БЕСПЛАМЕННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
FLAMELESS HYDROCARBON GAS HEATER

Изобретение относится к устройствам для нагрева углеводородных газов и может быть применено, например, для беспламенного нагрева природного газа в газовой промышленности.
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.
Недостатком известной установка являются невозможность ее использования для нагрева газа.
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.
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.
Задача изобретения - исключение расхода топлива со стороны и снижение пожаровзрывоопасности.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Таким образом, предлагаемый нагреватель позволяет исключить расход топлива со стороны, снизить пожаровзрывоопасность нагрева углеводородного газа и может быть использован в промышленности.