Проект на инсталация за очистване на процесният кондензат от производство. Компоненти на природен газ, страница 3

2.ХИМИЗЪМ НА ПРОЦЕСИТЕ

2.1. Хидродесулфуриране

Природният газ, съдържащ сяра до 100 промила, се смесва с рециклажен газ, който съдържа водород, така че да се получи съотношение 0.25 : 0,50 мола водород за 1 мол въглерод. Подгрява се до 400°С в пещта F1206, след което постъпва в реактора  R1201, зареден с кобалтов молибдат.Реакциите на деструктивно хидриране превръщат органичните серни съединения: меркаптани - C₂H₅SH, дисулфиди -C₂H₅SSC₂H₅, тиофени- С₄Н₄S, тиофани- С₄Н₈S  в сероводород:

C₂H₅SH + H₂ ↔ C₂H₆ + H₂S

C₂H₅SSC₂H₅  + 3H₂ ↔ 2C₂H₆ + 2H₂S

C₄H₄S + 4H₂ ↔ C₄H₁₀ + H₂S

Полученият сероводород се абсорбира от цинков оксид, зареден в реактора  R1200

2.2. Реформинг

Реформингът на природния газ се извършва на две степени.В първичен реформинг газа реагира с водната пара до образуването на водород, въглероден окис и въглероден двуокис. Във вторичен реформинг се добавя въздух, който трябва да осигури необходимият азот и да подпомогне   конверсията   на   метана.

2.2.1. Първичен  реформинг

Сместта от пара, десулфуриран природен газ и рециклажен газ постъпва в активните тръби на пещта за първичен реформинг F1201 с температура около 400°С. Реакцията протича над никелов катализатор.    Прибавянето на парата се регулира внимателно за поддържане на съотношение 3,6 мола пара за един атом въглерод.Топлината се осигурява чрез изгарянето на природен газ в шахтата на пещта и cе предава през стените на активните тръби към реагиращата върху катализатора парогазова смес. Технологичният газ напуска активните   тръби   с   температура   максимално 804°С и налягане 29,16 кг/см2.

Максимално допустимото налягане е избрано така, че да се намалят разходите за компромиране на газа. Температурата на газа и съотношението на парата и газа се оптимизират във връзка с концентрацията на метана и цената на горивото. При амонячния цикъл метанът е инерт и затова е необходимо на изход от реформинга концентрацията му да се сведе до минимум.

В  първичен  реформинг   протичат  следните   процеси:

СН₄ + Н₂О = СО + ЗН₂ – 206.27 kJ/mol

СН₄ + 2Н₂О = СО₂ + 4Н₂ – 164 kJ/mol

СН₄  + СО₂ =  2СО + 2Н₂  - 251.46 kJ/mol

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ + 41 kJ/mol

Всички тези реакции са равновесни и силно зависими от температурата  и  съотношението на пара/ газ.

Общия ефект от протичащите реакции е ендотермичен,така че за протичане на процесите е необходимо внасяне на голямо количество топлина.Парата се подава в излишък, за да се избегне образуването на въглерод и отлагането му върху катализатора.

Образуването на въглерод върху катализатора на първичен реформинг  става в следните  случаи:

Чрез термично разлагане на въглеводородите.

Тази реакция за образуване на въглерод протича бавно и води до отлагане на сажди. Обикновено този въглерод се отстранява  чрез  продухване  на  активните  тръби със смес от пара и въздух.

СН₄ = С + 2Н₂

Чрез разлагане на получения въглероден окис 

2СО = С + СО₂

Този въглерод се образува и отлага вътре в гранулите на катализатора и причинява непоправими беди. Реакцията протича мигновено, когато съотношението пара въглерод падне под границата за сигурност на     системата.

2.2.2. Вторичен   реформинг

Технологичният газ от първичен реформинг се смесва с въздух, подгрят до 500°С, в горната част на вторичен реформинг. Количеството на въздуха се регулира внимателно така, че да се осигури определено съотношение - 3:1 на водорода и азота в синтезния газ.

Част от водорода и въглеродния окис реагират с кислорода от   въздуха  съгласно  реакциите:

2Н₂+ О₂ = 2Н₂О + 147.7 kJ/mol

2СО + О₂ = 2СО₂ + 158.16 kJ/mol

Реакциите са силно екзотермични, поради което температурата се повишава много.След това газът минава през катализаторния слой:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂  + 41.17 kJ/mol

СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂   -  206.27 kJ/mol

Общият ефект от последните две реакции е поглъщане на топлина, така че при преминаване на газа през катализатора температурата се понижава и напуска вторичен реформинг с около 950°С.