RU2739736C2

RU2739736C2 - Flameless hydrocarbon gas heater

Info

Publication number: RU2739736C2
Application number: RU2017136952A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2020-12-28
Also published as: RU2017136952A3; RU2017136952A

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for heating hydrocarbon gases and can be used for flameless heating of natural gas in gas industry. Flameless heater includes membrane device 1 installed on line 6 of heated hydrocarbon gas supply and equipped with cleaned gas feed line and discharge line of mixture of heavy hydrocarbon gas components with water vapor, converter 4, which is a low-temperature catalytic steam conversion reactor, equipped with a converted gas discharge line 11 and a selective catalytic hydrogen oxidation reactor 5 with an air inlet line 12 and a gas vapor mixture discharge line 13, on which recuperative heat exchanger 3 and refluxer 2 are located, connected to purified gas supply line and equipped with water condensate supply line 9, heated gas outlet line 8 and reflux gas supply line 7 to heated hydrocarbon gas feed line.

EFFECT: invention ensures elimination of fuel consumption from the side and reduction of fire and explosion hazard.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для нагрева углеводородных газов и может быть применено, например, для беспламенного нагрева природного газа в газовой промышленности.The invention relates to a device for heating hydrocarbon gases and can be used, for example, for flameless heating of natural gas in the gas industry.

Известна установка подготовки попутного нефтяного газа [RU 2624626, МПК C10G 9/38, C10L 3/10, C10G 5/06, B01D 5/00, F25J 3/02, опубл. 05.07.2017 г.], включающая конвертор, нагреватель, дефлегматор и блок подготовки воды.Known installation for the preparation of associated petroleum gas [RU 2624626, IPC C10G 9/38, C10L 3/10, C10G 5/06, B01D 5/00, F25J 3/02, publ. 07/05/2017], including a converter, a heater, a reflux condenser and a water treatment unit.

Недостатком известной установка являются невозможность ее использования для нагрева газа.The disadvantage of the known installation is the impossibility of using it for gas heating.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является каталитический водогрейный котел [RU 2269725, МПК F24H 1/00, опубл. 02.10.2008 г.], включающий генератор синтез-газа (конвертор), камеру смешения конвертированного газа со вторичным воздухом и охлаждаемый реактор с пространством для каталитического окисления синтез-газа и пространством для прохода нагреваемой воды.Closest to the claimed invention is a catalytic hot water boiler [RU 2269725, IPC F24H 1/00, publ. 02.10.2008], including a synthesis gas generator (converter), a chamber for mixing converted gas with secondary air and a cooled reactor with a space for catalytic oxidation of synthesis gas and a space for the passage of heated water.

Недостатками данного котла являются расход топлива со стороны и высокая температура (800-950°С) продуктов окисления, образующихся при полном окислении конвертированного газа, которая превышает температуру самовоспламенения углеводородного газа, что делает нецелесообразным применение данного котла (нагревателя) для нагрева углеводородного газа из-за высокой пожаровзрывоопасности.The disadvantages of this boiler are the fuel consumption from the side and the high temperature (800-950 ° C) of the oxidation products formed during the complete oxidation of the converted gas, which exceeds the self-ignition temperature of the hydrocarbon gas, which makes it impractical to use this boiler (heater) to heat the hydrocarbon gas from for high fire and explosion hazard.

Задача изобретения - исключение расхода топлива со стороны и снижение пожаровзрывоопасности.The objective of the invention is the elimination of fuel consumption from the side and the reduction of fire and explosion hazard.

Техническим результатом является исключение расхода топлива со стороны и снижение пожаровзрывоопасности за счет оснащения нагревателя низкотемпературным каталитическим паровым конвертором тяжелых углеводородов, выделенных из газа, и реактором селективного окисления водорода. Дополнительным результатом является увеличение объемного расхода нагретого газа вследствие конвертировании тяжелых углеводородов газа в метан и углекислый газ.The technical result is the elimination of fuel consumption from the outside and the reduction of fire and explosion hazard by equipping the heater with a low-temperature catalytic steam converter of heavy hydrocarbons separated from the gas and a reactor for selective hydrogen oxidation. An additional result is an increase in the volumetric flow rate of the heated gas due to the conversion of heavy hydrocarbon gas into methane and carbon dioxide.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном нагревателе, включающем конвертор и каталитический реактор окисления, особенностью является то, что на линии подачи нагреваемого углеводородного газа установлено мембранное устройство, оснащенное линией подачи очищенного газа и линией вывода смеси тяжелых углеводородных компонентов газа с парами воды, к которой примыкает линия подачи водного конденсата и на которой установлены рекуперациониый теплообменник и, в качестве конвертора, реактор низкотемпературной каталитической паровой конверсии, оснащенный линией вывода конвертированного газа, на которой в качестве каталитического реактора окисления установлен реактор селективного каталитического окисления водорода с линиями ввода воздуха и вывода газопаровой смеси, на которой расположены рекуперациониый теплообменник и дефлегматор, соединенный с линией подачи очищенного газа и оснащенный линиями подачи водного конденсата и вывода нагретого газа, а также линией подачи газа дефлегмации в линию подачи нагреваемого углеводородного газа.The specified technical result is achieved by the fact that in the known heater, which includes a converter and a catalytic oxidation reactor, a special feature is that a membrane device is installed on the heated hydrocarbon gas supply line, equipped with a purified gas supply line and an output line for a mixture of heavy hydrocarbon gas components with water vapor, which is adjoined by a water condensate supply line and on which a recuperation heat exchanger is installed and, as a converter, a low-temperature catalytic steam reforming reactor equipped with a converted gas outlet line, on which a selective catalytic oxidation reactor with air input and output lines is installed as a catalytic oxidation reactor gas-steam mixture, on which a recuperation heat exchanger and a reflux condenser are located, connected to the purified gas supply line and equipped with lines for supplying water condensate and removing heated gas, as well as a gas supply line for de reflux into the heated hydrocarbon gas supply line.

При нагреве сернистого углеводородного газа на линии вывода смеси тяжелых углеводородных компонентов газа и паров воды может быть установлено устройство для обессеривания газа, например, с помощью хемосорбентов.When heating a sulfurous hydrocarbon gas, a device for gas desulfurization, for example, with the help of chemisorbents, can be installed in the output line of a mixture of heavy hydrocarbon gas components and water vapor.

Реакторы могут быть выполнены с аксиальной или радиальной подачей газа через слой катализатора, а дефлегматор и рекуперациониый теплообменник могут быть выполнены в виде трубчатых аппаратов.The reactors can be made with axial or radial gas supply through the catalyst bed, and the reflux condenser and the recuperation heat exchanger can be made in the form of tubular apparatuses.

Установка реактора низкотемпературной каталитической паровой конверсии газопаровой смеси, полученной путем нагрева в рекуперационном теплообменнике смеси тяжелых углеводородных компонентов газа, выделенных в мембранном устройстве, с водным конденсатом позволяет превратить тяжелые углеводороды в смесь метана, углекислого газа и водорода, селективное окисление которого кислородом воздуха позволяет получить газопаровую смесь с температурой 350-400°С, что ниже температуры самовоспламенения нагреваемого газа, и использовать ее в качестве теплоносителя. При этом исключается расход топлива со стороны, снижается пожаровзрывоопасность нагрева, а также получается дополнительное количество смеси метана и углекислого газа, являющейся компонентом нагретого газа, в 2-4 раза большее по объему, чем исходные тяжелые углеводороды.Installation of a reactor for low-temperature catalytic steam reforming of a gas-vapor mixture obtained by heating in a recuperative heat exchanger a mixture of heavy hydrocarbon gas components isolated in a membrane device with a water condensate makes it possible to convert heavy hydrocarbons into a mixture of methane, carbon dioxide and hydrogen, the selective oxidation of which with atmospheric oxygen makes it possible to obtain gas-steam mixture with a temperature of 350-400 ° C, which is lower than the autoignition temperature of the heated gas, and use it as a heat carrier. At the same time, fuel consumption from the outside is excluded, the fire and explosion hazard of heating is reduced, and an additional amount of a mixture of methane and carbon dioxide, which is a component of the heated gas, is obtained, 2-4 times larger in volume than the original heavy hydrocarbons.

Нагреватель включает мембранное устройство 1, дефлегматор 2, рекуперациониый теплообменник 3, конвертор 4 и реактор селективного окисления 5. При работе нагревателя углеводородный газ, подаваемый по линии 6, смешивают газом дефлегмации, подаваемым по линии 7, и разделяют в устройстве 1 на очищенный сухой газ, который нагревают в дефлегматоре 2 и выводят по линии 8, и смесь тяжелых углеводородов с парами воды, которую после смешения с водным конденсатом, подаваемым по линии 9, и нагрева в теплообменнике 3 по линии 10 подают в конвертор 4, где тяжелые углеводороды конвертируют с получением смеси метана, углекислого газа и водорода, подаваемой по линии 11 в реактор 5, где водород селективно окисляют до паров воды кислородом воздуха, подаваемого по линии 12. Полученную газопаровую смесь по линии 13 через теплообменник 3 подают в дефлегматор 2, где охлаждают и сепарируют с получением газа дефлегмации и водного конденсата. Пунктиром показано размещение на линии 10 перед примыканием линии 9 устройства для обессеривания газа 14, необходимого при нагреве сернистого газа, а также линии 15 для подачи деионизированной воды при пуске нагревателя.The heater includes a membrane device 1, a reflux condenser, a recuperative heat exchanger 3, a converter 4, and a selective oxidation reactor 5. During operation of the heater, the hydrocarbon gas supplied through line 6 is mixed with a reflux gas supplied through line 7 and separated in device 1 into purified dry gas , which is heated in reflux condenser 2 and withdrawn through line 8, and a mixture of heavy hydrocarbons with water vapor, which, after mixing with water condensate supplied through line 9 and heating in heat exchanger 3 through line 10, is fed to converter 4, where heavy hydrocarbons are converted to obtaining a mixture of methane, carbon dioxide and hydrogen supplied through line 11 to reactor 5, where hydrogen is selectively oxidized to water vapor by oxygen from air supplied through line 12. The resulting gas-vapor mixture is fed through line 13 through heat exchanger 3 to reflux condenser 2, where it is cooled and separated with obtaining reflux gas and water condensate. The dotted line shows the placement on line 10 in front of the abutment of line 9 of a device for desulfurizing gas 14, which is required when heating sulfur dioxide, as well as line 15 for supplying deionized water when starting the heater.

Таким образом, предлагаемый нагреватель позволяет исключить расход топлива со стороны, снизить пожаровзрывоопасность нагрева углеводородного газа и может быть использован в промышленности.Thus, the proposed heater makes it possible to exclude fuel consumption from the side, to reduce the fire and explosion hazard of heating hydrocarbon gas and can be used in industry.

Claims

1. A flameless hydrocarbon gas heater, including a converter and a catalytic oxidation reactor, characterized in that a membrane device is installed on the heated hydrocarbon gas supply line, equipped with a purified gas supply line and an output line for a mixture of heavy hydrocarbon gas components with water vapor, to which the supply line adjoins water condensate and on which a recuperation heat exchanger is installed and, as a converter, a low-temperature catalytic steam reforming reactor, equipped with a converted gas outlet line, on which a selective catalytic oxidation reactor is installed as a catalytic oxidation reactor with lines for air inlet and a heat exchanger and a reflux condenser connected to the purified gas supply line and equipped with condensate water supply lines and heated gas output lines, as well as a reflux gas supply line to the heated gas supply line hydrocarbon gas.

2. A heater according to claim 1, characterized in that a device for gas desulfurization is installed on the output line of the mixture of heavy hydrocarbon gas components and water vapor.