PL213426B1 - Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego mający zastosowanie w instalacjach otrzymywania metanolu, paliw syntetycznych i innych węglowodorów płynnych oraz amoniaku.

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 Refomer - „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 reIormerem autotermicznym, do którego oprócz strumienia mieszaniny węglowodorowo-parowej lub mieszaniny węglowodorowoparowej częściowo skonwertowanej do wodoru i tlenków węgla, 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 całość lub część zasilających proces gazu ziemnego i pary wodnej przechodzi jako jeden strumień przez katalizator znajdujący się wewnątrz rur reformera wymiennikowego. Uzyskany w rezultacie strumień gazu procesowego połączony ewentualnie z pozostałą częścią gazu ziemnego i pary wodnej podawany jest do reformera autotermicznego, do którego doprowadzany jest jednocześnie strumień utleniaczy. Wylot reformera autotermicznego połączony jest z wlotem do przestrzeni między rurowej reformera wymiennikowego, przez którą gaz przepływa przeciwprądowo w stosunku do strumienia gazu w rurach. Takie połączenie określane jest jako szeregowy układ reaktorów GHR i ATR.

GHR połączony z ATR w układzie szeregowym ma przestrzeń międzyrurową odizolowaną od przestrzeni tak napływu gazu do rur jak i odpływu gazu z rur za pomocą górnego i dolnego dna sitowego.

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja reaktora wymiennikowego GHR pracującego w trybie szeregowym.

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 w dolnej i górnej jego części, w którym wspawane są rury zawierające katalizator według wynalazku charakteryzuje się tym, że rury w dnie sitowym w górnej części reaktora oraz

PL 213 426 B1 rury w dnie sitowym w dolnej części 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.

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 części poszerzonej zawierającej katalizator a wewnętrzną ścianą naczynia jest wypełniona.

Rury, które mają mniejszą średnicę także w ich dolnej części przechodzą suwliwie przez otwory dolnego dna sitowego. 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 5 poziomym dnem sitowym 2, w które wspawane są rury zawierające wewnątrz katalizator 3, przy czym w obrębie tego dna 2 i poniżej niego mają one mniejszą średnicę zewnętrzną niż na pozostałej, przeważającej ich części poszerzonej 6.

Rozmieszczenie rur w dnie sitowym 2 i 4 jest najciaśniejsze, czyli heksagonalne, a odległość ich osi czyli podziałka jest najwyżej o 1% większa od wspomnianej średnicy zewnętrznej rur w części poszerzonej 6.

Rury mają mniejszą średnicę, także w dolnej części 7 niewypełnionej katalizatorem w jego dnie sitowym 4.

Średnica wewnętrzna rur w części poszerzonej 6 wynosi 25-100 mm, zaś przestrzeń pomiędzy rurami w ich części poszerzonej 6 zawierającej katalizator 3 a wewnętrzną ścianą naczynia 1 jest wypełniona.

Reaktor posiada dodatkowy króciec w ścianie naczynia 1 tuż nad dnem sitowym 4.

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 w dolnej i górnej jego części, w którym wspawane są rury zawierające katalizator, znamienny tym, że rury w dnie sitowym (2) w górnej części (5) reaktora oraz rury w dnie sitowym (4) w dolnej części (7) reaktora mają mniejszą średnicę niż w części poszerzonej (6) wypełnionej katalizatorem (3), a odległość osi rur jest większa maksymalnie o 1% od średnicy zewnętrznej rur w części poszerzonej (6).

2. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że rury z katalizatorem (3) rozmieszczone są w dnie sitowym (2) i (4) heksagonalnie.

3. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica wewnętrzna rur w części poszerzonej (6) wynosi 25 + 100 mm.

4. Reaktor do parowego reformingu gazu ziemnego według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń pomiędzy rurami w ich poszerzonej części (6) zawierającej katalizator (3) a wewnętrzną ścianą naczynia (1) jest wypełniona.