Способ получения водородсодержащего газа

Изобретение относится к способамполучения водородсодержащих газоз втрубчатых печах и может быть использовано в химической промышленности приполучении технического водорода итехнологических газов для синтезааммиака, метанола, высших спиртов.Известен способ получения водородсодержащего газа в трубчатой печипутем паровой конверсии природного 1 Огаза на никелевом катализаторе при800 С эа счет тепла, подводимого через стенку трубы. Скорость протеканияприродного газа через слой катализатора постоянна 1.1 3,15Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ полученияводородсодержащего газа в трубчатойпечи с отношением длины реакционнойтрубы к ее диаметру, равным 50-150,путем каталитической конверсйи природного газа в присутствии пара припбвышенных температуре и давлении.Парогазовую смесь в реакционные трубы, заполненные никелевым катализатором, подают прямотоком с постояннойскоростью, равной 1-15 м/с, Внешнийподвод тепла осуществляют с помощьюрадиационно-конвективных горелок.Конверсию проводят в одной зоне при800-830 ОС на выходе из реакционныхтруб и давлении 20-40 атм. Составсухого конвертированного газа на вы"ходе, об,7: Н 78,1; СО 10,2; СО 2 11,3;СН 1 0,4. Содержание целевого продукта (Н 2+СО) равно 88,3 об.7 1.2 3Недостатками известных способовявляются высокое гидравлическое сопротивление (4-5 атм) и низкий выход 4 Оцелевого продукта (Н+СО) вследствиемалого времени контакта реагентовпри скоРости газового потока 1-15 м/с.Укаэанные недостатки объясняютсятем обстоятельством, что паровая 45конверсия природного газа проводитсянепосредственно в одной зоне при постоянно высоких скоростях и температуре.Целью изобретения является снижение гидравлического сопротивленияи повышение выхода целевого продукта(Н+СО) эа счет увеличения временикойтакта.Поставленная цель достигается 55тем, что согласно способу полученияВодородсодержащего газа в трубчатойпечи с отношением длины реакционной трубы к ее диаметру, равным 50-150,путем каталитической конверсии природного газа в присутствии пара приповышенных температуре и давленииконверсию осуществляют последовательно в двух зонах реакционной трубы, при этом парогазовую смесь подаютв первую зону со скоростью 1-35 м/с,а во вторую зону со скоростью 0,010,30 м/с и температуру в первой зонеподнимают от 450 С до 600-700 С,а во второй зоне до 830-860 С.Кроме того, соотношение объемовпервой и второй зон составляет1: (1-5) .Применение предлагаемого способапозволяет снизить гидравлическое сопротивление И увеличить выход целевого продукта (Н +СО).2Это обусловлено особенностямипроведения процесса конверсии. Разделение реакционного пространства надве зоны целесообразно тем, что впервой зоне при большой скорости га-.зового потока (1-35 м/с) возможнобыстро подогреть исходную парогазовую смесь до температуры интенсивно,го протекания реакции во второй зоне(от 450 С до 600-700 С).Во второй зоне реакцию конверсииосуществляют при гораздо меньших скоростях газового потока, создающихменьшее гидравлическое сопротивление.В результате увеличения времени контакта фаз получают более полный выход целевого продукта по сравнениюс известным способом,Выбор границ скоростей газовогопотока обусловлен следующим: прискорости газового потока в первойзоне ниже 1 м/с и ниже 0,01 м/с вовторой зоне теплоотдача от стенкитрубы будет незначительной и недостаточной для начала протекания реакции;вьппе же верхнего предела 35 м/с впервой зоне и 0,30 м/с во второй существует опасность снижения степениконверсии вследствие проскока метана и уменьшение образования целевогопродукта. Нижний температурный предел (450 С) выбран исходя из обычных известных условий подогрева газовой смеси для трубчатых печей в промьпдленных условиях. Повышение температуры газового потока в первой зоне с 450 С до 600-700 С способствует интенсивному началу протекания процес3 1104 са, более высокий подогрев привел бы к отложению .углерода в подводящем канале и на стенках реакционных труб. Повышение температуры газового потока до 830-860 ОС во второй зоне дает5 возможность получить повышенный выход целевого продукта.Отношение объема первой зоны ко второй, равное 1:(1-5), способствует наиболее равномерному распределению 10 газовых потоков по зонам и приводит к снижению гидравлического сопротивления и повышению выхода целевого продукта.П р и м е р 1. Трубчатый реактор высотой 12 м с внутренним диаметром реакционной трубы 0,08 м (отношение длины реакционной трубы к ее диаметру 150: 1) разделяют на две зоны. Отношение объема первой по ходу газа зоны ко второй равно 1:1. Первую зону полностью загружают никельсодержащим промышленным катализатором ГИАП. Скорость парогазового потока в первой зоне поддерживают равной 1 м/с, тем пературу повышают от 450 до 700 С. Остаточный метан на выходе из первой зоны составляет 40 об.7. Затем реакционную смесь подают во вторую зону таким образом, чтобы смесь вначале прошпа вертикально расположенный пустой канал, отделенный от катализатора перфорированным элементом. Затем реакционная смесь через отверстия в перфорированном элементе проходит слой катализатора и через такие же35 отверстия во втором перфорированном элементе выходит через пустое пространство второго канала из реактора. Скорость парогазового потока во вто 40 рой зоне поддерживают равной 0,01 м/с. Температуру повышают от 700 до 860 С. Выход целевого продукта (Н +СО) пре 2 вышает известное значение на 0,7 об.7. Нагрузка по природному газу на один реактор составляет 70 нм /ч. Гидрав 45 лическое сопротивление равно 3 атм. П р и м е р 2. Трубчатый реактор высотой 10 м с внутренним диаметром50 реакционной трубы 0,2 м (отношение реакционной трубы к ее диаметру 50) разделяют на две зоны. Отношение объема первой по ходу газа зоны ко второй равно 1:5. Первая зона пред 55 ставляет собой кольцевой канал, образованный внутренней поверхностью 103 ареакционной трубы ивнешней поверхностью полой цилиндрической вставкис турбулизаторами, покрытой напыпен"ным промышленным никелевым катализатором ГИАПи вставленной сооснос реакционной трубой. Скорость парогазового потока в первой зоне поддерживают равной 35 м/с, температуру повышают от 450 до 600 С. Остаточный метан на выходе из первойзоны составляет 80 об,7. Во второйзоне процесс проводят аналогично .описанному в примере 1 с той разницей,что скорость парогазового потокаво второй зоне поддерживают равной0,30 м/с, температуру повышают от600 до 830 С. Выход целевого продуКта (Н+СО) превышает известное значение на 0,2 об.7. Нагрузка по природному газу на один реактор составляет 80 нм/ч. Гидравлическое сопротивление равно 1,5 атм.П р и м е р 3. Трубчатый реакторвысотой 12 м с внутренним диаметромреакционной трубы 0,1 м (отношениедлины реакционной трубы к ее диаметру 120) разделяют на две зоны. Отношение первой по ходу газа зоны ковторой равно 1;2Процесс проводятаналогично описанному в примере 1 стой разницей, что скорость подачипарогазовой смеси в первой зоне составляет 15 м/с, а во второй - О, 1 м/с,температуру газового потока в первойзоне повышают от 450 до 650 С, вовторой зоне от 650 до 850 С. Остаточный метан на выходе из первой эоны составляет 54 об.Х. Выход целевого продукта (Н+СО) превышает указанные вьппе в аналогах значения на0,7 об.Х. Нагрузка по природномугазу на один реактор составляет60 нм /ч. Гидравлическое сопротивление равно 2 атм,В таблице приведены сравнительныепоказатели процесса получения водородсодержащих газов по предложенномуи известному способам,Как видно из таблицы, выход целевого продукта (НЕСО) повышается посравнению с известным способом на0,2-0,7 об 7., а гидравлическое сопротивление снижается в среднем на50 Х, что, в свою очередь, позволитснизить энергозатраты на осуществление предлагаемого способа получения1104 103 Способ Параметры процесса Предлагаемый Известный 2 зона 1 зона 2 зона 1 зона 2 зона 1 зон Скорость парогазовогопотока, м/с 0 30 15 0 1 0,01 35 850 Выход целевого продук"та (Н, + СО), об.% 89,0 88,3 89,0 88,5 Нагрузка по природному газу, нм /ч 60 80 60-80 70 Гидравлическое сопротивление, атм 4-5 Составитель Е, КорниенкоРедактор Г. Волкова Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Муска Тираж 464 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 5152/15 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Температура в реакционном пространстве,С 700 860 600 830 650 850