Chiny Producent przemysłowych reaktorów do konwersji gazu

Co przemysłowy reaktor konwersji gazu firmy Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd zapewnia elektrowniom gazowym?Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) buduje przemysłowe reaktory do konwersji gazu, które przekształcają gaz ziemny i inne surowce w wodór, amoniak i metanol, w tym reformery parowe metanu, konwertery przemiany woda-gaz, metanatory oraz reaktory do syntezy amoniaku i metanolu. Zadania obejmują zakres temperatur od 200 do 900°C i ciśnienia od bliskiego atmosferycznego do 25 MPa, są wykonane ze stali węglowej lub stopu pokrytej materiałem ogniotrwałym, a ich konstrukcja koncentruje się na odporności na pełzanie, ochronie przed atakiem wodoru i trwałości katalizatora w ciągłej pracy w wysokiej temperaturze.

1. Drogi konwersji gazu przemysłowego

Gospodarkę gazową budują cztery trasy, każda z odrębnym reaktorem:

• Reformacja metanu parowego:Gaz ziemny reaguje z parą wodną na katalizatorze niklowym w rurach w temperaturze 800–900°C, wytwarzając wodór, tlenek i dwutlenek węgla. Reformator to piec opalany z rurami wypełnionymi katalizatorem, które muszą być odporne na pełzanie i nawęglanie na gorącym końcu, przy czym materiał rur i grubość ścianek wynikają z 20-letniej wytrzymałości w wysokiej temperaturze. Jest największym pojedynczym odbiorcą cła i reaktorem o najbardziej krytycznym znaczeniu dla materiałów w elektrowni wodorowej.
• Przemiana wodno-gazowa i metanizacja:Ta zmiana przekształca tlenek węgla za pomocą pary wodnej w wodór w temperaturze 200–450°C w obecności katalizatora żelazowego lub kobaltowo-molibdenowego, podczas gdy metanacja usuwa ślady tlenków węgla, poddając je reakcji w metan w temperaturze 250–400°C przed pociągami amoniaku lub metanizacji. Są to konwertery ze złożem stałym zbudowane z materiałów niskostopowych lub stali nierdzewnej, których konstrukcja skupia się na równomiernym rozprowadzeniu i właściwej temperaturze na wlocie, ponieważ przeregulowanie powoduje powstawanie niepożądanych produktów ubocznych i skraca żywotność katalizatora.
• Synteza amoniaku:Azot i wodór łączą się na katalizatorze żelazowym lub rutenowym w temperaturze 400–500°C i 15–25 MPa. Jest to silnie egzotermiczna reakcja o ograniczonej równowadze, prowadzona w konwertorach z przepływem promieniowym z chłodzeniem międzywarstwowym. Reaktor jest zbudowany tak, aby był odporny na wodór pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, z płaszczem zaprojektowanym na 20-letni okres pełzania i elementami wewnętrznymi zapewniającymi najniższy praktyczny spadek ciśnienia, ponieważ konwersja na cykl dopasowuje się do ciśnienia i układu chłodzenia.
• Synteza metanolu:Tlenek węgla i wodór łączą się na katalizatorze miedziowo-cynkowym w temperaturze 220–300°C i 5–10 MPa, co stanowi egzotermiczną reakcję o umiarkowanym ciśnieniu w konwertorze ze złożem stałym lub osiowo-promieniowym. Zbiornik jest zbudowany ze stali niskostopowej z zabezpieczeniem przed atakiem wodoru, a konstrukcja kontroluje wzrost temperatury w złożu z chłodzeniem pośrednim, ponieważ katalizator miedziany łatwo dezaktywuje się w wyniku przegrzania. Konwersja na przejście wynosi 10 do 20 procent, przy czym nieprzereagowany gaz jest zawracany.

2. Reaktory konwersji gazu inżynieryjnego

Konwersja gazu przebiega na gorąco i w wodorze. Obowiązują cztery odpowiedzi:

• Wytrzymałość na pełzanie i wysoką temperaturę:W temperaturach od 400 do 900°C materiały pełzają, dlatego grubość ścianek i wybór stopu uwzględniają dopuszczalne naprężenia w temperaturze w ciągu 20-letniego projektowego okresu użytkowania, a nie dane dotyczące rozciągania w otoczeniu. Rury reformera wykonane są ze stopu HK lub HP odlewanego odśrodkowo, a korpusy konwertora wykonane są ze stopu niskostopowego lub stali nierdzewnej, przeznaczonej do strefy gorącej. Każde złącze i podpora pracujące w wysokiej temperaturze są zaprojektowane z myślą o wzroście i relaksacji, ponieważ uszkodzenie pełzania jest powolne, ale nieuniknione, jeśli podstawa jest niewłaściwa.
• Ochrona przed atakiem wodorowym:Powyżej około 200°C i kilku MPa wodór atakuje stal węglową, dlatego na zwilżane powierzchnie w obsłudze wodorowej stosuje się chrom-molibden lub nierdzewkę, lub zweryfikowaną nakładkę, wybraną z krzywej Nelsona dla rzeczywistej temperatury i ciśnienia cząstkowego wodoru do 20 MPa. Naczynie określone poniżej krzywej będzie ulegać pęcherzom i pękać podczas użytkowania, zatem odporność na atak wodoru uwzględniana jest przy wyborze materiału, a nie sprawdzana później.
• Wyściółka ogniotrwała i gorąca skorupa:Reformatory i niektóre konwertery pracują z płaszczem chronionym przez wykładzinę ogniotrwałą i utrzymywanym poniżej zakresu pełzania, przy grubości wykładziny i konstrukcji kotwy ustalanej przez obciążenie. Wykładzina musi wytrzymać wielokrotne nagrzewanie i obciążenia związane z rurą, a jej uszkodzenie naraża płaszcz na działanie pełnej temperatury gazu. Złącza dylatacyjne pochłaniają wzrost pomiędzy gorącymi i zimnymi częściami, a dostęp inspekcyjny do wykładziny został zaprojektowany od początku.
• Żywotność i dystrybucja katalizatora:Katalizatory konwersji gazu działają od 2 do 5 lat i dezaktywują się pod wpływem koksu, trucizny i spiekania, dzięki czemu reaktor równomiernie rozprowadza surowiec, aby uniknąć gorących punktów i wspiera złoże bez migracji drobnych cząstek. Geometria przepływu promieniowego zmniejsza spadek ciśnienia i wydłuża przebieg, a urządzenie wlotowe zostało zaprojektowane z taką samą starannością jak płaszcz. Reaktor i wymiana katalizatora są zaprojektowane jako jedna kampania, ponieważ czas pracy wynika z obu.

Macierz porównawcza przemysłowego reaktora do konwersji gazu

Często zadawane pytania (FAQ)

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

Odp.: Obydwa łączą wodór ze źródłem węgla lub azotu na katalizatorze, ale amoniak ma temperaturę 400–500°C i 15–25 MPa z katalizatorem żelazowym lub rutenowym i jest silnie egzotermiczny, a w celu utrzymania równowagi wykorzystuje się konwertery przepływu promieniowego z chłodzeniem między złożami. Metanol ma niższą temperaturę, 220–300°C, pod ciśnieniem 5–10 MPa na katalizatorze miedziowo-cynkowym, który łatwo dezaktywuje się w wyniku przegrzania, więc wzrost temperatury złoża jest ściśle kontrolowany za pomocą chłodzenia międzystopniowego. Amoniak potrzebuje wyższego ciśnienia do osiągnięcia równowagi; metanol wymaga starannej kontroli w niskiej temperaturze, aby chronić katalizator. Odpowiednio różnią się materiały i strategia chłodzenia.

P: Dlaczego do parowego reformingu metanu potrzebne są specjalne rury?

Odp.: Rury do reformingu pracują w temperaturze od 800 do 900°C, pod ciśnieniem wewnętrznym i w reaktywnej atmosferze nawęglającej, zatem muszą być odporne na pełzanie, nawęglanie i cykle termiczne przez 20 lat. Wykonane są z odlewanych odśrodkowo stopów o wysokiej zawartości niklu, takich jak gatunek HK lub HP, o grubości ścianki ustalanej na podstawie dopuszczalnych naprężeń w temperaturze, a nie samego ciśnienia. Standardowy materiał płaszcza zbiornika ciśnieniowego ulega pełzaniu i zniszczeniu w ciągu kilku miesięcy, dlatego też reformer jest piecem ze specjalnych rur, a nie konwencjonalnym zbiornikiem.

P: W jaki sposób zapobiega się atakowi wodoru w reaktorach konwersji gazu?

Odp.: Wodór w temperaturze 200°C i powyżej kilku MPa dyfunduje do stali węglowej i tworzy metan wewnątrz metalu, powodując pęcherze i pęknięcia. Odporność wynika z konstrukcji chromowo-molibdenowej lub stali nierdzewnej oraz, w razie potrzeby, sprawdzonej nakładki, zarówno ze stopu bazowego, jak i nakładki wybranej z krzywej Nelsona dla temperatury roboczej i ciśnienia cząstkowego wodoru do 20 MPa. Zbiornik określony poniżej tej krzywej nie będzie działać niezależnie od jego ciśnienia znamionowego, zatem odporność na atak wodoru jest czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu, potwierdzonym certyfikatem materiałowym i badaniem powłoki.

P: Co powinien sprawdzić kupujący przy zakupie reaktora do konwersji gazu?

O: Cztery czeki. Podstawa temperatury: wymagaj dopuszczalnego naprężenia w podwyższonej temperaturze przez 20 lat życia, a nie danych otoczenia, dla każdego gorącego elementu, w tym rur do reformingu. Obsługa wodoru: należy sprawdzić, czy materiał mieści się w krzywej Nelsona dla rzeczywistej temperatury i ciśnienia cząstkowego wodoru, sprawdzając nakładkę, jeśli jest używana. Materiał ogniotrwały: w przypadku reaktorów z wykładziną wymagana jest grubość wykładziny, konstrukcja kotwy i kwalifikacja profilu nagrzewania. Dokumentacja: dostarczona dokumentacja musi zawierać certyfikaty materiałowe, kwalifikacje technologii spawania, próbę hydrostatyczną przy 1,3-krotnym ciśnieniu projektowym, NDE wszystkich szwów oraz rysunek obciążenia i dystrybucji katalizatora z podanym profilem temperaturowym.