Рекуператор для паровой конверсии природного газа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 27 О 17/00; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ССРРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(54)(57) РЕКУПЕРАТОР ДЛЯ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА, установленныйв газоходе и содержащий оЬогреваемыепродуктами сгорания реакционные тру"Ьы с катализатором, размещенным внутри труб, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что,.с целью повышения эффективности и надежности рекуператора, катализатор укреплен в трубе коаксиальноей и .с зазором относительно внутренней поверхности труЬы , при этом отношение наружного диаметра катализатора к внутреннему диаметру трубыравно 0,84-0,96,Изобретение относится к устройствам для регенерации тепла отходящихгазов и может Ьыть использовано в целях экономии топлива для проведения паровой каталитической конверсии 5природного газа, сжигаемого в высокотемпературных огнетехнических установках, наприимер в печах при температу"ре отходящих газов не ниже 1000 С.Наиболее близким к предлагаемому 1 Оявляется известный двухступенчатыйрекуператоф для паровой конверсииприродного газа, установленный в газоходе и содержащий обогреваемые продуктами сгорания реакционные трубы с 15катализатором, размещенным внутритруЬ, Реакция конверсии природногогаза проходит на поверхности катализатора эа счет тепла продуктов сгорания топлива 1 1,20Недостатками известной конструкции рекуператора являются низкая эффективность и надежность аппарата,обусловленная произвольным. ,расположением катализатора внутри труб, 25Эффективность рекуператора конверсии природного газа определяется полнотой проведения процесса конверсиистепенью конверсии) с минимальнымколичеством остаточного метана. Тер"модинамическим условием достижения ;.,достаточно высокой степени конверсииявляется обеспечение необходимогоуровня температуры реагирующей смеси на всей поверхности катализатора.Принятое в прототипе и широко используемое в промышленности расположение катализатора в виде произвольной засыпки гранул во внутреннюю полость реакционной трубы не обеспечивает соблюдения этого условия.Из-эа падения температуры в слое.гранул катализатора от стенки к оситрубы снижается оЬщая степень конверсии, что ограничивает промышленно дос 45тигаемый уровень объемной нагрузки на катализатор производительности) величиной 1750-2000 мЗ/ч природного газа на 1 м объемного катализатора (ч "), что значительнониже максимальной активности катализатора, Низкая степень использовауякатализаторов в условиях слоевойэа:ыпки обусловливает и Ьольшой перерасход катализатора, а соответственно,- неоправданное повышение стоимости рекуператора,Кроме того, недостатком слоевойзасыпки катализатора является свяэанная со снижением температуры в слоеповышенная вероятность выпадения углерода на катализаторе, ведущего к/его дезактивации и разрушению , асоответственно,- к снижению надежности аппарата, Поэтому в промышленныхагрегатах, например в трубчатых печах, процесс конверсии ведется сизбытком пара, значительно превышаЮщим термодинамически необходимый,что обусловливает перерасход дорогостоящего пара на процесс.Цель изобретения - повышение эффективности и надежности рекуператора.Поставленная цель достигаетсятем, что в рекуператоре для паровой конверсии природного газа, установленном в газоходе и содержащемобогреваемые продуктами сгоранияреакционные трубы с катализатором,размещенным внутри труб, катализатор укреплен в трубе коаксиальноей и с зазором относительно внутренней поверхности трубы, при этомотношение наружного диаметра катализатора к внутреннему диаметру труЬы равно О,О 4-0,96.Рекуператор обеспечивает прохождение конвертируемой парогазовойсмеси в узком кольцевом канале междувнутренней стенкой оЬогреваемой снаружи трубы и наружной поверхностьюкатализатора и исключает воэможность общего и локального снижениятемпературы в поперечном сечении реакционного объема внутри труб, а со".,ответственно, и связанных с этим оЬщего снижения степени конверсии и выпадения углерода на катализаторе,ведущего к его дезактивации и разрушению.Одновременно отпадает неоЬходимость ведения процесса с большим избытком водяного пара и соотношениепар-газ может быть снижено с 3;1 кг/мгаза до термодинамического минимального 1,4:1 кг/м , т,е. более, чем в32 раза,Чем меньше величина кольцевогозазора между катализатором и стенкой,т.е,. чем Ьольше соотношение диаметровкатализатора и трубы, тем меньше неоЬходимое время преЬывания смеси в рекуператоре.для достижения требуемойстепени конверсии и, соответственно,тем выше производительность оекуператора го природному газу при прочихравных условиях.660 4метр которого составляет 55 мм, а соотношение диаметров катализатора и трубы соответственно - 0,887.Парогазовая смесь из коллектора . 3 по опускным трубам 5 поступает в зону конверсии, образованную кольце-вым.;каналом 7 между,внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью никелевого катализатора 6 .В кольцевом канале 7 по мере пере-. мещения парогазовой смеси происходит эндотермическая реакция паровой конверсии природного газа на никелевом катализаторе эа счет тепла продуктов сгорания топлива, передаваемого через стенку обогреваемой трубы 4 . ОЬразующийся конвертированный газ по перепускному патрубку 8 отводится в коллектор 9, откуда поступает в горелки печи,Составитель Г, НазароваРедактор А.Пежнина Техред С.Мигуйова Корректор Г.Решетник Заказ 33/2/42 Тираж 615 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изоЬретений и открытий 113035, Иосква, .Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП ффПатент", г, Ужгород, ул,Проектная, 4 3 1016При уровне промышленно освоеннойобъемной нагрузки на катализаторы конверсии природного газа, составляющей1750-2000 ч ", при соотношении диаметров около 0,9 может быть достиг- юнута объемная нагрузка по природномугазу, вдвое превышающая современныйуровень.При практической реализации экспе:риментальных данных в промышленных усВловиях с учетом их аЬсолютной погревности, составляющей 0,06, областьоптимального соотношения диаметров находится в интервале 0,84-0,96,На чертеже изображена схема предлагаемого рекуператора.Рекуператор включает расположенныев газоходе 1 обогреваемые продуктамисгорания топлива реакционные трубы 2,закрепленные на распределительном . . 20коллекторе 3 для подвода парогазовой смеси.Реакционные трубы состоят из наружных оЬогреваемых труб 4 из стали20 Х 23 Н 18 диаметром 70 х 4 и расположенных коаксиально внутри них опускныхтруЬ 5 наружным диаметром 32 мм. Наопускных трубах 5 коаксиально внутренней поверхности наружных труб закреплен катализатор 6, наружный диа- ЗО Годовой, экономический эффект от внедрения изобретения на 10 печах с расходом природного газа 580 м/ч составит (без учета снижения расхода катализатора, снижения капзатрат на изготовление и сокращения аварийных простоев) Э=2,98-1,4)х 7,0 хО:64 х 580 хбОООх 10= =225,2 тысруб./год.