عملية تحسين الهيدروكربونات بالبخار
المؤلف:
GEORGE T . AUSTIN
المصدر:
SHREV ‘ S CHEMICAL PROCESS INDUSTRIES
الجزء والصفحة:
ص 182
6-8-2016
2569
عملية تحسين الهيدروكربونات بالبخار :
تتم هذه العملية بمفاعلة مزيج من البخار والهيدروكربونات تحفيزياً عند درجة حرارة مرتفعة لتشكيك مزيج من H2 واكاسيد الكربون . وبحدث التفاعلان الاساسيان التاليان :
ومع ان المعادلتين تعرضان لحالات التلقيم بالهيدروكربون بشكل عام ، استخدمت تجاريا وبنجاح الهيدروكربونات الخفيفة فقط . استخدام الغاز الطبيعي هو الاكثر شيوعا ، وكثيرا ما يستخدم ايضا البروبان والبوتان (غاز البترول السائل) . وتعتبر التفاعل ايضا خامة مناسبة عند استخدام مادة حفازة محضرة بشكل خاص .
التفاعل الاول تفاعل تفكك يمتص كمية كبيرة من الحرارة ، وتتجاوز مولات الطرف الثاني الناتج مولات الطرف الاول بحيث يتقدم التفاعل نحو الاكتمال عند درجة حرارة عالية وضغط منخفض . وزيادة نسبة البخار شيء طبيعي . ومع ان الغرض الاساسي منها هو منع تشكل الكربون ، فإنها تساعد ايضا على اجبار التفاعل على الاكتمال .
اما التفاعل الثاني فهو تفاعل تشكل غاز الماء والذي ينشر حرارة خفيفة وتعززه درجة حرارة منخفضة ولا يتأثر بالضغط . ولكن استخدام مادة حفازة وزيادة البخار تجبر على الاكتمال . تحدث هذه التفاعلات سوية في فرن التحسين البخاري عند درجات حرارة تتراوح من 760 - 980 مئوية . يعتمد تركيب البخار الناتج على شروط المعالجة ، بما فيها درجة الحرارة والضغط وزيادة البخار ، التي تحدد التوازن ، والسرعة عبر سرير التحفيز ، الذي يحدد المقاربة الى التوازن يحتوي الناتج النموذجي على H2 75 % ، و CO 8 % ، و CO2 15 % ، ويتألف الباقي من النتروجين والميثان غير المحول .
ولإنتاج المزيد من و H2 تتبع عملية التحسين مرحلة منفصلة لتشكيل غاز الماء يضاف بخار جديد ، وتخفض درجة الحرارة الى 315 - 370 مئوية للحصول على شروط توازن افضل . تحول المرحلة الواحدة 80 - 95 % من CO الى وCO2 و H2 . وبما ان التفاعل ناشر للحرارة ، لذلك ترتفع درجة حرارة المفاعل ؛ فيزداد التفاعل سرعة ، ولكن هذه الزيادة تؤثر عكسيا على التوازن .
عند وجود تراكيز عالية من CO في التغذية ، يجري عادة توجيه التحويل العكوس في مرجلتين او اكثر ، مع تبريد بين المراحل لمنع الارتفاع المفرط في درجة الحرارة . يمكن التشغيل في المرجلة الاولى عند درجات حرارة عالية لزيادة سرعة التفاعلات ، وفي المرحلة الثانية عند درجات حرارة منخفضة ، لتحسين التحويل .
اظهرنا الطريقة التي تستخدم البروبان في الصورة 1- 1 ، وادرجنا المواد اللازمة في الجدول 1-1 . ويمكن تجزئة هذه الطريقة الى الخطوات المتناسقة التالية :
- يجري تبخير البروبان بواسطة البخار .
- يزال الكبريت من بخار البروبان عن طريق التماس مع الكربون المنشط للحيلولة دون تعطيل الفاعلية الكيميائية للمادة الحفازة .
- يمرر بخار البروبان الممتزج بالبخار على مادة النيكل الحفازة عند درجة حرارة 815 مئوية ( الصورة 7 - 4) في انابيب سبائكية في فرن احتراق ( لتأمين الحرارة للتفاعل الماص للحرارة ) .
الجدول 1-1 تحليل إنتاج واحتياجات إنتاج الهيدروجين بمعالجة الهيدروكربونات بالبخار .
|
تحليل الناتج
(% حجماً)
|
عند ضغط منخفض
(% حجماً)
|
عند ضغط مرتفع
(% حجماً)
|
|
أول أكسيد الكربون
|
0.001
|
0.001
|
|
ثاني أكسيد الكربون
|
0.001
|
0.001
|
|
ميثان
|
0.400
|
1.200
|
|
هيدروجين (حد أدنى)
|
99.598
|
98.798
|
المادة الخام والاحتياجات العامة ، لكل 100 م3 من الهيدروجين
|
مادة المعالجة
Process material
|
|
|
|
بروبان ، خال من الكبريت ، لتر
|
36
|
37
|
|
غاز طبيعي ، 37/MJ/م3 ، م3
|
25
|
25.3
|
|
فيول ، أو غاز طبيعي ، أو بروبان أو زيت ، MJ
|
795
|
850
|
|
بخار ، KPa 480
|
|
|
|
بروبان للمعالجة ، كغ
|
445
|
238
|
|
غاز طبيعي للمعالجة ، كغ
|
330
|
214
|
|
ماء التبريد ، 17 مئوية
|
|
|
|
بروبان للمعالجة ، لتر
|
17900
|
11260
|
|
غاز طبيعي للمعالجة ، لتر
|
15900
|
10600
|
|
الطاقة باستثناء الإضاءة ، MJ
|
6.3
|
7.6
|
- تبرد الغازات H2 و CO ، وبعض من CO2 الى 370 مئوية تقريباً ، ويزاد الضغط الجزئي للماء بإضافة البخار او ناتج التكثيف ، ويمرر فوق مادة حفارة من أكسيد الحديد في المرحلة لتحويل CO ، حيث يتحول 95-90 % من CO الى CO2 مع أكبر كمية من H2 (وهذا ما يدعى بتفاعل التحويل Shift أو تفاعل تحويل غاز الماء) .
- تبّرد هذه الغازات الحارة أولاً بتبادل الحرارة مع الغازات التي تغادر جهاز امتصاص CO2 لأول مرحلة قبل دخولها الى محول CO في المرحلة الثانية ، وأخيراً بواسطة الماء الى 38 مئوية .
الصورة 1-1 سلسلة مبسطة لطريقة إنتاج الهيدروجين
- تغسل الغازات المبردة بمحلول أحادي الإثانول أمين في جهاز امتصاص الغربوتول Girbotol للمرحلة الأولى لإزالة CO2 بكامله . وبعد هذا ، تسخن الغازات في مبادل مع الغازات التي تغادر محول CO للمرحلة الأولى لتدخل الى محول CO للمرحلة الثانية ، ويعقب هذا أيضاً جهاز امتصاص CO2 للمرحلة الثانية .
- تسخن الغازات ذات المحتوى المنخفض من CO2 و CO الى درجة 315 مئوية تقريباً في مبادل حراري مع غازات محول CO للمرحلة الثانية وتعبر الى جهاز المعالجة بالميتان Methanator فوق مادة النيكل الحفازة لتحويل أكاسيد الكربون بكاملها الى ميثان عن طريق التفاعل مع H2 .
- يبرد غاز جهاز الميثنة H2 بالماء الى درجة 38 مئوية ، ويغادر نقياً ولكنه مشبعاً ببخار الماء . يضخ محلول الامتصاص الاميني اولاً من جهاز اعادة تنشيط الغربوتول عبر جهاز المرجلة الثانية لامتصاص CO2 لانقاص محتوى الغاز H2 من CO2 الى ادنى حد وضخه بعدئذ الى جهاز المرجلة الاولى لامتصاص CO2 لإزالة معظم CO2 الموجود في غاز H2 .
يعود المحلول الفني الى جهاز اعادة التنشيط عبر المبادلات الحرارية وينزع CO بواسطة البخار .
- يمكن استرجاع 55 كغ من CO2، لكل 100 م3 H2 تقريبا ، للبيع او الاستخدام .
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في الكيمياء الصناعية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
