【Análisis profesional】Resumen del proceso de conversión de gas de coquera en GNL y del funcionamiento de las instalaciones correspondientes

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Este mensaje fue editado por última vez por Ruling el 12-4-2016 a las 21:12. Autores del artículo: Liu Xuefei1, Liu Pengxiang1, Zhou Long2, Wei Long1, Chang Junshi1. Palabras clave: gas de horno de coque； Metanización ； Gas natural licuado ； Síntesis de metano ； Liquefacción. Instituciones responsables: 1. Centro de I+D de Beijing, New Earth Energy Engineering Technology Co., Ltd.; 2. Henan Jingbao Xin’ao New Energy Co., Ltd. En mayo de 2013, la tecnología para convertir el gas de los altos hornos en gas natural licuado, desarrollada por New Earth Energy Engineering Technology Co., Ltd., se aplicó con éxito por primera vez en el proyecto de Henan Jingbao para la conversión del gas de los altos hornos en LNG. Se logró producir LNG de calidad, con una capacidad de producción diaria de 300,000 metros cúbicos. Esto representa una nueva forma de utilizar el gas de los altos hornos como recurso valioso. A continuación, permítanme guiarlos a través de un resumen de las experiencias obtenidas en el funcionamiento de este dispositivo, gracias a la aplicación de tecnologías avanzadas: 1. Descripción del proceso: Este dispositivo sirve principalmente para convertir los gases útiles presentes en el gas de los altos hornos en metano. Luego, mediante separación por criogenia, se obtiene el producto LNG. Se divide en tres secciones: sección de purificación, sección de síntesis de metano y sección de licuefacción. Sus características son las siguientes. (1) Sección de purificación: La tarea de la sección de purificación es presurizar y purificar el gas de los altos hornos, a fin de garantizar que su contenido de impurezas cumpla con los requisitos del catalizador utilizado para la síntesis de metano. (2) Unidad de síntesis de metano. La unidad de síntesis de metano tiene como función principal convertir los gases útiles presentes en el gas de los altos hornos en metano. Estos gases útiles incluyen CO, CO2, benceno, alquenos, etc. El sistema de reacción de síntesis de metano utiliza un proceso combinado de múltiples reactores a altas temperaturas, lo que permite maximizar el uso de los gases útiles presentes en el gas de coquería. Al mismo tiempo, se satisfacen las necesidades del sector de procesamiento líquido en cuanto a gases. Además, se emplea la tecnología de puntos intermedios para diseñar una red de intercambio de calor escalonada, con el fin de recuperar de manera eficiente el calor del sistema. (3) Sección de licuefacción. La tarea de la sección de licuefacción es separar, mediante refrigeración profunda, los gases que provienen de la sección de síntesis, con el fin de obtener GNL. El producto en fase líquida, una vez separado, se envía a los tanques de almacenamiento de GNL. Primero, se eliminan las impurezas presentes en el gas de alimentación previamente tratado, como el H2O, los gases ácidos (que incluyen CO2, H2S, COS y sulfuros orgánicos), el mercurio, etc. Luego, mediante un ciclo de refrigeración por mezcla, se licúa el gas natural sintético. Finalmente, se utiliza un proceso de destilación a bajas temperaturas para separar el nitrógeno y el hidrógeno del metano. 2. Estado de funcionamiento del equipo y resumen de experiencias (1) Fluctuaciones en la composición del gas de coquificación Debido a causas relacionadas con la planta de coquización, la composición del gas de coquificación experimenta fluctuaciones. El rango de la relación hidrógeno-carbón de los componentes va desde 3,2 hasta 4,1. Las fluctuaciones en la relación hidrógeno-carbón causan fluctuaciones en el CO2 presente en los gases de salida de la sección de síntesis de metano. Cuando la relación hidrógeno-carbón es superior a 3,5, el contenido de CO2 en los gases de salida de la unidad de síntesis de metano está entre 6 y 10 ppm ； Cuando la relación hidrógeno-carbón es inferior a 3,5, el contenido de CO2 en los gases que salen de la sección de síntesis de metano comienza a aumentar de manera significativa. Durante el funcionamiento, el contenido máximo de CO2 alcanzó casi 300 ppm (v/v). En el diseño de la sección de procesamiento líquido se añadió protección para la torre de descarbonización, por lo que no hubo impacto en las secciones posteriores de este proceso. Al inicio del funcionamiento, el contenido de oxígeno en el gas de horno de coque es inestable y presenta fluctuaciones frecuentes. Esto provoca fluctuaciones en la temperatura del lecho en los reactores de hidrogenación de la sección de purificación, lo que dificulta su estabilización. En condiciones de alto contenido de oxígeno, esto había causado un aumento excesivo de la temperatura en el reactor de hidrogenación. Tras la coordinación, una vez se estabilizó el contenido de oxígeno en el gas de los altos hornos, las operaciones en la sección de purificación se volvieron más estables. (2) Impurezas en el gas de coquificación. Las impurezas presentes en el gas de coquificación son, principalmente, benceno, naftaleno, alquitrán, NH3 y azufre. Después de la etapa de purificación, el NH3 y una pequeña cantidad de benceno pasan a la etapa de síntesis de metano. Después de la sección de síntesis de metano, todavía queda NH3, el cual pasa a la sección de licuefacción. No se detectó benceno. De esto se deduce que la etapa de síntesis de metano en reacciones a altas temperaturas tiene una función de purificación del benceno, ya que permite hidrogenar el benceno para obtener metano como producto final. En la etapa de procesamiento líquido, prácticamente no es necesario preocuparse por el problema del obstrucción del tanque frigorífico causado por el benceno. (3) Durante el funcionamiento del dispositivo de obstrucción por congelación del tanque de enfriamiento con amoníaco, se produjeron dos casos de obstrucción en la sección de refrigeración líquida del tanque. Durante el tratamiento in situ, se percibió un olor a amoníaco. Al consultar los datos, se sabe que el punto de fusión del amoníaco es de -77,7 °C, mientras que la temperatura de operación del refrigerador es inferior a -150 °C. En teoría, por lo tanto, existen las condiciones necesarias para que el amoníaco se congele y obstruya los conductos. Tras análisis de laboratorio, se determinó que el medio responsable de la obstrucción por congelación era principalmente amoníaco. Tras los análisis de muestreo en el lugar, se determinó que el amoníaco que llega a la sección de procesamiento líquido proviene principalmente de dos fuentes: por un lado, el amoníaco presente en el gas generado por los altos hornos ； Otra es la reacción secundaria en la etapa de síntesis de metano. Según las mediciones realizadas in situ, cuando la temperatura de reacción es de aproximadamente 600 °C, el contenido de amoníaco en los gases que salen de la sección de síntesis de metano está entre 130 y 160 ppm. Cuando la temperatura de reacción es inferior a 560 °C, el contenido de amoníaco es inferior a 80 ppm. Tras una discusión y acuerdo, se añadió una torre de desamino después del sector de síntesis de metano. Después de pasar por la torre de desamino, el contenido de amoníaco en la fase líquida disminuye a menos de 10 ppm, lo que resuelve el problema del obstrucción causada por el amoníaco en los tanques fríos. (4) Control de la acumulación de carbono en el catalizador: Después de que el dispositivo funcione a temperaturas elevadas durante un cierto tiempo, se observa un aumento en la caída de presión en una parte de la capa del reactor. Tras el análisis, es posible que el aumento de la caída de presión sea causado por la acumulación de carbonilla. Los componentes principales del gas de los altos hornos son el hidrógeno, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el metano y el nitrógeno. A través de estudios experimentales, hemos demostrado que tanto el monóxido de carbono como el metano pueden sufrir reacciones de formación de carbono a temperaturas elevadas. En este ambiente reductor, que contiene una cantidad excesiva de hidrógeno, es principalmente el monóxido de carbono el que sufre estas reacciones. Tras investigaciones adicionales, se descubrió que, cuando la temperatura disminuye hasta un nivel determinado, la reacción de formación de carbonilla disminuye drásticamente. Además, aumentar el contenido de vapor de agua también puede reducir la cantidad de carbonilla que se forma. Por lo tanto, al modificar las condiciones de operación del dispositivo, logramos mantener la temperatura dentro del reactor por debajo de la temperatura necesaria para la formación de carbonización. Además, al introducir una cantidad adecuada de vapor, conseguimos evitar que se produjera dicha reacción de carbonización. (5) Efecto de la presión de operación. Las ecuaciones químicas para la reacción de metanización del monóxido de carbono y del dióxido de carbono son las siguientes: CO + 3H2 = CH4 + H2O; CO2 + 3H2 = CH4 + 2H2O. Como se puede ver en estas ecuaciones, en las reacciones de metanización del monóxido de carbono y del dióxido de carbono, la cantidad total de moles de sustancias disminuye después de la reacción, lo que significa que se trata de una reacción que reduce el volumen. Por lo tanto, aumentar la presión favorece que la reacción de metanización del monóxido de carbono y del dióxido de carbono se desarrolle en la dirección deseada. Sin embargo, hay un exceso considerable de hidrógeno en el gas de los altos hornos. Tras su operación, se comprobó que el monóxido de carbono puede reaccionar por completo tanto a baja como a alta presión; no se detectó su presencia en los gases que salen de la sección de síntesis de metano. A bajas presiones, el contenido de dióxido de carbono en los gases que salen de la sección de síntesis de metano está entre 500 y 800 ppm. A medida que la presión aumenta, el contenido de CO2 disminuye. Cuando la presión supera los 1,5 MPa, el contenido de CO2 disminuye rápidamente hasta alcanzar los valores normales para las condiciones de operación, y ya no varía con el aumento de la presión. De esto se puede deducir que el monóxido de carbono debe reaccionar para formar metano antes que el dióxido de carbono. Además, para garantizar los niveles adecuados de CO2 en la fase líquida, el equipo debe operar a una presión superior a 1,5 MPa. Dirección original: http://www.gasheat.cn/Thesis/574.html#rd