Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана под давлением

Высокотемпературная (некаталитическая) конверсия метана представляет собой неполное горение метана в кислороде, проводимое в свободном объеме в отсутствии катализаторов.

Процесс горения протекает при температуре 1350 1400 °С. Основными продуктами горения являются водород и окись углерода. Высокотемпературная конверсия метана описывается реакцией (3.1).

Для осуществления автотермичности процесса необходим избыток кислорода в исходной газовой смеси по сравнению со стехиометрическим количеством. В результате введения избытка кислорода в конвертированном газе появляются двуокись углерода и водяной пар.

Азот в количестве, необходимом для получения азотоводородной смеси, вводят с воздухом на стадии конверсии метана или при очистке конвертированного газа от остатков СО промывкой жидким азотом.

В ближайшее время на многих предприятиях азотной промышленности будут построены цехи производства аммиака с применением агрегатов высокотемпературной конверсии метана под давлением.

Принципиальная технологическая схема высокотемпературной (некаталитической) конверсии метана под давлением 30 атм представлена на рисунке 3.2.

Природный газ через узел регулирования поступает в подогреватель 1, где нагревается до 450 °C. Подогреватель оборудован горелками для сжигания природного газа под давлением 1 2 aтм. Сжатый кислород поступает в агрегат конверсии также через узел регулирования. Иногда кислород подогревается в аппарате, аналогичном подогревателю природного газа, до температуры не выше 300 °C. Подогретые природный газ и кислород смешиваются в смесителе 2, охлаждаемом циркулирующим конденсатом. Оптимальное объемное соотношение кислорода и метана составляет 0,33: 1. Из смесителя кислородогазовая смесь поступает в конвертор 3 шахтного типа, снабженный охлаждающей рубашкой.

Более тщательное смешение кислорода и природного газа производится в верхней части шахты конвертора. Конверсия метана с кислородом протекает при температуре 1400 1450 °С. Конвертированный газ, содержащий 96% смеси водорода и окиси углерода, 0,30,5% метана и примерно до 20 мг/м³ сажи, образующейся в зоне катализа, поступает в зону охлаждения конвертора.

Охлаждение газа до температуры 250 300 °С производится конденсатом. Водяной пар давлением 35 aтм получается в котлеутилизаторе водотрубного типа с принудительной циркуляцией, размещенном в нижней части конвертора. Из конвертора газ поступает на очистку от сажи в башню 4, заполненную керамической насадкой и орошаемую горячим конденсатом с помощью центробежного насоса 12. Одновременно в башне газ охлаждается до температуры 175 200 °С и насыщается водяными парами. Очищенный от сажи газ, пройдя сепаратор 5, направляется в теплообменник 6, где подогревается до температуры 390 400 °С за счет тепла обратного конвертированного газа. Подогретая парогазовая смесь поступает в двухступенчатый конвертор окиси углерода. Конверсия СО осуществляется с водяным паром на среднетемпературном (первая ступень) и низкотемпературном (вторая ступень) катализаторах. Конвертированный газ на выходе из конвертора направляется в трубное пространство теплообменника 6, где часть тепла отдает парогазовой смеси, идущей на конверсию. Тепло конвертированного газа далее используется в котлеутилизаторе 8 для получения водяного пара под давлением 2,5 5 атм. Затем газ охлаждается в насадочном скруббере 9, орошаемом циркулирующим конденсатом. Тепло конденсата частично используется для подогрева воды. Применяемой для впрыскивания в увлажнители и в испарители конвертеров, и частично — для нагревания воды, поступающей в котелутилизатор. Остальное тепло циркулирующего конденсата поглощается в водяном холодильнике 10. Циркуляция конденсата осуществляется центробежным насосом 11.

1 — подогреватель; 2 смеситель;3 конвертор шахтного типа; 4 башня; 5 сепаратор; 6 теплообменник; 7 конвертор окиси углерода; 8 котел — утилизатор; 9 скруббер; 10 водяной холодильник; 11 центробежный насос.

Рисунок 3.2 Схема высокотемпературной конверсии природного газа Основные достоинства процесса высокотемпературной конверсии простота технологической схемы и невысокие капитальные затраты.

Однако и этот процесс имеет существенные недостатки:

• — использование дорогостоящего чистого кислорода;
• — невысокое мольное отношение водорода к оксиду углерода в синтезгазе;
• — высокие расходные нормы по сырью;
• — значительное содержание трудноудаляемого мелкодисперсного углерода в синтезгазе.

Указанные выше недостатки процесса высокотемпературной конверсии углеводородов не позволяют существенно снизить себестоимость производимого синтез газа и, следовательно, себестоимость метанола.