PL61798B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 15.IIT.1967 (P 119 481) 20.1.1971 61798 KI. 26 a, 18/02 MKP C 01 b, 2/26 UKD Twórca wynalazku: Jerzy Naczynski Wlasciciel patentu: Centralne Laboratorium Gazownictwa, Warszawa (Polska) Sposób wytwarzania gazu miejskiego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania gazu miejskiego z gazu ziemnego o duzej zawartosci azotu.Oprócz pelnowartosciowego gazu ziemnego, zawiera¬ jacego prawie wylacznie metan, ewentualnie w towa¬ rzystwie wyzszych homologów — wystepuja takze gazy ziemne o znacznej zawartosci azotu, wynoszacej 35— 80%. Gazy te albo praktycznie nie zawieraja innych domieszek poza metanem i azotem, albo tez zawieraja kilka do kilkunastu procent wyzszych weglowodorów szeregu parafinowego i olefinowego.Gaz ziemny zawierajacy do 20% azotu spala sie bez przeszkód w normalnych palnikach do gazu ziemnego.Bez wiekszych trudnosci mozna dostosowac palniki do spalania gazu zawierajacego 30—35% azotu, natomiast gaz ziemny o wyzszej zawartosci azotu trzeba poddawac uprzedniej przeróbce, przetwarzajac go np. na odpowia¬ dajacy normom gaz miejski.Realizacja tego zadania przez zastosowanie powszech¬ nie znanej metody konwersji gazu ziemnego z para wod¬ na i nastepnego wzbogacania gazu z rozkladu, dyspono¬ wanym gazem ziemnym — nie jest mozliwa, ze wzgledu na balast zawartosci azotu, który nie ulega reakcji w procesie konwersji. Zawartosc wodoru w wytwarzanym gazie miejskim lezy ponizej granicy przewidzianej nor¬ ma, wskutek czego gaz taki wykazuje tendencje do nie¬ calkowitego spalania oraz odrywania sie plomienia od palnika.Natomiast znane sa dwie inne metody przetwarzania gazu ziemnego o duzej zawartosci azotu na odpowiada¬ jacy normom gaz miejski. 10 25 30 Wedlug pierwszej z nich, gaz ziemny o duzej zawar¬ tosci azotu stosuje sie jako dodatkowy surowiec przy katalitycznym zgazowaniu oleju opalowego w instalacji „SEGAS". Instalacja pracuje cyklicznie, przy czym kaz¬ dy cykl pracy jest zlozony z dwóch okresów: podgrzewa¬ nia i zgazowania. W okresie podgrzewania spala sie za- azotowany gaz ziemny nagrzewajac katalizator, a w na¬ stepnym okresie zgazowania wytwarza sie gaz miejski prowadzac na katalizatorze rozklad para wodna miesza¬ niny par oleju i zaazotowanego gazu ziemnego.Wedlug drugiej z metod prowadzi sie konwersje para wodna zaazotowanego gazu ziemnego w komorowym piecu ceramicznym, w którego innych sekcjach równo¬ czesnie nastepuje wytwarzanie gazu wodnego dzialaniem pary wodnej na olej opalowy oraz termiczny rozklad oleju na gaz wysokokaloryczny. Mieszanka wytworzo¬ nych trzech gazów startowi gaz miejski. Urzadzenie pra¬ cuje w sposób ciagly ogrzewane przeponowo zaazotowa- nym gazem ziemnym.Obie metody nie znalazly szerszego zastosowania na skutek intensywnego wytwarzania sie sadzy i zlogów koksu naftowego przy rozkladzie oleju oraz powaznych trudnosci eksploatacyjnych przy usuwaniu smoly i nafta¬ lenu z wytworzonego gazu. Powstawanie sadzy i koksu naftowego wystepuje ze wzgledu na mala zawartosc wo¬ doru w olejach, co pociaga równoczesnie za soba znacz¬ ne zuzycie surowca olejowego w stosunku do ilosci prze¬ robionego gazu ziemnego zaazotowanego.Sposób wytwarzania gazu miejskiego wedlug wyna¬ lazku pozwala na unikniecie tych trudnosci poniewaz 617983 zamiast dodatku oleju do konwersji gazu ziemnego za¬ azotowanego stosuje sie zawierajace wiecej wodoru lek¬ kie paliwa plynne, jak gaz plynny, propan, butan lub benzyne, a zawartosc wodoru w produkowanym gazie miejskim zwieksza sie dodatkowo stosujac katalityczna konwersje tlenku wegla w surowym, goracym gazie z roz¬ kladu. Ta nowosc umozliwia prowadzenie procesu prze¬ miany na gaz miejski przy niewielkim zapotrzbowaniu lekkich paliw plynnych, nie przekraczajacym na ogól 20—25% wagowych ilosci zuzytego gazu zaazotowanego.Istota procesu przemiany gazu ziemnego zaazotowa¬ nego na gaz miejski polega na tym, ze gaz ziemny mie¬ sza sie z parami gazu plynnego, propanu, butanu lub benzyny i poddaje sie lacznie katalitycznemu rozkladowi utleniajacemu dzialaniem pary wodnej, w temperaturze najlepiej 650—800°C. Gaz z rozkladu ochladza sie w wymienniku ciepla i poddaje katalitycznej konwersji CO w temperaturze najlepiej 350—400°C. Nastepnie gaz chlodzi sie dalej i wymywa z niego dwutlenek wegla, a w koncu wzbogaca dysponowanym gazem ziemnym za¬ azotowanym, odparowanym gazem plynnym, propanem, butanem lub parami lekkiej benzyny, ewentualnie rów¬ noczesnie gazem ziemnym zaazotowanym i gazem plyn¬ nym, propanem lub butanem.Caly proces moze byc prowadzony pod cisnieniem normalnym lub podwyzszonym. Rozklad utleniajacy mozna prowadzic zarówno w aparaturze o ruchu ciag¬ lym np. w piecu rurowym z przeponowym ogrzewaniem, jak i w urzadzeniu o ruchu okresowym.Przy lacznym rozkladzie zastosowanego paliwa plyn¬ nego i gazu ziemnego zaazotowanego znaczna zawar¬ tosc azotu w surowcu przeciwdziala tworzeniu sie sa¬ dzy w czasie procesu i unika sie koniecznosci stosowa¬ nia tak wysokiego nadmiaru pary wodnej jak przy nor¬ malnej konwersji metanu lub zgazowaniu benzyny. Pro¬ wadzac proces wedlug wynalazku stosuje sie dodatek pary wodnej w ilosci wynoszacej najlepiej .120—160% teoretycznego zapotrzebowania.Zasadniczy przebieg procesu wytwarzania gazu miej¬ skiego z gazu ziemnego zaazotowanego i lekkiego pali¬ wa plynnego [jest przedstawiony na fig. 1, natomiast fig. 2 przedstawia odmiane procesu polegajaca na wzbo¬ gacaniu gazu z rozkladu odparowanym gazem plynnym, propanem lub butanem, a fig. 3 przedstawia odmiane procesu, przy której gaz z rozkladu wzbogaca sie lekki¬ mi frakcjami benzyny, a ciezsze frakcje benzyny kieruje sie do pieca rozkladczego.Instalacja do wytwarzania gazu miejskiego wedlug wy¬ nalazku, przedstawiona na fig. 1, sklada sie z nastepu¬ jacych znanych elementów: pieca rozkladczego 1, wy¬ miennika ciepla 2, konwertora 3, wyparki 4, absorbera 5 oraz kotla odzysknicowego 6. Gaz ziemny zaazotowany dzieli sie na trzy strumienie, z których jeden kierowany jest do przerobu technologicznego (linia pogrubiona), drugi strumien — do opalania pieca rozkladczego (za pomoca palników 12), a trzeci — do wzbogacania gazu z rozkladu.Gaz zaazotowany kierowany do przerobu miesza sie najpierw z parami gazu plynnego, propanu, butanu lub benzyny, odparowanych w wyparce 4 oraz para wodna wytworzona w kotle odzysknicowym 6. Mieszanina reak¬ cyjna przechodzi przez wymiennik ciepla 2, gdzie zo¬ staje przegrzana z wykorzystaniem ciepla gazu z roz¬ kladu, a nastepnie jest wprowadzana do rur 11 pieca 4 rozkladczego 1, wypelnionych katalizatorem niklowym, niklowo-molibdenowym lub podobnym. Rury rozklad- cze 11 ogrzewa sie do temperatury procesu wynoszacej najlepiej 650—800°C, za pomoca palników 12. Spaliny 5 z pieca rozkladczego wykorzystuje sie do produkcji pary technologicznej w kotle odzysknicowym 6.Gaz z rozkladu, po ochlodzeniu w wymienniku cie¬ pla 2, poddaje sie konwersji CO w temperaturze najle¬ piej 350—400°C, w konwertorze 3, na katalizatorze 31, io najlepiej zelazowo-chromowym lub podobnym. Przed konwertorem 3 dodaje sie do gazu z rozkladu dodatko¬ wa ilosc pary wodnej, niezbedna dla prawidlowego prze¬ biegu procesu konwersji CO. Gaz po konwersji tlenku wegla przechodzi przez wyparke 4 powodujac odparo- 15 wanie gazu plynnego, propanu, butanu lub benzyny, a sam ulega ochlodzeniu do temperatury wlasciwej dla prowadzenia wymywania CO2 w absorberze 5. Po wy¬ myciu dwutlenku wegla gaz z rozkladu jest wzbogacany przez dodatek gazu ziemnego zaazotowanego, natomiast 20 absorbent jest regenerowany z ubocznym uzyskiwaniem co2.W przypadku gdy gaz ziemny jest tak silnie zaazoto¬ wany, ze nie mozna wzbogacic gazu z rozkladu do cie¬ pla spalania gazu miejskiego bez wprowadzenia nad- 25 miernej ilosci azotu — stosuje sie kombinowane wzbo¬ gacanie: gazem ziemnym zaazotowanym oraz parami gazu plynnego, propanu lub butanu.Odmiana przedstawiona schematycznie na fig. 2, ko¬ rzystna szczególnie dla gazów silniej zaazotowanych, 30 charakteryzuje sie zastosowaniem dwóch rodzajów pali¬ wa plynnego: benzyny — do rozkladu oraz gazu plynne¬ go, propanu lub butanu — do wzbogacania. W takim przypadku stosuje sie dwie odrebne wyparki 4 i 7, ogrze¬ wane gazem po konwersji tlenku wegla. 35 Mozna takze, przy uzyciu jednego tylko rodzaju pali¬ wa plynnego, stosowac odmiane proponowanego sposobu przedstawiona schematycznie na fig. 3. Wedlug tej od¬ miany gaz po wymyciu CO2 przeplywa przez kolumne wyparna 8 zraszana benzyna, nasycajac sie parami nizej wrzacych skladników i w ten sposób wzbogaca sie do zadanej wielkosci ciepla spalania. Ciezsze frakcje ben¬ zyny splywaja z kolumny 8 i poprzez wyparke 4 kie¬ rowane sa do rozkladu.Poszczególne odmiany proponowanego sposobu wy¬ biera sie w zaleznosci od zawartosci azotu w gazie ziem¬ nym oraz od rodzaju dysponowanego lekkiego paliwa plynnego. Gdy gaz ziemny zaazotowany zawiera znacz¬ niejsze ilosci wyzszych weglowodorów moze nawet nie zachodzic potrzeba dodawania jakiegokolwiek paliwa plynnego z zewnatrz do mieszanki reakcyjnej.Przyklad 1. Zastosowano surowce: gaz ziemny o skladzie CH4 — 50%, N2 — 50% oraz gaz plynny.Poddajac rozkladowi 77 m3 gazu ziemnego zaazotowa- 55 nego oraz 116 kg gazu plynnego i prowadzac rozklad w temperaturze 720°C para wodna w ilosci okolo 200 kg otrzymano 487 m3 gazu o skladzie podanym w % obje¬ tosciowych: 60 C02 — 3,8 CO — 22,4 CH4 — 6,1 H2 — 63,3 55 N2 - 4,461798 Gaz ten poddany konwersji CO w temperaturze 400°C i wymyciu CO2 mial nastepujacy sklad, podany w % ob¬ jetosciowych: co2 co CH4 H2 N2 — 3,8 — 4,3 — 6,1 — 81,4 — 4,4 przy czym objetosc jego pozostala niezmieniona. Doda¬ jac nastepne 513 m3 dysponowanego gazu ziemnego za- azotowanego uzyskano 1000 m3 gazu miejskiego o cieple spalania 4000 kcal/m3, gestosci wzglednej — 0,517, licz¬ bie Wobbego — 5600 i skladzie nastepujacym, podanym w % objetosciowych: co2 co CH4 H2 N2 — 1,9 — 2,2 — 28,6 — 39,6 — 27,7 Przyklad 2. Zastosowano surowce: gaz ziemny o skladzie CH4 — 40%, N2 — 60% oraz propan — C3H8. Poddajac rozkladowi 153 m3 gazu ziemnego za- azotowanego oraz 122 kg propanu i prowadzac rozklad w temperaturze 700°C z para wodna w ilosci okolo 300 kg otrzymano 638 m3 gazu z rozkladu o skladzie po¬ danym w % objetosciowych: co2 co CH4- H2 N2 — 3,4 — 19,6 - 5;l — 57,7 — 14,2 Po nastepnej konwersji CO w temperaturze 400°C i wymyciu C02 mial on sklad nastepujacy, podany w % objetosciowych: co2 co CH4 H2 N2 — 3,4 - 4,6 - 5,1 — 72,7 - 14,2 przy niezmienionej objetosci. Dodajac do uzyskanych 638 m3 gazu z rozkladu, 320 m3 gazu ziemnego zaazo- towanego oraz 42 m3 odparowanego propanu (co sta¬ nowi 82 kg) otrzymano 1000 m? gazu miejskiego o cie¬ ple spalania 4000 kcal/m3, gestosci wzglednej — 0,538, liczbie Wobbego — 5470 i skladzie nastepujacym, po¬ danym w % objetosciowych: 15 20 25 30 35 40 45 co2 co CH4 C3H8 H2 N2 - 1,1 — 3,0 — 16,0 — 4,2 — 46,6 — 28,3 PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania gazu miejskiego z mieszaniny zlozonej z gazu ziemnego o duzej zawartosci azotu i z paliwa plynnego, przez katalityczny rozklad z para wodna i nastepne wzbogacanie, znamienny tym, ze gaz ziemny zaazotowany miesza sie z odparowanym gazem plynnym, propanem, butanem lub benzyna i poddaje lacznie katalitycznemu rozkladowi utleniajacemu para wodna, a uzyskany gaz z rozkladu poddaje sie nastep¬ nie katalitycznej konwersji tlenku wegla i wymyciu dwu¬ tlenku wegla, a w koncu wzbogaceniu przerabianym ga¬ zem ziemnym zaazotowanym, odparowanym gazem plyn¬ nym, propanem lub butanem, ewentualnie równoczesne¬ mu wzbogaceniu gazem ziemnym zaazotowanym i od¬ parowanym gazem plynnym, propanem lub butanem.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kata¬ lityczny rozklad utleniajacy prowadzi sie w temperatu¬ rze 650—800°C, za pomoca pary wodnej uzytej w ilosci 120—160% zapotrzebowania teoretycznego, a katalitycz¬ na konwersje CO w gazie z rozkladu prowadzi sie w temperaturze 350—400°C.

3. Odmiana sposobu wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tym, ze gaz po wymyciu C02 wzbogaca sie przez wpro¬ wadzenie go w kontakt z lzejszymi frakcjami benzyny, a ciezsze frakcje uzytej benzyny sa wykorzystywane do lacznego rozkladu z gazem zaazotowanym.

4. Odmiana sposobu wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tym, ze do lacznego rozkladu z gazem zaazotowanym stosuje sie benzyne, a wzbogacanie gazu z rokladu prze¬ prowadza sie za pomoca odparowanego gazu plynnego, propanu lub butanu.KI. 26 a, 18/02 61798 MKP C 01 b, 2/26 Gaz ziemni/ zoazotowanj \ m if / M H I r i r i H i I toc z rozkladu m Absorbent lh Gaz miejskie s JL |k-^ _5pcllay_ sWoda Fig. I Paliwoplynne Jz Gaz ziemny zaaiotowamt Fig. 2KI. 26 a, 18 02 61798 MKPCOl b, 2 26 Caz ziemny zaazotowany i 1 p . f 1 -n iii - —<: ^*f: ' ^' • 1 toy rozkladu r-*-' JL , 1 /fr/-^ benzyny 1 _1_ Absorbsnt i Regeneracjo 1 Benzyne _ \ i to Ciezsze frakcje benzyny Spaliny Woac Fin. 3 PL PL