Описание технологического процесса и схемы производства аммиака

 

Примечания:

1. Давление всех сред при отсутствии специальных указаний считать избыточным.

2. Атмосферное давление принимается равным 101 325 Па.

3. Объем всех измеряемых газовых сред приведен к нормальным условиям (t = 20 °С и

P_атм. = 101 325 Па).

4. Пар 100 - пар с давлением от 10,00 до 10,68 МПа (от 102,0 до 109,0 кгс/см²).

5. Пар 40 - пар с давлением от 3,53 до 3,97 МПа (от 36,0 до 40,5 кгс/см²).

6. Пар 27 - пар с давлением не более 2,94 МПа (не более 30,0 кгс/см²).

7. Пар 12 - пар с давлением не более 1,47 МПа (не более 15,0 кгс/см²).

8. Пар 7 - пар с давлением не более 0,686 МПа (не более 7,0 кгс/см²).

9. Пар 3,5 - пар с давлением не более 343 кПа (не более 3,5 кгс/см²).

 

Компримирование природного газа

 

Исходным сырьем для производства аммиака является природный газ, который поступает в агрегат после газораспределительной станции под давлением от 0,980 до 1,372 МПа (от 10 до
14 кгс/см²) с расходом не более 75 000 м³/ч. Расход, давление и температура природного газа контролируются в ЦПУ по приборам поз.Q704_1, Q704CAL, P704 и T700 соответственно, состав определяется анализом в точке A705. На входе природного газа в агрегат установлена дистанционно управляемая электрозадвижка поз.HC700.

В агрегате природный газ делится на два потока: на технологию и на сжигание в качестве топлива.

Топливный газ с давлением от 0,686 до 0,980 МПа (от 7 до 10 кгс/см²) по прибору поз.Р701 и расходом не более 30 000 м³/ч по прибору поз.Q703 посредством регулятора поз.PIC701 подается в дегазатор поз.102, после чего распределяется по аппаратам огневого подогрева.

Технологический природный газ с давлением от 0,800 до 1,176 МПа (от 8 до 12 кгс/см²) по приборам поз.Р409_1, 2 через заслонку поз.PCV409 и электрозадвижку поз.HC409 подается в сепаратор поз.408 на всасе компрессора природного газа. Уровень в сепараторе поддерживается регулятором поз.LIC436 сбросом газового конденсата и влаги в дегазатор поз.102. При превышении максимального уровня по приборам поз.LS436, LH436_1 блокировка автоматически останавливает компрессор. В природный газ перед сепаратором поз.408 осуществляется дозировка водорода или азотоводородной смеси, необходимой для процесса сероочистки. После сепаратора перед подачей на всас компрессора газ очищается от механических примесей посредством фильтра. Для контроля за чистотой фильтр оборудован перепадомером.

Компрессор природного газа поз.403 состоит из двухкорпусного восьмиступенчатого нагнетателя без межступенчатого охлаждения газа и паровой конденсационной турбины. Масляная система нагнетателя объединена с масляной системой турбины и включает в себя маслобак, электрические масляные насосы, маслоохладители, аккумуляторы давления, фильтры, маслопроводы смазки и уплотнений и систему регулирования частоты вращения. Нагнетатель снабжен масляными торцевыми уплотнениями вала, предотвращающими попадание природного газа в помещение машзала. Предусмотрена защита нагнетателя от уменьшения перепада "масло-газ" в торцевых уплотнениях, уменьшения давления масла, осевого сдвига роторов и увеличения температуры вкладышей подшипников путем остановки компрессора при достижении аварийных значений указанных параметров.

После сжатия в нагнетателе природный газ с давлением не более 4,41 МПа (45 кгс/см²) и температурой не более 200 °С через электрозадвижку поз.HC406 подается на сероочистку. На линии нагнетания имеется сброс на факельную установку через электрозадвижку поз.HC404 и перепуск газа на всас компрессора через аппарат воздушного охлаждения (АВО) поз.427 с помощью электрозадвижки поз.HC405. Перепуск осуществляется для поддержания расхода газа через нагнетатель при пуске и остановке агрегата. Регулятор поз.QIC38 обеспечивает автоматический перепуск газа при уменьшении расхода газа на всасе нагнетателя до достижения неустойчивой работы (помпажной зоны). Давление природного газа на нагнетании компрессора поддерживается регулятором поз.PIC1_403_2 путем перепуска на всас через АВО поз.427 небольшой части газа.

Предусмотрена автоматическая остановка компрессора поз.403 при срабатывании блокировок групп «А» и «АА», а также автоматическое закрытие электрозадвижек поз.HC406, HC409 и открытие поз.HC404, HC405 при остановке компрессора.

Для осуществления пусковых операций на стадии сероочистки до включения в работу компрессора поз.403 имеется байпас компрессора со съемным участком.

 

Сероочистка

 

Очистка природного газа от сернистых соединений проводится в две ступени. На первой производится гидрирование органических соединений серы в сероводород на алюмокобальтмолибденовом катализаторе по реакциям:

 

RSH + H₂ → H₂S + RH

R₂S + 2H₂ → H₂S + R₂H₂,

 

где R = СnH₂n+1.

 

Для обеспечения реакции гидрирования объемная доля водорода в газовой смеси должна составлять от 4 % до 11 % в зависимости от состава природного газа.

На второй ступени происходит поглощение сероводорода окисью цинка по реакции:

 

H₂S + ZnO → ZnS + H₂O

 

Реакция поглощения сероводорода необратима, поэтому при насыщении поглотитель заменяется.

Необходимая объемная доля водорода в газовой смеси обеспечивается дозировкой азотоводородной смеси в природный газ перед сепаратором поз.408 на всасе компрессора. Азотоводородная смесь отбирается после метанирования, а при пуске или остановке подается из сети предприятия через ЭПЗ поз.HC701. Расход азотоводородной смеси поддерживается в диапазоне от 2 000 до
6 700 м³/ч регулятором поз.QIC102 в зависимости от расхода и состава природного газа. Расход природного газа контролируется по расходомеру поз.Q103 и должен быть не более 40 000 м³/ч.

Сжатая компрессором газовая смесь поступает в подогреватель природного газа поз.103, где, пройдя через четыре параллельно работающих змеевика конвекционной и радиантной зон, нагревается до температуры от 360 °С до 400 °С по приборам поз.Т101, Т131А. Температура поддерживается регулятором поз.TIC101, регулирующим подачу топливного природного газа в инжекционные горелки подогревателя. Контроль за температурой газовой смеси на выходе из каждого змеевика осуществляется по приборам поз.T128-131.

Кроме природного газа в топку подогревателя через форсунки подается отпарной газ из установки разгонки газового конденсата с целью использования теплоты сгорания горючих газов и обезвреживания содержащегося в нем аммиака. Подача отпарного газа производится через отсекатель поз.HCV103 и электрозадвижку поз.HC102.

Для обеспечения безопасной эксплуатации подогревателя предусмотрено отключение подачи природного и отпарного газов автоматическим закрытием поз.TCV101, HCV103, НС102 при:

- увеличении температуры газовой смеси по приборам поз.TS101 и TS131А до 418 °С;

- уменьшении давления топливного газа перед горелками до 11,8 кПа (0,12 кгс/см²) по приборам поз.PS101, 125;

- увеличении давления в топке подогревателя до 49 Па (5,0 кгс/м²) по прибору поз.PS103;

- прекращении подачи газовой смеси на конверсию метана (от блокировок групп «А» и «АА»);

- погасанию пламени в горелках по приборам поз.КAS101_1-4.

Подогретая газовая смесь проходит аппарат гидрирования сернистых соединений поз.105 полочного типа с загрузкой алюмокобальтмолибденового катализатора в один слой. Температура в зоне реакции контролируется приборами поз.T108-113.

После гидрирования газовая смесь проходит последовательно два сероочистных аппарата для поглощения сероводорода поз.104А, В полочного типа. Схемой предусмотрена возможность отключения одного из аппаратов при работе агрегата для замены поглотителя, а также возможность подключения любого из них первым или вторым по ходу газа. Вторым по ходу газа должен включаться аппарат со свежим поглотителем. Температура поглотителя в сероочистных аппаратах контролируется по приборам поз.T114-119 и T120-125. Сопротивление поглотителя в сероочистных аппаратах и катализатора в аппарате гидрирования потоку газа должно быть не более 44,0 кПа (0,45 кгс/см²).

Для охлаждения и окисления катализатора гидрирования и охлаждения поглотителя перед выгрузкой имеется возможность подключения аппаратов поз.104А, В и 105 к системе циркуляционного азота.

Газовая смесь, очищенная до массовой концентрации сернистых соединений не более
0,5 мг/м³, и с давлением не более 4,10 МПа (42,0 кгс/см²) направляется на конверсию метана, которая проводится в две ступени.

 

3.3 Паровая конверсия метана (первичный реформинг)

 

Первая ступень конверсии осуществляется в трубчатой печи поз.107 взаимодействием пара и метана (а также высших углеводородов) в присутствии катализатора по следующим реакциям:

 

СН₄ + H₂O → СО + 3Н₂ - 206,3 кДж/моль

СН₄ + 2H₂O → СО₂ + 4Н₂ - 165,1 кДж/моль

СО + H₂O → СО₂ + Н₂ + 41,0 кДж/моль,

а также

С_nH_n+2 + nH₂O → nСО + (2n+1)H₂ - Q

 

Для смещения реакций в сторону конверсии метана, предотвращения реакций крекинга, диспропорционирования и гидрирования, приводящих к выделению свободного углерода в катализаторе, а также для обеспечения паром последующей стадии конверсии окиси углерода процесс ведется с избытком водяного пара. Соотношение пар: газовая смесь перед трубчатой печью должно быть от 3,1: 1 до 3,5: 1, что соответствует соотношению пар: природный газ от 3,6: 1 до 4,0: 1.

Тепло, необходимое для проведения конверсии, подводится в зону реакции через стенки реакционных труб за счет теплоты сгорания топливного газа в потолочных горелках радиантной камеры печи. Для использования тепла образующихся дымовых газов предназначена конвекционная камера трубчатой печи с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА). В среднюю часть конвекционной камеры подводятся дымовые газы от совмещенного с трубчатой печью вспомогательного котла поз.108. Котел является частью системы парообразования агрегата. Для восполнения недостатка тепла дымовых газов потолочных горелок конвекционная камера оснащена горелками в зоне перехода из радиантной части в конвекционную - туннельными и в средней части БТА - горелками пароперегревателя.

Дополнительным источником тепла являются дымовые газы туннельных горелок, расположенных в торце каналов (туннелей) для отвода дымовых газов потолочных горелок. Там же происходит сжигание водорода из маслоловушек компрессоров синтез-газа и природного газа поз.403, а также инертных газов после скруббера поз.926А установки переохлаждения жидкого аммиака. Регулирование расхода топливного газа к туннельным горелкам осуществляется клапаном поз.HCV2. При остановке компрессора поз.401 прекращается подача сдувок и инертных газов в туннели путем закрытия отсекателей поз.HCV405B (из поз.401), поз.HCV405G (из поз.403), поз.HCV950B (из поз.926А).

Газовая смесь после сероочистки подается в трубчатую печь поз.107 через клапан автоматического регулятора расхода поз.QIC1 и электрозадвижку поз.HC7. Расход пара на смешение с газом поддерживается регулятором поз.QIC2. Соотношение пар: газовая смесь контролируется по прибору поз.Q18 с сигнализацией минимального (2,7:1) объемного соотношения. При объемном соотношении менее 2,5: 1 возможно отложение углерода на катализаторе. Байпас клапана поз.QCV2 должен быть в открытом положении для обеспечения протока пара при остановке. Уменьшение расхода газовой смеси до 25 000 м³/ч или расхода пара на смешение до 87 т/ч вызывает срабатывание блокировок группы «А». Подача газовой смеси в трубчатую печь автоматически отсекается с помощью клапана поз.QCV1 и электрозадвижки поз.HC7 при срабатывании блокировок групп «А» и «АА»; подача пара в трубчатую печь при этом не прекращается.

Парогазовая смесь после узла смешения поступает в подогреватель БТА, где теплом дымовых газов нагревается до температуры не более 520 °С. Давление парогазовой смеси контролируется по прибору поз.P10 и должно быть не более 3,62 МПа (37,0 кгс/см²).

Далее парогазовая смесь распределяется по 504-м реакционным трубам с никелевым катализатором, расположенным в радиантной камере в двенадцать рядов. Смесь проходит по трубам сверху вниз и собирается в сборных коллекторах в нижней части печи. Температура конвертированной парогазовой смеси на выходе из сборных коллекторов контролируется по приборам поз.T21_1-24 и должна поддерживаться приблизительно одинаковой - от 760 до 830 °С - регулированием работы потолочных горелок. Выбор рабочей зоны температур определяется содержанием остаточного метана на выходе из печи и зависит от состояния катализатора.

Из сборных коллекторов подъемными трубами конвертированная парогазовая смесь вводится в футерованный передаточный коллектор, по которому поступает в конвертор метана второй ступени. В подъемных трубах происходит дополнительный нагрев смеси до температуры не более 860 °С. Контроль температуры в передаточном коллекторе осуществляется прибором поз.T3. Остаточная объемная доля метана в газе контролируется анализатором поз.A1 и составляет не более 12 %. Объемные доли окиси углерода и водорода контролируются анализаторами поз.A11, A12 соответственно. Сопротивление реакционных труб печи измеряется прибором поз.DP1010 и должно быть не более 490 кПа (5,00 кгс/см²).

Для сжигания в горелках трубчатой печи используется смесь природного с танковым и продувочным газами синтеза. Природный газ отбирается из коллектора топливного природного газа и проходит предварительный нагрев до температуры не более 160 °С по прибору поз.Т40 в подогревателе БТА. Танковые и продувочные газы поступают на смешение через дистанционно управляемый клапан поз.HCV14. Предусмотрено автоматическое поддержание давления танкового и продувочного газов регулятором поз.PIC6 при пуске и остановке агрегата. Топливная смесь поступает в коллектор топливного газа трубчатой печи через клапан регулятора поз.PIC5, обеспечивающий постоянство давления в коллекторе. Уменьшение давления в коллекторе до 98 кПа (1 кгс/см²) вызывает срабатывание блокировок группы «А». Клапан поз.PCV5, снабженный соленоидом, автоматически отсекает подачу топливной смеси в трубчатую печь при срабатывании групп «А» и «АА».

Из коллектора топливная смесь поступает на сжигание в потолочных горелках, туннельных горелках и горелках пароперегревателя. Регулирование подачи топливного газа в ряды потолочных горелок осуществляется дистанционно управляемыми клапанами поз.HCV3_1-13, а на туннельные - клапаном поз.HCV2. Подача топлива в горелки пароперегревателя осуществляется клапаном поз.TCV1 с помощью регулятора поз.TIC1, поддерживающим температуру перегретого пара высокого давления в пределах от 470 °С до 490 °С (поз.Т1). Предусмотрены локальные блокировки на автоматическое закрытие клапана поз.TCV1 при уменьшении давления топливной смеси перед горелками пароперегревателя до 13,8 кПа (0,14 кгс/см²) по приборам поз.PS12 или P12L и при уменьшении расхода пара из паросборника в пароперегреватель до 150 т/ч по расходомеру поз.QS16.

Для сжигания в ротационных горелках вспомогательного котла используется природный газ из цехового коллектора топливного газа. Автоматическое регулирование нагрузки осуществляется регулятором поз.PIC4, изменяющим давление газа перед горелками. Имеется локальная блокировка на прекращение подачи газа закрытием клапана поз.PCV8 при уменьшении давления газа на горелки вспомогательного котла по приборам поз.PS8_1, 2, 3 до 35 кПа (0,35 кгс/см²). Автоматический останов вспомогательного котла (закрытие поз.PCV8) происходит при срабатывании блокировок группы «АА».

Тепло дымовых газов используется в БТА для:

- подогрева парогазовой смеси перед реакционными трубами до температуры не более
520 °С;

- подогрева паровоздушной смеси перед конвертором метана второй ступени до температуры
не более 500 °С;

- двухступенчатого перегрева пара высокого давления до температуры в диапазоне
от 470 °С до 490 °С;

- подогрева части питательной воды перед поступлением в паросборник до температуры
не более 315 °С;

- подогрева топливного природного газа перед смешением с танковым и продувочным газами до температуры не более 160 °С;

- подогрева питательной воды в замкнутом цикле (ГВТО) с целью получения насыщенного пара давлением не более 343 кПа (3,5 кгс/см²) в сепараторе поз.240;

- подогрева очищенного газового конденсата в замкнутом цикле подогревателя газового кон- денсата (ПГК) поз.133А, В с целью получения насыщенного пара в отпарной колонне поз.150.

Дымовые газы после использования их тепла в БТА конвекционной камеры поступают на всасывание двух дымососов поз.121 А, В и с температурой не более 250 °С по приборам поз.T23_1-6 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу поз.122. Температура дымовых газов трубчатой печи (приборы поз.T25_1-13, T22_1, 2, T26_1, 2, T23_1-6) и вспомогательного котла поз.108 (поз.T24) контролируется в ЦПУ. Состав дымовых газов после вспомогательного котла поз.108 контролируется с помощью газоанализаторов поз.А8 (О₂), поз.А9 (СО), поз.А10 (NO) непосредственно после трубчатой печи, перед смешением с дымовыми газами вспомогательного котла поз.108 - газоанализаторами поз. А2 (О₂), поз.А5 (СО), поз.А7 (NО). Предусмотрен контроль за содержанием аммиака в дымовых газах после подогревателя газового конденсата поз.133А, В в случае нарушения герметичности трубных пучков №1, 2 по приборам поз.А25, 26. Массовая концентрация аммиака должна составлять не более 20 мг/м³.

Регулирование давления в топочном пространстве трубчатой печи поз.107 в пределах от минус 117,0 до минус 50,0 Па (от минус 12 до минус 5 кгс/м²) осуществляется дистанционным изменением частоты вращения дымососов и положений шиберов на всасе. Давление контролируется приборами поз.PS21 и PS22. Увеличение давления по двум приборам до минус 10 Па (минус 1 кгс/м²) или по одному из них с одновременным сигналом остановки любого из дымососов автоматически вызывает срабатывание блокировок группы «А». Аналогично вызывается срабатывание блокировок группы «АА» при росте давления в топочном пространстве до 39 Па (до 4 кгс/м²).

Регулирование разрежения в топке вспомогательного котла осуществляется регулятором поз.PIC3, управляющим положением шибера поз.PCV3 в дымоходе котла.

Дымососы поз.121А, В состоят из вентилятора и паровой противодавленческой турбины с редуктором. Турбопривод имеет локальную систему маслоснабжения, обеспечивающую смазку подшипников и работу системы регулирования. Предусмотрена блокировка на остановку дымососа при минимальном давлении смазочного масла. При остановке одного дымососа происходит автоматическое закрытие шибера на его всасе, а при остановке двух - открытие шиберов на всасе обеих дымососов.

Сжигание топливного газа в горелках печи производится с избытком воздуха. Объемная доля кислорода в дымовых газах после дымососов контролируется анализатором поз.A3. Предусмотрен контроль за объемной долей окиси углерода в дымовых газах с помощью анализатора поз.A4.

В целях уменьшения объемной доли окислов азота в дымовых газах в туннели радиантной зоны печи первичного реформинга поз.107 подается аммиак либо из АХУ «А, G» (высокого давления), либо из поз.428 (низкого давления). Имеется также возможность подать инерты из поз.926А.

При высокой температуре происходит процесс взаимодействия аммиака с окислами азота, при этом азот из окисной формы восстанавливается до свободного азота (т.н. "гомогенная очистка").

 

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O + 1953 кДж/моль

 

8NH₃ + 6NO₂ = 7N₂ + 12H₂O + 2931 кДж/моль

 

Для защиты форсунок от воздействия высоких температур при прекращении подачи аммиака, в них подается также пар 3,5. Для гарантированной подачи газообразного аммиака на линии аммиака установлен паровой подогреватель аммиака типа "труба в трубе", количество подаваемого аммиака и пара контролируется при помощи расходомеров поз.Q156 и Q147 и регулируется дистанционно из ЦПУ клапанами поз.QCV156 и QCV147 соответственно. Для более эффективного распыления аммиака в туннели печи поз.107 подается также пар 7, форсунки которого расположены перед форсунками аммиака по ходу дымовых газов. Они создают паровой конус, препятствующий контакту аммиака с огнеупором и оказывающий каталитическое действие на процесс окисления аммиака.

Для разогрева катализаторов конверсии метана предусмотрено подключение трубчатой печи к системе циркуляционного азота.

Компримирование воздуха

 

Воздух для проведения второй ступени конверсии метана и введения необходимого количества азота в конвертированный газ подается центробежным компрессором поз.402. Компрессор представляет собой двухкорпусный, четырехсекционный, двенадцатиступенчатый агрегат с межступенчатым охлаждением и сепарацией воздуха с приводом от паровой конденсационной турбины. Между цилиндрами низкого и высокого давления имеется редуктор, повышающий частоту вращения ЦВД в 2,8 раза. Масляная система общая для компрессора и турбины и включает в себя маслобак, маслонасосы (главный - на валу турбины, пусковой и аварийный - с электроприводом), масляные инжекторы, охладители, фильтры, маслопроводы смазки и систему регулирования частоты вращения.

Предусмотрена защита компрессора от уменьшения давления смазочного масла, осевого сдвига роторов и увеличения температуры вкладышей подшипников путем остановки компрессора при достижении аварийных значений указанных параметров.

Воздух на сжатие поступает через воздухозабор, вынесенный за территорию предприятия. Перед подачей на всас компрессора воздух проходит сепаратор поз.420-1 с заслонкой местного воздухозабора поз.HCV420_1 очищается от пыли на фильтре поз.420, 423 и проходит герметичную камеру чистого воздуха.

После сжатия в I-ой, II-ой и III-ей секциях компрессора воздух охлаждается в кожухотрубчатых воздухоохладителях до температуры не более 65 °С оборотной водой. После сжатия во II-ой секции воздух проходит 1-й воздухоохладитель, охлаждаясь турбинным конденсатом или оборотной водой и 2-й воздухоохладитель, охлаждаясь оборотной водой до температуры не более 65 °С. После воздухоохладителей II-ой и III-ей секций воздух проходит соответственно сепараторы поз.434, 435. Отделившаяся влага выводится из сепараторов в канализацию постоянной продувкой, при достижении максимального уровня по приборам поз.LH402_1, 2 проходит сигнализация в ЦПУ.

После сжатия в IV-ой секции воздух не охлаждается, а с температурой не более 300 °С и давлением не более 3,43 МПа (35 кгс/см²) направляется в блок конверсии метана. Имеются сбросы из линии нагнетания компрессора на глушитель шума поз.433 через:

- электрозадвижку поз.HC402 - для автоматической разгрузки при аварийной остановке компрессора (при срабатывании блокировок группы «АА» и локальных блокировок компрессора и турбины), а также для регулирования производительности при пуске компрессора;

- клапан поз.HCV410 - для автоматической разгрузки компрессора при срабатывании блокировок групп «В», «А» и «АА»;

- клапан поз.QCV44, обеспечивающий с помощью регулятора поз.QIC44 защиту компрессора от помпажа при уменьшении расхода воздуха на всасе I-ой секции;

- клапан поз.PCV410, обеспечивающий с помощью регулятора поз.PIC410 автоматическое поддержание давления на нагнетании компрессора.

Кроме этого, предусмотрен клапан поз.HCV413 для сброса воздуха с нагнетания II-ой секции в атмосферу. Клапан поз.HCV413 автоматически открывается при остановке компрессора для защиты I и II-ой секций от помпажа.

После воздухоохладителя и сепаратора III-ей секции производится отбор воздуха на установку осушки и на технические нужды. Поток воздуха на установку осушки дросселируется до давления
от 0,690 до 0,784 МПа (от 7 до 8 кгс/см²) регулятором поз.PIC411. При остановке компрессора поз.402 клапан поз.PCV411 автоматически закрывается.

Остановка компрессора поз.402 вызывает срабатывание блокировок группы В. Компрессор автоматически останавливается при срабатывании блокировок группы «АА».

 

3.5 Паровоздушная конверсия метана (вторичный реформинг)

 

Вторая ступень конверсии метана осуществляется в шахтном реакторе поз.110 взаимодействием частичноконвертированной парогазовой смеси с кислородом воздуха на никелевом катализаторе. На второй ступени преимущественно протекают следующие реакции:

 

Н₂ + 0,5 О₂ → Н₂О + 242,8 кДж/моль (1)

СН₄ + 0,5 О₂ → СО + 2Н₂ + 35,6 кДж/моль (2)

СН₄ + Н₂О → СО + 3Н₂ - 206,3 кДж/моль (3)

СО + Н₂О → СО₂ + Н₂ + 41,0 кДж/моль (4)

 

Реакции (1) и (2) протекают в свободном объеме над катализатором в виде горения части конвертированного газа. Температура конвертированного газа при этом возрастает, что обеспечивает протекание реакции (3).

Расход воздуха на процесс конверсии устанавливается таким образом, чтобы соотношение азот: водород в свежем газе перед блоком синтеза было близким к стехиометрическому и составляло примерно 1: 3. Для этого расход воздуха должен превышать расход газовой смеси на конверсию примерно в 1,4 раза (Q3 больше Q1 в 1,4 раза).

Регулирование расхода воздуха осуществляется регулятором поз.QIC3, который управляет клапаном поз.QCV3 на подаче воздуха в поз.110. Тонкая корректировка производится регулятором поз.QIC4 путем сброса части воздуха в атмосферу. Предусмотрено автоматическое прекращение подачи воздуха при срабатывании блокировок групп «В», «А» и «АА» путем закрытия клапана поз.QCV3 и электрозадвижки поз.HC8. Уменьшение расхода по приборам поз.QS3, QS31, QS32 до 35 000 м³/ч вызывает срабатывание блокировок группы «В».

Перед подачей в конвертор метана поз.110 воздух смешивается с паром и подогревается в БТА трубчатой печи поз.107 до значений температуры не более 500 °С по прибору поз.Т20. При этом расход пара по расходомеру поз.Q6 должен составлять от 4 до 30 т/ч. Расход пара контролируется по прибору поз.Q6, а регулирование производится регулятором поз.TIC20, воздействующим на клапан поз.HCV1. При срабатывании блокировок групп «В», «А» и «АА» клапан поз.HCV1 автоматически открывается полностью посредством соленоидного вентиля, предохраняя от перегрева змеевик воздуха в БТА и препятствуя обратному ходу конвертированного газа. По истечении 60 с сигнал с соленоида снимается и клапан подключается к регулятору поз.TIC20. При пуске и остановке агрегата необходима увеличенная подача пара в линию воздуха для защиты наконечника смесителя в конверторе поз.110 от поверхностного перегрева.

Паровоздушная смесь подается в конвертор метана II-ой ступени через центральную трубу смесителя, расположенного в верхней части аппарата. Частичноконвертированная парогазовая смесь из передаточного коллектора трубчатой печи вводится тангенциально в кольцевой зазор между смесителем и горловиной корпуса. Паровоздушная смесь поступает через отверстия в наконечнике смесителя в свободный объем реактора. Вокруг наконечника создается зона горения.

Нагретая горением до значений температуры не более 1 245 °С по прибору поз.Т4_5 парогазовая смесь проходит через слой шестигранных огнеупорных плиток с отверстиями. За счет реакции метана с паром температура конвертированной парогазовой смеси при прохождении катализатора уменьшается и на выходе из конвертора должна быть не более 1 010 °С по прибору поз.Т6_1,2. Температура в свободном объеме конвертора метана по слоям катализатора контролируется по приборам поз.T4_1-5. Сопротивление конвертора измеряется прибором поз.DP1011 и должно быть не более 196,0 кПа (2,000 кгс/см²).

Для защиты термопар и уменьшения процесса водородной коррозии металла термокарманов при высокой температуре предусмотрена подача азота на обдув термопар поз.Т3, Т4_1-5, Т6_1, 2. Подача азота на обдув термопар осуществляется от компрессора поз.406. Предусмотрена возможность подачи азота на обдув термопар от реципиентов азота поз.118 (1-6).

Остаточная объемная доля метана в сухом конвертированном газе после вторичного реформинга - не более 0,5 %. Состав конвертированного газа (объемная доля метана, водорода, окиси и двуокиси углерода) контролируется с помощью автоматических анализаторов поз.A21, A22, A23, A24.

Тепло конвертированной парогазовой смеси используется двумя параллельноработающими котлами-утилизаторами I-ой ступени поз.111А, В, где газ охлаждается до температуры от 350 °С до 450 °С. Контроль за температурой газа на входе в каждый из котлов поз.111А, В осуществляется по приборам поз.T6_1, 2, на выходе из них - по приборам поз.T7_1, 2. Далее газ охлаждается в котле-утилизаторе II-ой ступени поз.112 до температуры от 320 °С до 380 °С, которая поддерживается регулятором поз.TIC2 за счет байпасирования котла частью газа. В котлах-утилизаторах поз.111А, В, и поз.112 вырабатывается насыщенный пар давлением от 10,00 до 10,68 МПа (от 102 до 109 кгс/см²).

После котла-утилизатора поз.112 конвертированный газ направляется на конверсию окиси углерода. Перед ней имеется сброс газа на факельную установку через дистанционно управляемую электрозадвижку поз.HC12. Сброс используется при пуске и остановке конверсии метана.

Для защиты металла, работающего под давлением, от действия высоких температур передаточный коллектор трубчатой печи, конвертор метана II-ой ступени и котлы-утилизаторы I-ой ступени изнутри футерованы огнеупорным бетоном, а снаружи снабжены защитными водяными рубашками. Рубашки постоянно подпитываются паровым конденсатом из линии после турбин компрессоров. Необходимое для этого давление в линии поддерживается автоматически регулятором поз.PIC703.

Рубашки работают с постоянным небольшим переливом. Переливы направляются в сборник парового конденсата поз.704.

Контроль за уровнем конденсата в рубашке конвертора метана и передаточного коллектора осуществляется по приборам поз.L1, LL1, в рубашках котлов-утилизаторов поз.111A, B - по приборам поз.L21, LL11 и L22, LL12 соответственно. Расход воды на подпитку каждой из рубашек регулируется вручную, контроль - раздельный по расходомерам поз.Q12, Q22, 23. При уменьшении уровня в какой-либо из рубашек до минимально допустимого блокировка автоматически открывает соответствующий клапан дополнительной подпитки (поз.LCV1, LCV21 или LCV22). Предусмотрена возможность подачи в рубашки глубокообессоленной воды из установки приготовления питательной воды, а также речной воды на случай прекращения подачи турбинного конденсата.

Конверсия окиси углерода

 

Процесс конверсии окиси углерода описывается следующей реакцией:

 

СО + H₂О → СО₂ + H₂ + 41,0 кДж/моль.

 

Для обеспечения глубокой конверсии процесс проводится в две ступени в присутствии катализатора: I-я ступень - среднетемпературная, II-я ступень - низкотемпературная.

Конвертированная парогазовая смесь с температурой от 320 °С до 380 °С через электрозадвижку поз.HC140 подается в конвертор СО I-ой ступени поз.114. Электрозадвижка поз.HC140 позволяет отключать конверсию СО от предыдущих стадий при пуске и остановке агрегата.

В конверторе радиального типа поз.114 на катализаторе происходит конверсия окиси углерода до остаточной объемной доли не более 4 % по прибору поз.А140. В результате выделения тепла конвертированная парогазовая смесь на выходе из конвертора имеет температуру не более 450 °С. Температура на входе в конвертор контролируется по прибору поз.T140, в слоях катализатора - по приборам поз.T144_1-12, на выходе - по прибору поз.T162. Объемная доля окиси углерода в газе после конвертора определяется автоматическим анализатором поз.A140. Сопротивление конвертора поз.114 потоку газа измеряется прибором поз.DP178 и должно быть не более 49 кПа (0,5 кгс/см²).

В трубопровод входа конвертированной парогазовой смеси в конвертор поз.114 предусмотрена подача пара 40 через клапан поз.QCV141 с регулированием расхода посредством регулятора поз.QIC141. Для окисления катализатора перед выгрузкой предусмотрен подвод пара 7 и воздуха в эту же линию через съемные участки. Конвертор поз.114 имеет подключение к системе циркуляции азота для разогрева или охлаждения.

Тепло реакции после I-ой ступени конверсии CO утилизируется котлом-утилизатором поз.115 для выработки пара 100, конвертированная парогазовая смесь при этом охлаждается до температуры от 320 °С до 340 °С прибору поз.T182. Далее смесь проходит охлаждение в подогревателе неочищенной азотоводородной смеси II-ой ступени поз.116 за счет теплообмена с газом, идущим на метанирование, и поступает в конвертор окиси углерода II-ой ступени поз.117. После котла-утилизатора поз.115 имеется сброс газа на факел через дистанционно управляемую электрозадвижку поз.HC149. Сброс используется при пуске и остановке конверсии окиси углерода.

Температура на входе в конвертор регулируется:

- байпасированием котла-утилизатора поз.115 частью конвертированной парогазовой смеси с помощью заслонки поз.TCV141 посредством регулятора поз.TIC141;

- изменением положения заслонок поз.HCV147 и HCV146 на основном и байпасном потоках неочищенной азотоводородной смеси подогревателя I-ой ступени поз.119.

Входная температура изменяется от 200 °С до 240 °С в зависимости от активности катализатора низкотемпературной конверсии. В начале срока службы катализатора температура должна быть по возможности более низкой, по мере старения температуру необходимо повышать для достижения установленной степени конверсии, но так, чтобы температура на выходе из конвертора поз.117 была не более 260 °С.

Конвертор окиси углерода II-ой ступени поз.117 выполнен из двух параллельно работающих аппаратов, объединенных в одном корпусе. Равномерная подача газа обеспечивается распределительными заслонками поз.BFV-3 (1, 2) на входе в каждый аппарат. В двух полочных корзинах конвертора на катализаторе происходит глубокая конверсия окиси углерода до остаточной объемной доли
не более 0,65 % по анализатору поз.А141.

Температура в зоне реакции контролируется по приборам поз.T153_1-12, на выходе из каждой корзины – по приборам поз.T160, 161. Сопротивление верхней и нижней корзин измеряется приборами поз.DP181,182 и должно быть не более 49,0 кПа (0,5 кгс/см²). Объемная доля окиси углерода в конвертированном газе измеряется автоматическим газоанализатором поз.A141.

Схема обвязки предусматривает возможность подачи конвертированной парогазовой смеси по байпасу конвертора поз.117 в период пуска и остановки агрегата с помощью дистанционно управляемой электрозадвижки поз.HC144. Конвертор при этом отключается электрозадвижкой с дистанционным управлением поз.HC143 по входу газа и ручной задвижкой поз.V7А по выходу. Отключение производится для предотвращения резкого увеличения температуры в конверторе при увеличении объемной доли окиси углерода во входящем газе.

Для разогрева и восстановления катализатора имеется подключение конвертора поз.117 к системе циркуляционного азота. В линию входа конвертированной парогазовой смеси в конвертор через съемные участки подведен пар 7 и воздух для проведения окисления катализатора.

Конвертированный газ после конвертора окиси углерода поз.117 проходит ступенчатое охлаждение перед подачей на МДЭА-очистку.

Перед подачей в кипятильники газ проходит узел охлаждения конвертированного газа поз.145, где за счет увлажнения он охлаждается до температуры не более 180 °С, что обеспечивает высокую скорость теплоотдачи газа в кипятильниках. Температура газа после узла охлаждения контролируется по приборам поз.T143А и Т143В. Увлажнение производится впрыском газового конденсата через форсунки узла поз.145, подаваемого насосами поз.127_1, 2 из сепаратора поз.309. Предусмотрена возможность подачи в форсунки питательной воды из промежуточного отбора насосов поз.128 системы парообразования, используемая в период пуска и при неисправности насосов газового конденсата поз.127_1, 2.

Увлажненный конвертированный газ двумя параллельными потоками проходит газовые кипятильники МДЭА-раствора поз.306А, В и освобождается от сконденсировавшейся влаги в сепараторе поз.309. Газовый конденсат из сепаратора выдается на разгонку в отпарную колонну поз.150 через клапан поз.LCV306 посредством регулятора поз.LIC306, автоматиче