5.1 Принципиальная схема процесса показана на рисунке № 5.1.
Природный газ от границы установки под давлением 12 кг/см2 поступает в барабанный сепаратор природного газа (RG280-F), где происходит удаление конденсата, содержащегося в газе. Далее природный газ смешивается с частью реформированного газа (в первоначальный момент запуска вместо реформированного газа используют водород) и проходит через змеевики подогрева смешанного газа (RG301-C8), расположенные в конвективной секции реформера (RG301-C1), где он нагревается до температуры 370 0С. После подогрева газ поступает на установку десульфурации, состоящую из гидрогенизатора (RG295-F) и двух десульфураторов (RG290-F1/F2), где происходит удаление серы, содержащейся в природном газе до максимально допустимого уровня (0.5 ppm) для предотвращения отравления катализатора в трубах реформера. После этого смешанный газ, не содержащий серы, поступает в точку смешивания с перегретым паром в соотношении пар/углерод приблизительно 2.2 к 1 по объему.
Смесь направляется в змеевики конвективной секции реформера (RG301-C2) где подогревается до температуры 5500С, и далее в реакционные трубы, заполненные катализатором на никелевой основе, находящиеся в секции радианта реформера, в которых проходят реакции конверсии природного газа с паром. В результате этих реакций получается реформированный газ. Потребность в тепловой энергии для секции генерирования реформированного газа удовлетворяется за счет сгорания газообразной топливной смеси, состоящей из природного газа и сбросного газа с цикла восстановления.
Так как, для избежания осаждения углерода на катализаторе, конверсия происходит при значительном избытке окислителя (пара), реформированный газ на выходе из реформера содержит больше количество влаги, которую требуется удалить путем конденсации в результате охлаждения газа. Реформированный газ, выходящий из реформера с температурой 830 0С и давлением 7 кг / см2, проходит через котел - утилизатор (RG410-С) и подогреватель котловой воды (RG420-C), где происходит утилизация тепла потока реформированного газа с целью генерирования насыщенного пара. Затем реформированный газ проходит через систему охлаждения с целью удаления воды: охладительная диафрагма (RG430-C) и холодильник реформированного газа (RG440-E). После удаления влаги направляется к месту смешивания с рециркулирующим восстановительным газом и поступает в секцию восстановления.
5.1.1 УСТАНОВКА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Природный газ подаваемый в реформер, предварительно подвергается очистке от сернистых соединений на установке десульфурации, что исключает отравление катализатора серой, снижает опасность образования углерода и повышает, в следствии этого восстановительный потенциал реформированного газа.
Установка десульфурации состоит из гидрогенизатора (RG295-F), заполненного кобальто-молибденовым катализатором и двух реакторов окиси цинка -ZnO (RG290-F1 / F2), включенных в цепь последовательно и работающих одновременно.
Удаление серы содержащейся в природном газе в виде сероводорода происходит в результате следующей реакции:
ZnO + H2S = ZnS + H2O (1)
Перевод серосодержащих соединений (меркаптанов и сероуглеродов) в сероводород происходит в гидрогенизаторе с кобальто-молибденовым катализатором “COMОХ” по следующим реакциям:
RSH + H2 = RH + H2S (2)
COS + H2 = СО + H2S (3)
Для протекания этих реакций необходима температура 3700 С, которая достигается путем подогрева природного газа в змеевике конвективной секции (RG301-C8), с использованием тепла дымовых газов.
Водород, необходимый для реакций гидрогенизации поступает с частью холодного реформированного газа после башни охлаждения реформированного газа (RG440-E) и при помощи компрессора гидрогенизатора (RG293-J1/J2) подается в линию природного газа,
реформированный
газ
RG301-C1
1 2
3 4
5 6
природный газ
РИС. 5.1 Принципиальная схема участка производства реформированного газа.
смешиваясь с ним. Газовая смесь должна содержать приблизительно 4% водорода (по объёму).
В период первоначального запуска реформера водород подается от баллонов с Н2.
В работе постоянно находятся два реактора ZnO (реакторы обеспечены клапанами (Рис. 5.2) позволяющими переключаться с первого реактора (по ходу газа) на второй, т.е. менять их местами, а также позволяет менять ZnO без остановки установки). Каждая загрузка ZnO позволяет работать до 6 месяцев,с удалением максимального содержания H2S в газе от 25 ppm до 0.5 ppm. Сигналом для замены ZnO, служит появление серы на выходе из реактора, расположенного первым по ходу газа.
 |
5.1.2 ПАРОВОЙ РЕФОРМЕР.
Десульфурированный природный газ с Т=363оС смешивается с перегретым паром Т=276оС в определенной пропорции (соотношение ПАР/УГЛЕРОД не менее 2.2) и поступает в змеевик (RG301-C1), где нагревается до температуры Т=550оС. Этот поток газа проходит через 180 реакционных труб секции радианта реформера (RG 301-B), где смесь газ/пар конвертируется в Н2, СО и СО2 с избытком пара, на никелевом катализаторе.
Реакции реформинга сильно эндотермические. Необходимая энергия обеспечивается горением сбросного газа как основного топлива и природного газа как подпитка. Возможно использование для горения реформированного газа вовремя коротких остановок секции восстановления. Реформированный газ из реформера имеет температуру 830оС и Р = 7 кг/см2.
Горение происходит в верхней части реформера, который состоит из двух секций:
- секции радианта, где расположены реакционные трубы;
- конвективной секции, где расположены змеевики для утилизации тепла отходящих дымовых газов.
На своде реформера,между рядами труб с катализатором расположены горелки, на которые подается природный газ, топливный газ и воздух горения, для создания тепла необходимого для реакций реформинга.
В реакционных трубах протекают следующие реакции реформинга:
СnHm + nH2O = nCO + (n+m/2)H2 (реакция реформинга) (4)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (реакция реформинга) (5)
CO + H2O = CO2 + H2 (реакция водяного газа) (6)
Газ выходящий из реакционных труб реформера представляет собой смесь состоящую из Н2,СО,СО2,непрореагировавшего СН4 и пара.
Для избежания осаждения углерода на катализаторе необходимо подавать пара больше, чем требуется для реакции реформинга по стехиометрии. Осаждение углерода вызывает снижение активности катализатора, что приводит к снижению степени конверсии и перегреву реакционных труб. При экстремальных условиях, т.е. при полной отсечке пара образование углерода происходит очень быстро полностью забивая трубы и вызывая разрушение катализатора.
Реакции образования углерода следующие:
2СО = С + СО2 (реакция Будуара) (7)
СО + Н2 = С + Н2О (разложение СО) (8)
СН4 = С + 2Н2 (крекинг метана) (9)
При достаточном количестве пара и температуре на входе в реакционные трубы реформера не более 550ОС, реакции (7,8, 9) не происходят. И следовательно реформер не должен работать с соотношением пар/углерод не ниже 2.2. Если углерод отложился в небольшом количестве, он может быть удален паром при температуре около 900оС.
5.1.3 СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ РЕФОРМИРОВАННОГО ГАЗА С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛА.
Тепло реформированного газа используется для получения пара высокого давления в котле -утилизаторе (RG410-C) и для предварительного нагрева BFW (BFW - котловая вода) в преднагревателе BFW (RG420 -C). Газ охлаждается до 610 С в охладительной диафрагме (RG430-C), в результате прямого контакта с водой. Далее газ охлаждается до 310 С в башне охлаждения (RG440-E), где удаляется влага из реформированного газа. На выходе из башни охлаждения в реформированном газе содержится приблизительно 1% воды.
Давление реформированного газа на выходе из башни охлаждения поддерживается при нормальной работе 6,2 кг/см2.
Небольшая часть реформированного газа отбирается до и после преднагревателя котловой воды (RG420-C) и направляется на конвертор CS2 (PG260-D) с Т = 270ОС.
Также небольшая часть реформированного газа после башни охлаждения направляется на гидрогенизатор.
Горячие дымовые газы, выходящие из радиационной части реформера используются для нагрева змеевиков бойлера 1 (RG301-C3), змеевиков нагрева смешанного газа (RG301-С2) и далее по ходу змеевиков подогрева природного газа (RG301-C8).
Для регулирования производства пара и для аварийного производства пара в зимних условиях, когда реформер в холодном состоянии, используется вспомогательное горение с помощью 5 горелок расположенных в конвективной секции. Когда нет природного газа, в качестве топлива может использоваться керосин.
Это тепло используется для генерации пара в змеевиках вспомогательного бойлера (RG301-C9), змеевиках бойлера II (RG301-C0), змеевиках пароперегревателя (RG301-C5).
Оставшееся тепло используется для подогрева котловой воды в змеевиках (RG301-C10) и воздуха для горения в змеевиках (RG301-C11). Дымовые газы с температурой 1600С выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу (RG355-F) при помощи дымососа (RG352- J).
5.1.4 СИСТЕМА ПАРА.
На участке реформера производится большое количество пара.Часть его используется для реакций реформинга, а остальная часть идет на турбогенератор.
Котловая вода, используемая для производства пара, приходит из деаэратора WS-220U с Т=110оС и подогревается в подогревателе котловой воды (RG-420-C) и далее подогревается до Т=250оС в змеевиках подогрева BFW (RG 301-10) перед подачей в паровой барабан (RG 510-F). Количество BFW регулируется потоком пара, выходящего из парового барабана и уровнем воды в нем, основанном на трехэлементном контроле.
Пар давления 65.5 кг/см2 образуется посредством естественной циркуляции BFW через бойлер утилизации тепла реформера (RG 410-C), бойлеров дымового газа (RG 301-C3,
RG 301-C0) и змеевики вспомогательного бойлера (RG 301-C9). Выработанный пар перегревается в змеевиках перегревателя (RG 301-C5) и посылается в коллектор пара высокого давления (HP - высокое давление). Пар из коллектора среднего давления (МР- среднее давление) используются как пар процесса реформинга. Дополнительный насыщенный пар высокого давления посылается напрямую из парового барабана на контроль давления пара среднего давления, как пар для процесса. Змеевики пароперегревателя имеют ребра для увеличения поверхности теплообмена. Уровень загрязнения трудно-растворимых солей в паровом барабане поддерживается постоянной продувкой из парового барабана в барабан непрерывной продувки.
5.1.5 ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА.
Для отопления реформера используется четыре вида топлива:
- топливный сбросной газ из цикла восстановления как приоритетное топливо. При полной производительности установки, это топливо обеспечивает главную потребность в тепле.
- природный газ от границ поставки, как подпиточное топливо для поддержания калорийности (и при запуске) и как основное топливо для горелок вспомогательного бойлера.
- реформированный газ в течении коротких или плановых остановок секции восстановления, когда в наличии нет сбросного газа, но реформер работает.
- керосин в течении зимнего периода на горелки вспомогательного бойлера, когда нет в наличии природного газа.
Воздух для горения поступает из воздуходувки (RG 351-J), предварительно нагреваясь в бойлере барабана непрерывной продувки RG 353-C и нагреваясь до 190оС в змеевиках подогревателя воздуха горения (RG301-C). Воздух на вспомогательные горелки поступает из той же воздуходувки, минуя преднагреватель с окружающей температурой, или в зимнее время с Т=5оС, используя рециркуляцию горячего воздуха из RG 301-C11 (подогреватель воздуха горения).Воздух подогревается до 190 оС.
Избыток воздуха в зоне радианта составляет 10%, в вспомогательной зоне до 15%
при полной производительности.
Дымовые газы отсасываются из топки через конвективную секцию при помощи дымососа (RG 352-J), поддерживая разряжение в топке реформера -4мм вод. ст. при помощи заслонки тяги дымососа. Дымовые газы сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу (RG355-F) с температурой не ниже 113 оС для предотвращения кислотной коррозии. Максимальная точка росы кислоты в дымовом газе при нормальной работе 113 оС
5.1.6 СИСТЕМА СБРОСОВ И ЗАЩИТА ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Сброс жидкости
Существует только один постоянный сброс жидкости- продувка парового барабана.
Для контроля проводимости, осуществляется постоянная продувка парового барабана, устанавливаемая посредством ручного управления клапаном, посылая пар в барабан непрерывной продувки. Продувка регулируется при помощи контроля уровня и сбрасывается в систему воды для технологического процесса. Пар из барабана продувки направляется в коллектор пара низкого давления (LP).
Сброс дыма (газообразный сброс)
Здесь существует только один сброс дымовых газов секции реформера. Дымовые газы,
образующиеся в реформере (RG 301-B), сбрасываются в атмосферу при температуре 160оС.
Состав дымового газа:
N2 - 69.92 % O2 - 1.89 %
H2O - 19.23 Ar - 0.84 %
CO - 100 мг/м3 СО2 - 8.63 мг/м3
SOX - 30 мг/м3 NOX - 150 мг/м3
Система защиты от превышения давления
Для защиты от превышения давления на установке применены предохранительные сбросные клапана. Они устанавливаются в соответствующих местах и механически предотвращают повышение давления выше проектного. Сбросные предохранительные клапана это исключительно механические устройства, срабатывающие от превышения давления.
Причины срабатывания сбросных предохранительных клапанов:
- закрытие выхода
- неправильное управление клапаном
- авария с трубами теплообменника
- гидравлическое расширение
- пожар
Основные потоки процесса могут быть так же сброшены в свечной коллектор при помощи контрольных клапанов. Здесь в качестве контроля будет точка устанавливающая давление сброса всегда ниже проектное давление (разрешенное). В этом случае в срабатывание сбросных клапанов нет необходимости.