Реактор для каталітичної конверсії вуглеводнів

1 Реактор каталітичної конверсії вуглеводнів, який містить вертикальний циліндричний корпус з двома реакційними зонами перша з яких забезпечена реакційними трубами з каталізатором, а друга виконана у вигляді шахтної камери, і камеру змішування, який відрізняється тим, що шахтна камера розташована у периферійній частині реактора СПІВВІСНО з реакційними трубами і обмежена двома концентричними перфорованими обичайками, та сполучається з камерою змішування за допомогою переточних каналів 2 Реактор по п 1, який відрізняється тим, що зовнішня поверхня реакційних труб забезпечена поздовжніми ребрами Винахід відноситься до апаратів каталітичної конверсії вуглеводнів і може використовуватися у виробництві синтез-газу в агрегатах аміаку та метанолу Відомий реактор для отримання синтез-газу, який складається з двох частин перша частина являє собою трубчастий ендотермічний конвертор, нижчі КІНЦІ труб якого входять у другу розширну порожню частину реактора, в якій здійснюється парціальне окислення вуглеводнів з введенням додаткової КІЛЬКОСТІ вуглеводнів, кисню чи кисневмісного газу (пат ФРН №3532413 СО1В.1987), Обігрів першої ендотермічної частини реактора відбувається продукційним газом, що обмиває реакційні труби конвертора До недоліків цього пристрою, як і для усіх апаратів високотемпературної конверсії природного газу, відноситься більше ніж у каталітичних процесах конверсії споживання кисню Запропоновані заявником конструктивні рішення, метою яких є інтенсивне перемішування компонентів реакційної суміші, надійні лише в обмеженому діапазоні чисел Рейнольдса, що може при коливаннях навантажування по газу визвати вогнищеве горіння реакційної суміші та різко знизити загальну ефективність процесу конверсії природного газу Крім того, для апарата цієї конструкції важливим є швидке охолоджування газу у секції трубчастого риформінгу, а при зниженні активності каталізатору у трубах, що є неминучим під час експлуатації, ця умова порушується, і має місто зростання вмісту метану на виході з апарата і, як слідство, загальне погіршення конверсії природного газу Найбільш близьким до запропонованого реактора щодо технічної сутності та конструктивного виконання є реактор каталітичної конверсії вуглеводнів, який містить вертикальний циліндричний корпус з двома реакційними зонами, перша з яких забезпечена реакційними трубами з каталізатором, а друга виконана у вигляді шахтної камери, і камеру змішування Реакційні зони розташовані у реакторі послідовно одна під одною Реакційна суміш з першої зони ендотермічної конверсії, яка здійснюється у трубах, заповнених каталізатором, надходить на доконверсію у шахтну камеру, розташовану унизу, в яку подається також технологічне повітря По суті реактор становить собою трубчасту піч для здійснювання процессу двуступінчастої пароповітряної конверсії природного газу зі спалюванням опалювального газу під тиском у виносній камері згоряння (Химия и технология топлив и масел , 1974,№ 12,с 36) Недоліком цієї конструкції є використання О о 49040 паливного газу для обігріву першої реакційної зони, який спалюють у камері згоряння Димові гази, що утворюються, містять окис азоту, а це з урахуванням вимог до охорони оточення, потребує додаткових способів очистки Реакційні труби працюють у жорстких температурних умовах через те, що температура димових газів складає 1350-1650°С Односпрямований рух продуктів згоряння та парогазової суміші є малоефективним з точки зору теплообміну Крім того, цей реактор має відносно високий гідравлічний опір, обумовлений аксіальним прямуванням реакційної суміші В основу винаходу поставлена задача удосконалити конструкцію реактора для каталітичної конверсії вуглеводнів, в якому завдяки запропонованому взаємному розташуванню двох реакційних зон забезпечується можливість використання тепла конвертованого газу другої реакційної зони з метою проведення ендотермічного процесу парової конверсії у першій реакційній зоні, зниження загального опору та, завдяки цьому, зменшення енерговитрат при одержуванні синтез-газу, що в цілому дозволяє підвищити економічність виробництва Ця задача вирішується тим, що у реакторі каталітичної конверсії вуглеводнів, який містить вертикальний циліндричний корпус з двома реакційними зонами, перша з яких забезпечена реакційними трубами з каталізатором, а друга виконана у вигляді шахтної камери, і камеру змішування, згідно з винаходом, шахтна камера розташована у периферійній частині реактора СПІВВІСНО з реакційними трубами і обмежена двома концентричними перфорованими обичайками Шахтна камера сполучається з камерою змішування за допомогою перетрчних каналів Зовнішня поверхня реакційних труб може мати поздовжні ребра Співвісне розташування двох зон дозволяє провести двоступінчастий процесе конверсії в єдиному апараті за рахунок використання тепла конвертованого газу другої зони для парової конверсії у першій зоні Розташування другої зони - шахтної камери у периферійній частині реактора зумовлено організацією прямування реакційного газу у цій зоні у радіальному напрямку Концентричні перфоровані обичайки, що обмежують шахтну камеру, сприяють рівномірному проходженнюреакційного газу крізь шар каталізатору у радіальному напрямку Перетічні канали служать для перетоку парогазової суміші з камери змішування у другу реакційну зону (шахтну камеру) Наявність поздовжних ребер на ЗОВНІШНІЙ поверхні реакційних труб першої зони сприяє процесу теплообміну у цій зоні На фіг реактора вуглеводнів корпус 1, в 1 показана схема запропонованого Реактор каталітичної конверсії містить вертикальний циліндричний центральній частині якого закріплені 4 реакційні труби 2, заповнені каталізатором, зовнішня поверхня яких може мати поздовжні ребра (не показані) У нижній частині корпусу під трубами знаходиться порожня камера 3 для збору парогазової суміші, яка прореагувала на І ступені реактора, та камера змішування 4 зі штуцерами для вводу парогазової суміші і повітря Перетічні отвори 5 з'єднують камеру змішування з шахтною камерою 6, яка розташована у периферійній частині корпусу реактора і обмежена перфорованими обичайками 7 Реактор має штуцер 9 для вводу парогазлвої суміші в реакційні труби 2, які утворюють першу зону конверсії, та штуцер 10 для виводу конвертованого газу з шахтної камери, яка створює другу зону конверсії Запропонований реактор працює таким чином Парогазова суміш надходить у реактор через штуцер 9, прямує по реакційним трубам 2, які заповнені каталізатором парової конверсії, зверху униз аксіальним потоком Одержаний у першій реакційній зоні неконвертований газ з температурою ~ 800°С надходить у камеру змішування 4, куди, в залежності від потрібного складу конвертованого газу, що одержується, подається парогазова суміш, повітря, кисень У камері змішування здійснюється часткове спалювання водню, метану, а отримана реакційна суміш з температурою 1200-1300°С надходить на доконверсію у шахтну камеру 7, що створює другу реакційну зону Реакційний газ прямує через шар каталізатору другої зони у радіальному напрямку та з температурою 9501000°С надходить у нижчу частину міжтрубного простору першої реакційної зони, прямує у протитечії до вихідної парогазової суміші і віддає при цьому тепло для процессу парової конверсії у першій зоні Конвертований газ виходить з реактора через штуцер 10 Розрахунковим шляхом був проведений порівняльний аналіз роботи реактора запропонованої конструкції та реактора згідно з прототипом на навантаженнях, які відповідають виробництву аміаку потужністю 1360т/д Прийняті умови загальна КІЛЬКІСТЬ природного газу на технологію КІЛЬКІСТЬ природного газу в першій реакційній зоні КІЛЬКІСТЬ каталізатору у першій реакційній зоні КІЛЬКІСТЬ каталізатору у другій реакційній зоні тиск процесу склад природного газу СН4 97 29 С 0 2 - 0 22 співвідношення пар вуглець температура парогазової суміші на вході у реактор 42900нм3/год, 17160 нм3/год, (40 %) 12м3 26м3, 3 МПа, С 2 Н 6 1,01, С 3 Н 8 0,34 3,6, 530°С 49040 В розрахункові наведеній таблиці показані порівнювальні показники роботи реактора відомої конструкції згідно з прототипом та запропонованої конструкції реактора Показники 1 Парогазова суміш на конверсію у першу реакційну зону Прототип 74970 температура, °С тиск, атм склад, % об Аг 278940 981-757 ЗО 0,17 14,18 N2 ЗО 0,86 72,18 4,36 о2 CO N O 8,76 0,25 14,84 7,52 Н2О СО 2 СН4 36,59 5,52 0,15 — н2 5 Температура стінки реакційних труб (верх низ труби) 6 Опір апарату, атм 95866 1610-802 3 278940 981,31 7150 (5,26) КІЛЬКІСТЬ, нм /год 530 ЗО 278940 981,31 3 КІЛЬКІСТЬ, нм /год температура, °С 3 КІЛЬКІСТЬ паливного газу, що спалюється нм3/год (т/р) 4 Теплоносій першої реакційної зони 74970 530 ЗО 3 КІЛЬКІСТЬ, НМ /ГОД температура, °С тиск, атм 2 Конвертований газ Запропонований реактор 34,64 1077 791 0,47-ь0,67 З приведених результатів видно, що для досягнення продуктивності по конвертованому газу 278940 нм3/год, у реакторі-прототипі спалюється 7150нм /год природного газу Реакційні труби працюють у більш жорсткому температурному режимі (1077-791 °С) порівняно з запропонованим реактором Гідравлічний опір запропонованого реактора суттєво нижчій за прототип Порівняно з відомою конструкцією використання у новому реакторі в якості теплоносія газів другої реакційної зони дозволяє розвантажити реакційні труби першої зони від одностороннього тиску через те, що гріючий теплоносій, який рухається у міжтрубному просторі, має практично той же склад, що і газ, який проходить у реакційних трубах Усунення перепаду тиску, що впливає на стінку труби, а також зниження температури теплоносія в порівнянні з прототипом знижує вимоги до матеріалу реакційних труб, дозволяє зменшити 810 593 0,36 товщину стінки труби, тобто знизити металомісткість у цілому Таким чином, запропонований реактор характеризується наступними перевагами - відмова від використання паливного газу для обігріву труб реактора першої реакційної зони дозволяє економити природний газ та уникнути забруднення навколишнього середовища оксидами азоту, які утворюються під час горіння палива, - радіальне прямування газового потоку крізь шар каталізатору другої зони обумовлює зниження загального опору апарату, тобто має місце зменшення енерговитрат, використання в якості теплоносія конвертованого газу високого тиску після другої реакційної зони дає можливість підвищити коефіцієнт теплопереносу у трубчастій зоні реактора за рахунок збільшення коефіцієнту конвективної тепловіддачі у міжтрубному просторі 49040 Вхс8 ПГС Ькхой конЬ ер то ионного гоэо ПГС ФІГ.1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71