Producent przemysłowych reaktorów konwersji gazu w Chinach

Co przemysłowy reaktor konwersji gazu firmy Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd zapewnia zakładom gazowniczym? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) buduje przemysłowe reaktory konwersji gazu, które przekształcają gaz ziemny i inne surowce w wodór, amoniak i metanol, w tym reformery parowe metanu, konwertery zgazowania wodnego, metanizatory oraz reaktory syntezy amoniaku i metanolu. Zakresy pracy obejmują temperatury od 200 do 900°C i ciśnienia od bliskiego atmosferycznemu do 25 MPa, wykonane ze stali węglowej lub stopowej z wykładziną ogniotrwałą, z konstrukcją skoncentrowaną na odporności na pełzanie, ochronie przed atakiem wodoru i żywotności katalizatora w ciągłej pracy w wysokiej temperaturze.

1. Ścieżki konwersji gazu przemysłowego

Cztery ścieżki budują gospodarkę gazową, każda z odrębnym reaktorem:

• Reforming parowy metanu: Gaz ziemny reaguje z parą wodną nad katalizatorem niklowym w rurach w temperaturze od 800 do 900°C, produkując wodór, tlenek węgla i dwutlenek węgla. Reformer to piec opalany z rurami wypełnionymi katalizatorem, które muszą być odporne na pełzanie i nawęglanie w gorącym końcu, a materiał rur i grubość ścianki są określane przez 20-letnią wytrzymałość w wysokiej temperaturze. Jest to największy pojedynczy odbiorca tej pracy i najbardziej krytyczny pod względem materiałowym reaktor w instalacji wodorowej.
• Zgazowanie wodne i metanizacja: Zgazowanie przekształca tlenek węgla z parą wodną w wodór w temperaturze od 200 do 450°C nad katalizatorem żelaznym lub kobaltowo-molibdenowym, podczas gdy metanizacja usuwa ślady tlenków węgla, reagując je z metanem w temperaturze od 250 do 400°C przed instalacjami amoniaku lub metanolu. Są to konwertery z łóżkiem stałym, wykonane ze stali niskostopowej lub nierdzewnej, z konstrukcją skoncentrowaną na równomiernym rozkładzie i odpowiedniej temperaturze wejściowej, ponieważ przekroczenie temperatury powoduje powstawanie niepożądanych produktów ubocznych i skraca żywotność katalizatora.
• Synteza amoniaku: Azot i wodór łączą się nad katalizatorem żelaznym lub rutynowym w temperaturze od 400 do 500°C i ciśnieniu od 15 do 25 MPa, silnie egzotermiczna reakcja ograniczona równowagą, prowadzona w konwerterach przepływu radialnego z chłodzeniem międzywarstwowym. Reaktor jest zbudowany tak, aby był odporny na wodór pod wysokim ciśnieniem i temperaturą, z płaszczem zaprojektowanym na 20-letnią żywotność na pełzanie, a części wewnętrzne na najniższy praktyczny spadek ciśnienia, ponieważ konwersja na przejście zależy od ciśnienia i układu chłodzenia.
• Synteza metanolu: Tlenek węgla i wodór łączą się nad katalizatorem miedziowo-cynkowym w temperaturze od 220 do 300°C i ciśnieniu od 5 do 10 MPa, umiarkowanie ciśnieniowa reakcja egzotermiczna w konwerterze z łóżkiem stałym lub osiowo-radialnym. Naczynie jest wykonane ze stali niskostopowej z ochroną przed atakiem wodoru, a konstrukcja kontroluje wzrost temperatury przez złoże za pomocą chłodzenia międzywarstwowego, ponieważ katalizator miedziowy jest łatwo dezaktywowany przez przegrzanie. Konwersja na przejście wynosi od 10 do 20 procent, z recyrkulacją nieprzereagowanego gazu.

2. Projektowanie przemysłowych reaktorów konwersji gazu

Konwersja gazu odbywa się w wysokiej temperaturze i w obecności wodoru. Stosuje się cztery rozwiązania:

• Pełzanie i wytrzymałość w wysokiej temperaturze: W temperaturach od 400 do 900°C materiały ulegają pełzaniu, dlatego grubość ścianki i wybór stopu są zgodne z dopuszczalnym naprężeniem w temperaturze przez 20 lat projektowanej żywotności, a nie z danymi dotyczącymi wytrzymałości w temperaturze otoczenia. Rury reformera wykorzystują odśrodkowo odlewany stop HK lub HP, a płaszcze konwerterów wykorzystują stal niskostopową lub nierdzewną dopuszczoną do strefy gorącej. Każde połączenie i wspornik pracujące w wysokiej temperaturze są zaprojektowane z uwzględnieniem rozszerzalności i relaksacji, ponieważ awaria spowodowana pełzaniem jest powolna, ale nieunikniona, jeśli podstawa jest błędna.
• Ochrona przed atakiem wodoru: Powyżej około 200°C i kilku MPa wodór atakuje stal węglową, dlatego zwilżane powierzchnie w środowisku wodoru wykorzystują stal chromowo-molibdenową lub nierdzewną, lub zweryfikowaną nakładkę, wybraną z krzywej Nelsona dla rzeczywistej temperatury i częściowego ciśnienia wodoru do 20 MPa. Naczynie zaprojektowane poniżej krzywej będzie pękać i rozwarstwiać się w trakcie eksploatacji, dlatego odporność na atak wodoru jest projektowana w doborze materiałów, a nie sprawdzana później.
• Wykładzina ogniotrwała i gorący płaszcz: Reformery i niektóre konwertery pracują z płaszczem chronionym wykładziną ogniotrwałą i utrzymywanym poniżej zakresu pełzania, przy czym grubość wykładziny i konstrukcja kotew są ustalane przez warunki pracy. Wykładzina musi wytrzymać wielokrotne nagrzewanie i obciążenia związane z mocowaniem rur, a jej awaria naraża płaszcz na pełną temperaturę gazu. Dylatacje kompensują rozszerzalność między gorącymi i zimnymi częściami, a dostęp inspekcyjny do wykładziny jest projektowany od początku.
• Żywotność i dystrybucja katalizatora: Katalizatory konwersji gazu działają od 2 do 5 lat i dezaktywują się przez koksowanie, zatrucie i spiekanie, dlatego reaktor równomiernie rozprowadza zasilanie, aby uniknąć gorących punktów i wspiera złoże bez migracji drobnych cząstek. Geometria przepływu radialnego zmniejsza spadek ciśnienia i wydłuża czas pracy, a urządzenie wlotowe jest specyfikowane z taką samą starannością jak płaszcz. Reaktor i wymiana katalizatora są projektowane jako jedna kampania, ponieważ czas pracy zależy od obu czynników.

Matryca porównawcza przemysłowych reaktorów konwersji gazu

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między reaktorami syntezy amoniaku i metanolu?

O: Oba łączą wodór ze źródłem węgla lub azotu nad katalizatorem, ale amoniak pracuje w temperaturze od 400 do 500°C i ciśnieniu od 15 do 25 MPa z katalizatorem żelaznym lub rutynowym i jest silnie egzotermiczny, wykorzystując konwertery przepływu radialnego z chłodzeniem międzywarstwowym do utrzymania równowagi. Metanol pracuje w niższej temperaturze, 220 do 300°C, przy ciśnieniu od 5 do 10 MPa nad katalizatorem miedziowo-cynkowym, który jest łatwo dezaktywowany przez przegrzanie, dlatego wzrost temperatury złoża jest ściśle kontrolowany przez chłodzenie międzywarstwowe. Amoniak wymaga wyższego ciśnienia dla swojej równowagi; metanol wymaga starannej kontroli niskiej temperatury w celu ochrony katalizatora. Materiały i strategia chłodzenia różnią się odpowiednio.

P: Dlaczego reforming parowy metanu wymaga specjalnych rur?

O: Rury reformera pracują w temperaturze od 800 do 900°C pod ciśnieniem wewnętrznym i w reaktywnym, nawęglającym środowisku, dlatego muszą być odporne na pełzanie, nawęglanie i cykle termiczne przez 20 lat. Są wykonane z odśrodkowo odlewanych stopów o wysokiej zawartości niklu, takich jak gatunek HK lub HP, a grubość ścianki jest określana przez dopuszczalne naprężenie w temperaturze, a nie tylko przez ciśnienie. Standardowy materiał płaszcza naczynia ciśnieniowego pełzałby i uległby awarii w ciągu kilku miesięcy, dlatego reformer jest piecem ze specjalnych rur, a nie konwencjonalnym naczyniem.

P: Jak zapobiega się atakowi wodoru w reaktorach konwersji gazu?

O: Wodór w temperaturze 200°C i powyżej kilku MPa dyfunduje do stali węglowej i tworzy metan wewnątrz metalu, powodując pęcherze i szczeliny. Odporność pochodzi z konstrukcji chromowo-molibdenowej lub nierdzewnej, a tam gdzie jest to potrzebne, ze zweryfikowanej nakładki, przy czym zarówno stop bazowy, jak i nakładka są wybierane z krzywej Nelsona dla temperatury pracy i częściowego ciśnienia wodoru do 20 MPa. Naczynie zaprojektowane poniżej tej krzywej ulegnie awarii w trakcie eksploatacji, niezależnie od jego klasy ciśnieniowej, dlatego odporność na atak wodoru jest parametrem projektowym, potwierdzonym certyfikatem materiałowym i badaniem nakładki.

P: Co powinien zweryfikować kupujący przy zamawianiu reaktora konwersji gazu?

O: Cztery sprawdzenia. Podstawa temperaturowa: wymagać dopuszczalnego naprężenia w podwyższonej temperaturze przez 20 lat eksploatacji, a nie danych z temperatury otoczenia, dla każdego gorącego elementu, w tym rur reformera. Obsługa wodoru: potwierdzić, że materiał znajduje się wewnątrz krzywej Nelsona dla rzeczywistej temperatury i częściowego ciśnienia wodoru, z badaniem nakładki tam, gdzie jest używana. Wykładzina ogniotrwała: dla reaktorów z wykładziną wymagać grubości wykładziny, konstrukcji kotew i kwalifikacji profilu nagrzewania. Dokumentacja: dostarczony plik musi zawierać certyfikaty materiałowe, kwalifikacje procedur spawania, próbę ciśnieniową przy 1,3-krotnym ciśnieniu projektowym, NDE wszystkich szwów oraz rysunek ładowania i dystrybucji katalizatora z podanym profilem temperatury.