Устройства и принцип работы шахтного конвертора

Шахтный реактор предназначен для проведения практически полной конверсии метана, оставшегося в газе после трубчатой печи, и. введения в состав получаемого технологического газа необходимого количества азота. Он представляет собой вертикально расположенную металлическую обечайку из малоуглеродистой котельной стали. Верхняя часть аппарата служит основанием приваренного к нему корпуса смесительной камеры, нижняя заканчивается сферическим или коническим днищем.

Внутри реактор футерован жароупорным бетоном. На рисунке 4.4 показан шахтный реактор, который работает под давлением (26 30) • 10⁵ Па.

Конвертированный газ при 800 830 °С поступает из трубчатых печей по футерованному газоходу (коллектору) в смесители шахтных реакторов для смешения с воздухом. Ввод газа осуществляют радиально. Ввод воздуха и дробление его на отдельные потоки в реакторе производится с помощью специальных распределителей. Реактор, показанный на рисунке 4.4, имеет выносную горизонтальную камеру сжигания. Температура воздуха на входе в реактор 480 530 °С. Во всех реакторах при смешивании потоков скорость истечения воздуха составляет 10 60 м/с, а скорость движения газа в цилиндрической части смесителя 6 20 м/с. Более высокая температура горения шахтного реактора над катализатором (12,56 117,24) •10⁶ кДж/м³. Средняя температура парогазовой смеси над катализатором после реакции с кислородом воздуха 1200 1300 °С.

Катализаторы загружают в шахты реакторов через верхний разъем после демонтажа распределителя воздуха с помощью специального бункера. В агрегатах АМ70 никелевый катализатор защищен сверху алюмохромовым катализатором, на который укладывают шестигранные корундовые плитки с отверстиями (центральные плитки отверстий не имеют). Сопротивление всего слоя катализатора составляет не более 1,0• 10⁵ Па.• Температура газа на выходе из слоя катализатора при заданном количестве остаточного метана и расходе воздуха, определяемом стехиометрическим показателем конверсии, зависит от теплового баланса реактора. Это значит, что температура исходных потоков должна быть не ниже указанной в регламенте, а содержание метана (в сухом газе) на входе в реактор не должно превышать 8 10% (об.). В противном случае температура газа на выходе будет снижаться, а концентрация остаточного метана возрастать. Процесс в шахтном реакторе контролируют термопарами, установленными на входе реакционных потоков, в слое катализатора и на выходе газа из реактора.

Надежная работа реактора (отсутствие байпасов конвертированного газа) во многом определяется качеством футеровки, поэтому к ней предъявляют повышенные требования. Глубокие трещины приводят к опасным. перегревам корпуса, поэтому в целях безопасности почти все промышленные корпуса снабжают наружной водяной рубашкой. Шахтные реакторы, не имеющие водяной рубашки, футеруют в два слоя и покрывают термочувствительной краской для обнаружения перегрева.

Показателем работы шахтного реактора является степень достижения равновесной концентрации метана в конвертированном газе. Нам лучше равномерность распределения газового потока по сечению аппарата, выше качество изготовления футеровки (отсутствие байпасов) и чем выше активкость катализатора, тем меньше потребуется перегревать конвертированный газ на выходе из шахтного реактора, чтобы достигнуть заданного содержания остаточного метана.

Это, в свою очередь, приводит к улучшению условий работы трубчатой печи. Чрезвычайно важным является нормальная работа смесителя конвертированного газа с воздухом, ибо при его разрушении, процесс потребления кислорода технологического воздуха, не успевает закончиться в свободном объеме шахтного реактора и продолжается в слое катализатора, вызывая его перегрев, разрушение и ухудшение аэродинамики всего зернистого слоя, что проявляется как в увеличении остаточного содержания метана, так и в росте перепада давления газа в шахтном конверторе.

1 верхние термопары; 2 верхний защитный слой катализатора; 3 корпус; 4 водяная рубашка; 5 боковые и нижние термопары; 6 шары из оксида алюминия; 7 огнеупорная колосниковая решетка; 8 днище; 9 внутренняя металлическая облицовка реактора; 10 штуцеры ввода воды в водяную рубашку; 11 штуцеры наружных термопар; 12 цилиндрическая опора; 13 лестница для обслуживания реактора; 14 катализатор; 15 футеровка из жароупорного бетона; 16 закладная арматура под футеровку; 17 смесительная камера: 18 верхняя площадка для обслуживания.

Рисунок 4.4 Шахтный реактор паровоздушной конверсии метана 2й ступени.