ПЕЧЬ С КОНВЕРСИЕЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к топливным печам стекловаренной и металлургической промышленности, отапливаемым природным газом, в которых образуются высокотемпературные газовые отходы топочного и технологического процессов - в первую очередь продукты горения. Утилизация теплоты газовых отходов, используемая в данной полезной модели, позволяет снизить расход природного газа, а также получать синтез-газ определенного состава для дальнейшей переработки.
Одним из эффективных направлений энергосбережения является термохимическая регенерация теплоты газовых отходов, базирующаяся на эндотермическом процессе конверсии природного газа. При этом первичное топливо - природный газ - перерабатывается во вторичное топливо - синтез-газ, который используется (полностью или частично) для отопления печи. Синтез-газ может быть получен на основе паровой конверсии, углекислотной конверсии, парциального окисления кислородом либо их сочетания (Крылов О.В. Углекислотная конверсия метана в синтез-газ // Российский Химический Журнал. - 2000. - Том XLIV. - №1. - С. 14-33).
Наиболее близким к предлагаемому является печь (патент РФ на полезную модель №140760 от 22.05.2014), содержащая последовательно соединенные топливную рабочую камеру, реактор конверсии природного газа, подогреватель окислителя, подогреватель парогазовой смеси и испаритель. Полученный в реакторе паровой конверсии синтез-газ разделяется на два потока, один из которых направляется в топливную рабочую камеру, а второй - за пределы печи для внешнего использования.
2
2
2
2
Однако указанная печь обладает ограниченной возможностью регулирования состава синтез-газа, выражаемого отношением объемов оксида углерода и водорода в синтез-газе: CO/H, - что ведет к дополнительным энергозатратам при использовании синтез-газа за пределами печи. Так, для установки производства метанола требуется CO/H=1:2, для установки производства диметилового эфира требуется CO/H=1:1, тогда как синтез-газ, полученный паровой конверсией, характеризуется отношением CO/H=1:3.
Техническая задача, решаемая в предлагаемой полезной модели, состоит в обеспечении возможности регулирования состава синтез-газа, а также повышении энергетической эффективности печи и смежной установки, потребляющей синтез-газ, который направляется за пределы печи.
2
Технический эффект, возникающий при решении технической задачи, состоит в получении синтез-газа с заданным отношением CO/H, а также в повышении эффективности использования химической и физической теплоты газовых отходов и достигается тем, что известная печь, содержащая последовательно соединенные топливную рабочую камеру, подогреватель окислителя, реактор конверсии и испаритель, дополнительно снабжена последовательно включенными трубопроводом линии рециркуляции уходящих газов, нагнетателем и смесителем, причем вход трубопровода подключен к дымоходу уходящих газов на выходе из испарителя, а после смесителя трубопровод подключен к реактору конверсии. При этом обеспечивается пароуглекислотная конверсия с регулируемым отношением оксида углерода и водорода в составе синтез-газа, зависящим от доли рециркулирующих уходящих газов и удельного расхода пара.
Предлагаемое устройство представлено в виде тепловой схемы стекловаренной печи с конверсией природного газа на рисунке.
Печь содержит топливную рабочую камеру 1 для переработки исходного материала в технологический продукт, подогреватель окислителя 2, реактор конверсии 3 для получения синтез-газа путем пароуглекислотной конверсии природного газа, испаритель 4, линию рециркуляции уходящих газов 5 с нагнетателем 6, смеситель 7 природного газа, пара и рециркулирующих уходящих газов. Линия рециркуляции соединяет дымоход уходящих газов на выходе из испарителя со смесителем 7, откуда смесь подается в реактор конверсии 3.
Печь работает следующим образом.
В топливной рабочей камере 1 осуществляется переработка исходного материала в технологический продукт (в нашем примере варка стекла). Топливная рабочая камера отапливается синтез-газом, для сжигания которого используется окислитель, направляемый из подогревателя окислителя 2. Газовые отходы топливной рабочей камеры используются для нагрева теплоносителей последовательно в подогревателе окислителя 2, реакторе конверсии 3 и испарителе 4. Возможен вариант иной последовательности включения теплообменников по тракту газовых отходов: сначала реактор конверсии, затем подогреватель окислителя и испаритель. Температура уходящих газов снижается до минимально допустимого уровня, превышающего температуру воды на входе в испаритель на 10-50°C и (или) температуру точки росы на 10-30°C.
Часть газовых отходов после испарителя отбирается в линию рециркуляции уходящих газов 5 посредством нагнетателя 6 и направляется в смеситель 7 природного газа, пара и рециркулирующих уходящих газов. Полученная смесь из смесителя 7 поступает в реактор конверсии 3 для превращения в синтез-газ на основе пароуглекислотной конверсии. Управление составом синтез-газа обеспечивается изменением удельного (на кубометр природного газа) расхода рециркулирующих уходящих газов и удельного расхода пара из испарителя. Регулирование состава синтез-газа осуществляется посредством автоматизированной системы управления.
Полученный в реакторе конверсии 3 синтез-газ разделяется на два потока, один из которых направляется в топливную рабочую камеру 1, а второй - за пределы печи для внешнего использования (например, для производства метанола). Состав синтез-газа, характеризуемый отношением оксида углерода и водорода, поддерживается на уровне, соответствующем варианту внешнего использования синтез-газа. Так, в печи производительностью 250 т стекломассы в сутки возможно получение дополнительного синтез-газа, использование которого в смежной установке по производству метанола позволяет производить до 22 т метанола в сутки.