Литературный обзор современных средств и систем

- компримирование очищенного  конвертированного газа,

- разделение конвертированного  газа на синтез-газ и водородсодержащий  газ (ВСГ) методом мембранной  технологии;

- получение технического  водорода из ВСГ методом метанирования;

- компримирование синтез-газа  до 305 кгс/см²;

- компримирование технического  водорода до 305 кгс/см²;

- компримирование двуокиси  углерода после поташной очистки             до 19 кгс/см² и подача его в природный газ перед печами;

- утилизация тепла потоков  конвертированного и дымового  газов.

Основным процессом производства водорода и синтез - газа является каталитическая конверсия природного газа с водяным паром и с двуокисью углерода, протекающая под давлением не более 17 кгс/см² в трубчатых печах с подводом тепла через стенки труб.

Сырье, поступающее в  трубчатую печь, должно содержать  не более  
1 мг/м³ сероводорода из - за опасности отравления никеля в катализаторе конверсии, поэтому требуется предварительная сероочистка природного газа.

Содержание непредельных углеводородов в сырье не должно превышать 2,0% об. и лимитируется соотношением скоростей гидрирования непредельных углеводородов и образования  кокса.

Количество тяжелых углеводородов (выше С₅) тоже должно быть ограничено – не более 1,0% об.

Сероочистка сырья включает в себя два этапа. Сначала происходит гидрирование сероорганических соединений и непредельных углеводородов на алюмокобальтмолибденовом катализаторе:

 

СS₂ + 4H₂ ® 2H₂S + CH₄

 

Затем на цинковом поглотителе  происходит поглощение содержащегося  в сырье и образовавшегося  при гидрировании сероводорода:

 

H₂S + ZnO ® ZnS + H₂O

 

Процесс сероочистки осуществляется при температуре не более 400 ⁰С и давлении не более 17 кгс/см², поэтому предварительно природный газ сжимается и подогревается на блоке компримирования природного газа. Для осуществления процесса гидрирования перед сероочисткой в сырье добавляется технический водород.

На стадии пароуглекислотной  конверсии природного газа идут следующие основные реакции (в расчете на метан):

 

CH₄ + H₂O Û CO + 3H₂               - 49,3 ккал/моль                                       (1)

 

CH₄ + CO₂ Û 2CO + 2H₂             - 62,0 ккал/моль                                       (2)

 

CH₄ + 2H₂O Û CO₂ + 4H₂            - 9,8 ккал/моль                                         (3)

 

Соотношение объемов на конверсию:

природный газ: СО₂: Н₂О = 1 : (0,3 – 1,1) : (2,4 – 3,5). Реакция протекает на никелевом катализаторе.

Необходимый для компенсации  эндотермичности процесса подвод тепла  осуществляется за счет сгорания топливного газа, в котором содержание сернистых соединений тоже должно быть регламентировано (не выше 150 мг/нм³).

Проведение реакции (2) увеличивает  количество СО в конвертированном газе. Однако, количество СО₂ для реакции (2) ограничено рециркуляцией поглощенной углекислоты, выделенной при регенерации поташного раствора.

Очистка конвертированного  газа от СО₂ горячим раствором поташа осуществляется по реакции:

 

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O Û 2KHCO₃                                                                    (4)

 

Принятая двухступенчатая  схема поташной очистки позволяет  осуществить более полную очистку газа от СО₂, так как газ после предварительной очистки в нижней части абсорбера проходит тонкую очистку в верхней части абсорбера, которая орошается раствором с более низкой температурой.

При регенерации раствора путем снижения давления с 11,7 кгс/см² до атмосферного давления реакция (4) протекает справа налево, подвод тепла регенерации производится за счет конденсации водяного пара, содержащегося в конвертированном газе, и не требует дополнительного пара. Так как температуры абсорбции и регенерации близки между собой, уменьшается общий расход тепла на регенерацию и значительно уменьшается количество теплообменной аппаратуры, что является одним из преимуществ процесса.

Более полная глубина очистки  газа от СО₂ достигается за счет добавки к раствору поташа диэтаноламина.

Добавка пятиокиси ванадия  снижает коррозийную активность раствора.

В процессе эксплуатации поташной очистки следует опасаться снижения температуры раствора ниже +50 ⁰С, что ведет к кристаллизации поташа и забивке аппаратуры и трубопроводов. Эта температура зависит от степени насыщения раствора КНСО₃.

Процесс получения синтез-газа и водорода основывается на мембранной технологии.

В мембранной технологии используется принцип, называемый селективной пермеацией, которая происходит в полупроницаемых полимерных мембранах. В дальнейшем водородсодержащий газ поступает на метанацию.

Целью метанации является удаление остаточных количеств оксидов  углерода из потока водородосодержащего газа, выходящего из мембранного отделения.

Реакция метанации ускоряется с помощью никелевого катализатора и выглядит следующим образом:

 

CO + 3H₂ ® CH₄ + Н₂О + тепло

CO₂ + 4H₂ ® CH₄ + 2H₂O + тепло

 

Обе реакции являются экзотермичными и протекают с выделением тепла.

 

3.  Описание технологической схемы и технологического процесса блока поташной очистки конвертированного газа

 

В состав блока поташной очистки конвертированного газа входят колонна очистки конвертированного газа от СО₂ К - 100, регенератор поташного раствора К - 101, ребойлер регенератора, Т - 103/1,2, теплообменник газа перед колонной К - 100 Т - 103/1,2,3, холодильник очищенного газа после К - 100  
Х - 106/1,2,3,  Воздушный холодильник - конденсатор кислых газов  
ХВ - 106/1,2,3,  теплообменник регенеративного поташного раствора  
Т - 208/1,2, испаритель Е - 100/1,2, сепаратор конвертированного газа Е - 101, сепаратор газа после очистки СО₂ Е - 102, сепартор кислых газов Е - 103, сепаратор свежего поташного раствора  Е – 104, емкость для слива поташного раствора с подогревателем Е - 104 А, сборник конденсата Е - 106, дренажная емкость поташного раствора Е - 107, фильтр конденсата Ф -1, сетчатый фильтр для раствора поташа Ф - А, фильтр сетчатый Ф - В, фильтр механический для циркулирующего раствора поташа Ф - Г, насос центробежный для подачи грубогенерированного поташного раствора в К - 101 Н -101/1,2,3, насос для откачки конденсата газов в К - 101 Н - 102/1,2, насос циркуляционный для приготовления раствора поташа Н -103, насос центробежный для подачи тонкогенерированного поташного раствора в К - 100 Н - 105/1,2,3, насос для подачи конденсата  Н - 106, насос – дозатор для подачи ПМС Н - 107/1,2, теплообменник отопительной воды Т -1а,б.

Испарители Е - 100/1,2 предназначены для охлаждения конвертированного газа до 145 ¸ 160 ⁰С и увеличения содержания водяного пара в газе до 1 нм³ пара/1 нм³ газа. Насос Н - 106/1,2 служат для подачи водяного конденсата, выделенный из конвертированного газа в сепараторе Е - 101 для охлаждения конвертированного газа в испарителе Е - 100/1,2. Емкость Е - 306 является сборником конденсированной воды. Колонна К - 100 служит для очистки конвертированного газа от СО₂.

Регенератора К-101 предназначен для регенерации поташного раствора, поступающего с колонны К - 100. Ребойлер Т - 103/1,2 регенератора К - 101 предназначен для взаимного теплообмена конвертированного газа и поташного раствора. Теплообменники Т - 104/1,2,3  служат  для охлаждения конвертированного газа на выходе из  Т-103/1,2. Сепаратор Е-101 служит для отделение влаги, сконденсированной при охлаждении конвертированного газа в ребойлерах Т-103/1,2 и в теплообменниках Т - 104/1,2,3. Сборник конденсата Е - 106 служит для накопления сконденсированной жидкости из сепаратора Е - 101. Холодильник Х - 105/1,2 предназначен для охлаждения очищенного газа после К - 100. Холодильник Х - 106/1,2,3, а также воздушный холодильник-конденсатор ХВ - 100/1-3 предназначен для охлаждения углекислого газа с колонны К - 101. Теплообменник регенерированного поташного раствора  
Т-208/1,2 предназначен для охлаждения тонгенерированного раствора оборотной водой. Сепаратор газа после очистки от СО₂ Е - 102, сепаратор кислых газов Е-103 предназначены для отделения от газа конденсата. Емкость Е - 104 предназначен для подготовки свежего поташного раствора. Емкость Е - 106 сборник конденсата. Е - 107 дренажная емкость поташного раствора.  
Фильтры Ф-А, Ф - Б предназначены для фильтрации раствора поташа и углекислого газа соответсвенно. Центробежный  насос Н - 105/1-3 предназначен для подачи тонкорегенерированного раствора поташа в К - 100. Центробежный насос Н - 104/1,2 служит для подачи оборотной воды на кольца орошения колонн К - 100, К - 101, насос Н - 103 – для приготовления раствора поташа. Насос  
Н - 102/1,2 предназначен для откачки конденсата кислых газов из К - 101. Насос центробежный Н-101/1-3 служит для подачи груборегенерированного раствора поташа в К - 100. Насос Н - 107/1,2 предназначен для подачи ПМС. Е - 1,2,3  факельные емкости.

 

                          

      

 

  2.4 Нормы технологического режима

    Таблица 2– Нормы технологического режима блока поташной очистки конвертированного газа

Наименование стадий процесса, аппарата, показателей режима		Номер позиции прибора по схеме	Единица измерения	Допустимые пределы технологических параметров	Требуемый класс точности измерительных приборов	Примечание
Блок поташной очистки  конвертированного газа (схема № 2)
1. Конвертированный газ на выходе из испарителей Е-100/1,2 температура	11-3,4		0С	145-160	0,5	регистрация регулирование
2. Конвертированный газ в колонну очистки от СО2 К-100 температура послеТ-104 давление в Е-101 уровень в Е-101	11-8 22,6 142		0С МПа % шк. пр.	не более 115 не менее 11 20-80	0,5 1 1,5	регистрация регистрация регистрация регулирование сигнализация

 

7. Груборегенерированный  раствор поташа на орошение середины К-100 расход	37	% от общего расхода  раствора, циркулирующего в системе	50-80	1	регистрация регулирование
8. Колонна очистки от  СО2 К-100 перепад давления в колонне уровень в нижней части  колонны	22,6 141-1,2	МПа % шк. пр.	не более 1,0 20-80	1 1,5	регистрация регистрация регулирование сигнализация
Регенерация поташного раствора
1. Насыщенный раствор  поташа с низа колонны К-100 К2СО3 и содержание общего КНСО3 температура	11-15	%масс. 0С	не более 25 не более 110	0,5	регистрация
2. Регенератор К-101 температура: - верха - середины - низа перепад давления уровень в кубе К-101	11-2 11-1 11-16 22,7 140	0С 0С 0С МПа % шк. пр.	не более 110 100-114 100-120 не более 0,6 20-80	0,5 0,5 0,5 1 1,5	регистрация регистрация регистрация регистрация регистрация регулирование сигнализация
3. Рибойлер Т-103 температура: - в трубном пространстве - в межтрубном пространстве	11-10,11 11-6,5	0С 0С	105-160 105-120	0,5 0,5	регистрация регистрация

 

4.Тонкорегенерированный  раствор перед        Н-105/1,2,3 содержание общего К2СО3 и КНСО3 в т.ч. КНСО3 содержание ДЭА содержание V2О5		%масс. %масс. %масс. %масс.	не более 25 не более12 не более 3 не более 0,4		Аналитический контроль
5.Груборегенерированный  раствор перед         Н-101/1,2,3 содержание общего К2СО3 и КНСО3 в т.ч. КНСО3		%масс. %масс.	не более 25 не более 20		Аналитический контроль
6. Двуокись углерода на  выходе из сепаратора Е-103 (после Х-106/1,2,3) температура давление       уровень в Е-103	8-2 7,9-0,18       143	0С МПа       % шк. пр.	не более 40 0,05-0,15       20-60	0,5 1       1,5	регистрация регистрация регулирование сигнализация блокирование регистрация регулирование сигнализация

 

3  Описание системы регулирования и управления

 

Автоматическая система  управления технологическим процессом  блоков печей конверсии, поташной очистки, блока получения синтез - газа и  технического водорода методом мембранной технологии реализована на базе системы Experion PKS фирмы Honeywell, работающей в операционной среде  
WINDOWS 2000, и контроллера HPM. Выполняет следующие функции.

- измерение, контроль  и отображение значений технологических  параметров и состояния  технологического оборудования на пульте оператора (мониторе) системы;