Для любого предприятия актуальным является продление срока службы оборудования за счет внедрения различных энерго- и ресурсосберегающих мероприятий. Для установок порового риформинга углеводородных газов, эксплуатируемых в условиях экстремально высоких температур и агрессивной среды, актуально продление срока службы дорогостоящих реакционных труб и катализатора. Данный эффект достигается оптимизацией температурного режима их работы
: углеводородный газ, расщепленный газ, производство водорода, реакционные трубы
Назначение установки парового риформинга углеводородных газов (УВГ) – переработка различных УВГ, в том числе природного газа, попутного нефтяного газа, газов первичной переработки нефти путем реакции с водяным паром, с целью получения водорода, оксида углерода, и при необходимости – диоксида углерода. На примере метана, реакция имеет следующий вид (1, 2):
CH4 + H2O → CO + 3Н2 – 206,4 кДж (1)
СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 + 41,0 кДж (2)
Полученный водород далее широко используется для процессов гидроочистки, гидрокрекинга, изомеризации и т.п. [1]. Синтез-газ (смесь Н2 с СО) используется в органическом и нефтехимическом синтезе (получение спиртов), диоксид углерода используется как конечный продукт (жидкая углекислота, сухой лёд) или сырьё для дальнейших синтезов (например, для производства карбамида). Таким образом, установка парового риформинга УВГ является одной из важнейших на любом нефтеперерабатывающем или нефтехимическом предприятии.
Основным аппаратом установки парового риформинга УВГ является печь паровой конверсии. В зависимости от проектных решений таких печей на установке может быть как одна, так и несколько. Печи представляют собой прямоугольную камеру из огнеупорного кирпича, разделенную несколькими перегородками на секции, где размещаются несколько десятков вертикальных реакционных труб, изготовленных из хромо-никелевых высоколегированных сталей, загруженных катализатором на основе никеля, носитель Al2O3. Реакция паровой конверсии УВГ протекает при температуре 650-800 °С, при этом температура в камерах сгорания составляет более 1000 °С.
Получаемый расщепленный газ содержит воду, метан, диоксид и оксид углерода, водород (в порядке увеличения объемной доли). Состав расщепленного газа определяется степенью конверсии УВГ, которая зависит от условий проведения процесса, состава сырья, соотношения пар/углерод и активности катализатора.
Основная регулируемая величина в процессе – температура середин реакционных труб (ТСРТ) в зоне протекания реакции. Известно, что высокая температура приводит к необратимым изменениям в структуре металла реакционных труб из-за образования вторичных карбидов, что ведет к деформации металла, появлению выпучин, отдулин и прогару, и далее к авариным ситуациям. Так, при температуре внешней поверхности труб 800-860 °С, срок службы их составляет 10 лет, при температуре 900 °С – 2,5 года и при температуре 1000 °С – 1 месяц. Замена изношенных реакционных труб потребует высоких затрат, т.к. их стоимость составляет до 10 % стоимости установки. Поэтому оптимизация температурного режима работы реакционных труб – крайне важная задача.
В ходе пробега по оптимизации температурного режима работы реакционных труб печей риформинга было достигнуто снижение ТСРТ на 8-20 °С от базовой 720-760 °С. При этом основным контролируемым качественным показателем являлось содержание метана в расщепленном газе (норма не более 2,0 % об.), незначительные превышения нивелировались путем изменения соотношения пар/углерод, а также добавлением в процесс водорода (норма - не менее 10 % об.). На рисунках 1, 2 отражены зависимости объемной доли метана в расщепленном газе от ТСРТ и содержание основных компонентов в расщепленном газе.
|
|
|
|
Рисунок 1 – Зависимость объемной доли метана в расщепленном газе от ТСРТ |
Рисунок 2 – Основные компоненты расщепленного газа |
Все параметры не выходят за нормы технологического регламента.
1. Общая химия. Учебник / Под ред. Дунаева С.Ф.. - М.: Academia, 2017. - 160 c.
