Химическая регенерация тепла путем пароводяной конверсии
природного газа представляется более перспективной. Процесс получения
технического водорода протекает в три стадии:
1. При температуре 900-1100°С исходный газ подвергается паровой
конверсии (без применения катализатора). Реакция может протекать
в виде:
а) СН
4
+ Н
2
О = СО + 3Н
2
,
б) СН
4
+ 2Н
2
О = СО
2
+ 4Н
2
,
в) СН
4
+ СО
2
= 2СО + 2Н
2
.
(2-3)
2. В интервале температур 150-450°С протекает процесс паровой
конверсии окиси углерода (экзотермическая реакция):
СО + Н
2
О = СО
2
+ Н
2
(2-4)
Второй этап протекает в
присутствии катализаторов, в качестве
которых могут использоваться металлы Fe, Co, Ni, Cr, Cu, Zn.
Следует иметь ввиду, что при температурах ниже 350С могут
протекать побочные реакции:
СО + 3Н
2
→ СН
4
+ Н
2
О,
2СО → С + СО
2
.
(2-5)
3. Для получения технического водорода необходимо удалить из
полученной газовой
смеси двуокись углерода, для чего можно
использовать физические и химические методы.
Физические методы основаны на сжижении СО
2
под давлением с
последующим охлаждением, конденсацией и отделением. Химические
методы основаны на хемсорбции с применением
растворов карбонатов
Са(ОН)
2
:
Са(ОН)
2
+ СО
2
→ СаСО
3
+ Н
2
0.
(2-6)
Карбонат СаСО
3
выпадает в качестве осадка.
Перспективность такой схемы использования тепла отходящих газов,
прежде всего, заключается в возможности достижения при сравнительно
умеренном нагреве компонентов горения почти полной регенерации в
рабочую камеру тепла этих газов. Конверсия l м
3
СН
4
(
р
н
Q
=35,78 МДж/м
3
)
стехиометрическим количеством водяного пара (1 м
3
или 0,805 кг) дает 1
м
3
СО и 3 м
3
Н
2
с общей теплотой сгорания Σ
р
н
Q
=44,976 МДж. Прирост
химически связанного тепла конвертированного газа при этом составит:
ΔQ
x
.
г
= 44,976 – 35,780 = 9,196 МДж, что и представляет собой собственно
химическую регенерацию тепла отходящих газов, поскольку для
осуществления реакции конверсии по уравнению от этих газов отнималось
именно 9,196 МДж на 1 м
3
СН
4
Рассматриваемая схема паровой конверсии природного газа позволяет
осуществить вариант принципиально полного замкнутого регенеративного
использования высокотемпературных отходящих газов. Однако при этом
возникают следующие
серьезные затруднения, связанные с чрезмерно
высоким температурным уровнем газов в рабочей камере: диссоциация
трехатомных компонентов, продукты которой далеко не всегда могут
полностью догореть при снижении температуры газов;
образование
токсически опасных окислов азота, последующее восстановление которых
практически исключается.
В качестве аппаратного оформления системы химической регенерации
природного газа можно использовать трубчатые стальные реакторы,
заполненные катализирующей насадкой. Такие реакторы являются
наиболее перспективными из-за своей
высокой удельной
производительности и компактности. К недостаткам такого варианта
регенерации следует отнести высокую
вероятность шлакования труб
конверсионного реактора при наличии в высокотемпературных газах
расплавленного уноса, поскольку при нагреве компонентов горения до
800°С температура этих труб составит как минимум 900-950°С.
Применительно к кислородно-конвертерному переделу паровая
конверсия конвертерного газа должна осуществляться в присутствии
катализатора. Катализирующая насадка может выполняться в виде
насыпного слоя, установленного в конвективной
шахте ПГОГ после
пароперегревателя в зоне впрыска охлаждающей воды.
Однако следует иметь ввиду, что паровая конверсия в настоящее время
в основном используется для переработки природного газа (углеводородного
топлива). Поэтому принцип химической регенерации топлива на
металлургическом предприятии в наибольшей степени применим к
переработке коксового газа, в составе которого содержание метана СН
4
достигает 30% (в природном газе – 90 %).
Достарыңызбен бөлісу: