Способ двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного сырья Советский патент 1986 года по МПК C01B3/16 

ч

00 4ib

4а

СХ Изобретение Может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности, относится к процессу конверсии углеводородов с паром, позволяющему получать газы для синтеза аммиака, метанола и высших спиртов, а также получать техничес-. ,кий водород. Известен способ двухступенчатой паро-воздушной конверсии с осуществлением первичного разложения в конвертере в присутствии катализатора и водяного пара. Койвертированньй газ после первичного разложения подают в доконвертор вторичного ре.форминга. Сюда же подают технологический воздух. Более близким к предложенному является способ двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного сырЬяг при повышенном давлении путем парового реформинга углеводородов при температуре 700-850 С в трубчатых печах с обогревом реакционных труб на первой ступени в присутствии кислородсодержащего газа в шахтном реакторе на второй ступени. Обогрев реакционных труб первой ступени осуществляют за счет тепла, которое вьщеляется при сгора нии топлива, например природного газа, поступающего в трубчатую печь Причем тепло конвертированного газа выходящего из второй ступени реформинга,- используют на подогрев в зме евиковом теплообменнике, в который поступает конвертированный газ из первой ступени реформинга с темпера турой и нагревается до 900°С. Процесс двухступенчатого реформинга осуществляют под давлением 50-60 ат и вьше, а в качестве кислородсодержащего газа берут сжатый воздух. Конвертированньй газ на выходе шахт ного конвертора второй ступени имее температуру .Соотношение кислород : углерод равно 0,28-0,3. Известные способы имеют следующи недостатки: 1. Для осуществления эндотермической реакции на первой ступени используется трубчатая печь с огневым обогревом. При этом сжигание то лива ведут при коэффициенте избытка воздуха х 1,05-1,15, что обусловливает температуру дымовых газов в радиационной камере печи s пределах 1700-1000 С при температуре теплообменной поверхности реакционных труб . Сжигание топли1 а провоят при нормальном давлении, а процесс реформинга - при давлений 50 60 ат и выше, что требует использования реакционных труб с высокими механическими свойствами металла. Такие жесткие условия работы реакционных труб сокращают срок их службы и практически исключают возможность использования в качестве топлива какого-либо иного сырья, кроме дефицитных природного газа или легких жидких углеводородов. 2.Использование на первой ступени реформинга конструкции трубчатой печи огневого обогрева с односторонним давлением на стенку реакционной трубки приводит к большим габаритам печей и снижению надежности их работы из-за большого числа реакционных труб, горелочных устройств и т.д; 3.Применение для обогрева углеводородного топлива и высокая температура горения приводит к высокому содержанию окислов азота, что требует дорогостоящей очистки или приводит , к загрязнению окружающей среды. Целью изобретения является повышение эффективности способа, в частности снижения расхода углеводородного сырья; и повьш1ения экономичности процесса. Указанная цель достигается при реализации способа двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного сырья путем разложения его на первой ступени за счет косвенного теплообмена в присутствии водяного пара с последующим разложением полученных продуктов на йторой ступени в присутствии кислородсодержащего газа, заключающегося в том, что разложение сырья первой ступени ведут за счет тепла продуктов второй ступени при охлаждении их до температуры 420-570С и вторую ступень ведут при соотношении кислород : углерод сырья равном 0,4-0,45. Желательно первую ступень разложен1ш вести при температуре 600-850°С и яторую ступень при температуре 900-1200 С. Предлагаемый способ имеет следующие преимзт ества: 1. Использование в качестве теплоносителя конвертированного газа высокого давления, вькодящего из шахтного реактора второй ступени реформинга, для обогрева реакционных тру первой ступени позволяет: а)отказаться от использования. какого-либо топлива в трубчатой печ а, следовательно, экономить такое ценное технологическое сырь как природный газ и легкие углеводороды. Экономия природного газа составляет 100 нм на 1 т аммиака; б)улучшить условия работы реакционных труб за счет снижения темпе ратуры греющего газа с 1700 до 1200 и применения двухстороннего давлени на стенку трубки в)увеличить коэффициент Теплопередачи в радиационной камере труб чатой печи. 2.Отказ от огневого обогрева .в трубчатой печи для проведения пер вой ступени реформинга позволит уменьшить габариты печи, исключить возможность перегрева реакционньпс труб пламенем горелочных устройств. 3.Отказ от использования какого либо топлива в трубчатой печи позволяет избежать загрязнения окружаю щей среды образующимися при горении окислами азота. Все вышеперечисленное повьшает эффективность способа. Способ осуществляют следующим образом. Смесь метана с паром в соотношении 1:3,69 под давлением л/37 атм подают в распределительную камеру печи и далее в реакционные трубы типа Фильда, заполненные никелевым катализатором. В реакционных трубах за счет теп ла обогревающего потока, выходящего из шахтного реактора при температур 98lc, происходит нагрев и первична конверсия смеси. Температура смеси на выходе из слоя катализатора 750°С. Конвертированный газ, содер жащий, %: СОг 6,08-, СО 2,63; Hj. 31,27; N 1,03; Аг 0,01; СН 10,11; 48,87, далее поступает в газоотводящую трубу, сборную камеру и далее через штуцер шахтного конвертора в смеситель. В смеситель также подают воздух с температурой 220С, обогащенный кислородом до 27%, и в пустом пространстве над слоем катализатора второй ступени реформинга происходит процесс выгорания кислорода с одновременным повыше.нием температуры реакционной смеси до 1400-1500 С. Эта смесь поступает на слой никелевого катализатора, где за счет физического тепла конвертированного газа происходит процесс доконверсии остаточного метана. Температура реакционной смеси на выходе; из слоя катализатора С. С этой температурой конвертированньй газ, содержащий, %: COj. 5,69; СО 7,50; HJ 33,94; N 13,55; Аг 0,19; СН/1 0,22; 38,91 после второй ступени конверсии поступает в печь, где тепло конвертированного газа отводится к реакционным трубам для осуществления- эндотермической реакции ступени конверсии. Температура конвертированного газа второй ступени конверсии на выходе из трубчатой печи через штуцер f . Получают синтез-газ для производства аммиака. Дополнительно приведены примеры осуществления данного процесса при различных условиях. Пример 2. Смесь природного газа с паром в соотношении 2,2:1 с температурой 500 С и давлением 23 атм подается в трубчатую печь. Температура конвертированного газа на выходе из реакционных труб составляет , а конвертированный газ имеет следующий состав, %: 19,18 28,52. 1,4 6,02 1,885 ,43. В смеситель подают кислород в соотношении кислород : углерод 0,43. Температура реакционной смеси на ыходе из шахтного конвертора , аоконвертированный газ следуюий состав.%: СЕц . 0,3 СОг6,15 СО13,17 Н 45,62 Nj1,48 ,3. С температурой конвертироанный газ после шахтного конвертоа подают в трубчатую печь, откуда ыводят с температурой на дальейшую переработку - для получения етанола и водорода. Пример 3. Смесь природного аза с паром в соотношении 2,2:1 с авлением 105 атм и температурой подают в трубчатую печь. Тем.пература конвертированного газа на вьгходе из реакционных труб составляет , а конвертированный газ имеет следующий состав,Z:

,07

.1,82

,93

H . 23,94

HiQ46,80

N2 1,43. .

В смеситель подается кислород в соотношении кислород : углерод 0,45. Температура реакционной смеси на . выходе из шахтного конвертора 1127C а конвертированный газ имеет следующий состав, %: . .

CHi,0,72

СО14,45

,36

Hi47,0

НгО. 32,09

N..1,38

Температура конвертированного газа второй ступени на .выходе из трубчатой печи первой ступени 490 С. Используют этот газ для получения метанола и водорода. .

Пример 4. Смесь природного газа с паром в соотношении 3,09:1,

давлении 300 атм и температуре 350С подают в трубчатую печь.

Температура конвертированного газа на выходе из реакционных труб 850 С, и газ имеет следзгющий состав, %:

CHi,9,39

СО3,91 ..

COt5,03

Нг.30,91

Н-О -49,75

N .1.

В смеситель подают обогащенный до 31% кислородом воздзгх, при этом соотношение. кислород . углерод 0,45.

Состав конвертированного.газа на выходе из шахтного конвертора, %:

СН(|0,12

СО. 76,2

СО .5,49

«г..33,70

39,60

13,5

N,

а температура 1190 С.

Температура конвертированного.газа второй ступени на выходе из трубчатой печи первой ступени , используют этот газ для производства аммиака. .

1. СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ путем разложения его на первой ступени за счет косвенного теплообмена в присутствии водяного пара с последующим разложением полученных продуктов на второй ступени ,в присутствии кислородсодержащего газа, отличающийся -тем, что, с целью повьшеняя эффек,тивности процесса, разложение сырья первой ступени ведут за. счет тепла продуктов второй ступени при охлаждении их до 420-570 С и вторую ступень ведут при соотношении кислород : углерод сырья, равном 0,4-0,45. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что первую ступень разложения ведут при температуре 6рО-850 С и вторую ступень при i 900-1200 С. (Л