CC BY
1PPSUTLSC-2024
PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES OF THE 2IST CENTURY
tashkent, e-e may 2004 www.in~academy.uz
КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ ПАРОВОГО РЕФОРМЕРА В OOO
UZBEKISTAN GTL "
1Н.М.Йулчиев, 1И.А.Юлдошев, ty. Абдуалимова, 2Ш.А. Абриев
1 Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Узбекистан, 100095, Ташкент, ул. Университетская, 2 2Физико-технический институт АН РУз, Узбекистан, 100084, Ташкент, ул. Чингиза Айтматова, 2Б e-mail: [email protected] https://doi.org/10.5281/zenodo.13382756
Аннотация: Паровой реформер является ключевым устройством для производства водорода, играющим значительную роль в различных промышленных отраслях. Он преобразует углеводородное сырье в газовую смесь с высоким содержанием водорода, что делает его важным компонентом для производства водорода, используемого в производстве аммиака, метанола, синтетических топлив и других энергетических системах. В данной статье рассматривается пакет парового реформера, установленный в Кашкадарьинской области (Узбекистан), его технология, эксплуатационные условия и теория процесса. Особое внимание уделяется применению никелевых катализаторов и их влиянию на процесс парового реформирования. Также обсуждаются основные реакции, происходящие на катализаторе, и параметры процесса, влияющие на качество продукции. Этот обзор позволяет понять важность парового реформера в производстве водорода и рассмотреть основные аспекты его функционирования и оптимизации процесса.
Ключевые слова: паровой реформер, водород, углеводородное сырье, никелевые катализаторы, процесс, технология, эксплуатационные условия, реакции, оптимизация. .
ВВЕДЕНИЕ
Паровой реформер играет ключевую роль в производстве водорода. Его основная цель состоит в преобразовании углеводородного сырья в смесь газов, богатую водородом, с высокой степенью чистоты. Значимость парового реформера заключается в том, что он является основным процессом для получения водорода, который широко применяется в различных отраслях, таких как производство аммиака, метанола, производстве синтетических топлив, а также в водородных топливных элементах и других энергетических системах [1,2]. Более того, паровой реформер обеспечивает возможность использования различных источников углеводородного сырья, включая природный газ, отходы нефти перерабатывающего завода (НПЗ) и тяжелую нефть, что делает его важным компонентом для обеспечения стабильного и эффективного производства водорода в различных промышленных секторах.
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Пакет парового реформера компании ООО «Uzbekistan GTL» расположенный в Кашкадарьинской области (Узбекистан), является частью установки по производству водорода с производительностью 37800 м3/час с содержанием водорода не менее 99,9% об. Пакет парового реформера использует технологию парового реформинга для преобразования подачи углеводородного сырья в смесь газов, богатую водородом. Катализаторы и технология парового реформинга используются по всему миру для производства большей части водорода, используемого в рефинериях и процессах синтеза аммиака/метанола. Сырьем для процесса служат природный газ, отходы Нефти перерабативающие завод (НПЗ) и тяжелая нефть. Эксплуатационные условия оптимизированы с учетом улучшенных сплавов, используемых для изготовления труб реформера, поэтому обычно используются давления и температуры реформинга газов в 27,1 бар и 900°С. Очищенное сырье предварительно подогревается паром и проходит через никелевый катализатор, упакованный в вертикальные узкие трубы, установленные в печи. Процесс реформинга является эндотермическим, и трубы реформера
PPSUTLSC-2024
PRACTICAL PROBLEMS AND SOLUTIONS TO THE USE OF THEORETICAL LAWS IN THE SCIENCES OF THE 2IST CENTURY
TASHKENT, 0-8 MAY 2004 WW W. ¡П "Э СЭС^ГПу . U Z
нагреваются горелками и излучением тепла от стен печи. Для улучшения эффективности и снижения потребления топлива паровому реформеру установлена система предварительного подогрева воздуха, состоящая из пластинчатого рекуперативного теплообменника дымовых газов/воздуха сгорания, двух принудительных вентиляторов (один в работе, другой на резерве) и одного вытяжного вентилятора. Проектирование печи является сложным процессом, требующим поддержания оптимальной температуры газов внутри труб для достижения расчетного превращения без перегрева внешней поверхности труб. Малые диаметры труб увеличивают площадь для теплообмена и улучшают перемешивание газов в слое катализатора. Поэтому условия процесса были оптимизированы с использованием лучших сплавов, позволяющих использовать
малогабаритные тонкостенные трубы в течение длительных периодов без физического износа. Реформер работает при наивысших режимах давлении и температуры, совместимых с выбранным сроком службы труб, поскольку сэкономленные расходы на сжатие газов оправдывают относительно неоптимальные термодинамические условия. Критерии
проектирования печей требуют, чтобы катализаторы, используемые для парового реформинга, обладали рядом тщательно отобранных свойств. Нынешний ассортимент
импрегнированных никелевых катализаторов основан на прочных огнеупорных материалах с устойчивой активностью и тщательно оптимизированными формами. Носители должны быть прочными, чтобы избежать разрушения в процессе эксплуатации, что может вызвать высокое падение давления и из-за появления горячих участков внутри труб. Носитель также должен быть щелочным, чтобы предотвратить образование углерода при использовании определенных видов сырья. Часто требуются алкализованные катализаторы для обеспечения экономичной работы в самых суровых условиях эксплуатации.
ТЕОРИЯ ПРОЦЕССА
Цель парового реформирования состоит в реакции углеводородов с паром как окислительным средством для превращения углеводородов в смесь водорода и диоксида углерода. В процессе также присутствуют оксиды углерода, остаточный метан и избыточный пар. Факторам, влияющих на реакцию, относится температура и давление эксплуатации,
соотношение пара к углероду (отношение моль пара к атомам углерода (C) в общей подаче в реформер) и соотношение углерода к водороду в подаче углеводородов. Практически все реакции парового реформирования эндотермические и требуют внешнего тепла.
Главные реакции, происходящие на никелевом
катализаторе в реформере, могут быть записаны
следующим образом:
Углеводород + H2O = CO + H2 (1)
CO+ H2O = CO2+ H2 (2)
CO + 3H2 = CH4+ H2O (3)
перевыполнение реакции (1) происходит обычно; реакция (2) протекает в мере достижения равновесия на выходе из реформера; подход к равновесию, достигнутый для реакции (3) pависит от пропускной способности, давления и температуры эксплуатации и является основной причиной образования метана в конечном газе. Общая реакция, приводящая к образованию газа, содержащего H2, CO, CO2 и CH4, является сильно эндотермической.
Использование избыточного пара с соотношением пара к углероду около 3,0 необходимо для предотвращения образования углерода. Образование углерода может происходить двумя способами: термическим разложением углеводородов и достижением термодинамического равновесия в системе.
Параметры процесса, влияющие на качество продукции, такие как температура эксплуатации, давление, соотношение пара к углероду и соотношение углерода к водороду, требуют внимания при проектировании и эксплуатации парового реформера. Выбор оптимальных значений этих параметров существенно влияет на производство и качество продукции..
References
[1] David J. Collinsa and Hong-Cai Zhou. Hydrogen storage in metal-organic frameworks// J. Mater. Chem., 2007,17, 3154-3160.
[2] Cullen M. Quine and etc, Hydrogen Adsorption and Isotope Mixing on Copper-Functionalized Activated Carbons. The Journal of Physical Chemistry C 2022, 126 (39), 1657916586.
