PL104764B1 - Sposob katalitycznej konwersji z para wodna gazow zawierajacych tlenek wegla oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznej konwersji z para wodna gazów zawierajacych tlenek wegla oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu, przy czym urzadzenie konwertorowe jest wyposazone we wlaczony przed riim nawilzacz i we wlaczony za nim osuszacz, które sa wzajemnie powiazane wspólnym obiegiem wody. Wiadomo, ze gazy zawierajace tlenek wegla, które mozna uzyskiwac w rózny sposób i na róznych drogach, np. na drodze czesciowego utleniania (zgazowania) wegla lub na drodze katalitycznego rozszczepienia weglowo¬ dorów, poddaje sie reakcji konwersji: CO + H20 w postaci pary -+ CQ2 + Ht i tym samym podwyzsza sie zawartosc wodoru w gazie. Równoczesnie utworzony C02 mozna przy tym oddzielic ze skonwertowanego gazu przez odpowiednie przemywanie. Konwersja przebiega w zaleznosci od wyboru stosowanego katalizatora z reguly w temperaturze okolo 180-260°C (konwersja niskotemperaturowa) lub w temperaturze 350—550°C (konwersja w temperaturze zwyklej). Ilosc wody niezbedna do reakcji dodaje sie do konwertowanego gazu w tak zwanym nawilzaczu, przy czym uwalniajaca sie podczas reakcji konwersji ilosc ciepla zazwyczaj wystarcza, by mieszanine reakcyjna utrzymac w zadanej temperaturze reakcji. Poza tym mozna przez wtryskiwanie wody do mieszaniny reakcyjnej zapobiegac niepozadanemu wzrostowi temperatury reakcji podczas konwersji. Z urzadzenia konwertowego wyplywajacy, skonwertowany gaz chlodzi sie nastepnie w tak zwanym osuszaczu na drodze zraszania woda, przy czym równoczesnie nadmiar pary wodnej wykrapla sie z tego gazu. Nawilzacz i osuszacz sa totez obecnie powiazane zazwyczaj wspólnym obiegiem wody dla wody zraszajacej. Podczas eksploatacji tego rodzaju urzadzen konwertorowych które, w praktyce szeroko rozpowszechnily sie, zostalo jednak niejednokrotnie zaobserwowane to, ze z biegiem czasu na katalizatorze konwersji tworza sie osady, dzieki którym aktywnosc tego katalizatora wyraznie obniza sie tak, ze musialby on byc przedwczesnie odnawiany. Nadto stwierdzono, ze w naczyniach reakcyjnych, nalezacych do urzadzenia konwertorowego, tworzyly sie zlogi, co prowadzilo do niepozadanego spadku cisnienia w urzadzeniu.2 104 764 Przyczyny tych zjawisk poczatkowo nie mogly zostac wyjasniona, Nasuwajace sie przypuszczania, ze przyczyny te sprowadzalyby sie do rozkladu stosowanego katalizatora konwersji, nie potwierdzily sie. Celem wynalazku jest zatem wyeliminowanie poprzednio omówionych niedogodnosci. Osiaga sie ten cel w sposobie wedlug wynalazku, który polega na tym, ze nawilzony i/lub osuszony gaz dodatkowo poddaje sie przemywaniu woda, w którym stosowana woda pluczaca wykazuje zawartosc krzemu nie wieksza niz 30 mg SiOj w 1 litrze. Wynalazek opiera sie przy tym na wiadomosci, uzyskanej na podstawie wnikliwych badan, iz tworzenie zlogów na katalizatorze konwersji lub w naczyniach reakcyjnych urzadzenia konwertorowego jest spowodowane zbyt wysoka zawartoscia krzemu i/lub glinu w wodzie zraszajacej, która cyrkuluje w obiegu miedzy nawilzaczem a osuszaczem. Nawilzacz i osuszacz sa zazwyczaj wypelnione ksztaltkami ceramicznymi, by stworzyc niezbedna powierzchnie dla bezposredniej wymiany mas miedzy gazem a woda. W zetknieciu wody zraszajacej z ceramicz¬ nymi ksztaltkami wypelnienia jest praktycznie nieuniknione, ze z biegiem czasu okreslona ilosc krzemu, zwlaszcza w postaci SiO?, jest wyplukiwana z materialu ceramicznego. Nadto w przypadku stosowania materia¬ lów ceramicznych jako ksztaltek wypelnienia moze wyplukiwac sie tez gin w postaci A1i03. Wskutek prowadzenia obiegu wody zraszajacej dochodzi wiec do stopniowego wzbogacania wody zraszajacej tymi substancjami. Ustalajaca sie przy tym zawartosc krzemu lub glinu zalezy oczywiscie od odpornosci ksztaltek wypelnienia, stosowanych w nawilzaczu lub w osuszaczu. Czesc prowadzonej w obiegu wody zraszajacej, zawsze nieodparowana, zostaje jednak wyprowadzana z nawilzacza razem z gazem w postaci kropelek lub mgly, i w taki sposób razem z zawartymi w niej zanieczysz¬ czeniami dostaje sie do gazu poddawanego konwersji. O ile wyprowadzony krzem lub glin nie osadzi sie odrazu na katalizatorze konwersji lub nie osiadzie ponownie w osuszaczu razem z wykroplona para, to wydzieli sie on podczas kolejno nastepujacego, dalszego chlodzenia skonwertowanego gazu, opuszczajacego osuszacz, razem z tak zwanymi skroplinami z gazu, które zbiera sie w odrebnych oddzielaczach skroplin. Skropliny te sluza jednakze w wielu przypadkach jako woda gaszaca, która zawraca sie do urzadzenia konwertorowego i która sluzy wówczas do nastawiania zadanej temperatury reakcji. Ta droga i w ten sposób osiaga sie naturalnie to, ze krzem lub glin wyprowadzany z woda zraszajaca z nawilzacza musi praktycznie calkowicie osadzac sie nieuchronnie w urzadzeniu konwertorowym, co z biegiem czasu prowadzi do wyzej omówionych niedogodnosci. Nadto zawartosc krzemu lub glinu w skroplinach z gazu przeszkadza takze wtedy, gdy nadmiar skrpolin z gazu ma byc traktowany w urzadzeniu do przygotowywania wody. Te urzadzenia do przygotowywania wody ze skroplin z gazu sa obecnie wykonywane z reguly jako urzadzenia jonitowe i sa wskutek zbyt wysokiej zawartosci krzemu lub glinu w skroplinach z gazu obciazane zbyt silnie. Dzieki dodatkowemu przemywaniu woda wedlug wynalazku za pomoca wody pluczacej, która zawiera nie wiecej niz 30 mg Si02 w 1 litrze, mozna niepozadanemu wyprowadzaniu wody zraszajacej, zawierajacej krzem lub glin, zapobiec, jezeli nawilzony gaz podda sie odpowiedniej obróbce. Jesli w interesie utrzymania nastawionej temperatury gazu tego rodzaju dodatkowe przemywanie woda w tym miejscu wydaje sie niewskazane, to przemywanie takie mozna podjac takze w zakonczeniu osuszania tego gazu. Zapobiega sie dzieki temu gromadzeniu krzemu i glinu w skroplinach z gazu. Ewentualnie mozliwe jest oczywiscie traktowanie zarówno nawilzonego jak i osuszonego gazu w odpowiedni sposób. Oczywiscie korzystnym jest, gdy zawartosc krzemu w wodzie pluczacej stosowanej do tego dodatkowego przemywania woda jest mozliwie nieznaczna, przy czym wartosci okolo 10 mg SiOj w 1 litrze wody okazaly sie szczególnie odpowiednie. Jako wode pluczaca w tym dodatkowym przemywaniu woda mozna korzystnie stosowac wode do zasilania kotlów, skropliny z gazu lub skropliny pary, jesli odpowiadaja one postawionym wymaganiom. Dodatkowe przemywanie woda mozna prowadzic oczywiscie w odrebnym aparacie wlaczonym za nawilzaczem lub osuszaczem. Korzystnie jednak nawilzacz i/lub osuszacz uksztaltowuje sie tak, by obróbka nastepcza mogla byc podejmowana w nim samym. Przedmiot wynalazku unaoczniono w przykladzie wykonania na rysunku, w którym fig. przedstawia przekrój takiego urzadzenia, które mozna stosowac zarówno jako nawilzacz jak i osuszacz. Wewnatrz zamknietej obudowy 1 znajduje sie warstwa z wypelnieniem ksztaltkowym 2, która moze byc wypelniona ksztaltkami z materialu ceramicznego. Prowadzona w obiegu wode zraszajaca podaje sie przewodem 3 na pólke rozdzielajaca 4, która jest umieszczona powyzej warstwy z wypelnieniem ksztaltkowym 2. Z warstwy z wypelnieniem ksztaltkowym 2 splywajaca wode zraszajaca odciaga sie z urzadzenia przewodem 5 i wprowadza ponownie do obiegu. Gaz wplywa do urzadzenia przewodem 6 i przeplywa przez nie w przeciwpradzie do wody zraszajacej od dolu do góry, po czym jest odprowadzany przewodem 7. Przedstawione urzadzenie powyzej pólki rozdzielajacej 4 wode zraszajaca zaopatrzono w dalsza pólke myjaca 8, która moze byc wypelniona odpowiednimi ksztaltkami, np. z metalu, lub tak zwanymi pakietami Demister, i która sluzy do dodatkowego przemywania woda unoszacego sie gazu. Niezbedna w tym celu wode104 764 3 pluczaca o zawartosci krzemu co najwyzej 30 mg Si02 w 1 litrze doprowadza sie przewodem 9 i w odpowiedni sposób, np. za pomoca natrysku lub dalszej pólki rozdzielajacej, rozprasza sie na pólce myjacej 8. Gaz wznoszacy sie w urzadzeniu uwalnia sie ta droga od razem porwanej wody zraszajacej. Pólka myjaca 8 moze byc ewentualnie zbedna, jezeli na innej drodze i w inny sposób, np. za pomoca dyszy, udaje sie wode pluczaca, doprowadzona przewodem 9 równomiernie rozpraszac nad calym przekrojem poprzecznym obudowy 1. Nadto w górnej czesci urzadzenia przed wylotem gazu przez przewód 7 mozna umiescic dalsza pólke 10, ewentualnie wyposazona w ksztaltki wypelnienia lub w pakiety Demister, w której zachodzi dalsze oddzielenie kropel wody od gazu. Woda pluczaca, splywajaca z pólki myjacej 8, dociera do pólki rozdzielajacej 4 i stad razem z prowadzona w obiegu woda zraszajaca jest podawana na warstwie z wypelnieniem ksztaltkowym 2 a nastepnie odciagana z urzadzenia przewodem 5 lacznie z woda zraszajaca. Jesli przewodem 9 skropliny z gazu maja byc podawane na pólke myjaca 8, to mozna skropliny z gazu, splywajace przewodem 12 z oddzielacza skroplin 13 tloczyc pompa 14 bezposrednio do przewodu 9. Udajacy sie przewodem 7 gaz zostaje przy tym przed oddzieleniem skroplin odpowiednio ochlodzony w chlodnicy 11. Jesli to dodatkowe przemywanie woda gazu prowadzi sie w odrebnym aparacie, wlaczonym za nawilza¬ czem lub osuszaczem, to aparat ten moze zasadniczo otrzymac takie samo uksztaltowanie, jak wyzej omówione urzadzenie. Oznacza to, ze aparat ten jest wyposazony w pólke myjaca, wylozona odpowiednimi ksztaltkami wypelnienia lub pakietami Demister i zasilana woda pluczaca. Powyzej tej pólki myjacej moze byc ewentualnie umieszczona dalsza pólka, wyposazona w ksztaltki wypelnienia lub w pakiety Demister, która sluzy do dalszego oddzielania kropli wody od gazu. Nalezy podkreslic, ze sposób wedlug wynalazku nie jest przywiazany do okreslonych jednostek procesu konwersji. Konwersje mozna zatem prowadzic jedno- lub wieloetapowo. Równie wazne jest to, jaki katalizator konwersji i jaka temperatura reakcji bedzie stosowana. Podany nizej przyklad porównawczy uwypukla, skutecznosc sposobu wedlug wynalazku. Przyklad. W technicznym urzadzeniu konwertorowym o przepustowosci 100 000 Nm3 gazu/godzina zaobserwowano po 100-dniowej eksploatacji pierwsze zaklócenia eksploatacyjne, które sprowadzaly sie do utworzenia zlogów na katalizatorze konwersji oraz w odpowiednich naczyniach reakcyjnych. Po przebudowaniu osuszacza z tego urzadzenia w sposób unaoczniony w fig. przedstawionej na rysunku i po przemywaniu osuszonego gazu woda pluczaca, zawierajaca 10 mg SiO^ w 1 litrze, nie wystapily juz wcale te zaklócenia, chociaz od ponownego podjecia eksploatacji uplynelo juz 170 dni i chociaz w obu przypadkach skropliny z gazu byly zawracane do urzadzenia konwertorowego jako woda gaszaca. Istotna zaleta sposobu wedlug wynalazku jest wreszcie takze to, ze mozna go przeprowadzic ze stosunkowo nieznacznym nakladem dodatkowych kosztów, i ze juz posiadany nawilzacz i osuszacz mozna w wielu przypadkach przebudowac w wyzej omówiony sposób. PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Claims (6)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób katalitycznej konwersji z para wodna gazów zawierajacych tlenek wegla, przy czym urzadzenie konwertorowe jest wyposazone we wlaczony przed nim nawilzacz i we wlaczony za nim osuszacz, które sa wzajemnie powiazane wspólnym obiegiem wody, znamienny tym, ze nawilzony i/lub osuszony gaz dodatkowo poddaje sie przemywaniu woda, w którym stosowana woda pluczaca wykazuje zawartosc krzemu nie wieksza niz 30 mg Si02 w 1 litrze.

2.Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do dodatkowego przemywania woda stosuje sie wode do zasilania kotlów, skropliny z gazu lub skropliny pary, odpowiadajace postawionym wymaganiom.

3. Urzadzenie do katalitycznej konwersji z para wodna gazów zawierajacych tlenek wegla, przy czym urzadzenie konwertorowe jest wyposazone we wlaczony przed nim nawilzacz i we wlaczony za nim osuszacz, które sa wzajemnie powiazane wspólnym obiegiem wody, znamienne tym, ze w urzadzeniu, dzialajacym jako nawilzacz lub osuszacz, powyzej pólki rozdzielajacej (4) ma ujscie przewód (9) do zasilania prowadzona w obiegu woda zraszajaca, którym poprzez odpowiednie urzadzenie rozdzielajace wprowadza sie woda pluczaca, niezbedna do dodatkowego przemywania woda.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze ma urzadzenie rozdzielajace, nalezace do przewodu (9) wykonane w postaci pólki myjacej (8).

5. Urzadzenie wedlug zastrz.3, znamienne tym, ze powyzej przewodu (9) ma umieszczona dalsza pólke (10).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze ma pólki (8 i 10) wyposazone odpowiednimi ksztaltkami wypelnienia z metalu lub tak zwanymi pakietami Demister.104 764 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 +18 Cena 45 zl