CS9100248A2 - Method of hydrocarbon conversion by means of primary and secondary reforming and reactor system for this method realization - Google Patents

Description

Způsob konverze uhlovodíků primárním a sekundárním-reformováníma------x/k prováděni tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu reformování uhlovodíků parou a re-aktoru k provádění tohoto způsobu. Zejména se vynález týká způso-bu reformování uhlovodíků parou za přítomnosti katalyzátoru, přikterém se využívá teplo z výstupního proudu reformovaného plynupro dodávku tepla do endotermické reformovací reakce ve zpraco-vávaném proudu uhlovodíků a páry nepřímou výměnou tepla mezi vý-stupním plynem a plynem přiváděným ke zpracování.

Endotermické reakce, ke kterým dochází v průběhu reformováníuhlovodíků parou, mohou být ilustrovány na následujících reakč-ních schématech: /1/ CH4 + H20 <=> CO + 3¾ /- Η°29θ= -49,3 kcal/mol/ /2/ CH + 2H 0 CO + 4H /- H°2g8= -39,4 kcal/mol/

Podobná reakční schémata mohou být odvozena pro reformovánívyšších uhlovodíků parou. Endotermické reakce /1/ a /2/ probíha-jí ve zpracovávaném plynu, procházejícím parním reformovacím ka-talyzátorem za podmínek pro parní reformování. Potřebné teplo proendotermické reakce /1/ a /2/ se konvenčně dodává spalováním pali-va v radiačním topeništi, ve kterém je katalyzátor uložen ve svis-lých trubkách, procházejících topeništěm.

Dosavadní stav techniky

Je známo přivádět část potřebného tepla z výstupního proudureformovaného plynu, který je zdrojem tepla. Takový postup je po-psán v US-PS 4 162 290, při kterém se v průběhu primárního a se-kundárního reformování část přiváděného uhlovodíku zahřívá ve vý-měníku tepla nepřímým předáváním tepla z vystupujících plynů zdruhého reformovacího stupně v protiproudu k přívodu uhlovodíku,který má být podroben primárnímu reformování. Protiproudá výměnatepla s výstupním plynem, vystupujícím ze sekundárního reformova-cího ústrojí, je popsána také v EP-PS 194 067 a v EP-PS 113 198. US-PS 4 678 600 a US-PS 4 830 834 popisují reformovací postup 2 s protiproudem a souproudou výměnou tepla mezi spalinami přichá-zejícími od hořáku a reformovaným výstupním plynem a také výmě-níkový reformovací reaktor, obsahující soustředně uspořádanouspalovací komoru, vnitřní katalyzátorovou komoru a vnější kataly-zátorovou komoru k provádění reforraovacího procesu. Při tomto pro-cesu a v tomto reaktoru prochází zpracovávaný plyn s obsahem uhlo-vodíků a páry vnější katalyzátorovou komorou v protiproudu a připrobíhající nepřímé výměně tepla s horkými spalinami, přicháze-jícími ze spalovací komory, přičemž reformovaný výstupní proudplynu vystupuje z vnitřní katalyzátorové komory. Zpracovávanýplyn potom prochází druhou katalyzátorovou komorou v paralelnímproudu a při nepřímé výměně tepla s horkými spalinami z hořáko-vé komory.

Známé reformovací procesy s výměnou tepla zlepšují hospodár-nost tohoto postupu využitím tepla horkých plynů, získávaného vsekundárním reformovacím procesu a dodávaného do primárního refor-movacího procesu, který vyžaduje dodávku tepla. Avšak žádný ztěchto známých reformovacích procesů neposkytuje ochranu protikorozi, ke které dochází u materiálů, používaných k vytvořeníreformovacích reaktorů s výměnou tepla.

Je známo, že reformované plyny s obsahem uhlovodíků mají vy-soký podíl oxidu uhelnatého, který má silný nauhličující účinekna kovové materiály, které jsou součástí reaktoru a jeho příslu-šenství a které přicházejí do styku s horkými plyny. Výsledkemtoho jsou lokální trhlinky v povrchových vrstvách materiálu, pokterých následuje důlková koroze nebo rozrušení ochranných po-vrchových vrstviček, které se dělí na drobné šupinky, vlákna ne-bo jemný prach. Tento jev, známý jako odprašování kovu, probíháu různých kovových materiálů v různých rozsazích teplot. Pro za-mezení odprašování kovu a následnému narušení reforraovacího pro-cesu se proto stanovují určité zakázané rozsahy teplot, které byse při provádění reforraovacího procesu neměly vyskytovat. Úkolem vynálezu je proto vyřešit způsob reformování uhlovo-díků parou, při kterém by se teplo z reformovaného výstupního ply-nu využilo k zajištění optimálních podmínek k proběhnutí proce-su a při kterém by nedocházelo k odprašování kovu. - 3 -

Dalším úkolem vynálezu je vyřešit vhodnou konstrukci reakto-ru k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny způsobem konverze uhlovodíků pri-márním a sekundárním reformováním zpracovávaného plynu podle vy-nálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejprve se nechá reago-vat zpracovávaný plynný proud uhlovodíku a páry v prvním plynemvyhřívaném reaktoru za přítomnosti katalyzátoru, reformujícíhopáru, na částečně primárně reformovaný výstupní proud plynu ne-přímou výměnou tepla s mírně zahřátým proudem plynu z pláštovéstrany druhého plynem vyhřívaného reaktoru, který se přivádí dopláštové strany prvního plynem vyhřívaného reaktoru v protiprou-du vzhledem ke zpracovávanému proudu plynu v prvním plynem vy-hřívaném reaktoru, načež se proud částečně primárně reformova-ného plynu z prvního reaktoru rozdělí na první dílčí proud a nadruhý dílčí proud, přičemž první dílčí proud za přítomnosti ka-talyzátoru ovlivňujícího reformování páry se nechá reagovat vkonvekčně vyhřívaném trubkovém reakčním reaktoru na primárněreformovaný proud plynu a druhý dílčí proud se nechá reagovat vdruhém plynem vyhřívaném reaktoru za přítomnosti katalyzátoruovlivňujícího reformování páry nepřímou výměnou tepla s proudemhorkého výstupního plynu, přicházejícím z adiabatického sekundář^ního reformovacího reaktoru a přiváděným na pláštovou stranu dru-hého plynem vyhřívaného reaktoru v souproudu s reakčním druhýmdílčím proudem v druhém plynem vyhřívaném reaktoru pro získáníprimárně reformovaného proudu plynu a pro ochlazení proudu hor-kého plynu na mírně zahřátí výstupní proud plynu, načež se pri-márně reformovaný proud plynu, získaný v předchozích operacích,chemicky váže a reaguje v adiabatickém sekundárním reformovacímreaktoru s oxidačním plynem za přítomnosti sekundárního kataly-zátoru, ovlivňujícího reformování páry, pro vytvoření horkéhovýstupního proudu plynu.

Dodávaným uhlovodíkem pro primární reformovací proces můžebýt kterýkoliv z uhlovodíků, uhlovodíková frakce nebo směs uhlo-vodíků, běžně používaná jako vstupní směs při reformovacím po-stupu. Takovými typickými vstupními plyny je například zemníplyn, odpadní plyn z rafinerie, ztekucený ropný plyn a různé frakce těžkého benzinu a také lehké ropné destiláty. Aby bylytyto uhlovodíky vhodné pro reformovací postup, musí být zpravid-la podrobeny odsiřovacímu procesu pro snížení celkového obsahusíry pod jednu milióntinu hmotnostního obsahu.

Ke vstupnímu uhlovodíku je přidávána pára v množství, kteréje postačující k vytvoření zpracovávaného plynu s poměrem podílůpáry a uhlovodíků dostatečně vysokým, aby se zamezilo usazováníuhlíku na reformovacím katalyzátoru, při průchodu plynu tímto katalyzátorem. V této souvislosti je poměr obsahu páry k obsahuuhlovodíku vyjádřen poměrem počtu molů páry k počtu atomů uhlí-ku .

Primární parní reformovací reakce ve zpracovávaném plynujsou iniciovány stykem přiváděného plynu s reformovacím katalyzátorem, umístěným v prvním plynem vyhřívaném reaktoru. Teplotazpracovávaného plynu na vstupu do katalyzátoru je zejména 400°Caž 700°C a reformovací proces se provádí při poměru páry k uhlí-ku mezi 1,1 a 7,0, zejména mezi 2,0 a 4,5. Z ekonomických důvodůprobíhá reformovací proces při tlaku zvýšeném asi na 0,2 až 6,0MPa. V tomto rozsahu může být pracovní tlak přizpůsoben tlaku,při kterém se zpracovaný plyn využívá dále nebo se podrobuje dalŠímu zpracování, například tlaku 3,0 až 4,0 MPa.

Podmínky použité v trubkové reakční peci a v adiabatickémsekundárním reformovacím reaktoru jsou stejné jako u dosud zná-mých postupů. Katalyzátor pro reformování páry proto mohou býtobvyklého druhu, dostupného na trhu. Katalytickou aktivní slož-kou těchto katalyzátorů je kovový nikl, zpravidla nesený kera-mickými nosiči. Vhodnými materiály pro sekundární reformování jeoxid nikelnatý a oxidy kovů, například oxid nikelnatý promotova-ný oxidem železnatým, oxidem kobaltitým nebo oxidem hořečnatým,jak je podrobněji popsáno v US-PS 3 926 583·

Teplota konbinovaného primárně reformovaného proudu plynuna vstupu adiabatického reaktoru se může pohybovat mezi 700°C a900°C v závislosti na pracovních podmínkách v primárním reformo-vacím procesu a zvyšuje se na 800°C až 1100°C na výstupu z adia-batického reaktoru reakcí s oxidačním plynem.

Ve výhodném konkrétním provedení vynálezu sestává oxidační plyn ze vzduchu, který dovoluje další využití výstupního plynuz reakce pro výrobu amoniaku. Je také možno výhodně použít vzdu-chu obohaceného kyslíkem, například při přípravě sytézního ply-nu pro výrobu oxidovaných uhlovodíků, například alkoholů, ethe-rů nebo karboxylových sloučenin. V dalším výhodném provedení způsobu podle vynálezu je jakooxidačního plynu použito kyslíku nebo vzduchu obohaceného kyslí-kem k provádění sekundárního reformovacího procesu.

Jedním ze základních znaků způsobu podle vynálezu je di-stribuce tepla obsaženého ve výstupním plynu z adiabatického re-aktoru. Horký výstupní plyn opouští adiabatický reaktor s teplo-tou mezi 9CO°C a 1100°C a prochází druhým plynem vyhřívaným reak-torem, dodávajícím teplo do primárních reformovacích reaktorů přisvém vstupu na plástovou stranu reaktoru v souproudu, přičemž natrubkové straně reaktoru probíhá nepřímá výměna tepla se zpraco-vávaným plynem. Přitom se horký výstupní plyn ochlazuje na mírněhorký výstupní plyn, jehož tepelný obsah je využíván v prvnímplynem vytápěném reaktoru pro dodávku tepla do reformovací re-akce nepřímou výměnou tepla s výstupním plynem v protiproudu smírně horkým zpracovávaným plynem.

Kombinací výměny tepla v souproudu a v protiproudu a nasta-vením dělicího poměru v proudu částečně primárně reformovanéhoplynu, opouštějícím první plynem vytápěný reaktor, který se roz-děluje směrem do reakční pece a do druhého plynem vytápěného re-aktoru může být udržována teplota trubek v plynem vytápěných re-aktorech udržována mimo meze kritických hodnot, při kterých bydocházelo k odprašování kovu kovových součástí, zejména trubek.

Podstata reaktoru k provádění tohoto způsobu podle vynálezuspočívá v tom, Že zařízení obsahuje první plynem vytápěný reaktors reformovacími trubkami pro dílčí primární reformování uhlovo-díku jako vstupního plynu, smíchaného s parou, upravený pro při-jímání tepla nepřímou protiproudou výměnou tepla s mírně zahřá-tým proudem výstupního plynu, přiváděným na plástovou stranu prv-ního reaktoru, prostředky pro rozdělení Částečně reformovanéhozpracovávaného plynu, vystupujícího z prvního plynem vyhřívanéhoreaktoru, na první a druhý dílčí proud, trubkovou reakční pec s 6 - reformovacími trubkami a s prostředky k produkci radiačníhotepla spalováním paliva, upravenou pro přijetí tohoto prvníhodílčího proudu a umožnění jeho reakce na primárně reformovanýproud plynu, přičemž reaktorové zařízení dále obsahuje druhýplynem vyhřívaný reaktor s reformovacími trubkami pro přijetí aprimární reformování druhého dílčího proudu plynu, upravenýmipro pohlcování tepla při souproudé tepelné výměně s horkým vý-stupním plynem, přiváděným na pláštovou stranu reaktoru a proochlazování horkého výstupního plynu na mírně zahřátý výstupníplyn. Součástí tohoto zařízení jsou také prostředky pro vedeníprimárně reformovaného proudu plynu, získávaného z trubkové re-aktorové pece a z druhého plynem vytápěného reaktoru, do adia-batického sekundárního reformovacího reaktoru, prostředky propřivádění oxidačního plynu do adiabatického sekundárního refor-movacího reaktoru, adiabatický reaktor, upravený pro přijetí aumožnění reakce kombinovaného proudu primárně reformovaného ply-nu s oxidačním plynem pro vytvoření proudu horkého výstupníhoplynu, prostředky pro vedení a přivádění proudu horného výstup-ního plynu z adiabatického reaktoru do plášíové strany druhéhoplynem vyhřívaného reaktoru a prostředky pro vedení a přiváděnímírně horkého výstupního plynu z druhého plynem vyhřívaného re-aktoru do prvního plynem vyhřívaného reaktoru. Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zaří-zení podle vynálezu, zobrazených na výkresech, kde znázorňujíobr. 1 zjednodušený postupový diagram způsobu podle vynálezu,obr. 2 podélný řez sestavou plynem vyhřívaných reaktorů a obr.3zvětšený podélný řez částí reaktorové soustavy z obr. 2. Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje postupový diagram parního reformovacího procesu podle jednoho z možných provedení způsobu podle vynálezu,prováděného v reaktorové soustavě, obsahující dva plynem vyhří-vané reaktory 11, 19, řazené sériově. Tento obr. 1 znázorňujezjednodušený příklad, vt kterém pro zjednodušení nejsou zobra-zeny různé součásti soustavy, například ventily, Čerpadla a dal-ší vybavení pro předehřívání a čištění napájecích plynů na bázi uhlovodíku, které jsou dostatečně známá. Čištěný proud průmyslového plynu, obsahující uhlovodíky avodní páru, je přiváděn vstupním potrubím 10 a je předehřívánznámým způsobem na teplotu kolem 500°C až 600°C výměnou teplas výstupním proudem plynu, vystupujícím předehřívacím potrubím2b, které je současně výstupním potrubím plášíové strany prvníhoreaktoru 11 a kterým se odvádí výstupní plyn o teplotě 55O°C až65O°C. Předehřátý vstupní plyn se v prvním reaktoru 11 rozdělujea prochází soustavou podélných prvních reformovacích trubek 31,uložených v prvním reaktoru 11 . První reformovací trubky 31 jsounaplněny běžným reformovacím katalyzátorem. Horký výstupní plynvystupuje druhým výstupním potrubím 22 z adiabatického reaktoru17 a má teplotu 95O°C až 1050°C, takže se v dalším postupu ochlazuje na mírně zahřátý výstupní plyn v druhém reaktoru 19, vyhří-vaným plynem, jak bude podrobněji objasněno v další části. Mírnězahřátý výstupní plyn prochází spojovacím úsekem 24 mezi prvnímreaktorem 11 a druhým reaktorem 19 a je přiváděn při teplotě ko-lem 810°C až 900°C do plástového prostoru prvního reaktoru 11,vyhřívaného plynem, pro přívod tepla potřebného pro reformovacíreakce, které probíhají ve zpracovávaném plynu, procházejícímprvními reformovacími trubkami 31 , ve kterých dochází k výměnětepla mezi mírně zahřátým výstupním plynem a zpracovávaným ply-nem, procházejícím v protiproudu prvními reformovacími trubkami31· Teplota stěn prvních reformovacích trubek 31 je udržována nahodnotách 500°C až 600°C na vstupní straně a na hodnotách 65O°Caž 77O°C na výstupní straně prvních reformovacích trubek 31. Při průchodu zpracovávaného plynu prvním reaktorem 11 , vy-hřívaným plynem, je zpracovávaný plyn převede na částečně pri-márně reformovaný plyn, který opouští první reaktor 11 při te-plotě 610 až 670°C a je veden do výstupního potrubí 12. Výstup-ní potrubí 12 se dělí v tvarovce T 50 na první dílčí proud, za-vádění do prvního dělicího potrubí 14-, a na druhý dílčí proud,zaváděný do druhého dělicího potrubí 18. Tvarovka T 30 může býtopatřena ventilem ovládajícím rozdělování výstupního proudu ply-nu na dva dílčí proudy s různým dělicím poměrem. Kolem 20 až 60%objemových parciálně primárně reformovaného plynu se z výstupní-ho potrubí 12 převádí do druhého dílčího proudu v druhém dělicímpotrubí 18, kterým se vede do druhého reaktoru 19, vyhřívaného plynem. Zbývající část proudu plynu ve výstupním potrubí 12 sepřivádí prvním dělicím potrubím 14 do běžně reformovací trubkovépece J_5> obsahující ze strany zahřívané reformovací trubky 55 >vyplněné reformovacím katalyzátorem pro konečné primární refor-mování částečně primárně reformovaného plynu v prvním dílčímproudu v prvním dělicím potrubí 14. Částečně primárně reformovaný plyn v druhém dílčím proudu,vedeném druhým dělicím potrubím 18, je přeměněn na primárně re-formovaný plyn průchodem podélným druhými reformovacími trubka-mi 55, které jsou rozmístěny v druhém reaktoru 19 a které jsouvyplněny primárně reformujícím katalyzátorem, potřebné teplo proendotermickou reformovací reakci v plynu je dodáváno nepřímou vý-měnou tepla s horkým výstupním plynem v druhém výstupním potru-bí 22 z adiabatického reaktoru 17» přiváděným na plástovou stra-nu druhého reaktoru 19» kde tento plyn prochází souběžně s dru-hým dílčím proudem plynu v druhém dělicím potrubí 18 a v druhýchreformovacích trubkách 53. Horký výstupní plyn v druhém výstup-ním potrubí 22 je tak ochlazován z teploty kolem 950-1100°C navstupu do druhého reaktoru 19 na výstupní teplotu kolem 810-90C°Ca prochází jako mírně zahřátý výstupní plyn spojovacím úsekem 24do prvního reaktoru 11 , vyhřívaného plynem, který byl popsán vpředchozí části.

Teplota stěn druhých reformovacích trubek 53 se pohybuje od860°C do 910°C na vstupní straně a od 780°C do 890°C na výstupnístraně druhých reformovacích trubek 33. Skutečná teplota závisína množství plynu v druhém dílčím proudu v druhém dělicím potru-bí 2®, které prochází druhým reaktorem 19 a které je nastavitel-né dělicím poměrem v tvarovce T 50.

Ovládáním množství částečně primárně reformovaného plynu,procházejícího ve formě druhého dílčích proudu druhým dělicímpotrubím 18 do druhého reaktoru 19 a ovládáním protiproudé a sou-proudé výměny tepla v prvním reaktoru 11 a v druhém reaktoru _1_9je možné ovládat teplotu kovových materiálů, použitých pro kon-strukci reaktorů, vyhřívaných plynem. Kritický teplotní inter-val, při kterém dochází k odprašování kovu ze stěn prvních refor-movacích trubek 51 a druhých reformovacích trubek 55 v prvním re-aktoru 11 a v druhém reaktoru 19 v místech, která jsou v kontak- tu se zplodinami v druhém vstupním potrubí 22 a ve spojovacímúseku 24, majícími značný obsahu oxidu uhelnatého, jsou tak od-straněny.

Plyny vystupující z reformovací trubkové pece 15 a z druhé-ho reaktoru 19» které jsou primárně reformované a obsahují taképlyny z výstupního potrubí 12 a z převáděcího potrubí 20, se smě-šují a přivádějí do adiabatického reaktoru 17 s ložem z běžnéhosekundárně reformujícího katalyzátoru 29. K provádění tohoto se-kundárně reformujícího procesu se také do adiabatického reaktoru17 přivádí oxidační plyn 28. Teplo uvolňované v průběhu dílčí oxidače vodíku a uhlovodíku obsaženého v primárně reformovaném ply-nu zvyšuje teplotu plynu z asi 800-900°C na vstupu na asi 1000--1100°C na výstupu adiabatického reaktoru 17»

Sekundárně reformovaný plyn, opouštějící adiabatický reak-tor 17 jako horký výstupní plyn v druhém výstupním potrubí 22,je přiváděn do části druhého rektoru 19, spojené s pláštěm, kdeje ochlazen na mírně ohřátý výstupní plyn ve spojovacím úseku 24,odkud dále přechází na pláštovou stranu prvního reaktoru 11 , jakjiž bylo popsáno v předchozí části popisu. Tělesné vytvoření a činnost příkladného provedení reaktoro-vého systému je zobrazeno na obr. 2, znázorňujícím podélný řezreaktorovou soustavou, vyhřívanou plynem.

Reaktorová pec ve formě reformovací trubkové pece 15 a adia-batický reaktor 17 mají běžné konstrukční provedení a nejsou pro-to podrobněji zobrazovány na obr. 2.

Reaktorová plynem vyhřívaná soustava obsahuje první reaktor11, ve kterém probíhá protiproudá výměna tepla, a druhý reaktor19» ve kterém probíhá souproudá výměna tepla a který je spojen sprvním reaktorem 11 spojovacím úsekem 24.

První reaktor 11 a druhý reaktor 19 mají horní úseky 111, 119 a spodní úseky 115, 193» které jsou ohraničeny tlakovými pláš"ti 110» 210, které jsou ve spodních úsecích 115, 195 opatřeny žá-rovzdornou izolací 120, 220, uloženou na tlakovém plášti 110, 210Vhodnými izolačními materiály mohou být ty z materiálů, které ma- 10 - jí dostatečnou odolnost proti působení vysokých teplot, napříkladžárovzdorné cihly nebo betony.

Horní úsek 111, 191 každého z reaktorů 11 , 19 je opatřen vstupním spojovacím kusem 150» 250, opatřeným revizním otvorem 150, 250 a víkem 140» 240.

První reaktor 11 i druhý reaktor 19 obsahují soustavu refor-movacích trubek 51, 55» jejíchž vstupní strany 511, 551 procháze-jí čelním distančním plechem 515, 555 a jsou upevněny v těchtočelních distančních plechách 515, 555 pomocí vyrovnávacích spojů514, 554, které budou ještě v další části podrobněji objasněnyzejména pomocí příkladu z obr. 5. Vstupní strany 511, 551 prvníchreformovacích trubek 51 a druhých reformovacích trubek 55 jsou vy-tvarovány do tvaru hrdel lahví, zajištujícího optimální rozděleníproudu plynu, proudícího na plášťové straně trubek 51 » 55. Prvníreformovací trubky 51 a druhé reformovací trubky 55 jsou připoje-ny v místech svých prohnutých den 512, 552 k výstupním trubkám51 5> 555 uvnitř spodních úseků 115, 195 prvního reaktoru 11 adruhého reaktoru 19 ♦ Výstupní trubky 51_5, 555 procházejí dnemtlakového pláště 110, 210, přičemž prostupy výstupních trubek515» 555 tímto dnem jsou utěsněny kompenzačními trubkami 516, 556,které obklopují výstupní trubky 515» 555 vedle prostupů a kteréjsou upevněny na vnější straně tlakového pláště 110, 210.

Plyn přiváděný ke zpracování vstupuje do prvního reaktoru 11vstupním potrubím 10, připojeným ke vstupnímu spojovacímu kusu150 a dále se rozděluje do prvních reformovacích trubek 51 uvnitřkrytu 112 horního úseku 111 prvního reaktoru 11. Plyn se částeč-ně primárně reformuje průchodem reforraovacím katalyzátorem, vy-plňujícím první reformovací trubky 51 . Jak již bylo popsáno v předchozí části, teplo potřebné pro reformovací reakci je dodávánomírně zahřátým výstupním plynem, přiváděným z druhého reaktoru19 na plášíovou stranu prvního reaktoru 11 přes spojovací úsek24. Spojovací úsek je uvnitř obložen žárovzdorným izolačním ma-teriálem 241, aby se zamezilo ztrátám tepla z mírně zahřátéhoplynu. Mírně horký výstupní plyn je přiváděn vedle spodních kon-ců prvních reformovacích trubek 51 na jejich pláštovou stranu av protiproudu ke zpracovávanému plynu v prvních reformovacíchtrubkách 51 a opouští první reaktor 11 předehřívacím potrubím 26vedle vstupní strany 511 prvních reformovacích trubek 51 . Teplose tedy převádí do zpracovávaného plynu nepřímou výměnou tepla 11 ε mírně horkým výstupním plynem. Částečně primárně reformovaný plyn opouští první reformovacítrubky 51 výstupními trubkami 51_5 a je shromažďován v jímači 518plynu, napojeném na výstupní trubky 515 mimo první reaktor 11. Z jímače 518 plynu přechází plyn do výstupního potrubí 12 do dotvarovky T 50. Tvarovka T 50 je opatřena škrticím ventilem 141,která reguluje množství částečně reformovaného plynu, přiváděné-ho do druhého reaktoru 19 druhým dělicím potrubím 18 a spojova-cím kusem 250. Z krytu 192, nacházejícího se kolem horního úse-ku 191 reaktoru 19, je plyn rozdělován do druhých reformovacíchtrubek 55, naplněných primárním reformovacím katalyzátorem. Prů-chodem tímto katalyzátorem je primárně reformovaný plyn s částeč-ně proběhnutou konverzí přeměněn na primárně reformovaný plyn,který opouští druhý reaktor 19 výstupní trubkou 555« Výstupnítrubka 555 je připojena na jíraač 550 plynu, který se nachází mi-mo druhý reaktor 19« Primárně reformovaný plyn, shromážděný v jí-mači 550 plynu, prochází převáděcím potrubím 20 do adiabatickéhoreaktoru, který v tomto příkladu není zobrazen, k dalšímu zpra-cování. Teplo potřebné k proběhnutí procesu v částečně primárněreformovaném plynu v druhých reformovacích trubkách 55 se přivá-dí horkým výstupním plynem z adiabatického reaktoru 17« Horkýplyn je přiváděn do druhého reaktoru 19 druhým vstupním potrubím22 vedle vstupní strany 551 druhých reformovacích trubek 55 ♦ Hor-ký proud výstupního vzduchu, proudící na pláštové straně druhýchreformovacích trubek 55 v souproudu, předává teplo vedením doreakčního plynu v druhých reformovacích trubkách 55 a tím seochlazuje na mírně horký výstupní plyn, který opouští druhý re-aktor 19 spojovacím úsekem 24 a přichází do prvního reaktoru 11. Výhodným znakem příkladného provedení plynem vyhřívaného prv-ního reaktoru 11 a druhého reaktoru 19, zobrazeného na obr. 2, jeuspořádání a napojení reformovacích trubek 51, 55, které je zná-zorněno ve zvětšeném měřítku na obr. 5, na kterém je zobrazenavstupní strana prvních reformovacích trubek 51 v prvním reakto-ru 1_£« Vstupní strany prvních reformovacích trubek 51 v prvnímreaktoru 11 je podobné jako u prvního reaktoru z obr. 2.

Každá reformovací trubka 51 je vytvarována jako hrdlo láhve 12 na své vstupní straně $11, procházející čelním distančním ple-chem 513. První reformovací trubky 5J. jsou upevněny na čelnímdistančním plechu 5JJ5 vyrovnávacími spoji 514«

Vyrovnávací spoje 514 jsou tvořeny kovovými vlnovci, obklo-pujícími soustředně horní konce prvních reformovacích trubek 51,které procházejí čelním distančním plechem 515. Horní konec 514akaždého vyrovnávacího spoje 514 je upevněn ke vstupu 51 a prvníreformovací trubky 51 a spodní konec 514b každého vyrovnávacíhospoje 514 je upevněn k čelnímu distančnímu plechu 5j_3» takže vy-rovnávací spoje J14 zajišťují teleskopické zavěšení prvních re-formovacích trubek 51 v čelním distančním plechu 5.15, což dovo-luje tepelné roztahování prvních reformovacích trubek 51 ♦ Jak jižbylo řečeno, vstupní strany 511 prvních reformovacích trubek 51jsou vytvarovány do tvaru hrdla láhve, což jednak usnadňuje za-věšení prvních reformovacích trubek 51 v čelním distančním ple-chu 515 při dosažení úspory místa a jednak zajišťuje optimálníproudění plynu na pláštové straně prvních reformovacích trubek51 snížením poklesu tlaku v důsledku rozšířeného prostoru, dosa-ženého zúžením průměru vstupní strany 511 prvních reformovacíchtrubek 51. Příklad V následujícím příkladu provedení vynálezu je na třech vypoč-tených modelech ilustrována výhodnost způsobu konverze plynu azařízení k provádění reaktorového systému podle příkladného pro-vedení na přípravu syntetizovaného plynu pro výrobu čpavku.

Zpracovávaný plyn měl následující složení v molových procen-tech : °2 0,00 h2 1,01 h2o 70,45 N2 0,55 CO 0,00 C02 0,04 Ar C, CO CH„ 4 28,14 13 -

Tento plyn se předehřál na 510°C a byl přiveden do prvníhoplynem vyhřívaného reaktoru 11 , zobrazeného na obr. 1 . Při prů-chodu tímto prvním reaktorem 11 reagoval zpracovávaný plyn na čá-stečně primárně reformovaný plyn, vedený výstupním potrubím 12,nepřímým ohřevem výměnou tepla s méně horkým výstupním plynem,přicházejícím spojovacím úsekem 24 mezi prvním reaktorem 11 adruhým reaktorem 19. Částečně primárně reformovaný plyn ve vý-stupním potrubí 12 je rozdělen na první dílčí proud v prvním dě-licím potrubí 14 a na druhý dílčí proud ve druhém dělicím potru-bí 18 v rozdělovacím poměru proudu 14:18 = 3,4 /vypočtený model 1/, 1,8 /vypočtený model 2/ a 0,7 /vypočtený model 3/. Částečně primárně reformovaný plyn v druhém dílčím proudu vdruhém dělicím potrubí 18 je potom přeměněn na primárně reformo-vaný plyn, vedený převáděcím potrubím 20, který vznikne průcho-dem druhým reaktorem 19 při nepřímé výměně tepla s horkým výstup-ním plynem v druhém výstupním potrubí 22, přičemž tento primárněreformovaný plyn v převáděcím potrubí 20 se smísí s primárně re-formovaným plynem v potrubí 1 6, získaným v konvenční reformovacítrubkové peci 13 reformováním částečně primárně reformovaného ply-nu z prvního dílčího proudu v prvním dělicím potrubí 14.

Kombinovaný proud plynu z převáděcího potrubí 20 a potrubí16 je potom přeměněn v konvenčním adiabatickém reaktoru 17 re-akcí se vzduchem nebo jiným oxidačním plynem 28, rovněž přivádě-ným do adiabatického reaktoru 17» a vystupuje do druhého vstup-ního potrubí 22.

Horký výstupní plyn v přívodním potrubí 22 je přiváděn napláš/tovou stranu druhého reaktoru 19 a je ochlazen na mírně za-hřátý výstupní plyn, přicházející do spojovacího úseku 24, kte-rým je tento plyn přiváděn na plášíovou stranu prvního reaktoru11 a vystupuje po průchodu prvním reaktorem 11 jako výstupní plynpředehřívacím potrubím 26 k syntéze Čpavku.

Tento proces a jeho parametry jsou shrnuty v následujících tabulkách 1 až 3, obsahujících výsledky vypočtených modelů 1 až 3·

Jednotlivá potrubí, kterými jsou vedeny různě upravené proudy ply- nu, mají stejné označení jako v příkladu na obr. 1. 14 -

Tabulka I Potrubí 10 12 18 20 14 teplota /°C/ 560,0 660,0 660,8 865,7 660,8 tlak /MPaž 3,55 3,46 3,46 * 3,45 3,46 průtok /Nm^/hod/ 121,850 159,680 31,453* 38,457 108,22 složení plynu /v molových %/ °2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 h| 1,01 24,88 24,88 48,73 24,88 H90 70,45 50,25 50,25 30,91 50,25 N2 0,55 0,51 0,51 0,25 0,51 CO 0,00 1,56 1,56 9,32 1,56 co9 0,04 4,86 4,86 5,04 4,86 Ar^ 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 CH, 4 28,14 18,16 18,16 5,74 18,16 Potrubí 10 28 22 24 26 teplota/°C/ 810,0 550,0 1024,1 895,9 603.3 tlak /MPa/ . 3,27 3,33 3,11 3,80 3,08 průtok /Nm/hod/124,528 50,413 229,306 229,303 229,298 složení plynu /V molových %/ °2 0,00 20,90 0,00 0,00 0,00 h2 42,63 0,00 39,71 39,71 39,71 h2o 35,74 0,41 27,85 27,85 27,85 n2 0,27 72,72 17,27 17,27 17,27 co 6,53 0,00 10,60 10,60 10,60 C02 5,60 0,05 4,16 4,16 4,16 Ar 0,00 0,94 0,21 0,21 0,21 CH, 4 9,23 0,00 0,21 0,21 0,21 rreaktor 11 19 objem katalyzátoru 19,6 7,2 /m5/ počet trubek 217 127 teplota stěny trubek vstup 576,9 902,2 výstup 755,5 884,6 pokles tlaku /MPa/ plášíová strana l 0,01 0,16 /§/ dělicí poměr proudů v potrubích 14:18 =5 ,4 15 -

Tabulka II

Potrubí 10 12 18 20 14 teplota /°C/ 555,0 642,1 642,1 816,5 542,1 tlak /MPa/ 5,50 5,46 5,46 5,43 3,46 průtok /Nm^/h/ 121,830 157.679 49,505^ 58,528 88,176 složení plynu /v molových %/ °2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 h2 1 ,01 22,66 22,66 44,02 22,66 h2o 70,45 52,09 52,09 54,62 52,09 n2 0,55 0,31 0,31 0,26 0,31 co 0,00 1,26 1 ,26 7,05 1 ,26 C02 0,04 4,55 4,53 5,55 4,53 Ar 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 CH. 4 28,14 19,15 19,15 8,48 19,15 Potrubí 16 28 22 24 26 teplota /°C/ 825,0 550,0 1024,1 859,8 587.1 tlak /MPa/ 5,27 5,50 5,10 5,09 3,08 průtok /Nm^/hod/ 104,515 50,415 229,305 229,502 229,293 složení plynu /v molových %/ °2 0,00 20,9 0,00 0,00 0,00 h2 44,22 0,00 59,71 39,71 39,71 Ho0 c. 54,48 0,41 27,83 27,83 27,83 N2 0,25 77,72 17,27 17,27 17,27 co 7,23 0,C0 10,60 10,60 10,60 C02 5,47 0,05 4.16 4.16 4.16 Ar 0,00 0,94 0,21 0,21 0,21 CH. 4 0,34 0,00 0,21 0,21 0,21 reaktor 11 19 objem katalyzátoru /nr/ 19,6 7, 2 počet reformovacích trubek 217 127 /§/ teplota stěny trubek /°C/ vstup 555,5 879,1 výstup 729,6 840,8 pokles tlaku /MPa/ na plástové straně 0,02 0,15 /§/děli cí poměr v potrubích 14:18 = 1,8 16 -

Tabulka III

Potrubí 10 12 18 20 14 teplota /°C/ 510,0 624,2 624,2 766,1 624,2 tlak /MPa/ 3,55 5,46 5,46 5,59 / <“» ! 5,46 průtok /Nm^/hod/ 121,830 155,861 79,201 90,202 56,660 /§/ složení plynu / v molových %/ °2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 h2 1 ,01 20,54 20,54 58,50 20,54 h2o 7O,45m 55,87 55,87 59,03 53,87 n2 0,35 0,32 0,32 0,28 0, 32 co 0,00 1 ,02 1,02 4,82 1,82 co2 0,04 4,í8 4,18 5,84 4,18 Ar 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 oh4 28,14 20,07 20,07 11,53 20,07 Potrubí 16 28 22 24 26 teplota /°C/ 900,0 550,0 1027,5 825,5 571,2 tlak /MPa/ 5,27 5,50 5,10 3,09 3,09 průtok /Nm^/hod/ 75,022 50,415 229,555 229,357 229,362 složení plynu /v molových %/ °2 0,00 20,9 0,00 0,00 0,00 *2 50,97 0,00 39,71 39,71 39,71 h2o 29,18 0,41 27,84 27,84 27,84 n2 0,24 77,72 17,27 17,27 17,27 co 10,58 0,00 10,63 10,63 10,63 C02 4,66 0,03 4,14 4,14 4,14 Ar 0,00 0,94 0,21 0,21 0,21 ch4 4,37 0,00 0,20 0,20 0,20 reaktor 11 19 objem katalyzátoru /m5/ 19,6 7,2 počet reformovacích trubek 217 127 teplota steny reformovacích trubek vstup výstup 534,2 705,5 830,3 793,2 pokles tlaku na plástovéstraně 0,02 0,15 /§/ dělicí poměr v potrubích 14:18 = 0,7 17 -

Jak je zřejmé z výsledků uvedených v tabulkách I až III,teplota stěn trubek prvního reaktoru 11 , vyhřívaného plynem, adruhého reaktoru 19, který je rovněž vyhříván plynem, může býtkvůli svému kontaktu s plynem obsahujícím oxid uhelnatý, nastavenana určité rozsahy bez ovlivňování složení plynu v druhém výstup-ním potrubí 22, vycházejícím z adiabatického reaktoru 17» změnoudělicího poměru, ve kterém částečně primárně reformovaný plyn zprvního reaktoru 11 , vyhřívaného plynem, přechází do běžného vyhříváného primárního reformovacího zařízení ve formě reformovací trubkové pece 15 a do druhého reaktoru _1_9, který je rovněž vyhřívánplynem. Tím je možno ovládat teplotu plynu v rozsazích mimo kri-tické teploty, které by mohly způsobovat odprašování kovu. Z tohoto vcelku podrobného popisu některých příkladů provedenívynálezu je zřejmé, že jsou realizovatelné i obměny tohoto příkladného provedení, které spadají do rozsahu předmětu vynálezu.

Claims (10)

- 18 - PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob konverze uhlovodíků primárním a sekundárním refor-mováním, vyznačující se tím, že nejprve se necháreagovat zpracovávaný plynný proud uhlovodíku a páry v prvnímreaktoru, vyhřívaném plynem, za přítomnosti katalyzátoru, refor-mujícího páru, na částečně primárně reformovaný proud zpracová-vaného plynu při dodávce tepla tepelnou výměnou s mírně zahřátýmvýstupním proudem plynu, působícím na pláětovou stranu prvníhoreaktoru, vyhřívaného plynem, a přiváděného z pláštové stranydruhého reaktoru, vyhřívaného plynem, v protiproudu k reagující-mu zpracovávanému proudu plynu v prvním plynem vyhřívaném reaktoru,načež se částečně primárně reformovaný proud zpracovávaného plynu,vystupující z prvního reaktoru, rozdělí na první dílčí proud a nadruhý dílčí proud a první dílčí proud plynu se nechá reagovat zapřítomnosti katalyzátoru, reformujícího páru, v konvenční trubkovéreakční peci na primárně reformovaný proud plynu, přičemž druhýdílčí proud plynu se nechá reagovat v druhém reaktoru, vyhřívanémplynem, za přítomnosti katalyzátoru reformujícího páru a působe-ním tepla z nepřímé výměny tepla s horkým proudem výstupního ply-nu z adiabatického sekundárního reformovacího reaktoru, přivádě-ným na plástovou stranu druhého reaktoru, vyhřívaného plynem, vsouproudu s reagujícím druhým dílčím proudem v druhém reaktoru pro vytvoření primárně reformovaného proudu plynu a pro ochlazeníproudu horkého výstupního plynu na mírně zahřátý proud výstupníhoplynu, načež se smíchá proud primárně reformovaného plynu v prvnímdílčím proudu a v druhém dílčím proudu, které jsou zreagovány vpředchozích dvou operacích a smíchaný proud primárně reformovanéhoplynu se nechá reagovat v adiabatickém sekundárním reformovacímreaktoru s oxidačním plynem za přítomnosti sekundárního reformova-cího katalyzátoru pro vytvoření proudu horkého výstupního plynu.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím,že oxidačním plynem je vzduch.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím,že oxidačním plynem je vzduch obohacený kyslíkem. - 19 -

4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, žestěnová teplota na pláštové straně prvního reaktoru, vyhřívanéhoplynem, je mezi 5OO°C a 770°C a mezi 770°C a 92O°C na pláštovéstraně druhého reaktoru, vyhřívaného plynem.

5. Způsob podle bodu 1,vyznačující se tím, že stěnová teplota na plášťové straně prvního reaktoru, vyhřívanéhoplynem, je mezi 55O°C a 73O°C a mezi 835°C a 885°C na plástovéstraně druhého reaktoru, vyhřívaného plynem.

6. Reaktorová soustava k provádění způsobu konverze uhlovodí-ku podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahujeprvní reaktor /11/, vyhřívaný plynem, s prvními reformovacímitrubkami jy\! pro částečnou primární reformaci vstupního plynuobsahujícího uhlovodík a vodní páru, upravený pro příjem teplanepřímou protiproudou výměnou tepla s mírně zahřátým proudem vý-stupního plynu, přiváděným na pláštovou stranu prvního reaktoru/11/, prostředky pro rozdělení částečně primárně reformovanéhoplynu z prvního reaktoru /1-y na první dílčí proud v prvním dělicímpotrubí /14/ a na druhý dílčí proud v druhém dělicím potrubí /18/,reformovací trubkovou pec /15/ se zahřívanými reformovacími trubka-mi /55/ a s prostředky pro produkování radiačního tepla spalovánímpaliva, upravenou pro příjem prvního dílčího proudu z prvního děli-cího potrubí /14/ a umožnění jeho reakce na primárně reformovanýproud plynu, druhý reaktor /19/, vyhřívaný plynem a obsahujícídruhé reformovací trubky /33/ pro příjem a primární reformovánídruhého dílčího proudu z druhého dělicího potrubí /18/ a pro příjemtepla nepřímou souproudou výměnou tepla s proudem horkého výstup-ního plynu, přiváděným na pláštovou stranu druhého reaktoru /19/pro vytvoření proudu primárně reformovaného plynu a pro ochlazeníproudu horkého plynu na proud mírně zahřátého plynu, prostředkypro směšování primárně reformovaného proudu plynu z reformovací ·trubkové pece /15/ a z druhého reaktoru /19/ a přivádění tohotosměsného plynu do adiabatického sekundárního reformovacího reakto-ru, prostředky pro přivádění oxidačního plynu /28/ do adiabatic-kého sekundárního reformovacího reaktoru /17/, adiabatický reaktor/17/ pro příjem kombinovaného proudu primárně reformovaného ply-nu a jeho reakci s oxidačním plynem /28/ na proud horkého výstup-ního plynu, prostředky pro vedení a přivádění proudu horkého vý-stupního plynu z adiabatického reaktoru /17/ do pláštové strany 20 - druhého reaktoru /19/, vyhřívaného plynem, a prostředky pro ve-dení a přivádění proudu mírně zahřátého výstupního proudu vzduchuz druhého reaktoru /19/ na plášťovou stranu prvního reaktoru /11/,vyhřívaného plynem.

7. Reaktorová soustava podle bodu 6, vyznačujícíse t í m , že první reformovací trubky /31/ v první reaktoru/11/ a druhé reformovací trubky /33/ v druhém reaktoru /19/ majísvé vstupní strany /311/ vytvořeny ve tvaru hrdla láhve.

8. Reaktorová soustava podle bodu 7, vyznačujícíse t í m , že hrdlové vstupní strany /311/ reformovacích tru-bek /31, 33/ jsou teleskopicky zavěšeny na čelním distančním ple-chu /313/ na vstupních stranách /311/ reformovacích trubek /31, 33/.

9. Reaktorová soustava podle bodu 8, vyznačujícíse t í m , že teleskopické zavěšení reformovacích trubek /31, 33/je tvořeno vlnovcem, obklopujícím soustředně vstup reformovacíchtrubek /31, 33/ a upevněným jedním koncem na vstup reformovacíchtrubek /31, 33/ a druhým koncem k čelnímu distančnímu plechu /313/.

10. Reaktorová soustava podle bodu 6, vyznačujícíse t í m , že prostředky pro rozdělení částečně primárně refor-movaného proudu plynu jsou opatřeny ventilem /141/. 10 - vstupní potrubí 11 - první reaktor 12 - výstupní potrubí 14 - první dělicí potrubí 15 - reformovací trubková pec 17 - adiabatický reaktor 18 - druhé dělicí potrubí 19 - druhý reaktor 20 - převáděcí potrubí 22 - druhé vstupní potrubí 24 - spojovací úsek 26 - předehřívací potrubí 28 - oxidační plyn 29 - sekundární reformovací katalyzátor50 - tvarovka T 511 - vstupní strana 512 - prohnuté dno 515 - čelní distanční plech 514 - vyrovnávací spoj 515 - výstupní trubka 516 - kompenzační trubka518 - jímač 551 - vstupní strana 552 - prohnuté dno 555 - čelní distanční plech354 - vyrovnávací spoj 335 - výstupní trubka 556 - kompenzační trubka550 - jímač 514a - horní konec514b - spodní konec 51 - první reformovací trubka51a- vstup 55 - druhá reformovací trubka55 - zahřívaná reformovací trubka 110 - tlakový plášt 111 - horní úsek 112 - kryt 115 - spodní úsek 120 - žárovzdorná izolace 150 - revizní otvor 140 - víko 141 - škrticí ventil 150 - vstupní spojovací kus 191 - horní úsek 192 - kryt 193 - spodní úsek 210 - tlakový plaší 220 - žárovzdorná izolace 250 - revizní otvor 240 - víko 241 - žárovzdorný izolační materiál250 - spojovací kus