Способ получения технологического газа Советский патент 1989 года по МПК C01B3/36 

Изобретение относится к способам получения технологического газа конверсией углеводородов в трубчатом реакторе и может быть использовано в азотной промъшленности

Цель изобретения - увеличение производительности процесса.

Пример 1 о Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа водяным паром. Применяют природный газ .следующего состава, об.%: СЬ 94,0; CjHj 3,0; CjHj 2,0; N 1,0, Природный газ в количестве 112 нм /ч смешивают с 336 водяного пара (соотношение парггаз 3:1) и с давлением 4,0 МПа и температурой 500°С подают в реактор, где на катализаторе конвертируют до степени превращения метана 76%„ Образуется 634,1328 нм /ч технологического газа следующего состава, оГ).%: CH43,98;C024,55;CCjlO,,53;, N 0, 33,7.Температура газа на выходе из реактора .

Пример 2 (по известному способу). Получение технологического газа осуществляют по примеру I в трубчатом реакторе внутренним диаметром 0,1 м, заполненным зернистым катализатором размером О,015x0,015x0,005м. Пустотность зернистого слоя 0,45. Внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 1,796м .Гидравлическое сопротивление слоя катализатора 1 м длины реактора 0,02538 МПа.

(Л

il р и м е р 3 ( по известному способу). Получение технологического га- 3ii осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе внутренним диаметром Oi1 м заполненным зернистым катализатором размером 0,003x0,003 м,Пустотность зернистого слоя катализатора 0,45.Внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 8,635 см .Гидравлическое сопротивление слоя катализатора 1 м длины реактора 0,1377 Mlla.

Пример 4. Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном из каталитической трубы с внутренним диаметром О,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром 0,003 м, внутренним 0,001 м. На внутреннюю поверхность трубчатого реактора нанесен слой никелевого катализатора толщиной 0,6 мм, пористость слоя 40%. На внутренних и наружных поверхностях капиллярных трубок также нанесены слои никелевог о катализатора толщи- ной по 0,15 мм, пористость слоя 33%, Капиллярные каталитические трубки уложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядке, их количество 820 штс общая пустотность меж- ДУ трубками и внутри них 0,373.

Суммарная внешняя поверхность ка-- тализаторного слоя 1 м длины petXTf л

ра 10,613 м , Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя I м дли ны реактора 0,00826 МПас

Пример 5с, Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом ре.кторе, изготовленном ит каталитической трубы с внутренним диаметром fi,l м, заполненным каталитическими капиллярными трубками нарукным диаметром 0,004 м, внутренним 0,001 м. Толщина слоя катализатора . а внутренней поверхности реактора 0,6 мм, на поверхностях капиллярных трубок - по 0,2 ммс Серд- няя пористость катализаторного слоя 37%„ Капиллярные каталитические трубки уложены в каталитической трубе ре- актора в шахматном порядке, их количество 461 шт, пустотность между трубками и внутри них 0,3245,

Суммарная внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реакто- ра 7,5517 Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя 1 м длины реактора 1 ,22;МС МПа„

Пример 6„ Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном из каталитической трубы с внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром 0,05 м, внутренним 0,002 м. Толщина слоя катализатора на внутренней поверхности реактора 0,6 мм, на поверхностях капиллярных трубок - по 0,25мм

5 0

5

О Q

средняя пористость катализаторного слоя 40%. Капиллярные каталитические трубы уложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядке, их количество 295 шт, пустотность между трубками и внутри них 0,422„

Суммарная внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора

л

0 6,7991 м . Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя 1 м длины

О

реактора 0,468-10 КПа.

В табл.1 приведены параметры известного и предлагаемого способов получения технологического газа по примерам 2-6.

В качестве исходного принят пример 2, так как в промьшшенности применяются катализаторы цилиндрические с центральным отверстием размером 0,015x0,015x0,005 м. При расчете относительных характеристик данные примера 2 приняты за единицу внешней поверхности катализаторного слоя и гидравлического сопротивления слоя 1 м длины реактора и аналогичные параметры других примеров определены делением их абсолютных величин на параметры реактора примера 2 Относительная длина реактора, необходимая для получения данного количества газа, вычислена делением величин внешней поверхности катализаторного слоя примеров 3-6 на аналогичную характеристику примера 2, поскольку во всех примерах диаметр реактора является постоянным

Производительность процесса вычислена по величине снижения расхода катализатора и объема реактора при использовании каталитической трубы с капиллярными каталитическими трубками для осуществления конверсии 112 нм /ч природного газа до степени конверсии 76%. При зтом объем реактора по известному способу принят за единицу„

Как видно из данных таблЛ, при использовании предлагаемого способа для получения определенного количества технологического газа из данного количества природного газа при постоянных соотношениях пар:газ, степени конверсии метана, температурах и давлениях процесса за счет увеличения внешней поверхности катализатора в предлагаемом способе возрастает в .3,79-5,91 раза, что в свою очередь, при постоянном диаметре реактора

5

0

5

резко сокращает длину реактора. Длина реактора для предлагаемого реактора составляет 16,9-26,4% длины известного реактора. Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора в предлагаемом способе составляет всего 0,184-0,325 частей гидравлического сопротивления зернистого слоя катализатора размером 0,015хО,015х хО,005 м. В примере 3 снижен размер зернистого катализатора до 0,003х xpj003 мм, при зтом поверхность ка- тализаторного слоя возрастает по сравнению с данными примера 2 в 4,81 раза, но одновременно резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя катализатора, прирост величины гидравлического сопротивления слоя составляет 5,426 раз.

Таким образом, данные примеров 1-6 показывают, что предлагаемый способ получения технологического газа конверсией углеводородов в трубчатом реакторе с капиллярными каталитическими трубками позволяет резко повысит эффективность процесса за счет увеличения внешней поверхности катализатор и снижения гидравлического сопротив

кое сопротивление слоя катализатора 1 м длины реактора 0,0206 МПа,,

Пример 9. Получение технологического газа осуществляют по примеру 7 у трубчатом реакторе, изготовленном из каталитической трубы с внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром 0,003 м, внутренним 0,001 м. Толщина катализа- торного слоя на внутренней поверхности трубчатого реактора 0,6 мм, пористость слоя 40%. На внутренних и наружных поверхностях капиллярных трубок нанесены слои катализатора по 0,15 мм, пористость этого слоя 33%, Каталитические капиллярные трубки расположены в каталитической трубе в шахматном порядке, их количество 820 шТа5Об1цая пустотность между трубками и внутри них 0,373о

Суммарная внеи1няя поверхность ка- тализаторного слоя I м длины реакто- 5 ра 10,613 м , Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя 1 м

7

длины реактора 0,405-10 МПа,

В табЛо2 приведены параметры известного и предлагаемого способов по5

0

Изобретение относится к способам получения технологического газа и может быть использовано в азотной промышленности. Для осуществления способа происходит конверсия углеводородов с водяным паром или смесью водяной пар- углекислота под давлением 4-7 МПа при 500-1050°С на поверхности катализатора в трубчатом реакторе. С целью увеличения производительности процесса конверсию осуществляют в реакторе, выполненном в виде каталитической трубы с уложенными внутри нее капиллярными каталитическими трубками диаметром 0,001-0,005 м. Применение способа обеспечивает высокую эффективность процесса.

Ленин слоя потоку газа

Пример 7. Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа смесью водяного пара и углекислотой. Применяют природный газ следукнцего состава, об„%: СН 94,47; СО 0,6; 3; , 0,6; NI 0,9. Природный газ в количестве 130 нм /ч смешивают с водяным паром и углекислотой при соотношении газ: водяной nap:C05 i;1,7:0,3 и с температурой 500 С и давлением 7,0 КПа направляют в реактор, где на поверхности катализатора конвертируют до степени преврап1ения метана 67%, Образуется 579,319 технологического газа следующего состава, об,%

СН 7,0; СО 17,68; COi 5,56; N70,13;

Н-1 46,49; 23,14. Технологический газ с температурой 1050 С вьшодят из трубчатого реактора.

Пример В (по известному способу). Получение технологического газа осуществляют по примеру 7 в трубчатом реакторе внутренним диаметром 0,1 м, заполненным зернистым катализатором размером 0,010x0,010 м, Пустотность зернистого слоя 0,45. Внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 2,59 м, Гидравличес

35

30 лучения технологического газа по примерам 8 и 9 о

Как видно из данных табЛо2, при использовании предлагаемого способа для получения 579,319 нм ч технологического газа из 130 нм /ч природного газа при постоянных параметрах температуры, давления и соотношения пар:газ производительность катализатора возрастает в 4,1 раза за счет

дп увеличения внешней поверхности, при этом требуемая высота реактора при постоянном его диаметре составляет всего 0,244 частей высоты известного реактора. Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора в предлагаемом способе составляет всего 0,197 частей сопротивления слоя в известном реакторе„

Таким образом, осуществление предлагаемого сЛособа получения технологического газа конверсии углеводородов в трубчатом реакторе, выполненном в виде каталитической трубьт и з аполненной капиллярными каталитичессс кими трубками, позволяет существенно повысить эффективность процессов конверсии углеводородов за счет развитой поверхности катализатора капиллярных трубок и низкого гид45

50

равлического сопротивления слоя катализатора потоку глза При использовании капиллярных каталитических труб, толщина слоя катализатора которых 0,15-0,6 мм, вся поверхность катализатора (внешняя и внутренняя поверх- HocTbj является рабочей, так как каталитическая реакция конверсии углеводородов протекает во всем объеме катализатора, т.е в кинетической области и, следовательно, имеет наибольшую скорость. Тогда для получения определенного количества газа требуется значительно меньшее количество катализатора, чем при использовании зернистых гранул, при одинаковом диаметре реактора резко уменьшается высота реактора, это делает реакторы компактными и экономичными при их создании и эксплуатации„

Примечание.В знаменателе - относительные параметры.

Составитель А.Лобановская Редактор Н.Яцола Техред М.Дидык Корректор М.Максимишинец

Заказ 7469/28

Тираж 435

ВШШПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Предлагаем1.1Й способ является перспективным, его реализация в промышленности повьш1ает производительность реакторов получения технологического газа конверсией углеводородов в несколько раз о Формула изобретения

Способ получения технологического газа, включаюпи1Й конверсию углеводородов водяным паром или смесью водяной пар - углекислота под давлением А-7 МПа при температурах 500-1050 С на поверхности никелевого катализа- тора в трубчатом реакторе, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса, конверсию осуществляют в катв литической трубе с уложенными внут- ри нее капиллярными трубками диаметром 0,001-0,005 м„

Таблица 1

Подписное