PL212446B1 - Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego - Google Patents

Description

Parowy reforming gazu ziemnego, składającego się głównie z metanu, jest stosowany w wytwórniach gazu syntezowego na etapie konwersji węglowodorów do wodoru i tlenków węgla. Gaz syntezowy, będący mieszaniną przede wszystkim tlenku węgla i wodoru w proporcjach zależnych od przeznaczenia, z ewentualną domieszką innych składników, których obecność jest pożądana ze względu na technologię lub wynika z niedoskonałości procesów, stanowi surowiec do wspomnianych powyżej rodzajów syntez. Najnowocześniejsze wytwórnie gazu syntezowego wykorzystują na etapie konwersji węglowodorów technologię pozwalającą na zmniejszenie zużycia tlenu i gazu ziemnego w porównaniu do powszechnie dotychczas stosowanego piecowego reformingu rurowego. Takie instalacje zawierają dwa współpracujące ze sobą reaktory. Jeden z nich (Gas Heated Reformer - GHR) jest usytuowanym pionowo płaszczowo-rurowym wymiennikiem ciepła z rurami wypełnionymi katalizatorem umożliwiającym zachodzenie procesu reformingu w temperaturze 500-900°C dzięki ciepłu doprowadzanemu przez ścianki rur od płynącego w przestrzeni międzyrurowej strumienia odpowiednio gorącego gazu. Drugi reaktor (Autothermal Reformer - ATR) jest reformerem autotermicznym, do którego oprócz strumienia mieszaniny węglowodorowo-parowej doprowadzany jest strumień utleniacza (tlen, powietrze lub ich mieszanina), dzięki któremu w reakcjach częściowego utleniania węglowodorów uwalniane jest ciepło potrzebne do reformingu parowego zachodzącego w obu reaktorach. Stosowane są różne warianty połączenia współpracujących w ten sposób reaktorów GHR i ATR.

Wynalazek dotyczy reaktora GHR dla takiego wariantu połączenia GHR i ATR, w którym obydwa reaktory zasilane są niezależnymi strumieniami mieszaniny węglowodorów z parą wodną, a strumień uzyskany w wyniku zmieszania strumieni opuszczających złoża obu reaktorów jest kierowany przeciwprądowo do przestrzeni międzyrurowej reaktora wymiennikowego. Dla takiego połączenia, określanego jako równoległy układ reaktorów GHR i ATR, na ogół stosowana jest nazwa KRES (Kellogg Reforming Exchanger System).

GHR posiada tylko jedno dno sitowe od strony górnej (napływu gazu do rur), natomiast w dolnej części naczynia stanowiącego płaszcz reaktora gaz wypływający z otwartych końców rur miesza się z napływającym z zewnątrz płaszcza gazem wnoszącym ciepło potrzebne do ogrzewania rur.

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja reaktora wymiennikowego GHR pracującego w układzie równoległym.

Celem wynalazku jest osiągnięcie szczególnie wysokiej produkcji przy ograniczonych wymiarach gabarytowych reaktora GHR. Wymaganie to wynika z analizy aktualnej sytuacji i prognoz dotyczących rynku paliw płynnych oraz możliwości przetwarzania gazu ziemnego do produktów syntezowych (przede wszystkim paliwa syntetyczne, metanol, amoniak). Inwestycje ciężkiego przemysłu chemicznego stają się znacznie bardziej opłacalne, w przeliczeniu na tonę produktu, ze wzrostem wielkości jednostki aparatury. Najbardziej opłacalna jest budowa instalacji o jak największej wydajności z jednego ciągu technologicznego w miejscach, gdzie dostępny jest gaz ziemny. Ponieważ przeważająca ilość zasobów gazu ziemnego zlokalizowana jest w miejscach odległych od skupisk ludzkich i centrów przemysłu, przesyłanie ich rurociągami czy transport z wykorzystaniem innych dostępnych metod byłyby nieopłacalne. Dlatego należy liczyć się z tym, że już w najbliższej przyszłości, w miarę kurczenia się zasobów ropy naftowej, będzie wykorzystywana w bardzo szerokiej skali technologia GTL (Gas To Liquids), której istotą jest przetwarzanie gazu ziemnego w miejscu jego występowania na znacznie bardziej odpowiednie do transportu produkty płynne. Potrzebom tego programu najlepiej odpowiadają bardzo duże jednostki produkcji. Zwiększanie wymiarów GHR może być odpowiedzią na tę potrzebę, ale tylko do granic wyznaczonych możliwościami transportu elementów tego reaktora z miejsca ich wykonania do miejsca montażu. Należy on bowiem do tego rodzaju ciężkiej aparatury chemicznej, której wykonanie w miejscu przeznaczenia jest niemożliwe.

Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego składający się z pionowego naczynia ciśnieniowego z dnem sitowym usytuowanym w górnej jego części, w którym wspawane są rury zawierające katalizator według wynalazku charakteryzuje się tym, że rury w dnie sitowym w górnej reaktora mają mniejszą średnicę niż w części poszerzonej wypełnionej katalizatorem, a odległość osi rur jest większa maksymalnie o 1% od średnicy zewnętrznej rur w części poszerzonej.

PL 212 446 B1

Rury z katalizatorem rozmieszczone są w dnie sitowym heksagonalnie, zaś średnica wewnętrzna rur w części poszerzonej wynosi 25-100 mm.

Przestrzeń pomiędzy rurami w ich poszerzonej części zawierającej katalizator a wewnętrzną ścianą naczynia jest wypełniona.

Wynalazek pozwala zwiększyć wydajność reaktora przez lepsze w stosunku do znanych konstrukcji GHR wykorzystanie pojemności naczynia ciśnieniowego.

Przykład rozwiązania według wynalazku pokazany jest na rysunku (Fig. 1) przedstawiającym przekrój osiowy i poprzeczny reaktora. Reaktor ten stanowi pionowo ustawione naczynie ciśnieniowe wymurowane od wewnątrz ceramiką izolacyjną, przedzielone w swej górnej części poziomym dnem sitowym 2, w które wspawane są rury zawierające wewnątrz katalizator 3, zwisające swobodnie w dół od tego dna, przy czym w obrębie tego dna i poniżej niego mają one mniejszą średnicę zewnętrzną niż na pozostałej, przeważającej, poszerzonej ich części 5, przy czym rozmieszczenie ich w dnie sitowym 2 jest najciaśniejsze, czyli heksagonalne, a odległość ich osi czyli podziałka jest najwyżej o 1% większa od wspomnianej średnicy zewnętrznej rur w części poszerzonej 5. Średnica wewnętrzna rur w części poszerzonej 5 wynos i 25-100 mm, zaś przestrzeń pomiędzy rurami w ich poszerzonej części 5 zawierającej katalizator 3 a wewnętrzną ścianą naczynia 1 jest wypełniona.

Tak utworzona, zwarta wiązka rur z katalizatorem dobrze wykorzystuje objętość naczynia ciśnieniowego na ten katalizator, co jednak nie dotyczy obszaru między powierzchnią zewnętrzną całej wiązki a powierzchnią wewnętrzną wymurówki. Tu powstaje pusta przestrzeń, ponieważ obrys poziomy wiązki jest nieregularny, a taki sam obrys wymurówki jest regularny, zwłaszcza kołowy. Ta pusta przestrzeń nie stanowi znaczącej części naczynia, ale pozostawiona niewypełnioną byłaby bardzo szkodliwa jako kanał, którym płynący gaz bocznikowałby przestrzeń międzyrurową. Wobec tego przestrzeń ta musi być odpowiednio wypełniona znanymi sposobami.

Claims (4)

1. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego składający się z pionowego naczynia ciśnieniowego z dnem sitowym usytuowanym w górnej jego części, w którym wspawane są rury zawierające katalizator, znamienny tym, że rury w dnie sitowym (2) w górnej części (4) reaktora mają mniejszą średnicę niż w części poszerzonej (5) wypełnionej katalizatorem (3), a odległość osi rur jest większa maksymalnie o 1% od średnicy zewnętrznej rur w części poszerzonej (5).

2. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że rury z katalizatorem (3) rozmieszczone są w dnie sitowym (2) heksagonalnie.

3. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica wewnętrzna rur w części poszerzonej (5) wynosi 25-100 mm.

4. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń pomiędzy rurami w ich poszerzonej części (5) zawierającej katalizator (3) a wewnętrzną ścianą naczynia (1) jest wypełniona.