конвертор для каталитической конверсии углеводородов

Формула изобретения

Конвертор для каталитической конверсии углеводородов, содержащий футерованный корпус, размещенные в нем вертикальные реакционные трубы, заполненные катализатором для первичного риформинга, решетку для крепления реакционных труб, камеру горения, средство для подвода кислородосодержащего газа в камеру горения, катализаторный слой для вторичного риформинга, устройство для направления газового потока из реакционных труб в камеру горения, при этом выход горячего конвертированного газа соединен с межтрубным пространством реакционных труб, патрубки для ввода исходной парогазовой смеси и вывод охлажденного конвертированного газа, отличающийся тем, что реакционные трубы выполнены в виде модулей, содержащих плотные пучки труб, охваченных ограничительной обечайкой, установленных на решетке, размещенной в нижней части корпуса, патрубки подвода исходной парогазовой смеси соединены с нижней частью каждого модуля, патрубки отвода конвертированного газа соединены с каждым модулем и через передаточный коллектор с газоходом для направления конвертированного газа после первичного риформинга в камеру горения, размещенную в верхней части корпуса, катализаторный слой для вторичного риформинга размещен в верхней части корпуса под камерой горения над модулями реакционных труб так, что горячий конвертированный газ равномерно распределяется по модулям в межтрубном пространстве, ограниченном обечайками, при этом внутри модуля в решетке выполнен проход для охлажденного потока конвертированного газа, а патрубок отвода охлажденного конвертированного газа размещен в нижней части корпуса, патрубки подвода и отвода, передаточный коллектор и газоход размещены в специальных полостях, выполненных в футеровке корпуса.

Описание изобретения к патенту

Каталитический трубчатый конвертор углеводородов может быть использован в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности в производстве получения аммиака, метанола, высших спиртов и технического водорода.

Одним из наиболее экономичных способов производства технологического газа для перечисленных выше продуктов является способ двухступенчатой каталитической конверсии с использованием кислородсодержащего газа под давлением 1.5 - 30 МПа, когда эндотермический процесс первичного парового риформинга протекает за счет тепла, отдаваемого от конвертированного газа после вторичного адиабатического процесса парокислородной конверсии остаточного после первичного риформинга метана косвенным путем.

Процесс вторичного адиабатического риформинга остаточного метана осуществляется в шахтных футерованных конверторах, в которых имеется специальное устройство для подвода кислородосодержащего газа и слой катализатора, на котором происходит вторичный риформинг за счет физического тепла реакционной смеси, образовавшейся после взаимодействия остаточного метана после первичного риформинга, и кислорода кислородосодержащей смеси. Из-за высокой температуры, которая характерна как для процесса взаимодействия конвертированного газа после первичного риформинга с кислородом, содержащимся в кислородосодержащем газе, так и для собственно процесса адиабатической доконверсии, корпус шахтного доконвертора с целью уменьшения потерь тепла из зоны доконверсии остаточного после первичного риформинга метана и из зоны взаимодействия кислорода из кислородосодержащего с конвертированным газом после первичного риформинга, защищается термоустойчивой теплоизолирующей футеровкой.

Процесс первичного парового риформинга осуществляется в трубчатых конверторах, которые представляют собой цилиндрический футерованный корпус, в котором размещены вертикальные реакционные трубы, концы которых соединены с узлами подвода и отвода исходной парогазовой смеси и конвертированного газа после процесса первичного риформинга.

Трубчатые реактора соединены с шахтными конверторами специальными соединительными газоходами как для передачи горячего конвертированного газа после первичного риформинга в шахтный конвертор, так и для передачи конвертированного газа после шахтного реактора в трубчатый.

Соединительные газоходы выполняются футерованными, сложной конфигурации в пространстве, которая обеспечивает компенсацию различных температурных перемещений конверторов первичного вторичного риформинга.

Известна установка для осуществления процесса двухступенчатой каталитической конверсии, в которой трубчатый и шахтный конверторы соединены друг с другом газоходами. Газоход для передачи конвертированного газа после трубчатого конвертора в шахтный выполнен из теплоизолированной трубы, предназначенной для компенсации термических перемещений корпусов конверторов, имеющих как различные габаритные размеры, так и температуры несущих корпусов.

(Справочник азотчика, изд-е 2-е переработанное, М., Химия, 1986, 83-89).

К недостаткам установки следует отнести следующее:

низкая производительность трубчатого конвертора;

значительные тепловые потери при передаче конвертированного газа как из трубчатого конвертора в шахтный, так и из шахтного в трубчатый;

низкая надежность совместной работы двух конверторов как из-за сложной конфигурации соединительных газоходов, так и из-за температурного режима их работы;

высокие тепловые потери через теплоизолирующие бетонные футеровки как в шахтном, так и в трубчатом конверторах;

высокая металлоемкость оборудования и передающих газоходов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является конвертор для каталитической конверсии углеводородов, в котором трубчатый и шахтный конверторы размещены в одном корпусе. Известный конвертор содержит футерованный корпус, в котором размещены вертикальные реакционные трубы, заполненные катализатором для первичной стадии риформинга, которые закреплены в трубных решетках, камеру горения, средство для подвода кислородосодержащего газа, катализаторный слой для вторичного риформинга, трубу для направления газового потока из реакционных труб в камеру горения, при этом выход горячего конвертированного газа соединен с межтрубным пространством реакционных труб, патрубки для поступающего газа и выхода охлажденного конвертированного газа.

(Авторское свидетельство N 1713420, кл. B 01 J 3/04, C 01 B 3/38, опуб. 1992).

Недостатком известного конвертора является недостаточно эффективный теплообмен, обусловленный тепловыми потерями, и невысокая производительность.

Заявленное изобретение направлено на повышение производительности за счет выполнения реакционных труб в виде нескольких отдельных модулей, не соединенных друг с другом, и осуществление более эффективного теплообмена.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Конвертор для каталитической конверсии углеводородов содержит футерованный корпус, в котором размещены вертикальные реакционные трубы, заполненные катализатором для первичного риформинга, решетку для крепления реакционных труб, камеру горения, средство для подвода кислородосодержащего газа в камеру горения, катализаторный слой для вторичного риформинга, газоход для направления газового потока из реакционных труб в камеру горения, при этом выход горячего конвертированного газа соединен с межтрубным пространством реакционных труб, патрубки для ввода исходной парогазовой смеси и вывода охлажденного конвертированного газа, и отличием является то, что реакционные трубы выполнены в виде модулей, содержащих плотные пучки труб, охваченных ограничительной обечайкой, установленных на решетке, размещенной в нижней части корпуса, патрубки подвода исходной парогазовой смеси соединены с нижней частью каждого модуля, патрубки отвода конвертированного газа соединены с каждым модулем и через передаточный коллектор с газоходом для направления конвертированного газа после первичного риформинга в камеру горения, размещенную в верхней части корпуса, катализаторный слой для вторичного риформинга размещен в верхней части корпуса под камерой горения над модулями реакционных труб так, что горячий конвертированный газ равномерно распределяется по модулям в межтрубном пространстве, ограниченном обечайками, при этом внутри модуля в решетке выполнен проход для охлажденного потока конвертированного газа, а патрубок отвода охлажденного конвертированного газа размещен в нижней части корпуса, патрубки подвода и отвода, передаточный коллектор и газоход размещены в специальных полостях, выполненных в футеровке корпуса.

На чертеже изображен каталитический конвертор.

Совмещенный каталитический конвертор углеводородов включает футерованный цилиндрический корпус 1, внутри которого размещены смесительное устройство для подвода и смешения кислородосодержащего газа с конвертированным газом после первичного риформинга 2, свободное пространство для реакции горения горючих компонентов конвертированного газа после первичного рифоринга с кислородом 3, катализаторный слой для проведения процесса конверсии метана с водяным паром 4, катализаторной решетки для поддержания катализатора конверсии метана 5, трубчатые модули 6, включающие реакционные трубы 7, загруженные катализатором конверсии и ограничительную обечайку 8, патрубки подвода исходной парогазовой смеси 9 и патрубки отвода конвертированного газа после процесса первичной конверсии 10, а также опорную решетку крепления модулей 11, передаточные коллекторы конвертированного газа после первичной конверсии в смеситель 12, штуцер подвода кислородосодержащего газа 13, коллектор подвода исходной парогазовой реакционной смеси 14, штуцер отвода конвертированного газа 15, полости для отводящих коллекторов 16, запорный замок 17, газоход для направления конвертированного газа после первичного риформинга в камеру горения 18.

Конвертор работает следующим образом.

Исходная технологическая смесь исходного газа и водяного пара через коллектор 14 поступает в корпус 1, далее через патрубки подвода исходной парогазовой смеси 9 подаются снизу в реакционные трубы 7, загруженные катализатором конверсии углеводородов и собранные в плотный пучок, охваченный ограничительной обечайкой 8, и образующие все вместе модуль 6, который установлен на опорной решетке крепления модулей 11. В реакционных трубах 7 происходит процесс паровой конверсии с образованием смеси водорода, окислов углерода, метана и водяного пара. Из реакционных труб 7 конвертированный газ собирается в патрубки отвода конвертированного газа 10, которые опираются на опорную решетку модулей 11 и служат как несущая конструкция трубного пучка. Патрубки 10 соединены как с каждым из модулей, число которых меняется в зависимости от габаритов корпуса 1 и модулей 6, так и с передаточным коллектором 12, размещенным в специальных полостях 16, сформированных в футеровке совмещенного конвертора 1. Конвертированный газ после модулей 6 первичной конверсии по патрубку 10 далее через передаточный коллектор 12 подается в смеситель 2, сюда же подается кислородосодержащий газ. В свободном пространстве 3 над слоем катализатора конверсии происходит взаимодействие кислорода с горючими компонентами конвертированного газа после первичного риформинга с повышением температуры. Высокотемпературная реакционная смесь поступает в слой катализатора конверсии углеводородов 4, где происходит взаимодействие метана с водяным паром с одновременным понижением температуры реакционной смеси - вторичный риформинг. Пройдя катализаторную решетку 5, горячий конвертированный газ после доконверсии равномерно распределяется по модулям 6, при движении в ограниченном обечайкой 8 межтрубном пространстве которых отдает тепло реакционным трубам, загруженным катализатором. Модули 6 плотно установлены на опорной решетке 11 с помощью запорного устройства 17, что исключает байпасирование греющего газа мимо теплообменных поверхностей реакционных труб 6. Внутри модуля 7 в опорной решетке 11 образован свободный проход для охлажденного в трубных пучках потока конвертированного газа после слоя катализатора доконверсии, который после охлаждения через штуцер 15 выводится из корпуса 1.