МОНОБЛОК КОНВЕРТОРА ПРИРОДНОГО ГАЗА С ТЕПЛООБМЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ПАРОГЕНЕРАТОРОМ

Полезная модель относится к химической промышленности, в частности к устройствам для получения чистого водорода паровой каталитической конверсией углеводородного сырья, в том числе природного газа, и может быть использована в различных отраслях промышленности, включая водородную энергетику.
Известен моноблок конвертора природного газа с теплообменным оборудованием для получения чистого водорода (Пат. РФ №157995 от 11.08.2015 г.) наиболее близкий по технической сути и принятый за прототип, содержащий топочное устройство, конверторно-мембранное устройство, парогенератор.
Недостатками прототипа являются размещение парогенератора в зоне пониженных температур за конверторно-мембранным устройством на выхлопе дымовых газов, что снижает эффективность парогенератора, усложняет процесс ввода конвертора, замедляет процесс разогрева конвертора и характеризуется продолжительным временем до начала получения пара с необходимыми параметрами и последующей подачи его для создания конвертируемой парогазовой смеси из-за низкого уровня температур в зоне размещения парогенератора. Пар с необходимыми параметрами может быть получен лишь на конечном этапе разогрева конвертора. Существенным недостатком прототипа является также неравномерность разогрева конверторно-мембранного устройства дымовыми газами по высоте. Конверсионные элементы, расположенные в нижней части устройства непосредственно за топочным устройством, имеют большую температуру по сравнению с конверсионными элементами, расположенными в верхней части конверторно-мембранного устройства и находящимися при более низкой температуре.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности высокотемпературного парогенератора и улучшение эксплуатационных характеристик конвертора.
Техническим результатом заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков путем создания условий для получения пара уже на начальном этапе разогрева конвертора и использования этого пара также для равномерного разогрева конверторно-мембранного устройства с целью выравнивания температуры по высоте устройства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в моноблоке конвертора природного газа с теплообменным оборудованием и высокотемпературным парогенератором содержащем конверторно-мембранное устройство с теплоизоляцией и теплообменное оборудование, имеются следующие отличия: высокотемпературный парогенератор, предназначенный для подготовки пара с необходимыми параметрами и последующей подачи его для создания конвертируемой парогазовой смеси, расположен в высокотемпературной зоне непосредственно между топочным устройством и конверторно-мембранным устройством и выполнен из жаростойкой стали.
Размещение высокотемпературного парогенератора за топочным устройством и перед конверторно-мембранным устройством, непосредственно в высокотемпературной зоне обладающей высоким уровнем температур при запуске конвертора и на последующих режимах позволяет добиться равномерности разогрева конверторно-мембранного устройства дымовыми газами по высоте.
Высокотемпературный парогенератор выполнен из жаростойкой стали и на этапе запуска конвертора высокотемпературное тепло топочных газов изменением расхода подаваемой воды преобразуется в низкотемпературное тепло производимого пара, используемого для «мягкого» разогрева конвертора.
Сущность предлагаемого технического решения представлена на чертеже (фиг. 1), отображающем конструкцию моноблока конвертора природного газа с теплообменным оборудованием и высокотемпературным парогенератором, где:
1 - конверторно-мембранное устройство;
2 - топочное устройство;
3 - высокотемпературный парогенератор;
4 - теплообменник;
5 - теплообменник;
6 - теплообменник;
7 - теплообменник;
8 - теплообменник;
9 - труба выхода конверсионного водорода;
10 - корпус моноблока;
11 - теплоизоляция;
12 - индивидуальная теплоизоляция (условно показана только на одном теплообменнике);
13 - труба выхода дымовых газов;
14 - патрубки наружных оболочек оборудования (условно показаны одной позицией);
15 - труба входа воздуха для топочного устройства;
16 - труба выхода синтез-газа;
Моноблок состоит из конверторно-мембранного устройства 1 с присоединенным снизу через патрубок наружных оболочек 14 топочным устройством 2, высокотемпературного парогенератора 3, размещенного непосредственно за топочным устройством 2 перед конверторно-мембранным устройством 1, и подогревателя воздуха для топочного устройства - теплообменника 4, присоединенного патрубком наружных оболочек 14 к конверторно-мембранному устройству 1, так же из первого охладителя конверсионного водорода - теплообменника 5, подсоединенного патрубками наружных оболочек 14 к конверторно-мембранному устройству 1 и ко второму охладителю конверсионного водорода - теплообменнику 7, который соединен с трубой выхода конверсионного водорода 9, которая, проходя через корпус моноблока 10 и теплоизоляцию 11 корпуса моноблока на внутренней поверхности, выходит наружу в нижней части корпуса 10. С конверторно-мембранным устройством 1 соединен также патрубком 14 охладитель водородосодержащего синтез-газа - теплообменник 6, который трубой выхода синтез-газа 16 проходит через корпус 10 и теплоизоляцию 11 и выходит наружу в нижней части корпуса 10. С конверторно-мембранным устройством 1 и высокотемпературным парогенератором 3 соединен смеситель парогазовый - теплообменник 8. В нижней части моноблока конвертора, через цилиндрическую поверхность корпуса 10 и теплоизоляцию 11 проходит труба входа воздуха для топочного устройства 15. В верхней части от теплообменника 4 проходит через корпус 10 и теплоизоляцию 11 труба выхода дымовых газов 13. С наружной стороны оболочек каждой единицы высокотемпературного оборудования в пределах корпуса 10 покрыта индивидуальной теплоизоляцией 12.
Моноблок конвертора природного газа с теплообменным оборудованием и высокотемпературным парогенератором работает следующим образом:
Дымовой газ, образующийся после сжигания углеводородного топлива в топочном устройстве 2, поступает в высокотемпературный парогенератор 3, где генерируется пар для подачи в теплообменник 8 (смеситель парогазовый), и затем в конверторно-мембранное устройство 1, где происходит конверсия парогазовой смеси с последующей мембранной очисткой для выделения конверсионного водорода, после чего дымовой газ поступает в теплообменник 4 (подогреватель воздуха для топочного устройства), где подогревает воздух для топочного устройства 2 и затем по трубе выхода дымовых газов 13 выходит наружу. Конверсионный водород после конверторно-мембранного устройства 1 поступает в теплообменник 5 (первый охладитель конверсионного водорода), где охлаждается и подогревает природный газ, идущий в теплообменник 8 (смеситель парогазовый), после чего водород поступает в теплообменник 7 (второй охладитель конверсионного водорода), где также охлаждается и подогревает воду для высокотемпературного парогенератора 3, затем водород по трубе выхода конверсионного водорода 9 выходит наружу для использования по назначению. Остаточный после конверсии водородосодержащий синтез-газ из конверторно-мембранного устройства 1 через патрубок 14 поступает в теплообменник 6 (охладитель водородосодержащего синтез-газа), где охлаждается водяным контуром и выходит наружу через трубку выхода синтез-газа 16. Воздух для топочного устройства 2 входит в моноблок через трубу входа воздуха для топочного устройства 15.
Таким образом, реализация в моноблоке конвертора природного газа с теплообменным оборудованием и высокотемпературным парогенератором конструктивных особенностей, приведенных выше, позволяет повысить эффективность работы конвертора за счет получения пара на первой стадии разогрева конвертора, регулирования температурного режима дымовых газов расходом воды, подаваемой в высокотемпературный парогенератор, равномерного разогрева конверторно-мембранного устройства низкотемпературным паром из высокотемпературного парогенератора, подаваемым во внутренние полости конверторно-мембранного устройства, обеспечения «мягкого» режима разогрева конвертора с одновременным сокращением времени разогрева по сравнению с прототипом не менее чем в три раза.