CH650226A5 - Procedimento per la preparazione di gas contenenti idrogeno ed azoto. - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di gas contenenti idrogeno ed azoto secondo il preambolo della rivendicazione 1.
Più particolarmente la presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di gas per la sintesi dell'ammoniaca.
Per la preparazione di gas contenenti idrogeno ed azoto a partire da gas naturali o da «Virgin naphtha» si utilizzano secondo la tecnica nota i procedimenti di steam reforming consistenti nel trattamento del gas naturale o virgin naphtha con vapore d'acqua in una zona catalitica tubolare posta in un forno (reforming primario) e nel successivo trattamento della carica proveniente dal reforming primario in una zona di combustione parziale (reforming secondario) provvista anch'essa di adatto catalizzatore.
Negli ultimi tempi sono state sviluppate modifiche del procedimento di steam reforming e particolarmente interessanti sono quelle descritte nei brevetti USA 4 162 290 e 4 127 389. Nel primo brevetto viene descritto un procedimento per la produzione di un gas contenente idrogeno ed azoto consistente nel fare passare il gas naturale parzialmente nella zona tubolare catalitica posta in un forno e parzialmente attraverso un fascio di tubi pieni di catalizzatore di reforming di uno scambiatore di calore riscaldato con i gas caldi provenienti dal reforming secondario.
Le due correnti provenienti dalle due zone (forno e tubi dello scambiatore di calore) vengono quindi riunite ed inviate allo stadio di reforming secondario con aria. Nel brevetto USA 4 127 389 viene descritto l'apparecchio di scambio termico con i tubi del fascio tubiero pieni di catalizzatore di reforming primario utilizzato nel processo del primo brevetto USA sopra descritto.
In detto brevetto USA 4 127 389 viene detto che l'apparecchio di scambio termico può essere utilizzato per realizzare il reforming primario utilizzando come fonte di calore il calore dei gas provenienti dal reforming secondario. Perciò dall'esame della letteratura nota risulta che uno scambiatore di calore con i tubi del fascio tubiero ripieni di catalizzatore può essere utilizzato per realizzare il reforming primario utilizzando il calore dei gas provenienti dal reforming secondario.
Ma a questo punto è necessario precisare che"quando si vuole utilizzare lo scambiatore di calore-reattore al posto del forno di reforming tradizionale si deve aumentare notevolmente la temperatura nel reforming secondario e questo è possibile solamente bruciando più gas con più aria per cui alla fine si avrà un rapporto azoto/idrogeno molto al di sopra di quello necessario per uno degli scopi fondamentali per i quali viene preparato il gas per reforming ed esattamente la produzione del gas per la sintesi dell'ammoniaca. È questo d'altra parte il motivo per cui nel brevetto USA 4 162 290 il reforming viene realizzato in parallelo nello scambiatore di calore-reattore e nel tradizionale forno. La ripartizione della carica in accordo con il procedimento descritto nel brevetto USA 4 162 290 parte allo scambiatore-reattore e parte al forno tradizionale porta ad una complicazione notevole del procedimento in quanto aggiunge ima apparecchiatura e introduce delle complicazioni di regolazione per la ripartizione della corrente idrocarburica, senza per altro alleviare in modo sostanziale le condizioni di esercizio del forno tradizionale.
Le complicazioni del procédimento descritto nel brevetto USA 4 162 290 sono uno sbarramento alla sua utilizzazione pratica. Ê stato ora trovato che le complicazioni sopra riportate e gli inconvenienti della tecnica nota anteriore secondo la quale non si utilizza lo scambiatore-reattore per cui il costo del reforming risulta notevolmente più elevato, possono essere tutti separati disponendo lo scambiatore-reattore in serie al forno ed operando opportune conversioni della carica idrocarburica nel forno, nello scambiatore reattore e nel reforming secondario.
Il procedimento oggetto della presente invenzione opera secondo la combinazione dei passi di procedimento indicata nella rivendicazione 1, ed opera più particolarmente alimentando il gas naturale o la virgin naphtha a temperatura elevata ad un reforming con vapore d'acqua in due stadi in serie, i quali realizzano conversioni parziali di detto gas naturale o virgin naphtha, come sotto specificato, e quindi dal secondo stadio di reforming con vapore d'acqua ad uno stadio di reforming con aria (reforming secondario) che opera ad una temperatura tale che il calore dei gas effluenti da esso serve a fare funzionare il secondo stadio di reforming con vapore d'acqua. II vapore d'acqua può ovviamente essere anche ripartito tra i due stadi in serie di reforming con vapore d'acqua anche se generalmente esso viene tutto introdotto al primo stadio.
Il procedimento oggetto della presente invenzione comprende quindi i seguenti stadi:
a) alimentare i tubi pieni di catalizzatore di reforming posti nella sezione radiante di un forno con il vapore d'acqua ed il gas naturale o la virgin naphtha, con un rapporto molare vapore/carbonio di 2 5, eventualmente preriscaldandoli, ad una temperatura da 400 a 650°C
b) fare avvenire la conversione dal 20 al 50% del gas o virgin naphtha alimentati con temperatura di uscita da 650 a 750°C
c) scaricare i gas parzialmente convertiti dai tubi della sezione radiante del forno d) introdurre i gas scaricati di cui al punto c) nei tubi pieni di catalizzatore di uno scambiatore-reattore dove la
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io
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conversione viene portata fino al 70% regolando la temperatura di uscita tra i 750 e gli 850°C
e) scaricare i gas dallo scambiatore-reattore ed introdurli nel reattore di reforming secondario all'uscita del quale la temperatura viene mantenuta tra 920 e 1050°C bruciando aria f) scaricare i gas del reattore di reforming secondario e farli passare dal lato mantello dello scambiatore-reattore in maniera tale da raggiungere la temperatura di cui al punto d)
g) scaricare dal mantello dello scambiatore-reattore il gas riformato.
È da notare che operando in accordo con la presente invenzione, la pressione di esercizio del procedimento per la produzione del gas può essere considerevolmente aumentata rispetto a quella consentita dai procedimenti noti; in particolare il procedimento in accordo con la presente invenzione viene condotto a pressioni da 50 a 80 bar, preferibilmente a 60 -5- 70 bar. Il procedimento in accordo con la presente invenzione verrà ora illustrato in maniera non limitativa dallo schema della figura allegata.
Il gas naturale ed il vapore vengono alimentati attraverso la linea 1, preriscaldati nella sezione convettiva dal forno 6 ed introdotti tramite la linea 7, nei tubi 8, (solo uno ne è rappresentato in figura) pieni di catalizzatore di reforming.
La temperatura di entrata nei tubi della miscela gas-5 vapore d'acqua è di 520°C, mentre la temperatura di uscita è di 730°C.
Il gas combustibile al forno è alimentato tramite la linea 9.
Il gas uscente da 8 riformato per il 44% viene inviato io tramite la linea 2 allo scambiatore-reattore 10 dove esso passa attraverso i tubi pieni di catalizzatore. Lo scambiatore-reattore 10 viene alimentato dal Iato mantello con i gas caldi provenienti dal reforming secondario 11 tramite la linea 4, detti gas essendo ad una temperatura di 974°C. i5 I gas che escono dai tubi dello scambiatore-reattore hanno una temperatura di 824°C e tramite la linea 3 alimentano l'apparecchio di reforming secondario 11 al quale viene fornito tramite la linea 5 aria ad una temperatura di 550°C. Il gas riformato viene scaricato dal mantello dello 2o scambiatore-reattore attraverso la linea 12 ad una temperatura di 758°C. Riportiamo ora un bilancio di materia relativo al procedimento dell'invenzione con le temperature dei reagenti e prodotti sopra riportate (i volumi vengono dati nelle condizioni normali di temperatura e pressione):
Numero corrente Componenti
1
m3/h
% sul secco
2
m3/h
% sul secco
3
m3/h
% sul secco
4
m3/h
% sul secco ch4
23803
76,09
15517
20,04
9514
9,86
799
0,58
QH6
1173
3,75
c3h,
337
1,08
c4h10
143
0,46
47
0,15
H2
1457
4,66
45125
58,29
64189
66,53
75759
55,05
co
3678
4,75
8624
8,94
16207
11,78
co2
3519
11,25
12294
15,88
13350
13,84
14483
10,52
N2
796
2,54
796
1,03
796
0,82
30005
21,81
A
6
0,02
6
0,01
6
0,01
352
0,26
h20
132254
111025
103966
109825
Totale secco
31281
nrVh
77416
m3/h
96479
b3/h
137605
m3/h
Totale
163535
m3/h
188441
m3/h
200445
b3/h
247430
m3/h
Si può osservare che operando in accordo al procedimento della presente invenzione si utilizza un forno di re-55 forming di dimensioni inferiori e con una maggior affidabilità date le condizioni operative meno gravose.
Inoltre c'è da osservare che il consumo di calore radiante da fornire al forno di reforming si riduce di circa il 35%; senza tener conto del risparmio di energia di compres-« sione, consentito dal fatto che il procedimento della presente invenzione rende disponibile un gas di sintesi ad una pressione sensibilmente maggiore di quella dei procedimenti noti.
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1 foglio disegni
Claims (6)
1. Procedimento per la preparazione di gas contenenti idrogeno ed azoto a partire da gas naturale a virgin naphtha mediante reforming con vapore d'acqua e successivo reforming con aria, caratterizzato dal fatto che detto gas naturale o virgin naphtha viene sottoposto a reforming con vapore d'acqua in due stadi in serie ed il reforming con aria produce un gas a temperatura sufficiente a far funzionare il secondo stadio del reforming con vapore d'acqua.
2. Procedimento come da rivendicazione 1, dove il primo stadio di reforming con vapore d'acqua è realizzato in tubi riempiti di catalizzatore posti all'interno della sezione radiante di un forno.
2
RIVENDICAZIONI
3. Procedimento come da rivendicazione 1, dove il secondo stadio di reforming con vapore d'acqua è realizzato nei tubi ripieni di catalizzatore di uno scambiatore a fascio tubiero, riscaldato dall'effluente del reforming con aria, che passa dal lato mantello.
4. Procedimento come da rivendicazione 1, dove il gas naturale o la virgin naphtha sono alimentati al primo stadio di reforming con vapore d'acqua ad una temperatura da 400 a 650°C convertendovi dal 20 al 50% di detto gas naturale o virgin naphtha, la temperatura di uscita dal reforming primario essendo compresa tra 650°C e 750°C.
5. Procedimento come da rivendicazione 1, dove il secondo stadio di reforming con vapore d'acqua porta la conversione del gas naturale a virgin naphtha fino al 70% e la temperatura di uscita da detto stadio è compresa tra 750 ed 850°C.
6. Procedimento come da rivendicazione 1, dove la temperatura del gas uscente dal reforming con aria è compresa tra 920 e 1050°C.
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