Курсовой проект. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. Производство водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов

• Название: Производство водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов
• Анкор: Курсовой проект
• Дата: 08.05.2022
• Размер: 52.3 Kb.
• Имя файла: КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.docx
• Тип: Документы; #517821

1.Тема курсового проекта Расчёт и проектирование адсорбера установки для производства водорода методом паровой каталитической конверсии легких углеводородов

Производство водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов

Назначение установки — производство водорода, потребность в котором возрастает из года в год в связи с постоянным углублением процессов пере­работки нефти, повышением требований к качеству получаемых топлив и смазочных материалов, а также в связи с необходимостью обессеривания энергети­ческого топлива. В качестве сырья для получения водорода методом паровой каталитической конвер­сии легких углеводородов могут быть использованы природные и заводские (сухие и жирные) газы, а также прямогонные бензины. Этот наиболее рас­пространенный метод производства водорода вклю­чает три стадии: подготовку сырья к конверсии, собственно конверсию и удаление из продуктов окси­дов углерода [5]. Применяемая в настоящее время технология per ламентирует некоторые требования к качеству сырья, в частности по содержанию в нем соединений серы (в газах до 100 мг/м³, в бензинах до 0,3 мг/кг), отра­вляющих как никелевый катализатор паровой кон­версии углеводородов, так и цинкмедный катализа­тор низкотемпературной конверсии оксида угле­рода. Присутствие в сырье непредельных углеводо­родов вызывает образование углеродистых отложе­ний на катализаторепаровой конверсии углеводо­родов.

В промышленности получают технический водо­род с содержанием водорода 95—98 % (об.). Произ­водство технического водорода меньшей концен­трации приводит к его повышенному расходу на установке гидрокрекинга, а большей концентра­ции — требует значительных затрат и экономически нерентабельно [6].

Паровую конверсию углеводородов следует вести, избегая осаждения углерода на катализаторе, спо­собствующего его разрушению и увеличению гидра­влического сопротивления в реакторе. Для предот­вращения этого процесса следует поддерживать не­кий минимальный расход водяного пара в процессе паровой конверсии углеводородов. Теоретически этот расход не должен быть ниже 2:1. Однако для улуч­шения теплопередачи на практике подают до 4—5 м³ пара на конверсию 1 м³ метана.

В заводской практике для доочисткисырья для водородных установок нашли применение три типа процессов: очистка моноэтаноламином от сероводо­рода, одностадийное поглощение соединений серы поглотителем на основе оксида цинка (в случае присутствия лишь термически нестойких соединений серы) и двухступенчатая схема извлечения соедине­ний серы, включающая деструктивное гидрирование сернистых соединений с последующим поглощением сероводорода на оксиде цинка.

Современные установки по производству водорода обладают мощностью от 300 тыс. м³ до 3 млн. м⁹ водорода в сутки; для них характерны рабочие давления в интервале 2—3 МПа.

Установка состоит из следующих секций: под­готовки сырья (компрессор, подогреватель, аппараты для очистки сырья от соединений серы, пароперегре­ватель и инжекторный смеситель); паровой конвер­сии (печь паровой конверсии и паровой котел-утили­затор); конверсии оксида углерода в диоксид (реак­торы средне- и низкотемпературной конверсии); очистки технологического газа от диоксида угле­рода (абсорбция горячим водным раствором карбо­ната калия, регенерация и др.) и секции метаниро-вания. Технологическая схема установки пред­ставлена на рис. VI-4.

Сырье (газ) сжимают компрессором 9 до давления 2,6 МПа, подогревают в подогревателе, расположен­ном в конвекционной секции печи 8, до температуры 300—400 °С"и подают в реакторы 2 и 3 для очистки от соединений серы. К очищенному газу в смесителе 7 добавляют водяной пар, перегретый до 400—500 °С в пароперегревателе, также расположенном в кон­векционной секции печи 8.

Полученная парогазовая смесь поступает впечьпаровой конверсии 8. Собственно процесс паровой конверсии углеводородов проходит в вертикальных трубчатых реакторах, заполненных катализатором и размещенных в радиантной секции печи в один, два или несколько рядов, закрепленных только внизу или вверху и обогреваемых с двух сторон. Типичный катализатор процесса — никель, нанесенный на оксид алюминия. Парогазовая смесь с температурой 400—500°С подается в реакционную трубу через верхний коллектор, а конвертированный газ отво­дится снизу.
Газовые факельные горелки распола­гаются в своде печи 8, а дымовые газы поступают сверху в нижние борова и затем через общий боров, расположенный в торце печи, с температурой 950— 1100°С — в конвекционную секцию печи. Топливом для печи служит очищенный от сернистых соедине­ний технологический или природный газ. Воздух, необходимый для горения, подается воздуходувкой 4 через теплообменник 6, где он подогревается дымо­выми газами до 300—400°С, затем дымовые газы отсасываются дымососом 5 и выводятся в атмосферу через дымовую трубу 1.

Конвертированный газ, охладившийся до 400— 450°С в паровом котле-утилизаторе 10, поступает в реактор 11 среднетемпературной конверсии оксида углерода в диоксид над железохромовым катализа­тором. После понижения температуры до 230— 260°С в котле-утилизаторе 10 и подогревателе воды 12 парогазовая смесь поступает в реактор 13 низко­температурной конверсии оксида углерода над цинк-медным катализатором.

Смесь водорода, диоксида углерода и водяного пара охлаждают далее в теплообменниках 6 до 104 °С и направляют в абсорбер 14 на очистку горя­чим водным раствором карбоната калия от диоксида углерода.

Насыщенный диоксидом углерода раствор по­ступает из абсорбера 14 в турбину 15, где его давле­ние снижается примерно с 2,0 до 0,2—0,4 МПа, а за­тем в регенератор 16. Здесь в результате подогрева раствора в теплообменнике 6 и снижения давления из раствора выделяется диоксид углерода и вместе с парами воды выводится в атмосферу.

Водородсодержащий газ из абсорбера 14, подогре­тый до 300 °С в теплообменнике 6, поступает в реак­тор метанирования 17, где непревращенный оксид и неудаленный диоксид углерода гидрируются с обра­зованием метана. После метанирования водород охла­ждается в теплообменных аппаратах 6 и 12 до 30— 40 °С и далее в сепараторе 18 отделяется от скон­денсировавшегося водяного пара. Водород компри-мируют компрессором 19 до давлений, требуемых потребителю (обычно 4—15 МПа).

Конверсия углеводородов ведется при 800— 900 °С и 2,2—2,4 МПа над никелевым катализатором. Расход природного газа составляет 1,03—1,05 м³ на 1 м³ получаемого технического водорода; расход водяного пара—от 0,60 до 0,66 м³ на 1 м³ сухого газа.

Спецификой работы установки, требующей стро­жайшего соблюдения правил безопасности и пра­вил эксплуатации аппаратов, работающих под давле­нием, является применение взрывоопасных и то­ксичных веществ. Установка паровой каталитической конверсии углеводородов для производства водорода часто является составной частью установки гидро­крекинга; ее строительство обходится примерно в 25—30 % стоимости установки гидрокрекинга.

 Схемы всех современных установок для производства водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов включают следуюш,ие стадии подготовка сырья, паровая конверсия углеводородов, конверсия окиси углерода и очистка полученного водорода. Необходимым элементом схем большинства установок является оборудование для получения и использования пара и тепла. В состав установок часто включают компрессоры для сжатия сырья и водорода. [c.128]

    Рие. 40. Схема установки для производства водорода паровой каталитической конверсией углеводородов при давлении 2,0—2,5 МПа  [c.129]

    Смесь сухих газов каталитического риформинга бензина, гидроочистки дизельного топлива, гидрокрекинга и отдувочного газа гидрокрекинга является вполне удовлетворительным сырьем для производства водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов. На крупных установках производства водорода эти газы собирают и предварительно очищают от сероводорода. [c.35]

    Назначение установки — производство водорода, потребность в котором возрастает из года в год в связи с постоянным углублением процессов переработки нефти, повышением требований к качеству получаемых топлив и смазочных материалов, а также в связи с необходимостью обессеривания энергетического топлива. В качестве сырья для получения водорода методом паровой каталитической конверсии легких углеводородов могут быть использованы природные и заводские (сухие и жирные) газы, а также прямогонные бензины. Этот наиболее распространенный метод производства водорода включает три стадии подготовку сырья к конверсии, собственно конверсию и удаление из продуктов оксидов углерода [5  [c.62]

    Спецификой работы установки, требующей строжайшего соблюдения правил безопасности и правил эксплуатации аппаратов, работающих под давлением, является применение взрывоопасных и токсичных веществ. Установка паровой каталитической конверсии углеводородов для производства водорода часто является составной частью установки гидрокрекинга ее строительство обходится примерно в 25—30 % стоимости установки гидрокрекинга. [c.63]

    Технический водород, получаемый как побочный продукт каталитического риформинга бензина, содержит от 70 до 92% Н,- Водород же специального производства может содержать от 90 до 99,99% На в зависимости от способа его получения. Технический водород, получаемый методом паровой каталитической конверсии углеводородов, содержит 95—96% Нз, а методом паро-кислородной газификации 97—98% Нз. Чем выше концентрация Н3 в техническом водороде, тем значительнее затраты на его производство. Оптимальная концентрация Н3 определяется на установках, производящих и использующих водород, исходя из расходных коэффициентов. [c.20]
    Водород паровой каталитической конверсии углеводородов [c.196]

    Книга посвящена технологии производства водорода для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (методами паровой каталитической конверсии углеводородов, паро-кислородной газификации нефтяных остатков), а также выделению водорода из водородсодержащих газов нефтепереработки и нефтехимии. [c.2]

    В дальнейшем начали применять гидроочистку и гидрокрекинг тяжелых нефтепродуктов, что потребовало организации производства водорода на НПЗ. Сырьем для производства водорода служат углеводороды нефти. Такое сочетание процессов можно было бы также отнести к перераспределению водорода нефти, если бы в производстве водорода не применялся водяной пар. В основных процессах производства Нз (методом паровой каталитической конверсии углеводородов и паро-кислородной газификации углеводородов) к водороду, выделенному из углеводородов, добавляется водород, полученный из водяного пара. На этом последнем этане развития переработки нефти происходит не только перераспределение водорода, но и обогащение им углеводородов нефти. [c.12]

    Установка паровой каталитической конверсии углеводородов для производства водорода часто является составным элементом установки гидрокрекинга. Ее строительство обходится примерно в 25—30% от стоимости оборудования и сооружения установки гидрокрекинга. Капитальные вложения в сооружение такой установки в зависимости от мощ,ности, по данным [1], показаны на [c.196]

    Производство водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов [c.59]

    Режим паровой каталитической конверсии углеводородов должен обеспечить получение технического водорода с содержанием 95— 98% Hj. Получение водорода меньшей концентрации нецелесообразно, так как приводит к повышенному его расходу на установке гидрокрекинга (см. гл. I, стр. 21). Производство же водорода большей концентрации требует значительных дополнительных затрат и экономически мало оправдано. Технический водород с концентрацией = 95% Hj можно получать нри содержании в сухом конвертированном газе 2—2,5% СН 4, так как в последующих процессах очистки от СО 2 после конверсии окиси углерода и метанирования содержание метана в газе возрастет до 4—5%. Степень конверсии метана при этом составляет 0,9. Технический водород с содержанием 98% Hj получают при содержании в конвертированном газе 1 — [c.72]

    Абсорбционная очистка газа применяется в производстве водорода методами паровой каталитической конверсии и паро-кислородной газификации углеводородов. При получении водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов газ после конверсии окиси углерода подвергают очистке от двуокиси углерода. В газе после конверсии, как это видно из табл. 29, содержится от 16 до 23% СОа и практически отсутствуют сернистые компоненты. Общее давление в системе конверсии окиси углерода составляет [c.110]

    В производстве водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов используют физические поглотители для очистки конвертированного газа от двуокиси углерода после сжатия этого газа в турбокомпрессоре. В производстве водорода методом паро-кислородной газификации нефтяных остатков используют органические поглотители для очистки газа от СО2, НаЗ и органических соединений серы в случае проведения процесса газификации при 6 МПа и выше. [c.124]

    Экономию в расходовании пара и сокращения числа операций можно достичь за счет выделения в процессе паровой каталитической конверсии не двуокиси углерода, а водорода. В работе [8] предложено вести паровую каталитическую конверсию углеводородов над стационарным катализатором с передачей тепла через стенку, с одновременным выводом водорода из реакционной зоны через полупроницаемую мембрану из сплава палладия. Через перегородку из сплава палладия проходит водород, а все другие газы задерживаются. Способ позволяет получать водород высокой степени чистоты. [c.136]

    Для обеспечения длительной непрерывной эксплуатации установок существенное значение имеют загрузка и восстановление катализаторов, вывод установки на режим, меры по ликвидации отклонений от рабочего режима, обеспечение безопасных условий ведения процесса. В настоящей главе излагаются специфические особенности эксплуатации установок для производства водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов и более кратко методом паро-кислородной газификации нефтяных остатков.. [c.181]

    Представлены теоретические основы и технология производства технического водорода и синтез-газов для получения аммиака, метанола и других п1)одуктов, а также заменителя природного газа. Рассмотрен способ паровой каталитической конверсии углеводородов в трубчатых печах и очистки конвертированных газов. Описаны конструкции трубчатых печей. Данн основы математического моделирования процессов конверсии, адиабатических реакторов и трубчатых печей. [c.2]
    Основными промышленными методами производства водорода являются методы на основе парокислородиой шахтной конверсии углеводородов, высокотемпературной (гомогенной) кислородной конверсии углеводородов, железо-парового способа, электролиза воды и паровой каталитической конверсии углеводородов в трубчатых печах. [c.10]

    Целесообразность производства водорода из низкооктанового бензина определяется в значительной мере стоимостью сырья, которая в свою очередь зависит от ресурсов прямогонного бензина. Если избытка прямогонного бензина нет, низкооктановый бензин для производства Нз получают гидрокрекингом тяжелых нефтепродуктов, и тогда сырье будет дороже. Экономическая оценка выбора сырья для паровой каталитической конверсии углеводородов должна производиться на основании комплексной оценки ресурсов с учетом пх использования для производства высокооктанового бензина нефтехимии, отопления печей НПЗ в данном районе. [c.201]

    Основной примесью в техническом водороде является метан. В водороде, полученном в процессе каталитического риформинга, присутствуют также этан и пропан, а в водороде, полученном методом паровой каталитической конверсии и паро-кислородной газификации углеводородов, — окислы углерода и азот. К метану, поступившему с техническим водородом, прибавляется и метан, образовавшийся при гидрогенизации. [c.20]

    Технико-экономические показатели строящихся и проектируемых установок отвечают современному уровню развития производства водорода методом паровой каталитической конверсии углеводородов. [c.4]

    Основной метод производства водорода — паровая каталитическая конверсия газового или нефтяного сырья. Конверсии можно подвергать как газообразные углеводороды, так и жидкие нефтепродукты. [c.268]

    Схема одной из получивших широкое распространение установок для производства водорода паровой каталитической конверсией нефтезаводского газа при дав.яепии 2,0—2,5 МПа показана на рис. 40. Нефтезаводской газ сжимается компрессором 70 до 2,6 МПа, подогревается в подогревателе 7 до 300 —400 °С и подается в реакторы 2 и 3 для очистки от сернистых соединений. В случае использования в качестве сырья бензина, последний подают насосом, смешивают с водородсодержаш,им газом, испаряют и подогревают до той же температуры. При использовании природного газа к нему также добавляют водородсодержащий газ. К очищенному газу в смесителе 11 добавляется перегретый до 400—500 °С водяной пар и полученную парогазовую смесь подают на паровую каталитическую конверсию углеводородов (в некоторых случаях парогазовую смесь дополнительно подогревают). [c.128]

    Газификация алифатических углеводородов на наро-кислородном дутье в производстве водорода применяется редко, так как экономически менее эффективна, чем паровая каталитическая конверсия этих углеводородов. Практический интерес для производства водорода представляет газификация нефтяных остатков — мазута, гудрона и др. [c.101]

    Технический водород может содержать и кислород, который поступает из водяного пара, используемого в процессе, или из промывной воды. В водороде, полученном современными методами паровой каталитической конверсии углеводородов под давлениём или паро-кислородной газификацией мазута под давлением, кислорода ничтожно мало. В водороде, полученном на типовых установках паровой конверсии углеводородов при низком давлении, может быть до 0,3—0,4% Оз. В процессах гидроочистки и гидрокрекинга нефтепродуктов, а также в большинстве гидрогенизационных нефтехимических процессах кислород не влияет на протекание реакции или гидрируется водородом с образованием воды. Для таких процессов содержание Оз в водороде должно быть не более 0,2—0,3%. В некоторых нефтехимических процессах в техническом водороде содержание кислорода ограничивают тысячными долями процента. Кроме перечисленных примесей, в техническом водороде могут присутствовать такие микропримеси, как окислы азота, цианистый водород, а также сероводород, аммиак и твердые частицы. Содержание микропримесей незначительно, их влияние на гидрогенизационные процессы не изучено и пока не учитывается. [c.23]

    Как видно из таблицы, удельные канитальные вложения в установку для выделения водорода методом глубокого охлаждения в несколько раз ниже, чем при производстве На паровой каталитической конверсией углеводородов. Основной статьей затрат здесь является. [c.203]

    Процесс паровой каталитической конверсии углеводородов с целью производства водорода обычно проводят при температурах 1070-1120 К [1,2] о подводом в слой катализатора тепла, необходимого для нагрева реагирующих компонентов и проведения высокоэндотермических реакций. При проведении высокоэндотермических процессов на агрегатах большой иоошости перспективно использование тепла ядерных реакторов. Применительно к процессу высокотемпературной паровой каталитической конверсии возможность использования тепла ядерных реакторов встречает затруднения, связанные о недостаточно высокой разностью между температурой теплоносителя и рабочей температурой процесса. Поэтону проведение процесса конверсии при бо- [c.55]

    Для получения водорода принципиально пригоден любой вид энергии, разрывающий валентную связь Н—О—Н. Эту задачу, как показано выше, практически можно решить различными технологическими методами газификацией углей паровой каталитической конверсией углеводородов парокислородной каталитической конверсией углеводородов высокотемпературной конверсией углеводородов металлопаровым процессом разложения воды электродимм воды термохимическими и фотокаталитическими методами разложения воды радиолизом и прямым термическим разложением воды фотолизом воды в ультрафиолетовой области спектра при энергии фотона в диапазоне 5—12,59 эВ биоконверсией воды и другими методами. [c.441]

    Современные водородные установки паровой каталитической конверсии углеводородов работают под давлением 2,0 ЫПа. В трубчатых печах конверсии головной процесс получения водорода осуцествляет-ся при давлениях 2,5-2,О ЫПа и температурах I093-IIQ3 К. [c.63]

    В настоящее время крупнейшей областью использования процесса паровой конверсии углеводородов является производство азото-водородной смеси для синтеза аммиака. Суммарные действующие и строящиеся мощности производства аммиака в США достигли уровня 6,3 млн. т/год. Из них поимерно 4,5 млн. т/го( работают на водороде, получаемом каталитической конверсией углеводородов (главным образом природного газа) с водяным паром. Это соответствует мощности по производству водорода порядка более 28 мнл. м /сутки. [c.170]

    Книга посвящена технологии получения водорода для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (методами паровой каталитической конверсии углеводородов, паро-кислородной газификации нефтяных остатков, расщепления углеводородов),, а также выделению водорода из водородсодержащих газов нефтепереработки и нефтехимии. Показана роль водорода в переработке нефти и в нефтехимических процессах, приведены требования к его качеству. Рассмотрены технологические схемы йроизводства описана основная аппаратура. Изложены особенности эксплуатации установок производства водорода дан технико-экономический анализ различных производственных схем. [c.159]

    В процессах выделения водорода из водородсодержащих газов методом глубокого разделения капитальные вложения в несколько раз ниже, чем в его производствах паровой каталитической конверсией углеводородов. По данным фирмы Linde [873], цена 1 т 95/98 %-го водорода, получаемого из нефтезаводских газов с содержанием 30 и 60 % Нг, колеблется в зависимости от производительности установки по исходному газу от 283 до 1420 тыс. м /сут в пределах от 106 до 36 долл/т Hj при 30 %-ном содержании водорода в исходном газе и от 53 до 18 долл/т Нг при 60 %-ном. [c.575]

    В послевоенные годы в пашей стране и за рубежом более широкое распрострапепие получил метод паровой каталитической конверсии углеводородов, который оказался более экономичным. Стоимость аммиака при производстве водорода из природного газа в 2,2 раза меньше, чем из кокса. При этом методе сырьем служат углеводородные газы (природные, коксовые), газы переработки нефти, жидкие нефтепродукты (наф-та, бензин, мазут) и вода. [c.126]

    При углубленной или глубокой переработке сернистых и осо >енно высокосернистых нефтей того количества водорода, ко — торое производится на установках каталитического риформинга, обы чно не хватает для обеспечения потребности в нем гидрогени — зац1 онных процессов НПЗ. Естественно, требуемый баланс по воде роду может быть обеспечен лишь при включении в состав таких НПЗ специальных процессов по производству дополнительного водс рода. Среди альтернативных методов (физических, электрохимических и химических) паровая каталитическая конверсия (ПКК) углеводородов является в настоягцее время в мировой нефтепереработке и нефтехимии наиболее распространенным промышленным процессом получения водорода. В качестве сырья в процессах ПКК преимущественно используются природные и заводские газы, а также прямогонные бензины. [c.155]

    В производстве водорода гштодом паровой каталитической конверсии используют также бензиновые фракции, а именно бензины с к. к. до 204 °С (молекулярная масса не выше 120, относительная плотность до 0,73). Лучше перерабатывать бензин с к. к. до 89 °С, однако такие фракции обычно требуются для получения автомобильного бензина. На производство водорода могут быть направлены бензины прямой перегонки, полученные при гидроочистке дизельного топлива и керосина, в процессе гидрокрекинга, а также бензин, полученный при каталитическом риформинге после выделения из него ароматических углеводородов. Перечисленные виды сырья не содержат олефинов. При смешении различных бензинов следует учесть, что содержание олефинов в сырье не должно превышать 1%. Содержание ароматических (А) и нафтеновых (Н) углеводородов ограничивается условием [25]  [c.38]

    Приводятся данные по технологии и качеству водорода, получаемого с установок каталитической конверсией углеводородного газа с водяным паром. Готовый водород, получаемый на установках паровой каталитической кЬнверсии углеводородов, можно практически пол-носты) очистить от окислов углерода, про стив его над медным катализатором при температуре ЗОООС. [c.184]

    Для производства водорода методом паровой каталитической конверсии в качестве сырья могут быть использованы нефтезаводские газы. Для этого необходима предварительная очистка сирья от содержащихся в нем непредельных углеводородов. В работе [ показано, что наиболее рациональный метод очистки нефтезаводских газов от непредельных углеводородов- гидрирование этих соединений в соответствующие насыщенные углеводороды. В работе [21приведены данные, показывающие, что при давлении 2,0 МПа, температуре 650-670 К и объемной скорости по сырью до 1500 ч на алюмокобальтмолибденовом и алюмоникельмолибденовом катализаторах гидрирование непредельных соединений, содержащихся в нефтезаводских газах в количестве до 20% протекает с глубиной превращения близкой к единице. Исследование влияния основных параметров на протекание процесса гидрирования непредельных углеводородов, содержащихся в нефтезаводских газах, является продолжением работы [2 о [c.11]