Паровая каталитическая конверсия метала (первичный риформинг) осуществляется в радиантной камере трубчатой печи. Процесс ведется при температуре 796-824 ºС и давлении 3,3 МПа. При первичном реформинге протекают следующие реакции:
| CH4 + H2O = CO + 3H2; |
| CO + H2O = CO2 + H2; |
| CH4 + CO2 = 2CO + 2H2. |
При значительном снижении отношения пар: газ возможно выделение углерода (за счет кренинга природного газа), который откладывается на поверхности и в порах катализатора, снижая его активность. Не исключено при этом и механическое разрушение катализатора. Однако в процессе конверсии с оптимальным количеством пара углерод газифицируется:
| C + H2O = CO + H2. | (IV) |
и активность катализатора восстанавливается. Тепло, необходимое для проведения первичного реформинга, образуется за счет сжигания топливного газа в потолочных горелках печи. Утилизация тепла дымовых газов (около 1000 ºС на выходе из радиантной зоны) осуществляется в конвекционной камере печи, где расположены змеевики для подогрева: а) парогазовой смеси, идущей на первичный риформинг; б) паровоздушной смеси, идущей в реактор вторичного реформинга; в) пара высокого давления, идущего на турбину компрессора синтез-газа; г) топливного газа, подаваемого на горелки печи первичного реформинга.
Дымовые газы с температурой около 200 ºС отсасываются из конвек-ционной зоны двумя дымососами.
Печь первичного реформинга представляет собой камеру прямоугольного сечения из огнеупорного кирпича с 504 вертикально подвешенными трубами диаметром 114х21 мм, в которые загружен таблетированный никелевый катализатор.
Печь состоит из 12 рядов труб по 42 трубы в каждом ряду высотой 10 м. Трубы изготовлены из специальной жаропрочной стали. Горелки для сжигания газа с воздухом (272 шт.) расположены в своде печи между рядами труб. Дымовые газы с температурой около 1000 ºС отводятся снизу печи. Тепло дымовых газов используется для подогрева парогазовой смеси в конвективной части печи (с 420 ºС до 524 ºС) и в других аппаратах. Производительность печи – около 42300 м3/ч природного газа. Объем катализатора в трубах равен 20,4 м3. Тепловая напряженность радиантных труб составляет 177 кВт/м2. Температурные изменения длины труб компенсируются специальными подвесками, к которым прикреплены трубы.
При конверсии природного газа последний обычно используется для отопления печей. При сжигании природного газа, а также других эффективных топлив отпадает необходимость в их предварительном подогреве. Для сжигания эффективных газов применяются обычно горелки инжекционного типа. Парогазовая смесь, поступающая в конвертор, распределяется равномерно по катализаторным трубам и проходит нисходящим потоком, соприкасаясь с никелевым катализатором. Печь работает с верхним положением горелок и нисходящей продувкой. Температура технологического газа после реакционных труб поддерживается около 857 ºС.
Она зависит от количества воздуха, потребляемого в реакторе вторичного реформинга, которое определяет соотношение водорода к азоту в газе, идущем на синтез аммиака, и от содержания метана в газе на выходе из реактора вторичного реформинга. Принято, что давление газа на выходе из катализаторных труб составляет максимально 3,4 МПа.
Печь первичного реформинга оборудована вспомогательным котлом для получения дополнительного количества пара высокого давления, необходимого для работы установки. Сжигание топливного газа в горелки печи производится с 15%-м избытком воздуха, при этом нормальное содержание кислорода в дымовых газах составляет около 3% (об.).
Очищенный природный газ, смешанный, как описано выше, с паром, подается в змеевик конвекционной зоны, где подвергается за счет тепла дымовых газов потолочных горелок. Дополнительным источником тепла для подогрева парогазовой смеси являются дымовые газы двенадцати туннельных горелок инжекционного типа, расположенных в каналах для отвода дымовых газов от потолочных горелок.
Подогретая до 524 ºС парогазовая смесь распределяется по двенадцати коллекторам, расположенным равномерно по всей площади над сводом печи. К каждому коллектору, как указывалось выше, подключены по сорок две реакционные трубы, опущенные на специальных подвесках в радиантную камеру печи и заполненные катализатором. Регулирование расхода топливного газа по рядам горелок производится с помощью клапанов дистанционного управления. При недопустимом снижении давления в коллекторе природного газа срабатывает блокировка с отсечением подачи газа к потолочным горелкам. После конверсии выходящий газ содержит остаточное количество метана до 10%.
В нижней части реакционные трубы объединяются соответственно в двенадцать коллекторов, из которых конвертированный газ отводится в общий передаточный коллектор, расположенный над сводом печи, и поступает в смеситель реактора вторичного риформинга.