Способ получения технологического газа

(19) 11) 7142 А 01 В 3/3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Обам мо- роспособа обеспечивает высовность про 2 табл,ую эфФе цесса,стному ого гаубчатом 0;1 м, тором ость45.Внеш слояидравли лиэаМа. ичес вт тр ал ра но г катОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧГО ГАЗА(57) Изобретение относится к спополучения технологического газажет быть использовано в азотной Изобретение относится к способамполучения технологического газа конверсией углеводородов в трубчатомреакторе и может быть использовано вазотной промышленности,Цель изобретения - увеличение производительности процесса,П р и м е р 1, Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа водяным паром,Применяют природный гаэ,следующегосостава, об.7: ГН 94,0; С Н 3,0;С Н 2,0;1,0, Природный гаэ в количестве 112 нмЗ/ч смешивают с336 нм /ч водяного пара (соотношениепар:газ = 3:) и с давлением 4,0 МПаи температурой 500 С подают в реактор, где на катализаторе конвертируют до степени превращения метана763, Обраэуетсв 634,1328 нм /ч технологического газа следующего состава,оГ.Е: ОН 3,98;СО)4,55;СС)10,06;Н 45,531 0,18;НО 33,7.Температура газа навыходе из ре,ктора 980"С. мышленности. Для осуществления спосо .ба происходит конверсия углеводородовс водяным паром или смесью водянойпар - углекислота под давлением 47 Па при 500. 1050 С на поверхностикатализатора в трубчатом реакторе.С целью увеличения производительности процесса конверсию осуществляют вреакторе, выполненном в виде каталитической трубы с уложенными внутринее капиллярными каталитическимитрубками диаметром 0,001-0,005 м,Применение П р и м е р 2 (по известному способу), Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в труб чатом реакторе внутренним диаметром 0,1 м, заполненным зернистым катализатором размером 0,015 х 0,015 х 0,005 м, Пустотность зернистого слоя 0,45, Внешняя поверхность катализаторногоаслоя 1 м длины реактора 1, 796 м . Гидравлическое сопротивление слоя катализатора 1 м длины реактора 0,02538 И 1 а. р и м е р 3 (по извесобу ). Получение технологз осуществляют по примеруреакторе внутренним циамезаполненным зернистым катразмером 0,003 х 0,003 м.узернистого слоя каталиэатняя поверхность катализато1 м длины реактора 8,635ческое сопротивление слоятора 1 м длины реактора 0П р и м е р 4. Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном иэ каталитической трубы свнутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярнымитрубками наружным диаметром 0,003 м,внутренним 0,001 м, На внутреннюю поверхность трубчатого реактора нанесен Ослой никелевого катализатора толщиной 0,6 мм, пористость слоя 407 Навнутренних и наружных поверхностяхкапиллярных трубок также нанесеныслои никелевого катализатора толщиной по 0,15 мм, пористость слоя 337,Капиллярные каталитические трубкиуложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядке, их количество 820 шт, общая пустотность между трубками и внутри них 0,373.Суммарная внешняя поверхность ка"талиэаторного слоя 1 м длины реахт. -ра 10,613 мГидравлическое сопротивление катализаторного слояи дли 25ны реактора 0,00826 МПа,П р и и е р 5. Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом ре .кторе, изготовленном из каталитической трубы свнутренним диаметром 1, м, заполненным каталптическими кспиллярными трубками нару кным диаметгом 0,004 м,внутренним 0,001 м, Толщина слоя катализатора ."а внутренней поверхностиреактора О,Ь мм, на псверхностях капиллярных трубок - по 0,2 мм, Сердняя пористость катализаторного слоя373, Капиллярные каталитические трубки уложены в каталитической трубе реактора в шахматном порядкеих количество 461 шт, пустотность между трубками и внутри них 0,3245,Суммарная внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 7,5517 м , Гидравлическое сопротивление катализаторного слоя 1 м длиныреактора 1,22210 МПа,П р и м е р 6, Получение технологического газа осуществляют по примеру 1 в трубчатом реакторе, изготовленном из каталитической трубы свнутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярными трубками наружным диаметром550,05 м, внутренним 0,002 м. Толщинаслоя катализатора на внутренней поверхности реактора 0,6 мм, на поверхностях капиллярных трубок - по 0,25 мм,средняя пористость каталиэаторногослоя 40 Х, Капиллярные каталитическиетрубы уложены в каталитической трубереактора в шахматном порядке, их количество 295 шт, пустотность междутрубками и внутри них 0,422,Суммарная внешняя поверхность каталиэаторного слоя 1 м длины реактора6,7991 м , Гидравлическое сопротивление каталиэаторного слоя 1 м длиныреактора 0,468 О МПа,В табл,1 приведены параметры известного и предлагаемого способов получения технологического газа по примерам 2-6,В качестве исходного принят пример 2, так как в промышленности применяются катализаторы цилиндрические с центральным отверстием размером 0,015 х 0,015 х 0,005 м. При расчете относительных характеристик данные примера 2 приняты за единицувнешней поверхности катализаторногослоя и гидравлического сопротивленияслоя 1 м длины реактора и аналогичныепараметры других примеров определены делением их абсолютных величин напараметры реактора примера 2, Относительная длина реактора, необходимаядля получения данного количества газа, вычислена делением величин внешней поверхности каталиэаторного слояпримеров 3-6 на аналогичную характеристику примера 2, поскольку вовсех примерах диаметр реактора является постоянным,Производительность процесса вычислена по величине снижения расходакатализатора и объема реактора прииспользовании каталитической трубыс капиллярными каталитическими трубками для осуществления конверсии112 нм ч природного газа до степениконверсии 767, При этом объем реактора по известному способу принят заединицу,Как видно иэ данных табл,1, прииспользовании предлагаемого способадля получения определенного количества технологического газа иэ данногоколичества природного газа при постоянных соотношениях пар:гаэ, степениконверсии метана, температурах и давлениях процесса за счет увеличениявнешней поверхности катализатора впредлагаемом способе возрастает в3,79-5,91 раза, что в свою очередь,при постоянном диаметре реактора2 6кое сопротивление слоя катализатора1 м длины реактора 0,0206 МПа,П р и м е р 9, Получение технологического газа осуществляют попримеру 1 у трубчатом реакторе, изготовленном иэ каталитической трубыс внутренним диаметром 0,1 м, заполненным каталитическими капиллярнымитрубками наружным диаметром 0,003 м,внутренним 0,001 м, Толщина катализаторного слоя на внутренней поверхности трубчатого реактора 0,6 мм, пористость слоя 40 Е, На внутренних и наружных поверхностях капиллярных трубок нанесены слои катализатора по0,15 мм, пюристость этого слоя ЗЗЕ,Каталитические капиллярные трубки расположены в каталитической трубе вшахматном порядке, их количество820 шт.общая пустотность между трубками и внутри них 0,373,Суммарная внешняя поверхность каталиэаторного слоя 1 м длины реактора 10,613 м , Гидравлическое сопротивление каталиэаторного слоя 1 мдлины реактора 0,405 10 МПа.В табл,2 приведены параметры известного и предлагаемого способов полу ения технологического газа по примерам 8 и 9,Как видно из данных табл,2, прииспользовании предлагаемого способадля получения 579, 319 нм з/ч технологического газа из 130 нм /ч природ 3ного газа при постоянных параметрахтемпературы, давления и соотношенияпар:газ производительность катализатора возрастает в 4, 1 раза за счетувеличения внешней поверхности, приэтом требуемая высота реактора припостоянном его диаметре составляетвсего 0,244 частей высоты известногореактора, Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора впредлагаемом способе составляетвсего 0,197 частей сопротивления слояв известном реакторе.Таким образом, осуществление предлагаемого сйособа получения технологического газа конверсий углеводородов в трубчатом реакторе, выполненном в виде каталитической трубы изаполненной капиллярными каталитическими трубками, позволяет существенно повысить эффективность процессовконверсии углеводородов эа счет развитой поверхности катализатора капиллярных трубок и низкого гид 5 152714 резко сокращает длину реактора. Длина реактора для предлагаемого реактора составляет 16,9-26,47 длины известного реактора, Гидравлическое сопротивление слоя катализатора реактора в предлагаемом способе составляет всего 0,184-0,325 частей гидравлического сопротивления зернистого слоя катализатора размером 0,015 х 0,015 х х 0,005 м, В примере 3 снижен размер зернистого катализатора до 0,003 х х 0,003 мм, при этом поверхность катализаторного слоя возрастает по сравнению с данными примера 2 в 4,81 раза, но одновременно резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя катализатора, прирост величины гидравлического сопротивления слоя составляет 5,426 раэ, 20Таким образом, данные примеров 1-6 показывают, что предлагаемый способ получения технологического газа конверсией углеводородов в трубчатом реакторе с капиллярными каталитичес кими трубками позволяет резко повысить эффективность процесса эа счет увеличения внешней поверхности катализатора и снижения гидравлического сопротивления слоя потоку газа, 30П р и м е р 7, Получение технологического газа осуществляют конверсией природного газа смесью водяного пара и углекислотой. Применяют природный гаэ следующего состава, об,Е: СНд 94,47; СО 0,6; С Н 3; С Н0,6; СН 0,43; Х 0,9, Природный газ в количестве 130 нм /ч смешивают с водяным паром и углекислотой при соотношении гаэ: водяной пар:СО=1;1,7:0,3 иос температурой 500 С и давлением 7,0 МПа направляют в реактор, где на поверхности катализатора конвертируют до степени превращения метана 673, Образуется 579,319 нм /ч технологического газа следующего состава, об,7.: СН 7,0; СО 17,68; СО 5,56; Ь О, 13, Н46,49; Н О 23, 14, Технологический гаэ с температурой 1050 С выводят из трубчатого реактора, 50П р и м е р 8 (по известному способу). Получение технологического газа осуществляют по примеру 7 в трубчатом реакторе внутренним диаметром 0,1 м, заполненным зернистым катализатором размером 0,010 х 0,010 м, Пус тотность зернистого слоя 0,45. Внешняя поверхность катализаторного слоя 1 м длины реактора 2,59 и , Гидравличес1527142 Предлагаемый способ является перспективным, его реализация в промьппленности повьш 1 ает производительность реакторов получения технологического газа конверсией углеводородов в несколько раэ,Формула изобретения при их создании и эксплуатации. ПроиэвоХарактеристики 1 идлины реактора ОтносительСтепень конКоличестПример Количествообразуящегося техСоот- ноаедительная длинареактора,необходимая во конвертируемого природногогаза,нмз/ч ность Х ние нологичес- В , ика Р, Па пар:гаэ версии,для получения данногоколичества кого газа,им э/ч газа 0 02538 1 О 377 5,426 0 00826 0,3 г 5 о оггг ь 0,482 0 00468 О,841 796а18 635а4,8110 63з5,917 55174,216 7991а3,79 76 634,1328 112 о,го 80,169 0238 0,264 591,420 378,7 П р и м е ч а н и е, В знаменателе - относительные параметры,Таблица 2 Производитель ьность, 2 Характеристики 1 и длины реактора тносительКоличество образузяегосятехнологиСоотиоСтепень Количество хонверПример ная длина реактора, необходимая превращенияметана 2 кениегаз:пар::СО,Впм и тируемогоприродногогаза им /ч дР г 1 па для получения данногоколичества ческого газа, нм/чОО 579,319 1:1,7:03 67 8 130 0,244 410 П р и м е ч а н и е, В знаменателе - относительные параметры. Составитель А,ЛобановскаяРедактор Н.Яцола Техред МДидык Корректор М.Максим 11 инец Заказ 7469/28 Тираж 435 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн 1 ЕНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская набз д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, у;. Пгарина, 101 равлического сопротивления слоя катализатора потоку газа При использовании капиллярньх каталитических труб,толпина слоя катализатора которых0,15-0,6 мм, вся поверхность катализатора (внеп 7 няя и внутренняя поверхность) является рабочей, так как каталитическая реакция конверсии углеводородов протекает во всем объемекатализатора, т,е в кинетическойобласти и, следовательно, имеет наибольшую скорость, Тогда для получения определенного количества газатребуется значительно меньшее количество катализатора, чем при использовании зернистых гранул, при одинаковом диаметре реактора резко уменьшается высота реактора, это делаетреакторы компактными и экономичными Способ получения технологического 10 газа, включающий конверсию углеводородов водяным паром или смесью водяной пар - углекислота под давлениемо4-7 МПа при температурах 500-1050 Сна поверхности никелевого каталиэа тора в трубчатом реакторе, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения производительности процесса, конверсию осуществляют в каталитической трубе с уложенными внут ри нее капиллярными трубками диаметром 0,001-0,005 м,Таблица 1