Реактор конверсии (конвертор) CO второй ступени - Диплом по ПАХТ

• объемный расход сухого газа при P = 0,1013 МПа и T = 273 К Vсг = 230 000 куб. м/ч.
• температура газа в котле-утилизаторе 225 °С;
• исходный газ поступает из конвертора CO первой ступени.

Газообразный азот представляет собой одно из самых устойчивых химических веществ. Энергия связи в молекуле азота составляет 945 кДж/моль; он обладает одной из самых высоких энтропии в расчете на атом, в результате чего элементный азот не участвует в химических реакциях. В атмосфере азот находится в свободном состоянии в огромных количествах [1].

Некоторое количество азота переходит в биологически усваиваемую форму в результате грозовых разрядов. Большинство организмов легче усваивают соединения азота со степенью окисления –3. Это аминокислоты RCHNH2COOH и их полимеры – белки, которые играют важнейшую роль в биохимии. Однако скорость перевода в состояние окисления –3 в естественных процессах слишком мала для поддержания требуемого количества связанного азота при современных темпах его потребления.

Потребителями азотных соединений издавна являлись фармация, военное дело, промышленность, а с начала XIX в. и сельское хозяйство. Решением про-блемы связанного азота явилась реакция синтеза аммиака, промышленное осуществление которой позволило создать мощную сырьевую базу для получения самых разнообразных азотсодержащих соединений.

Технологический газ, пригодный для синтеза аммиака, может быть получен практически из любого углеводородного сырья: природного газа, попутного газа нефтедобычи, газов переработки нефти; из нефти и ее производных – нафты, бензинов, мазутов, гудрона и т. д.; из каменного и бурого углей, сланцев, торфа и битуминозных песков, а также из воды.

Применение того или иного вида сырья обусловлено его стоимостью и до-ступностью (наличием) в данном регионе, практической возможностью построения наиболее экономичной технологической схемы и ее аппаратурного оформления.

Поскольку реальные условия строительства заводов производства аммиака в различных регионах отличаются большим разнообразием, мировая азотная промышленность отличается широкой гаммой перерабатываемого сырья, применяемых технологических схем и аппаратуры.

Основным сырьем производства аммиака и азотных удобрений на его основе в нашей стране является природный газ.

По используемому окислителю и технологическому оформлению можно выделить следующие варианты процесса получения водород-содержащих газов: высокотемпературная кислородная конверсия, каталитическая парокислородная конверсия в шахтных реакторах, каталитическая пароуглекислотная конверсия в трубчатых печах.

Для получения дополнительных количеств водорода и снижения до минимума концентрации оксида углерода в конвертированном газе осуществляют самостоятельную стадию каталитической конверсии СО водяным паром [1].

Тема дипломного проекта посвящена проектированию реактора конверсии СО второй ступени, работающей в составе установки конверсии природного газа.

Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, вашему вниманию представляется доклад на тему «Аппарат конверсии СО второй ступени», работающий в со-ставе блока конверсии природного газа в установке производства аммиака.

Получение синтез-газа из углеводородных газов в настоящее время является основным источником получения аммиака. Для устойчивой и длительной работы катализатора синтеза аммиака необходимо, чтобы содержание в газе оксидов углерода не превышало 25 см3/м3. После конверсии СО первой ступени «сухой» газ содержит около 3% оксида углерода, кото-рые вместе с кислородом являются ядами для катализатора синтеза аммиака, поэтому необ-ходимо снизить долю СО в синтез-газе.

Технологическая схема. Природный газ сжимают в компрессоре и подвергают очист-ке от сернистых соединений. Затем очищенный газ смешивается с водяным паром и направ-ляется конвекционную зону трубчатой печи, называемой конвертором метана первой ступе-ни. В радиационной камере печи размещены трубы, заполненные катализатором конверсии метана. Выходящая из трубчатого реактора парогазовая смесь, содержащая около 10% мета-на, поступает в конвертор метана второй ступени.

Далее газ поступает на блок конверсии СО. Реакция конверсии СО сопровождается значительным выделением теплоты, поэтому процесс выполняется в две стадии при разных температурных режимах на каждой. На первой стадии высокой температурой обеспечивает-ся высокая скорость конверсии большого количества оксида углерода; на второй стадии при пониженной температуре достигается высокая степень конверсии оставшегося СО. Теплота экзотермической реакции используется для получения пара и для подогрева природного газа, направляемого на конверсию метана.

Температурный режим на каждой стадии конверсии определяется свойствами применяемых катализаторов. На второй ступени используется низкотемпературные медьсодержащие катализаторы, содержащие соединения меди, цинка, алюминия.

После конверсии СО газ дополнительно очищается от остатков СО и СО2. Очистка вы-полняется в 2 этапа. Для грубой очистки применяют 20%-й раствор моноэтаноламина, а за-тем проводят тонкую очистку азотоводородной смеси от СО и СO2 каталитическим гидрированием этих соединений до метана в агрегате метанирования. После очистки конвертированный газ направляется на синтез аммиака.

Чертеж общего вида колонны. Конвертор СО второй ступени представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 3200 и высотой 15600 мм. Аппарат работает под давлением 3,0 МПа и максимальной температурой 225 °С.

Движение газа через слой катализатора радиальное. Катализатор распола¬гают в корзи-нах, образованных коаксиально расположенными центральной трубой и наружной обечай-кой, рабочие поверхно¬сти которых перфорированы и покрыты сеткой со стороны ка-тализатора. Между корпусом реактора и наружной обечайкой катализаторной корзины об-разуется кольцевой канал, но кото¬рому вводится газ.

Аппарат состоит из цилиндрической обечайки, закрытой сверху крышкой, а снизу днищем. В крышке имеется штуцер подачи газа на конверсию специальной конструкции с боковым отводом для технологических нужд. Проход газа выполняется через отверстия в центральной трубе, вывод через штуцер в нижнем днище.

Внутри аппарата установлены две корзины с катализатором, состоящие из обечайки, эллиптического днища и сетки, устанавливаемой только на верхней корзине. Корзины удер-живаются на опорах. Для контроля температуры внутри катализатора каждая корзина содер-жит термопары.

Обслуживание внутренних устройств аппарата выполняется через люк-лазы и съемное верхнее днище. Аппарат устанавливается на открытом воздухе на опору. Подъем конвертора при монтаже выполняется за специальные монтажные штуцера.

Днище. Съемное верхнее днище аппарата представляет собой сварную конструкцию, состоящую из стандартного эллиптического днища с вырезанными в нем отверстиями. К центральному отверстию приваривается патрубок штуцера и фланец для крепления трубо-провода подачи газа на конверсию.

К штуцеру приваривается боковой отвод для технологических нужд, который должен быть заглушен при работе аппарата. Днище снабжено фланцем для крепления к обечайке конвертора.

Изготовление. Конструкция оксида углерода второй ступени является технологичной, так как имеется возможность расчленения ее на отдельные детали и узлы, обеспечивается сборка и сварка с применением сборочных приспособлений, автоматической и ручной дуго-вой сварки.

Процесс изготовления обечайки состоит из заготовительной, сварочной, сборочной и контрольной операций. Исходным материалом является листовой прокат, из которого вы-полняется сварка обечайки.

Для изготовления составлены маршрутная карта (описание технологического процесса изготовления и контроля изделия в технологической последовательности), технологическая карта (более детальная разработка процесса изготовления) и операционная карта (описание технологической операции с расчленением её по переходам и указанием параметров режи-мов обработки, расчётных норм и трудовых нормативов).

Технологическая схема сборки является основной для проведения процесса сборки ап-парата. В первую очередь составляют схему общей сборки, затем - схему узловой сборки. Эти схемы являются наглядным отображением процесса сборки изделия и его составных частей.

Сепаратор. Для отделения конденсата от природного газа перед сжатием газ направля-ется в сепаратор. Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, установленный на открытом воздухе.

Газ подается в середину аппарата и движется вверх. Аппарат имеет большой диаметр, поэтому скорость движения газа меньше скорости оседания капель жидкости. Вверху аппа-рата установлен отбойник. Осушенный газ отбирается сверху сепаратора, а отделенный кон-денсат выводится через штуцер в нижнем днище.

Автоматизация. Для автоматизации процесса конверсии оксида углерода второй сту-пени используется электрическая схема передачи сигналов на расстояние и приборы взрывозащищенного исполнения, допускающие работу во взрывоопасных средах и произ-водствах.

Показателем эффективности процесса конверсии СО второй ступени является концен-трация СО в конвертированном газе, которая не должна превышать установленного предела. Степень конверсии зависит от температуры, и повышается с ее возрастанием. Предельная температура ограничена стойкостью катализатора. Поскольку реакция конверсии протекает с выделением тепла, то необходимо контролировать температуру потока перед катализатором.

Для обеспечения длительной и эффективной работы катализатора выполняется кон-троль температуры внутри аппарата. Аппарат работает под давлением, поэтому выполняется контроль давления и сигнализация при превышении допустимого предела.

БЖД. Производство аммиака является токсичным и пожаровзрывоопасным. Для сни-жения влияния на экологию выбрана схема с низкими отходами производства, в которой используется замкнутый цикл, возвращающий непрореагировавшую часть азото-водородной смеси обратно на стадию синтеза аммиака. В схеме реализовано использование вторичных энергоресурсов, в частности, тепла конверсии оксида углерода. Для безопасной эксплуата-ции оборудования выполнен расчет молниеотвода и заземлителя. Составлен перечень пра-вил, соблюдение которых гарантирует снижение влияния опасных и вредных факторов.

Экономика. Анализ экономической эффективности показал, что замена аппарата с осевым движением газа на аппарат с радиальным движением позволяет снизить гидравличе-ское сопротивление слоя катализатора, соответственно сокращаются расходы энергоресур-сов. Большая стоимость капитальных вложений компенсируется снижением затрат на ком-прессию синтез-газа, срок окупаемости проекта полтора года.

Спроектированный конвертор оксида углерода второй ступени удовлетворяет техническому заданию и может быть использован в установке конверсии природного газа для производства аммиака.

При соблюдении правил эксплуатации оборудования гарантируется его безопасная ра-бота в течение всего срока службы.

Доклад завершен.