China Industrial Gas Conversion Reactor Κατασκευαστής

Τι παρέχει στις μονάδες φυσικού αερίου ένας βιομηχανικός αντιδραστήρας μετατροπής αερίου από τη Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd;Η Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) κατασκευάζει βιομηχανικούς αντιδραστήρες μετατροπής αερίου που μετατρέπουν το φυσικό αέριο και άλλες τροφοδοσίες σε υδρογόνο, αμμωνία και μεθανόλη, συμπεριλαμβανομένων αναμορφωτών μεθανίου ατμού, μετατροπέων μετατόπισης νερού-αερίου, μεθανατόρων και αντιδραστήρων σύνθεσης αμμωνίας και μεθανόλης. Οι λειτουργίες εκτείνονται από 200 έως 900°C και πιέσεις από σχεδόν ατμοσφαιρικές έως 25 MPa, κατασκευασμένο από ανθρακούχο χάλυβα ή κράμα με πυρίμαχη επένδυση, με σχεδιασμό που επικεντρώνεται στην αντίσταση ερπυσμού, την προστασία από προσβολή υδρογόνου και τη διάρκεια ζωής του καταλύτη υπό συνεχή συντήρηση σε υψηλή θερμοκρασία.

1. Διαδρομές μετατροπής βιομηχανικού αερίου

Τέσσερις διαδρομές χτίζουν την οικονομία φυσικού αερίου, η καθεμία με έναν ξεχωριστό αντιδραστήρα:

• Αναμόρφωση μεθανίου ατμού:Το φυσικό αέριο αντιδρά με τον ατμό πάνω από έναν καταλύτη νικελίου σε σωλήνες στους 800 έως 900°C, παράγοντας υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. Ο αναμορφωτής είναι ένας καυστήρας με σωλήνες γεμάτους καταλύτη που πρέπει να αντιστέκονται στον ερπυσμό και την ενανθράκωση στο θερμό άκρο, με το υλικό του σωλήνα και το πάχος του τοιχώματος να καθορίζονται από την 20ετή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία. Είναι ο μεγαλύτερος μεμονωμένος καταναλωτής του δασμού και ο πιο κρίσιμος για υλικά αντιδραστήρας στο εργοστάσιο υδρογόνου.
• Μετατόπιση νερού-αερίου και μεθανίωση:Η μετατόπιση μετατρέπει το μονοξείδιο του άνθρακα με ατμό σε υδρογόνο στους 200 έως 450°C πάνω από καταλύτη σιδήρου ή κοβαλτίου-μολυβδαινίου, ενώ η μεθανίωση αφαιρεί ίχνη οξειδίων του άνθρακα αντιδρώντας σε μεθάνιο στους 250 έως 400°C πριν από τα τρένα αμμωνίας ή μεθανοποίησης. Αυτοί είναι μετατροπείς σταθερής κλίνης κατασκευασμένοι από χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα ή ανοξείδωτο, με τη σχεδίαση να επικεντρώνεται στην ομοιόμορφη κατανομή και στη σωστή θερμοκρασία εισόδου, επειδή η υπέρβαση σχηματίζει ανεπιθύμητα παράπλευρα προϊόντα και μειώνει τη διάρκεια ζωής του καταλύτη.
• Σύνθεση αμμωνίας:Το άζωτο και το υδρογόνο συνδυάζονται πάνω από έναν καταλύτη σιδήρου ή ρουθηνίου στους 400 έως 500°C και 15 έως 25 MPa, μια έντονα εξώθερμη αντίδραση περιορισμένης ισορροπίας που εκτελείται σε μετατροπείς ακτινικής ροής με ψύξη μεταξύ των κλινών. Ο αντιδραστήρας είναι κατασκευασμένος για να αντέχει το υδρογόνο σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, με το κέλυφος να έχει σχεδιαστεί για 20ετή διάρκεια ζωής ερπυσμού και το εσωτερικό για τη χαμηλότερη πρακτική πτώση πίεσης, επειδή η μετατροπή ανά πέρασμα ακολουθεί την πίεση και τη διάταξη ψύξης.
• Σύνθεση μεθανόλης:Το μονοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο συνδυάζονται πάνω από έναν καταλύτη χαλκού-ψευδάργυρου στους 220 έως 300°C και 5 έως 10 MPa, μια εξώθερμη αντίδραση μέτριας πίεσης σε μετατροπέα σταθερής κλίνης ή αξονικής-ακτινικής μετατροπής. Το δοχείο είναι κατασκευασμένο από χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα με προστασία από προσβολή υδρογόνου και ο σχεδιασμός ελέγχει την αύξηση της θερμοκρασίας σε όλη την κλίνη με ενδοψύξη, επειδή ο καταλύτης χαλκού απενεργοποιείται εύκολα με υπερθέρμανση. Η μετατροπή ανά πέρασμα είναι 10 έως 20 τοις εκατό, με το αέριο που δεν αντέδρασε να ανακυκλώνεται.

2. Μηχανικοί αντιδραστήρες μετατροπής αερίου

Η μετατροπή αερίου είναι ζεστή και σε υδρογόνο. Ισχύουν τέσσερις απαντήσεις:

• Αντοχή σε ερπυσμό και σε υψηλή θερμοκρασία:Στους 400 έως 900°C τα υλικά σέρνονται, επομένως το πάχος του τοίχου και η επιλογή κράματος ακολουθούν την επιτρεπόμενη τάση στη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της 20ετούς ζωής σχεδιασμού, όχι τα δεδομένα εφελκυσμού περιβάλλοντος. Οι σωλήνες Reformer χρησιμοποιούν φυγοκεντρικό χυτό κράμα HK ή HP και τα κελύφη του μετατροπέα χρησιμοποιούν χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα ή ανοξείδωτο κατάλληλο για την καυτή ζώνη. Κάθε σύνδεσμος και στήριγμα υψηλής θερμοκρασίας έχει σχεδιαστεί για ανάπτυξη και χαλάρωση, επειδή η αποτυχία ερπυσμού είναι αργή αλλά αναπόφευκτη εάν η βάση είναι λάθος.
• Προστασία από επίθεση υδρογόνου:Πάνω από περίπου 200°C και λίγα MPa, το υδρογόνο προσβάλλει τον ανθρακούχο χάλυβα, επομένως οι βρεγμένες επιφάνειες στην υπηρεσία υδρογόνου χρησιμοποιούν χρώμιο-μολύιο ή ανοξείδωτο ή επαληθευμένη επικάλυψη, επιλεγμένη από την καμπύλη Nelson για την πραγματική θερμοκρασία και τη μερική πίεση υδρογόνου έως 20 MPa. Ένα δοχείο που καθορίζεται κάτω από την καμπύλη θα σχηματίσει φουσκάλες και θα ραγίσει κατά τη λειτουργία, επομένως η αντίσταση στην προσβολή υδρογόνου σχεδιάζεται στην επιλογή υλικού, δεν ελέγχεται εκ των υστέρων.
• Πυρίμαχη επένδυση και ζεστό κέλυφος:Οι αναμορφωτές και ορισμένοι μετατροπείς λειτουργούν με το κέλυφος να προστατεύεται από μια πυρίμαχη επένδυση και να διατηρείται κάτω από το εύρος ερπυσμού, με το πάχος της επένδυσης και το σχέδιο αγκύρωσης που καθορίζονται από το καθήκον. Η επένδυση πρέπει να επιβιώνει από επαναλαμβανόμενη θέρμανση και τα φορτία στερέωσης του σωλήνα και η αστοχία της εκθέτει το κέλυφος στην πλήρη θερμοκρασία του αερίου. Οι αρμοί διαστολής απορροφούν την ανάπτυξη μεταξύ ζεστών και κρύων τμημάτων και η πρόσβαση επιθεώρησης για την επένδυση έχει σχεδιαστεί από την αρχή.
• Διάρκεια ζωής και διανομή καταλύτη:Οι καταλύτες μετατροπής αερίου διαρκούν 2 έως 5 χρόνια και απενεργοποιούνται με οπτάνθρακα, δηλητήριο και πυροσυσσωμάτωση, έτσι ώστε ο αντιδραστήρας να κατανέμει ομοιόμορφα την τροφοδοσία για να αποφύγει τα καυτά σημεία και να υποστηρίζει την κλίνη χωρίς μετανάστευση λεπτών. Η γεωμετρία ακτινικής ροής μειώνει την πτώση πίεσης και επεκτείνει το μήκος λειτουργίας και η συσκευή εισόδου καθορίζεται με την ίδια προσοχή όπως το κέλυφος. Ο αντιδραστήρας και η αλλαγή του καταλύτη έχουν σχεδιαστεί ως μία εκστρατεία, επειδή ο χρόνος on-stream προκύπτει και από τα δύο.

Πίνακας σύγκρισης αντιδραστήρων μετατροπής βιομηχανικού αερίου

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των αντιδραστήρων σύνθεσης αμμωνίας και μεθανόλης;

Α: Και τα δύο συνδυάζουν υδρογόνο με πηγή άνθρακα ή αζώτου πάνω από έναν καταλύτη, αλλά η αμμωνία τρέχει στους 400 έως 500°C και 15 έως 25 MPa με καταλύτη σιδήρου ή ρουθηνίου και είναι έντονα εξώθερμη, χρησιμοποιώντας μετατροπείς ακτινικής ροής με ψύξη μεταξύ κλινών για να διατηρεί την ισορροπία. Η μεθανόλη λειτουργεί πιο κρύα, 220 έως 300°C, στους 5 έως 10 MPa σε έναν καταλύτη χαλκού-ψευδαργύρου που απενεργοποιείται εύκολα με υπερθέρμανση, επομένως η άνοδος της θερμοκρασίας της κλίνης ελέγχεται αυστηρά με ενδοψύξη. Η αμμωνία χρειάζεται υψηλότερη πίεση για την ισορροπία της. Η μεθανόλη χρειάζεται προσεκτικό έλεγχο χαμηλής θερμοκρασίας για την προστασία του καταλύτη. Τα υλικά και η στρατηγική ψύξης διαφέρουν ανάλογα.

Ε: Γιατί η αναμόρφωση μεθανίου με ατμό χρειάζεται ειδικούς σωλήνες;

Α: Οι σωλήνες αναμόρφωσης κάθονται στους 800 έως 900°C με εσωτερική πίεση και μια αντιδραστική ατμόσφαιρα ενανθράκωσης, επομένως πρέπει να αντιστέκονται στον ερπυσμό, την ενανθράκωση και τον θερμικό κύκλο ζωής για 20 χρόνια. Είναι κατασκευασμένα από φυγοκεντρικά χυτά κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο, όπως η κατηγορία HK ή HP, με το πάχος του τοιχώματος να καθορίζεται από την επιτρεπόμενη τάση στη θερμοκρασία και όχι μόνο από την πίεση. Ένα τυπικό υλικό κελύφους δοχείων πίεσης θα σέρνεται και θα αποτύχει σε μήνες, γι' αυτό ο αναμορφωτής είναι ένας κλίβανος ειδικών σωλήνων και όχι ένα συμβατικό δοχείο.

Ε: Πώς αποτρέπεται η επίθεση υδρογόνου στους αντιδραστήρες μετατροπής αερίου;

Α: Το υδρογόνο στους 200°C και πάνω από μερικά MPa διαχέεται σε ανθρακούχο χάλυβα και σχηματίζει μεθάνιο μέσα στο μέταλλο, προκαλώντας φουσκάλες και ρωγμές. Η αντίσταση προέρχεται από χρώμιο-μολύ ή ανοξείδωτη κατασκευή και, όπου χρειάζεται, επαληθευμένη επικάλυψη, με το κράμα βάσης και την επικάλυψη να επιλέγονται από την καμπύλη Nelson για θερμοκρασία λειτουργίας και μερική πίεση υδρογόνου έως 20 MPa. Ένα σκάφος που καθορίζεται κάτω από αυτήν την καμπύλη θα αποτύχει σε λειτουργία ανεξάρτητα από την ονομαστική του πίεση, επομένως η αντίσταση προσβολής υδρογόνου είναι ένα στοιχείο σχεδιασμού, επιβεβαιωμένο από το πιστοποιητικό υλικού και την εξέταση επικάλυψης.

Ε: Τι πρέπει να επαληθεύσει ένας αγοραστής όταν προμηθεύεται έναν αντιδραστήρα μετατροπής αερίου;

Α: Τέσσερις έλεγχοι. Βάση θερμοκρασίας: απαιτείται η επιτρεπόμενη τάση αυξημένης θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ζωής των 20 ετών, όχι δεδομένα περιβάλλοντος, για κάθε θερμό εξάρτημα, συμπεριλαμβανομένων των σωλήνων αναμόρφωσης. Υπηρεσία υδρογόνου: επιβεβαιώστε ότι το υλικό βρίσκεται μέσα στην καμπύλη Nelson για την πραγματική θερμοκρασία και τη μερική πίεση υδρογόνου, με εξέταση επικάλυψης όπου χρησιμοποιείται. Πυρίμαχο: για αντιδραστήρες με επένδυση απαιτείται το πάχος της επένδυσης, ο σχεδιασμός αγκύρωσης και η πιστοποίηση του προφίλ θέρμανσης. Τεκμηρίωση: το παραδοθέν αρχείο πρέπει να περιλαμβάνει πιστοποιητικά υλικού, προσόντα διαδικασίας συγκόλλησης, υδροστατική δοκιμή σε πίεση σχεδιασμού 1,3 φορές, NDE όλων των ραφών και το σχέδιο φόρτωσης και διανομής καταλύτη με το αναφερόμενο προφίλ θερμοκρασίας.