PL129614B1 - Method of generation of hydrogen and nitrogen containing gases - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia gazów zawierajacych wodór i azot, a zwlasz¬ cza sposób wytwarzania gazu odpowiedniego do zastosowania do syntezy amoniaku.Do wytwarzania gazów zawierajacych wodór i azot, jesli surowcami sa gaz ziemny lub pier¬ wotna benzyna ciezka stosowano zgodnie ze sta¬ nem techniki procesy reformingu z para wodna, polegajace na obróbce para wodna gazu ziemnego lub pierwotnej benzyny ciezkiej w rurowej stre¬ fie katalitycznej umieszczonej w piecu (glówny reforming) i nastepnej obróbce wsadu odbierane¬ go po glównym reformingu w strefie czastkowe^ go spalania (wtórny reforming) równiez z odpo¬ wiednim katalizatorem.Niedawno zaproponowano modyfikacje w spo¬ sobie reformingu para wodna, zwlaszcza w opi¬ sach patentowych St. Zjedn. Am. nr 4162290 i nr 4127389.W wymienionym powyzej opisie patentowym nr 4162290 opisano sposób wytwarzania gazu za¬ wierajacego wodór i azot polegajacy na doprowa¬ dzeniu czesci gazu ziemnego do rurowej strefy katalitycznej usytuowanej w piecu, pozostawienie czesci do przepuszczania przez wiazke rurek wy¬ pelnionych katalizatorem reformingu w wymien¬ niku ciepla ogrzewanym goracymi gazami z wtór¬ nego reformingu.Dwa strumienie przychodzace z odpowiednich stref (piec i rurki wymiennika ciepla) laczy sie 10 15 25 30 nastepnie i przesyla razem z powietrzem do etapu wtórnego reformingu.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4127389 przedstawiono urzadzenie do wymiany ciepla, z rurkami w postaci wiazki rurek wypelnionych ka¬ talizatorem glównego reformingu. Urzadzenie takie zastosowano w sposobie przedstawionym w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4162290.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4127389 stwierdzono, ze urzadzenie do wymiany ciepla mozna wykorzystywac do przeprowadzania glów¬ nego reformingu, uzywajac jako zródlo ciepla, cie¬ plo gazów odlotowych z wtórnego reformingu.I tak, z literatury technicznej znany jest wy¬ miennik ciepla z rurkami w wiazce rurek wypel¬ nionych katalizatorem, który mozna stosowac do przeprowadzenia glównego reformingu, wykorzy¬ stujac cieplo gazów odlotowych z wtórnego refor¬ mingu.W tym miejscu, jednakze, koniecznie trzeba za¬ znaczyc, ze jesli zamiast tradycyjnego pieca do reformingu zastosuje sie reaktor z wymiana cie¬ pla, to temperature na etapie wtórnego reformin¬ gu musi sie znacznie podwyzszyc, przy czym moz¬ na to bylo osiagnac spalajac wieksza objetosc ga¬ zu z wieksza objetoscia powietrza tak, zeby ewen¬ tualnie stwierdzony stosunek azotu do wodoru byl duzo wiekszy od stosunku wymaganego dla jedne¬ go z glównych celów, dla których otrzymuje sie gaz reformingowy, to znaczy do wytwarzania ga- 120 614129 "' 3 ^ zu mogacego znalezc zastosowanie do syntezy amoniaku.Z drugiej strony, jest to wlasnie ta przyczyna, dla której w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4162290 etap reformingu równolegle prowadzi sie w reaktorze z wymiana ciepla oraz w piecu tradycyjnym.Rozdzielenie wsadu wedlug sposobu przedstawio¬ nego w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4162290 czesciowo na reaktor-wymiennik i czes¬ ciowo, na piec tradycyjny prowadzi do znacznego skomplikowania przebiegu procesu, poniewaz wprowadza dodatkowe urzadzenie, oprócz kompli¬ kacji zwiazanych z regulacja rozdzielenia strumie¬ nia weglowodoru i to bez zasadniczego zlagodze¬ nia warunków pracy pieca tradycyjnego.Skomplikowanie sposobu przedstawionego w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4162290 jest bariera jego praktycznego zastosowania.Obecnie stwierdzono, ze wyliczone wyzej nie¬ dogodnosci i komplikacje znane ze stanu techni¬ ki, które wplywaja na znacznie wyzszy koszt re¬ formingu, moga byc zrównowazone iprzez umiesz¬ czenie reaktora wymiennika w szeregu z piecem i przez przeprowadzenie wlasciwych konwersji wsadu weglowodorowego w piecu, w wymienniku ciepla oraz w etapie wtórnego reformingu.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze gaz ziemny lub pierwotna benzyne ciezka w wysokiej temperaturze poddaje sie -refórmingowi z para wodna, przy czym reforming sklada sie z dwóch kolejno usytuowanych etapów, powodujacych czes¬ ciowa konwersje gazu ziemnego lub pierwotnej benzyny ciezkiej, tak jak bardziej szczególowo omówiono ponizej, a nastepnie prowadzi sie drugi etap reformingu para wodna i etap reformingu powietrzem (wtórny reforming), który zachodzi w takiej temperaturze, ze cieplo gazów odlotowych z tego ostatniego etapu sluzy do prowadzenia drugiego etapu reformingu para. Pare mozna tak¬ ze, co jest oczywiste, rozdzielic pomiedzy dwa ko¬ lejno usytuowane etapy reforfmjngu z para wod¬ na, nawet chocby, jako zasade^ wprowadzalo sie Ja cala w pierwszym etapie. :' . Sposób wedlug wynalazku obejmuje nastepuja¬ ce etapy: — zasilanie rurek wypelnionych Katalizatorem re¬ formingu, umieszczonych w piecu w sekcji pro¬ mieniowania oraz para i gazem ziemnym lub - pierwotna benzyna ciezka o stosunku molo¬ wym pary do wegla wynoszacym 2—5, przy czym mozliwe jest wczesniejsze ogrzanie sub- stratów do temperatury 400—650°C; -* dokonanie 20—50*°/f konwersji surowca w g^zie jiemnym lub pierwotnej benzynie ciezkiej, przy czym temperatura na wyjsciu wynosi 650— *50°C; r- wyladowanie czesciowo skonwertowanych ga- : i6w z rurek z sekcji promieniowania pieca; *—wprowadzenie powyzszych gazów wyladowa¬ nych jak powyzej do rurek reaktora-wymienni- , ka, wypelnionych katalizatorem, gdzie konwer- -sje" doprowadza sie do 7tf°/o, podczas gdy tempe¬ rature na wyjsciu ustawia sie w granicach 750—850°C; 614 -' ' •¦ • , 4 .¦,.¦¦ — wyladowanie gazów z reaktora-wymienniKa i wprowadzenie ich do reaktora wtórnego re¬ formingu, na którego wyjsciu utrzymuje sie temperature w granicach 920—1050°C za po- 5 moca spalania w powietrzu; — wyladowanie gazów z reaktora wtórnego re¬ formingu i spowodowanie ich przeplywu przy boku obudowy reaktora-wymiennika w taki sposób, azeby osiagnac temperature 750—850°C, !o oraz — wyladowanie z obudowy reaktora-wymien¬ nika zreformowanego gazu.Nalezy zauwazyc, ze postepujac wedlug wyna¬ lazku, cisnienie robocze moze byc znacznie zwiek- 15 szone, w porównaniu z wartoscia dopuszczalna w technice konwencjonalnej: mówiac dokladniej, pro¬ ces wedlug wynalazku przeprowadza sie pod cis¬ nieniem 4,9—7,9 MPa, korzystnie 5,9—6,9 M?a.Sposób wedlug wynalazku zostal zilustrowany 20. na zalaczonym rysunku za pomoca schematu.Gaz ziemny i pare wprowadza sie przewodem 1; nastepnie wstepnie ogrzewa w konwekcyjnej sek¬ cji pieca 6 i wprowadza przewodem 7 do rurek 8 (pakazano tylko jedna), które sa wypelnione ka- 25 talizatorem reformingu.Temperatura mieszaniny gazu i pary na wlocie do rurek wynosi 520°C, podczas gdy temperatura na wylocie wynosi 730°C.Gaz opalowy podaje sie do pieca przewodem 9. 30 Gaz odlotowy, o stopniu zreformowania 44°/© przesyla sie przewodem 2 do reaktora-wymiennika 10, gdzie przeplywa przez wypelnione katalizatorem rurki. Reaktor-wymiennik 10 zasila sie poprzez bok obudowy goracymi gazami, idacymi z etapu wtór- 35 nego reformingu 11 przewodem 4 i majacymi tem¬ perature 974°C.Gazy opuszczajace rurki reaktora-wymiennika maja temperature 824°C, i poprzez przewód 3 za¬ silaja urzadzenie do wtórnego reformingu 11, do 40 którego dostarcza sie przewodem 5 powietrze o temperaturze 550°C.Zreformowany gaz wyladowuje sie przez obu¬ dowe reaktora-wymiennika przewodem 12 w tem¬ peraturze 758°C. 45 Bilans materialowy przedstawiony w tabeli od¬ nosi sie do sposobu wedlug wynalazku, przy czym temperatury reagentów i produkty sa takie jak podano powyzej.Mozna zaobserwowac takze, ze postepujac we- 50 dlug wynalazku stosuje sie mniejszy piec do re- forminu a o zwiekszonej niezawodnosci poniewaz warunki pracy sa mniej drastyczne.Ponadto nalezy zauwazyc, ze zuzycie ciepla promieniowania w piecu do reforminu jest mniej- 55 sze w przyblizeniu o 35%. Powinno sie takze uwzglednic w ramach oszczednosci mocy spreza¬ nia co jest mozliwe poniewaz sposób wedlug wyr nalazku prowadzi do otrzymania gazu do syntezy o cisnieniu znacznie wyzszym niz przy stosowaniu 6° sposobów konwencjonalnych.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania gazu zawierajacego wo¬ dór i azot z gazu naturalnego lub benzyny pier- 65 wszej destylacji, w którym przeprowadza sie refor-5 120 614 6 . Nr strumienia Skladniki: CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 H2 CO co2 N2 • A H20 Calkowity suchy Calkowity ogólny 1 m3/h 23803 1173 337 143 47 1457 3519 796 6 132254 31281 16353 % suchej masy 76,09 3,75 1,08 0,46 0,15 4,66 11,25 2,54 0,02 m3/h m3/h 2 m3/h 15517 45125 3678 12294 796 6 111025 77416 188441 % suchej masy 20,04 58,29 4,75 15,88 1,03 0,01 m3/h m3/h 3 m3/h 9514 64189 8624 13350 796 6 103966 96479 200445 % suchej masy 9,86 66,53 8,94 13,84 0,82 0,01 m3/h m3/h 4 m8/h 799 75759 16207 14483 30005 352 109825 137605 247430 % suchej masy 0,58 55,05 11,78 10,52 21,81 0,26 m3/h m3/h ming para wodna a nastepnie reforming powie¬ trzem, znamienny tym, ze reforming para wodna przeprowadza sie dwuetapowo, najpierw gaz natu¬ ralny lub benzyne pierwszej destylacji wprowadza sie do pierwszego etapu reformingu para wodna w temperaturze 400—600°C, przeprowadza sie kon¬ wersje w 20—60°/o i odbiera w temperaturze 650— 750°C, nastepnie w drugim etapie przeprowadza sie konwersje do 70% i odbiera gaz w temperatu¬ rze 750—850°C, reforming powietrzem przeprowa¬ dza sie w temperaturze 920—1050°C, która jest wystarczajaca do ogrzania drugiego etapu refor¬ mingu para wodna, przy czym cisnienie w proce¬ sie wynosi 5—80 atm. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pierwszy etap reformingu z para wodna przepro- 25 wadza sie w rurkach wypelnionych katalizatorem, umieszczonych wewnatrz pieca, w sekcji promie¬ niowania. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze drugi etap reformingu z para wodna przeprowa- 30 dza sie w wiazce rurek wymiennika ciepla wy¬ pelnionych katalizatorem, które ogrzewa sie gaza¬ mi z etapu reformingu powietrzem. % @- @- 12, 10 A M PL PL PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania gazu zawierajacego wo¬ dór i azot z gazu naturalnego lub benzyny pier- 65 wszej destylacji, w którym przeprowadza sie refor-5 120 614 6 . Nr strumienia Skladniki: CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 H2 CO co2 N2 • A H20 Calkowity suchy Calkowity ogólny 1 m3/h 23803 1173 337 143 47 1457 3519 796 6 132254 31281 16353 % suchej masy 76,09 3,75 1,08 0,46 0,15 4,66 11,25 2,54 0,02 m3/h m3/h 2 m3/h 15517 45125 3678 12294 796 6 111025 77416 188441 % suchej masy 20,04 58,29 4,75 15,88 1,03 0,01 m3/h m3/h 3 m3/h 9514 64189 8624 13350 796 6 103966 96479 200445 % suchej masy 9,86 66,53 8,94 13,84 0,82 0,01 m3/h m3/h 4 m8/h 799 75759 16207 14483 30005 352 109825 137605 247430 % suchej masy 0,58 55,05 11,78 10,52 21,81 0,26 m3/h m3/h ming para wodna a nastepnie reforming powie¬ trzem, znamienny tym, ze reforming para wodna przeprowadza sie dwuetapowo, najpierw gaz natu¬ ralny lub benzyne pierwszej destylacji wprowadza sie do pierwszego etapu reformingu para wodna w temperaturze 400—600°C, przeprowadza sie kon¬ wersje w 20—60°/o i odbiera w temperaturze 650— 750°C, nastepnie w drugim etapie przeprowadza sie konwersje do 70% i odbiera gaz w temperatu¬ rze 750—850°C, reforming powietrzem przeprowa¬ dza sie w temperaturze 920—1050°C, która jest wystarczajaca do ogrzania drugiego etapu refor¬ mingu para wodna, przy czym cisnienie w proce¬ sie wynosi 5—80 atm.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pierwszy etap reformingu z para wodna przepro- 25 wadza sie w rurkach wypelnionych katalizatorem, umieszczonych wewnatrz pieca, w sekcji promie¬ niowania.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze drugi etap reformingu z para wodna przeprowa- 30 dza sie w wiazce rurek wymiennika ciepla wy¬ pelnionych katalizatorem, które ogrzewa sie gaza¬ mi z etapu reformingu powietrzem. % @- @- 12, 10 A M PL PL PL PL