Патентно-техш4?снп
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е 359839
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союа Советских
Социалистических
Республик
К ПАТЕНТУ
Зависимый от патента №
М. Кл. С 10g 11/28
Заявлено 10Х!1.1968 (№ 1255411j23-4)
Приоритет 10.VII.1967, № 44268/67, Япония
Опубликовано 21.XI.1972, Бюллетень № 35
Коенитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 665.644.4 (088.8) Дата опубликования описания 13.1.1973
Автор изобретения
Иностранец
Кейзо Коноки (Япония) Иностранная фирма
«Тоио Инжиниринг Корпорейшн» (Япония) Заявитель
СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО
Р ЕФОРМИ Н ГА УГЛ Е ВОДО РОДОВ
Изобретение относится к процессу реформинга углеводородов с паром, позволяющему получать газы, состоящие преимущественно из водорода и применяемые в производстве аммиака синтезом из элементов.
Известен способ двухступенчатого каталитического реформинга углеводородов в присутствии водяного пара. Газовый поток, выходящий из первой ступени с температурой до
680 С, давлением до 30 — 40атм, предварительно охлаждают до 500 — 650 С и подают на вторую ступень реформинга.
Однако указанный способ обладает рядом недостатков. В данных условиях в паро-газовой смеси, выходящей из второй ступени реформинга, наблюдается повышенное содержание метана. Кроме того, крекирование сырья требует подвода большого количества тепла в зону реакции, чего достигают сжиганием топлива в нагревательной печи, внутри которой расположены реакционные трубки, наполненные катализатором. Реакционные трубки в нагревательной печи работают под высоким давлением и возникает проблема предела механической прочности материала, из которого изготовлены реакционные трубки.
В том случае, когда газ после реформинга используют в синтезе аммиака из элементов, к реакционной смеси в печи на второй ступени реформинга добавляют такое количество воздуха, чтобы азота в нем содержалось столько, сколько необходимо стехиометричес5 ки для синтеза аммиака.
Паро-газовая смесь после завершения процесса в печи второй ступени реформинга проходит несколько стадий очистки. Очищенная газовая смесь, пройдя стадию компрессии, по10 ступает на следующую ступень аммиачного синтеза. При этом такие газы, как метан и аргон, постепенно накапливаются в замкнутой системе аммиачного синтеза. Для того, чтобы предотвратить такое накапливание, часть га15 зового потока выводят из системы аммиачного синтеза. Однако вместе с ним выводится и часть водорода с азотом.
Таким образом, увеличение содержания метана пр иводит к увеличению количества га20 за, который приходится выводить из системы аммиачного синтеза.
Известно, что увеличение давления реформинга благоприятно сказывается на реакции и повышает экономическую эффективность
25 всего процесса. С точки зрения экономической эффективности более выгодно повышать давление на стадии реформинга, подвергая компрессии исходное сырье и воздух, которые по359839
65 дают в печь на вторую ступень реформинга, чем подвергать компрессии очищенный газ, направляемый в систему синтеза аммиака, повышая его давление до рабочего давления, при котором осуществляют синтез аммиака.
Помимо экономии энергии происходит еще и сокращение технологических ступеней в процессе аммиачного синтеза. С точки зрения механической прочности реакционных трубок, работающих при высокой температуре и давлении, для того, чтобы поднять давление паро-газовой смеси, необходимо понизить температуру стенок реакционных трубок. Если давление. при котором проводят реформинг в печи на первой ступени, увеличивают, а температуру процесса уменьшают, то температура в печи на второй ступени реформинга падает, и поэтому количество остаточного метана в газовой смеси будет увеличиваться. Это резко сказывается на всей экономике производственного процесса.
С целью устранения указанных недостатков предлагается газовую смесь первой ступени с температурой до 750 С предварительно нагревать газовой смесью, выходящей из зоны крекинга второй ступени, до 900 С.
На чертеже представлена схема предложенного способа.
Смесь исходного сырого углеводорода с водяным паром из линии 1 попадает в реакционные трубки 2, наполненные катализатором 8.
Реакционные трубки 2 обогреваются снаружи за счет тепла, которое выделяется при сгорании топлива, поступающего по линии 4 в обогревательную печь Б. В обогреваемых таким образом реакционных трубках 2 осуществляется каталитическая реакция первичного парового крекинга.
Поток реакционной смеси из печи первого крекинга (реформинга), который прошел через слой катализатора 8, вводят по линии б в теплообменник 7, где нагревают и подают затем в верхнюю часть печи вторичного реформинга 8.
Сжатый воздух, поступающий по лини и 9, проходит стадию предварительного подогрева в теплообменнике 10, расположенном на пути, по которому отходят топочные (дымовые) газы из нагревательной печи 5 и по линии 11 поступает в верхнюю часть печи вторичного реформ инга 8.
Газовый поток из печи первичного реформинга, нагретый B теплообменнике 7, и предварительно подогретый в теплообменнике 10 воздух, поступающий по линии 11, смешивают в верхней части печи вторичного реформинга
8, и полученная смесь проходит через слой катализатора 12.
На поверхности катализатора 12 протекает реакция вторичного крекинга (реформинга), причем тепло, необходимое для осуществления реакции, обеспечивается за счет сгорания части газовой смеси в присутствии кислорода воздуха, вводимого по линии 11.
:1О
15 го
25 зо
5О
После завершения реакции вторичного реформинга реакционную газовую смесь отводят по линии 18, отдавая ее тепло в теплообменнике 7 газовому потоку из печи первичного реформинга. По линии 18. полученную в результате реакции газовую смесь направляют в систему аммиачного синтеза.
Наличие в технологической схеме процесса теплообменника 7 дает возможность эффективно поддерживать температуру газового потока, выходящего из зоны первичного крекинга (реформинга) по линии б, на уровне, достаточно высоком и соизмеримом с температурой, при которой осуществляется реакция крекинга на поверхности катализатора 12. Так как за счет этого становится возможным понизить температуру газового потока из печи первичного реформинга, тепловая нагрузка реакционных трубок в процессе реакции первичного крекинга может быть понижена, а устойчивость трубок по отношению к давлению соответственно повышена. Это, в свою очередь, позволяет увеличить давление в процессе реакции парового реформинга и, следовательно, добиться л учших энергетических показателей в целом по аммиачному производству.
Преимущества данного способа следующие.
В известном способе максимальное давление в процессе парового крекинга (реформинга) не превышает 30 — 40 атм. В данном способе становится возможным повысить давление реакции до 50 — 60 атм и выше. Повышение давления, как уже указывалось, снижает содержание метана в смеси, выходящей из второй ступени реакции крекинга. Кроме того, когда процесс проводят при обычном для осуществления реформинга давлении, толщина стенок реакционных трубок может быть умень.шена и, кроме того, появляется возможность использовать печи для рефор минга меньших размеров.
П р и мер. В качестве исходного сырья, т. е. углеводорода, используют природный газ, состоящий, в основном из метана. Исходный углеводород смешивают с водяным паром в молярном отношении примерно 1: 3,5 и полученную смесь пропускают через реакционные трубки, выполненные из теплостойкогQ материала и имеющие внутренний диаметр 100 мм.
Реакционные трубки заполняют катализатором. Поток паро-газовой реакционной смеси выходит из реакционных трубок, имея давление 50 атм, температуру 750 С. При выборе температуры процесса на этой стадии учитывают возможность кр ипа, т. е. пластической деформации материала трубок..Этот паро-газовый поток реакционной смеси нагревают до 900 С, пропуская через теплообменник, обогреваемый потоком реакционной смеси, выходящей из печи вторичного реформинга, и направляют в верхнюю часть печи вторичного реформинга вместе со сжатым воздухом, предварительно нагретым до 700 С.
359839
Предмет изобретения
Составитель Л. Русанова
Техред Е. Борисова
Редактор E. Хорина
Корректор 3. Тарасова
Заказ 4248/3 Изд. № 1754 Тираж 406 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, К-35, Раушская наб., д. 415
Типография, пр. Сапунова, 2
После того, как кислород, содержащийся в сжатом воздухе, расходуется на горение, поток реакционной смеси пропускают через слой катализатора в печи вторичного реформинга.
Поток газовой реакционной смеси, прошедшей через слой катализатора в печи втор ичного реформинга, имеет температуру 1013 С и концентрацию метана около 0,2%.
Таким образом, давление по сравнению с известным способом повышается на 10—
20 атм. Экономия энергии за счет увеличения давления, при котором осуществляется реформинг в системе синтеза аммиака, составляет около 2000 квт ч в 1 час, когда исходный природный газ вводят под давлением около
55 атм, и, примерно, 1500 квт ч в 1 час, когда природный газ вводят под давлением, меньшим 35 атм. Экономия, достигнутая в расходе
6 энергии, составляет соответственно около 6% и около 4,5% от общей энергии, требуемой в производстве аммиака обычным способом.
Способ двухступенчатого каталитического реформинга углеводородов путем последова10 тельного крекирования углеводородного сырья на первой и второй ступени в присутствии водяного пара с подачей газовой смеси первой ступени на вторую ступень, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода водоро15 да и увеличения экономичности производственного процесса, газовую смесь первой ступени нагревают газовой смесью, выходящей нз зоны крекинга второй ступени, до 900 С.