В смеситель подают обогащенный до

31% кислородом воздух, при этом соотношение. кислород : углерод 0,45.

Состав конвертированного. газа на выходе из шахтного конвертора, %: сн 0,12

СО .76,2

СО . 5,49 н 33,70

Н 0 39,60 н 13,5 а температура 1190 С.

Температура конвертированного газа второй ступени на выходе из трубчатой печи первой ступени 420 С, используют этот газ для производства аммиака.