Спосіб конверсії метану

Спосіб конверсії метану, який здійснюють шляхом взаємодії метану з водяною парою, дюксидом вуглецю та киснем повітря на нікелевмісному каталізаторі при об'ємній швид1 кості газу 4000 - 4500 год , температурі 1002 5 1245°С, тиску (32,5 - 33,5)-10 Па, співвідношенні пара газ - (0,9-1,2)1, опорі в конверторі (0,7 0,9)-105Па, концентрації метану на вході 9 - 11% до досягнення концентрації метану на виході 0,35% і(або) підвищенні опору в конверторі вище 0,9 105Па, потім зупинений конвертор перевантажують каталізатором і знову вмикають у роботу, який відрізняється тим, що конверсію метану проводять на суміші каталізаторів свіжого з відпрацьованим, попередньо ВІДСІЯНИМ ВІД пилу, дріб'язку та відділеним від деформованих гранул, гранул з білим нальотом Винахід належить до способів каталітичної конверсії метану і його гомологів, які в основними промисловими способами одержання водню для використання у виробництві аміаку з природного газу Відомий спосіб конверсії метану здійснюють у вторинному риформінгу шляхом взаємодії метану з водяною парою, дюксидом вуглецю і киснем повітря на нікелевмісному каталізаторі марок ГИАП3-6Н ТУ113-03-313-85, ГИАП-8 ТУ14-03-31-46-87, та ш [1 Катализаторы и процессы с их применением в азотной промышленности Демиденко И М , Янковский Н А , Степанов В А , Никитина Э Ф , Кравченко Б В Изд "Горловская типография", г Горловка, 1998, с 5 - 40] при об'ємній швидкості газу 4000 - 4500год 1 температурі 1002 1245°С, тиску (32,5 - 33,5) 10 Па, співвідношенні пара газ - (0,9 - 1,2)1, опорі в конверторі (0,7 0,9) 105Па, концентрації метану на вході 9 - 11% до досягнення концентрації метану на виході 0,35% і(або) підвищенні опору в конверторі вище 0,9 105Па конвертор зупиняють і перевантажують свіжим каталізатором або сумішшю свіжого з відпрацьованим, якщо він після відсіву від пилу і дріб'язок відповідає вимогам ТУ113-03-313-85 Вивантаження відпрацьованого каталізатора після окислення ведуть крізь верхній люк за допомогою вакуум-відсосу до спеціального бункеру Відпрацьований каталізатор направляється на установку, де відсівають пил і дріб'язок на ситах з діаметром отворів ЗхЗмм Каталізатор, що не відповідає ТУ113-03-313-85, направляється у відвал на переробку для вилучення нікелю [2 Производство аммиака Под редакцией Семенова В П , М , "Химия", 1985, с 76 - 79 3 Единые требования по эксплуатации катализаторов конверсии природного газа М , ГИАП, 1978, с 29 - 65 - прототип] Недоліком зазначеного способу є значна витрата каталізатора через повну його заміну після пробігу чи вторинне використання відпрацьованого каталізатора після відсіву пилу і дріб'язки без додаткової його підготовки Способи регенерації каталізатора, що подовжують строк його дії, відсутні Каталітична конверсія метану є однією з основних стадій виробництва аміаку, яка протікає в присутності водяної пари, дюксиду вуглецю та кисню по таких реакціях сн4 + Н 0 - С0 + з н 2 - 206,4кДж/кмоль сн4 + со 2 -2С0 + 2Н - 248,2кДж/кмоль сн4 + 1/2О -СО + 2Н - 35,6кДж/кмоль 2 2 2 2 О) (2) (3) ю о Щоб одержати газ, що підходить за складом для синтезу аміаку, необхідно досягти дуже низької залишкової концентрації метану, для чого треба підвищувати температуру Як бачимо з наведених реакцій (1), (2) КІЛЬКІСТЬ тепла, яке необхідно підвести для їх протікання відносно значна, враховуючи тиск, що може перевищувати ЗМПа, здійснення конверсії метану в одну стадію утруднено обмеженням МІЦНОСТІ металу Тому в сучасних аміачних агрегатах конверсію метану проводять у 2 стадії На першій стадії (первинний риформінг) реакцію проводять у трубчастій печі при температурі 750 - 830°С (межі по температурах 200 930°С), на другій стадії (вторинний риформінг) - у вертикальних шахтних реакторах В основу винаходу спосіб конверсії метану поставлено задачу зниження витрати каталізатора за рахунок додаткової обробки відпрацьованого нікелевмісного каталізатора виробництва аміаку та подальшого повторного його використання у вторинному риформінгу, подовження строку дії каталізатора при роботі на суміші каталізаторів свіжого 3 відпрацьованим Технічний результат досягається за умов здійснення способу конверсії метану шляхом взаємодії метану з водяною парою, дюксидом вуглецю та киснем повітря на нікелевмісному каталізаторі при об'ємній швидкості газу 4000 - 4500год \ температурі 1002 - 1245°С, тиску (32,5 - 33,5) 105Па, співвідношенні пара газ - (0,9 - 1,2) 1, опорі в конверторі (0,7 - 0,9) 105Па, концентрації метану на вході 9 - 11% до досягнення концентрації метану на виході 0,35% і(або) підвищенні опору в конверторі вище 0,9 105Па, потім зупинений конвертор перевантажують каталізатором і знову вмикають у роботу, за способом, конверсію метану проводять на суміші каталізаторів свіжого з відпрацьованим, попередньо ВІДСІЯНИМ від пилу, дріб'язку та відділеним від деформованих гранул, гранул з білим нальотом Перевантаження конвертора проводять зверху або знизу без застосування вакуум-відсосу Вивантаження здійснюють після окислення відпрацьованого каталізатора Частина нікелевмісного каталізатору в процесі експлуатації набуває на робочій поверхні білого нальоту після мінералізації й перекристалізації компонентів каталізатору, за рахунок цього вміст нікелю - нижче норми і активність каталізатору знижується, тому при перевантаженні його для нового пробігу, за відомою технологією, не будуть досягнуті необхідні параметри метанування протягом довгого часу Вивантаження каталізатора після пробігу за допомогою вакуум-відсосу прийнятна, за відомим способом, так як далі він направляється у відвал Деформований каталізатор (гранули, таблетки, ш), його пил і дріб'язок мають низьку механічну МІЦНІСТЬ, а при експлуатації достроково руйнуються, що призводить до підвищення опору в апараті, тому прямі збитки каталізатора знижуються, за способом, який пропонується, при вивантаженні без допомоги вакуум-відсосу Частина каталізатору, яка залишилася і була у роботі (без дріб'язок, пилу та деформованого), довантажена свіжим, забезпечує завдані параметри конверсії метану протягом строку, не меншого, 44105 ніж строк дії свіжого каталізатора Спосіб конверсії метану, що пропонується, дозволяє знизити витрати каталізатора за рахунок повторного використання каталізатора, що був у роботі, після додаткової обробки, подовжити строк служби каталізатора під час роботи на суміші каталізаторів свіжого з відпрацьованим без погіршення технологічного режиму Спосіб конверсії метану здійснюють таким чином Приклад 1 Конвертор метану шахтного типу вторинного риформінгу виробництва аміаку потужністю 1380т/на добу, завантажений 50тоннами нікелевмісного каталізатора марок ГИАП-3-6Н ТУ113-03-313-85 (із зміненнями 1 - 3) в КІЛЬКОСТІ 45т і ГИАП-8 ТУ14-03-31 -46-87 в КІЛЬКОСТІ 5ТОНН, пропрацював 4 роки на газі складу, % об N2 - 20,0 - 21,0, Н2 - 57,0 - 60,0, СН4 - 0,22 - 0,35, CO - 1,2 4,0, СО2 - 14,65 - 21,6, при об'ємній швидкості газу 4000 - 4500год \ температурі 1002 - 1245°С, тиску (32,5 - 33,5) 105Па, співвідношенні пара газ - (0,9 1,2) 1, опорі в конверторі (0,7 - 0,9) 105Па, концентрації метану на вході 9 - 11% до досягнення концентрації метану на виході 0,35% і(або) підвищенні опору в конверторі 1,1 10 Па Конвертор зупинили, каталізатор окислили й вивантажили крізь верхній люк Каталізатор просіяли на ситах з діаметром отворів ЗхЗмм від пилу дріб'язку та ВІДДІЛИЛИ ВІД деформованих гранул, гранул з білим нальотом Знову завантажили в конвертор, довантажили 12 тоннами свіжого каталізатора ГИАП-3-6н Перевантаження конвертора проводять зверху Вивантаження здійснюють після окислення відпрацьованого каталізатора Зверху завантажили 5м 3 захисного шару Після відновлення каталізатора конверсію здійснювали ще 4 роки на суміші свіжого з відпрацьованим за тих же умов Межі коливання параметрів режиму конверсії за весь період роботи (8 років) наведені в таблиці Приклад 2 (прототип) Конвертор метану шахтного типу вторинного риформінгу виробництва аміаку потужністю 1360т/на добу, завантажений 50тоннами нікелевмісного каталізатора марок ГИАП-3-6Н - 45т й ГИАП-8 - 5т, 5м 3 - захисного шару Конвертор пропрацював 4,2 роки на газі окладу, % об N2 - 20,0 - 21,0, Н2 - 67,0 - 60,0, СН4 - 0,22 0,35, CO - 1,2 - 4,0, СО2 - 14,65- 21,6, при об'ємній швидкості газу 4000 - 4500год \ температурі 1002 1245°С, тиску (32,5 - 33,5) 105Па, співвідношенні пара газ - (0,9 - 1,2)1, опорі в конверторі (0,7 0,9) 105Па, концентрації метану на вході 9 - 11% до досягнення концентрації СЬЦ на виході 0,37% й підвищенні опору в конверторі до 1,2 105Па Конвертор зупинили, каталізатор окислили й вивантажили крізь верхній люк Межі коливання параметрів режиму конверсії за весь період роботи (4,2 роки) наведені в таблиці Проба відсіяна на грохоті відпрацьованого каталізатора у ВІДПОВІДНОСТІ з [3] була проаналізована по ТУ113-03-313-85 Каталізатор не відповідав вимогам по вмісту NiO - 5,9% (норма 7,5+1,5%) і за механічною МІЦНІСТЮ гранул (мінімальна 15,8МПа при нормі 25МПа) Каталізатор треба направити на переробку [3, с 64 - 65] для вилучення нікелю Приклад 3 (контрольний) Конверсію оксиду вуглецю здійснили за умов аналогічних прикладу 1 Каталізатор, що відпрацював свій строк (4 роки, 45т ГИАП-3-6Н и 5т ГИАП-8) просіяли на грохоті з розміром ячейок сітки 3 х Змм (без відділення деформованих гранул і гранул з білим нальотом), знов завантажили в конвертор і довантажили 12тонн свіжого каталізатора ГИАП-3-6н, зверху 44105 5м захисного шару Межі коливання параметрів режиму конверсії (6 років) наведені в таблиці Параметри режиму роботи шахтного реактора конверсії метану за способами відомим і тим, що пропонується Таблиця Найменування параметрів конвер- Пропонований спо- Відомий спосіб (при- Контрольний (приN/Nn/n сії метану сіб (приклад 1) клад 2) клад 3) 1 Об'ємна швидкість газу, год ' 4000 - 4500 4000 - 4500 4000 - 4500 2 Марка каталізатора ГИАП-8, ГИАП-3-бн ГИАП-8, ГИАП-3-бн ГИАП-8, ГИАП-3-бн КІЛЬКІСТЬ завантаженого каталіза3 50 50 50 тора, тонна 4 Температура в конверторі, °С 1002-1245 1002-1245 1002-1245 D 5 Тиск в конверторі, 10 na 32,5-33,5 32,5-33,5 32,5-33,5 6 Співвідношення пар газ (0,9-1,2) 1 (0,9-1,2) 1 (0,9-1,2) 1 7 Вміст СЬЦ на вході, % 9-11 8 Вміст СЬЦ на виході, % 0,1 -0,28 0,1 -0,28 0,1 -0,28 9 Опір в конверторі, 10Dna 0,7-0,9 0,7-0,9 0,7-0,9 Строк служби (дії) каталізатора, рік, втому числі 10 свіжий - 1 0 0 % об'єму 4 суміш свіжого - 24% об'єму 4 2 з відпрацьованим - 76% об'єму 8 6 11 Витрата каталізатора, кгл" 0,0138 0,0277 0,0185 Згідно ІЗ даними таблиці, запропонований спосіб забезпечує підтримку параметрів процесу конверсії метану в завданих межах тривалий час, що знижує витрату свіжого каталізатора на 0,0139кг на тонну аміаку, і ВІДПОВІДНО, витрати на 76% У випадку, якщо не проводиться підготовка відпрацьованого каталізатора запропонованим способом (приклад 3), досягненні в прикладі 1 показники погіршуються в 1,3 рази знижується строк дії каталізатора и підвищується витрата каталізатора на тонну аміаку Таким чином, запропонований спосіб конверсії метану, дозволяє знизити витрату каталізатора за рахунок повторного використання каталізатора, що був у роботі після додаткової обробки, подовжити строк служби каталізатора під час роботи на суміші каталізаторів свіжого з відпрацьованим без погіршення технологічного режиму ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90