【تحليل متخصص】ملخص عن عملية تحويل غاز الأفران إلى غاز البترول المسال وحالة تشغيل المنشآت

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة Ruling في تاريخ 2016-4-12 الساعة 21:12.
المؤلفون: ليو شويفي1، ليو بينغشيانغ1، تشو لونغ2، وي لونغ1، تشانغ جونشي1.
الكلمات المفتاحية: غاز الفرن الكوكي； الميثانة ； الغاز الطبيعي المسال ； تخليق الميثان ； وحدات البحث: 1. مركز تطوير التقنيات في شركة شيندي لتقنيات الطاقة المحدودة، بكين؛ 2. شركة هينان جينغباو شينآو للطاقة المحدودة. في مايو 2013، تم استخدام التقنية التي طورتها شركة شيندي لتقنيات الطاقة المحدودة لتحويل غاز الفرن إلى غاز طبيعي مسال، وذلك لأول مرة في مشروع تحويل غاز الفرن إلى غاز طبيعي مسال في هينان جينغباو. وقد نجح المشروع في إنتاج غاز طبيعي مسال عالي الجودة، بمعدل 300 ألف متر مكعب يوميًا، مما يمثل اتجاهًا جديدًا ونموذجًا لإعادة استخدام غاز الفرن. دعونا الآن يقودكم الكاتب في جولة لاستعراض ملخص تجارب تشغيل الأجهزة في سياق التطبيقات التقنية: 1. عرض العملية: يتمثل الهدف الرئيسي من هذا الجهاز في تحويل الغازات الفعالة الموجودة في غازات الفرن الكوكي إلى الميثان، ثم الحصول على منتج الغاز الطبيعي المسال عبر عملية الفصل بالتبريد العميق. ينقسم إلى ثلاث وحدات: وحدة التنقية، ووحدة تصنيع الميثان، ووحدة المعالجة السائلة. خصائصه كالتالي: (1) قسم التنقية: تتمثل مهمة قسم التنقية في زيادة ضغط غاز الفحم، بالإضافة إلى تنقيته، لضمان أن يكون مستوى الشوائب في غاز الفحم مطابقًا لمتطلبات محفزات تصنيع الميثان. (2) وحدة تصنيع الميثان: تهدف وحدة تصنيع الميثان بشكل أساسي إلى تحويل الغازات الفعالة الموجودة في غازات الفرن الكوكي إلى ميثان، وتشمل الغازات الفعالة ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والبنزين والهيدروكربونات وغيرها. يستخدم نظام تفاعل تصنيع الميثان تقنية مزيج من المفاعلات ذات درجات الحرارة العالية، وذلك لضمان الاستفادة القصوى من الغازات الفعالة الموجودة في غازات الأفران، كما يلبي هذا النظام متطلبات قسم المعالجة الكيميائية للغازات. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تقنية نقاط الانضمام لتصميم شبكة تبادل حراري متدرجة، بهدف استرداد الحرارة من النظام بشكل فعال. (3) قسم المعالجة السائلة: مهمة قسم المعالجة السائلة هي فصل الغاز الناتج من قسم التخليق عن طريق التبريد الشديد، للحصول على الغاز الطبيعي المسال. يتم إرسال المنتج السائل بعد الفصل إلى خزانات تخزين الغاز الطبيعي المسال. يتم أولاً معالجة الغاز المستخدم في العملية، وذلك بإزالة الشوائب مثل H2O والغازات الحمضية (التي تشمل CO2 وH2S وCOS والكبريتيدات العضوية) والزئبق. بعد ذلك، يتم تحويل الغاز الطبيعي المُصنع إلى حالة سائلة باستخدام دورة التبريد المختلطة، كما يتم فصل النيتروجين والهيدروجين عن الميثان باستخدام تقنية التقطير عند درجات حرارة منخفضة. 2. حالة تشغيل الجهاز وملخص الخبرات (1) تقلبات مكونات غاز الفرن الكوك: بسبب أسباب تتعلق بمصانع الكوك، تحدث تقلبات في مكونات غاز الفرن الكوك. يتراوح نسبة الهيدروجين إلى الكربون في المكونات من 3.2 كحد أدنى، إلى 4.1 كحد أقصى. تؤدي التقلبات في نسبة الهيدروجين إلى الكربون إلى تقلبات في مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغاز الخارج من وحدة تصنيع الميثان. عندما يكون نسبة الهيدروجين إلى الكربون أكبر من 3.5، فإن مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغازات الخارجة من وحدة تصنيع الميثان يكون بين 6 و10 جزء في المليون ； عندما يكون نسبة الهيدروجين إلى الكربون أقل من 3.5، يبدأ مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغازات الخارجة من وحدة تصنيع الميثان في الارتفاع بشكل ملحوظ. خلال عملية التشغيل، بلغ أعلى مستوى لثاني أكسيد الكربون حوالي 300 جزء في المليون (بالنسبة للحجم). تمت إضافة حماية لبرج إزالة الكربون أثناء تصميم وحدة المعالجة السائلة، ولذلك لم يكن لذلك أي تأثير على الوحدات اللاحقة في هذه الوحدة. في بداية تشغيل غاز الأفران، يكون مستوى الأكسجين غير مستقر ويحدث تقلبات متكررة. وقد أدى ذلك إلى تقلبات في درجة حرارة الطبقة داخل مفاعلات الهيدروجن في قسم التنقية، مما جعل من الصعب تحقيق استقرار في هذا القسم. أدى ارتفاع مستوى الأكسجين في الماضي إلى ارتفاع حرارة مفاعل الهيدروجن. وبعد التنسيق، ومع تحقيق استقرار نسبة الأكسجين في غاز الفرن، أصبحت عمليات قسم التنقية أكثر استقرارًا. (2) الشوائب الموجودة في غاز الفرن: تتكون الشوائب الموجودة في غاز الفرن بشكل رئيسي من البنزين والنافثالين والقطران وNH3 والكبريت وغيرها. بعد مرحلة التنقية، يدخل غاز NH3 وكمية صغيرة من البنزين إلى مرحلة تصنيع الميثان. بعد مرحلة تصنيع الميثان، يظل NH3 موجودًا، وسيدخل إلى مرحلة التحويل إلى حالة سائلة. لم يتم الكشف عن البنزين. يتضح من ذلك أن مرحلة تصنيع الميثان في التفاعلات عالية الحرارة لها تأثير تنقية على البنزين، حيث يمكنها هيدراتة البنزين لإنتاج الميثان في النهاية. يمكن تجاهل مشكلة انسداد الخزانات الباردة بسبب البنزين في قسم المواد السائلة تقريبًا. (3) ظهرت مشكلة انسداد الخزان المبرد في قسم التحويل إلى الحالة السائلة مرتين أثناء تشغيل جهاز منع الانسداد في خزان التبريد بالأمونيا. أثناء المعالجة في الموقع، تم اكتشاف رائحة الأمونيا، وبالبحث تبين أن نقطة انصهار الأمونيا هي -77.7 درجة مئوية، بينما تكون درجة حرارة الصندوق البارد أقل من -150 درجة مئوية، ومن الناحية النظرية، فإن ذلك يخلق ظروفًا مناسبة لتجمد الأمونيا وإغلاق المسامات. وبعد إجراء التحاليل المخبرية، تبين أن المادة المسببة للانسداد هي الأمونيا بشكل أساسي. وبعد إجراء اختبارات وتحليلات عينات من الموقع، تبين أن غاز الأمونيا الذي يدخل قسم المعالجة السائلة يأتي من مصدرين رئيسيين: الأول هو غاز الكوك نفسه الذي يحتوي على الأمونيا ； الثاني هو التفاعلات الثانوية في وحدة تصنيع الميثان. ووفقًا للقياسات الميدانية، عندما تكون درجة حرارة التفاعل حوالي 600 درجة مئوية، فإن نسبة غاز الأمونيا في الغاز الخارج من وحدة تصنيع الميثان تتراوح بين 130 و160 جزءًا في المليون. عندما تكون درجة حرارة التفاعل أقل من 560 درجة مئوية، فإن نسبة غاز الأمونيا تكون أقل من 80 جزء في المليون. بعد المناقشة والاتفاق، تمت إضافة برج إزالة الأمونيا بعد وحدة تصنيع الميثان. بعد مرور الغاز المحتوي على الأمونيا عبر برج إزالة الأمونيا، ينخفض مستوى الأمونيا في المرحلة السائلة إلى أقل من 10 جزء في المليون، مما يحل مشكلة انسداد الخزانات الباردة الناتجة عن الأمونيا. (4) التحكم في تراكم الكربون على العوامل المساعدة: بعد تشغيل الجهاز في درجات حرارة مرتفعة لفترة من الوقت، لوحظ حدوث زيادة في انخفاض الضغط في أحد طبقات المفاعل. بعد التحليل، من المحتمل أن يكون الانخفاض في الضغط ناتجًا عن تراكم الكربون. المكونات الرئيسية لغاز الفرن الكوكي هي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والميثان والنيتروجين وغيرها. وقد أثبتت الدراسات التجريبية أن أول أكسيد الكربون والميثان يمكن أن يخضعا لتفاعلات تكوين الكربون في درجات حرارة مرتفعة، وفي بيئة الاختزال الموجودة في غاز الفرن الكوكي والتي تحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين، فإن أول أكسيد الكربون هو الذي يخضع لتفاعلات تكوين الكربون بشكل رئيسي. وأظهرت الدراسات اللاحقة أنه عند الانخفاض إلى درجة حرارة معينة، يقل رد فعل تكوّن الكربون بشكل كبير ليصبح ضئيلاً جداً، كما أن زيادة نسبة بخار الماء يمكن أن يقلل أيضاً من حدوث هذا الرد فعل. لذلك، من خلال تغيير ظروف تشغيل الجهاز، تمكنا من الحفاظ على درجة حرارة المفاعل أقل من درجة حرارة تكوّن الكربون، كما تم إضافة كمية مناسبة من البخار، مما ساعد في كبح حدوث رد فعل تكوّن الكربون بنجاح. (5) تأثير ضغط التشغيل: المعادلات الكيميائية لتفاعل تحويل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون إلى الميثان هي كالتالي:
CO + 3H2 → CH4 + H2O
CO2 + 3H2 → CH4 + 2H2O
من هذه المعادلات، يتضح أن عدد المولات الكلي للمواد بعد التفاعل أقل منه قبل التفاعل، وهو ما يُعتبر تفاعلاً يؤدي إلى انخفاض الحجم. لذلك، فإن زيادة الضغط يساعد على حدوث تفاعل الميثانة لأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بشكل إيجابي. لكن كان هناك فائض كبير من الهيدروجين في غاز الفرن، وقد تبين أثناء التشغيل أن أول أكسيد الكربون يمكنه التفاعل بشكل كامل سواء في الضغط المنخفض أو الضغط المرتفع، ولم يتم اكتشافه في غازات المخرجات الخاصة بعملية تصنيع الميثان. في ظروف الضغط المنخفض، يكون مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغازات الخارجة من وحدة تصنيع الميثان بين 500 و800 جزء في المليون. ومع ارتفاع الضغط، يقل مستوى ثاني أكسيد الكربون، وعندما يتجاوز الضغط 1.5 ميجا باسكال، ينخفض مستوى ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير إلى المستوى الطبيعي أثناء التشغيل، ولا يتغير بعد ذلك مع استمرار ارتفاع الضغط. ومن ذلك يتضح أن أول أكسيد الكربون يجب أن يخضع لعملية التحويل إلى الميثان قبل ثاني أكسيد الكربون، ولضمان تحقيق المستوى المطلوب من نسبة ثاني أكسيد الكربون في المرحلة السائلة، يجب أن يعمل الجهاز تحت ضغط يزيد عن 1.5 ميجا باسكال. العنوان الأصلي: http://www.gasheat.cn/Thesis/574.html#rd