Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей
Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей содержит котел-утилизатор, теплообменники обратных потоков, контактный реактор восстановления, холодильники, компрессоры, контактные реакторы синтеза, сепараторы, отличающаяся тем, что в схему включен котел-утилизатор использующий теплоту реакции после ректоров синтеза. А также для эффективного протекания химической реакции синтеза, предложено использование контактного (трубчатого) реактора с двойными теплообменными трубками. Газовая смесь поступающая в контактный реактор, проходит по внутренним трубам и затем по кольцевому пространству между внутренними и внешними теплообменными трубками. При этом газовая смесь подогревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу, и затем входит в слой катализатора. В аппарате с двойными теплообменными трубками распределение интенсивности отвода теплоты и распределение температур по высоте слоя катализатора ближе к оптимальным условиям. Теплообмен в таком аппарате производится между катализатором и «холодным», еще не прореагировавшим газом. Катализатор находится в трубах, омываемых «холодным» газом, или в межтрубном пространстве. При проведении процесса в трубчатом реакторе существует возможность отвода теплоты непосредственно из реакционной зоны. Технические результаты изобретения: 1) повышение эффективности использования уходящих дымовых газов; 2) полезное использование теплоты реакции после реакторов синтеза; 3) повышение эффективности процесса катализа исходной газовой смеси; 4) снижение энергетических затрат на нужды производства.
Полезная модель относится к энергетике, в частности, к устройствам для утилизации уходящих газов высокотемпературных промышленных установок, защиты окружающей среды от вредных веществ и может быть использована для энергосбережения крупных нефтехимических объектов. Предложенная система позволяет повысить энергетическую эффективность теплотехнологических установок максимально возможным использованием тепловых отходов, в первую очередь использованием теплоты отходящих газов и их химического состава.
Известен способ комплексного использования уходящих дымовых газов в котельной установке [см. патент RU 2043573 С1 МПК6 F23J 15/00, RU 2056588 С1 МПК6 F23J 15/00]. Котельная установка включает котел и последовательно установленные в тракте уходящих дымовых газов котла дополнительный трубчатый воздухоподогреватель, основной трубчатый воздухоподогреватель, электрофильтр-золоуловитель, устройство для очистки дымовых газов от оксидов серы, дымосос и дымовую трубу. Уходящие из котла дымовые газы охлаждаются в дополнительном трубчатом воздухоподогревателе, а затем доохлаждаются в основном трубчатом воздухоподогревателе. Охлажденные уходящие газы очищаются в электрофильтре-золоуловителе. Дымовые газы после очистки выходят глубоко охлажденными и влажными, так что необходима их подсушка и подогрев перед сбросом в дымовую трубу. Подсушка и подогрев уходящих газов осуществляется путем смешения их с небольшим количеством высокоподогретого дополнительного воздуха. Подсушенные и подогретые этим горячим воздухом дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.
Достоинством изобретения является очистка дымовых газов от оксидов серы в электрофильтре.
Недостатком этой системы является высокая стоимость технологии и недостаточная эффективность использования физико-химического состава уходящих газов.
Целью изобретения является полное использование физико-химического состава уходящих дымовых газов, при одновременном снижении энергозатрат на собственные производственные нужды и снижения выбросов вредных газообразных веществ.
Система заключается в создании экологически чистой технологии утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей.
Параметры отходящих дымовых газов: температура ДГ: 200°С; расход газов: 5,7 кг/с; плотность газов: 0,56 кг/м3; состав дымовых газов: СО - 18,8%; H2 - 25,6%; СО: - 26%; CH4 - 2,4%; H 2O - 5,92%; N2 - 12%.
Система утилизации отходящих дымовых газов включает: печь - 1; котел - утилизатор 2; 3, 6 - теплообменники обратных потоков; 4 - контактный реактор восстановления; 5, 9, 14 - холодильники; 7, 11 - компрессоры; 8, 13 - контактные реакторы синтеза; 10, 15 - сепараторы; 12 - теплообменник (фиг.1).
Отходящие газы трубчатой печи 1 поступают во входную камеру котла-утилизатора 2. В верхней части барабана котла-утилизатора расположено сепарационное устройство, представляющее собой пароприемный короб и дырчатые листы. Пароперегреватель змеевикового типа расположен горизонтально и выполнен из труб диаметром 32 мм и толщиной 3 мм. Питательная вода поступает в барабан котла через паропровод и подводится к пароперегревателю, при этом вырабатывая энергоресурс в виде пара 1,4 MПа. Эти котлы не требуют дополнительной обмуровки, характеризуются высокой газоплотностью, простотой изготовления, монтажа, обслуживания и пониженными требованиями к питательной воде. К основным недостаткам можно отнести низкий коэффициент использования теплоты отходящих газов.
После охлажденные дымовые газы поступают в рекуперативный теплообменник 3, откуда далее поступают в контактный реактор восстановления 4, где на катализаторной насадке происходит процесс восстановления СО2 в СО, содержащийся в отходящих дымовых газах. Прототипом такого способа получения метанола, является изобретение [RU 2052444 С1 МПК6 С07С 31/04, С07С 29/151] сущность которого, заключается в контактировании смеси оксидов углерода и водорода с медьсодержащим катализатором при повышенных температуре и давлении в две стадии. Смесь предварительно восстанавливают в присутствии алюмокобальтмолибденового катализатора при температуре 400-600°С в проточном реакторе.
Недостатками этого изобретения является высокая энергоемкость процесса, из-за многоразового пропускания газовой смеси через проточный реактор (выделяя образующийся метанол), что, естественно, приводит к дополнительному расходу электроэнергии.
Задачей предлагаемой системы является снижение энергоемкости процесса получения метанола из отходящих газов промышленных печей за счет использования контактного (трубчатого) реактора с двойными теплообменными трубками. Газовая смесь поступающая в контактный аппарат, проходит по внутренним трубам и затем по кольцевому пространству между внутренними и внешними теплообменными трубками. При этом газовая смесь подогревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу, и затем входит в слой катализатора. В аппарате с двойными теплообменными трубками распределение интенсивности отвода теплоты и распределение температур по высоте слоя катализатора ближе к оптимальным условиям. Теплообмен в таком аппарате производится между катализатором и «холодным», еще не прореагировавшим газом. Катализатор находится в трубах, омываемых «холодным» газом, или в межтрубном пространстве. При проведении процесса в трубчатом реакторе существует возможность отвода теплоты непосредственно из реакционной зоны.
Аналогом является полезная модель [RU 67887 U1 МПК B01J 8/06]. Устройство предназначено для синтеза метанола или синтетической нефти, сущность которого заключается в выравнивании скорости изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора путем обеспечения стабилизации расхода реагентов в разных точках по объему реактора и снижение сопротивления потоку реагентов; повышение эффективности использования катализатора.
После реактора газ охлаждают в холодильнике - конденсаторе 5, отделяя при этом образовавшуюся воду. После отделения воды смесь, выходящую из реактора нагревают в теплообменнике 6, дожимают компрессором 7 и подают на стадию синтеза метанола в контактный реактор 8. В реакторе газовая смесь контактирует с медьсодержащим катализатором при температуре 250°С и давлении 5,0 мПа с образованием метанола и воды.
Газ, выходящий из реактора, направляют в рекуперативный теплообменник 6 для нагрева газа, поступающего в реактор, и затем охлаждают в холодильнике-конденсаторе 9. Охлажденный газ поступает в сепаратор 10, где происходит процесс отделения метанола-сырца и воды, затем поток поступает на смешение с рециркуляционным газом второй стадии синтеза метанола, сжимается циркуляционным компрессором 11 и через рекуперативный теплообменник 12 направляют в контактный реактор синтеза метанола 13.
Образующийся на второй стадии метанол конденсируют в холодильнике-конденсаторе 14 и направляют в сепаратор 15. Часть отделившегося в сепараторе метанол-сырец выводят из системы, а остальную часть смешивают с газом, поступающим из первой стадии, и подают на всас циркуляционного компрессора 11. Общее количество метанола, полученного на первой и второй стадиях, составляет 3,27 т/ч.
Технические результаты изобретения: 1) повышение эффективности использования уходящих дымовых газов; 2) полезное использование теплоты реакции после реакторов синтеза; 3) повышение эффективности процесса катализа исходной газовой смеси; 4) снижение энергетических затрат на нужды производства.
1. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей, содержащая котел-утилизатор, теплообменники обратных потоков, контактный реактор восстановления, холодильники, компрессоры, контактные реакторы синтеза метанола, сепараторы, предназначена для повышения эффективности использования уходящих дымовых газов, отличающаяся тем, что теплота, выделившаяся в реакторе синтеза метанола, направляется в котел-утилизатор.
2. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей по п.1, отличающаяся тем, что в процессе синтеза метанола производится пар рабочих параметров на нужды производства.
3. Система комплексной утилизации отходящих дымовых газов трубчатых печей по п.1, отличающаяся тем, что в процессе синтеза метанола для эффективного отвода теплоты из реакционной зоны и эффективного процесса катализа используется контактный (трубчатый) реактор с двойными теплообменными трубками.
