Статья:

Повышение эффективности работы реформера установки металлизации

Конференция: I Международная заочная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»

Секция: Металлургия и материаловедение

Выходные данные
Тимофеева А. С., Гончаров А. И. Повышение эффективности работы реформера установки металлизации // Научный форум: Технические и физико-математические науки: сб. ст. по материалам I междунар. науч.-практ. конф. — № 1(1). — М., Изд. «МЦНО», 2016. — С. 34-38.
Конференция завершена
Мне нравится

Повышение эффективности работы реформера установки металлизации

Тимофеева Анна Стефановна
кандидат технических наук, доцент, Национальный исследовательский технологический университет „МИСиС“ РФ, г. Старый Оскол
Гончаров Александр Иванович
магистрант НИТУ «МИСиС», РФ, г. Старый Оскол

 

Increase in overall performance of reformer of installation of metallization

 

Timofeeva Anna Stefanovna

Candidate of Engineering Siences, assistant professor in MM of STI NITU "MISIS", Russia, Stary Oskol

Goncharov Alexander Ivanovich

Magistrant 2 course "STI NITU MISIS", Russia, Stary Oskol

 

Аннотация. В статье рассмотрены факторы повышения эффективности работы реформера. Одним из основных факторов является активность катализатора. Разработана методика расчета высоты слоя неактивного катализатора и исследовано влияние расхода и температуры питающего реформер газа на эффективность работы реформера.

Abstract. The article describes the factors of increase of efficiency of work of the reformer. One of the main factors is the activity of the catalyst. The method of calculating the height of the inactive catalyst bed and studied the effect of flow rate and temperature of the feed gas reformer on the efficiency of the reformer

 

Ключевые слова: реформер; катализатор; высота слоя; расход; газ; температура; эффективность.

Keywords: reformer; catalyst; layer height; consumption; gas; temperature; efficiency.

 

Использование восстановительного газа в металлургии нашло свое применение в производстве металлизованных окатышей. Для производства металлизованного продукта необходимо иметь восстановительный газ, который получается из реформированного. Для получения восстановительного газа для  процесса Midrex используют реформер с углекислотной конверсией. В нем из смеси технологического и природного газа производится конвертированный газ, который служит в шахтной печи для восстановления оксидов железа. Процесс конверсии осуществляется в реакционных трубах, которые наполнены  катализатором. Тепло, получают  с помощью газовых горелок принудительного типа. Воздух на горелки реформера подается принудительно с помощью воздуходувок[1].

В реформере 288 реакционных труб диаметров 200 мм расположены в четыре ряда по 72 трубы в каждом. Большое признание в мире получило применение реакционных труб диаметром 250 мм, что сокращает общее количество труб при равной производительности реформера на 20 %.Каждый ряд труб имеет  двенадцать секций по шесть труб [2].

Отопление реформера происходит с помощью  горелок, которые находятся в днище. На нем  установлены 120 главных горелок в пять рядов и 36 вспомогательных в три ряда. Главные горелки находятся симметрично между трубками и обеспечивают длинное узкое пламя для эффективного нагрева труб по длине.

Горение в печи реформера происходит с высокой эффективностью. Это возможно благодаря  герметичной конструкции печи, которая не дает воздуху попасть внутрь, и точным регулированием топливного газа с воздухом, которое является близким к стехиометрическому [3].

        В данной работе  рассматривается повышение эффективности работы реформера. На основе анализа научной литературы выяснено, что работа реформера зависит от основных следующих факторов:

 -расхода питающего реформер газа

 -температуры питающего газа и температуры в реформере.

 -химического состава газа

 -физико-химических свойствах материала, из которого изготовлены    реакционные трубы

 -содержания углекислоты и пара

 -активности катализатора.

          Одним из основных факторов является активность катализатора, которая может уменьшаться за счет отложения углерода и серы  в порах катализатора, что ведет к остановке реформера  для перезагрузки катализатора.  Анализ литературных источников и производственных условий работы реформера дает возможность выявить факторы, позволяющие снизить  эффект осаждения углерода:

-правильная схема загрузки катализаторов по типу и высоте  реакционной трубы реформера;

-  применение высокоактивных катализаторов в случае использования для конверсии природного газа с высоким содержанием метана;

-тщательный контроль и регулирование содержания серы в питающем газе (в пределах 2-5 ppmv);

-контроль  и регулирование  содержания СО2 в колошниковом газе  в пределах 18-21 %;

-подача  пара  или очищенной  воды в питающий  газ при использовании природного газа, содержащего >7 % тяжелых углеводородов;

- применение  высокоэффективной   газоочистки  рециркулирующего технологического газа для доведения до минимума концентрации пыли в питающем газе реформера.

-постоянный контроль в ходе эксплуатации температуры стенок реакционных труб, изменения активности катализатора, степени приближения к равновесию реакции конверсии;

-отключение подачи природного газа на период остановки реформера [4].

         На кафедре металлургии и металловедения для исследования эффективности работы реформера была разработана методика расчета температуры по высоте реакционной трубы для того, чтобы можно было правильно определить высоту неактивного катализатора. Активный катализатор должен находиться на высоте, где температура должна быть не менее 7000С для невозможности отложения углерода в порах по реакции Будуара. Ниже представлена блок-схема определения высоты неактивного катализатора в реакционных трубах (рис.1).

 

Рисунок 1- Блок-схема  расчета распределения температуры по высоте слоя неактивного катализатора

 

Расчет был реализован в программе X-L.Результаты расчета высоты неактивного катализатора от расхода питающего реформер газа и его температуры представлены на рисунке 2.

Из данного рисунка видно, как расход газа и  температура на входе в питающий газа влияет на высоту неактивного катализатора. Чем ниже температура питающего газа на входе в трубу, тем больше высота неактивного катализатора и  чем больше объем газа, тем высота слоя неактивного катализатора  становится больше.

 

Рисунок 2 - Зависимость температуры и расхода газа на высоту неактивного  катализатора.

      

Если высота слоя неактивного катализатора уменьшается, то значит на столько же увеличивается высота слоя активного катализатора, а это ведет к увеличению полноты разложения метана, т.е. увеличению производительности реформера.

 

Список литературы.

1.  Сравнительный анализ процессов твердофазного восстановления железа. ЦымайД.В.,КуценкоС.А./https://sites.google.com/site/himiaitehnologia/Home/stat11-( дата обращения 01.11.2016).

2.   Тимофеева А. С., Никитченко Т. В., Тимофеев Е. С. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья: учебное пособие/А.С. Тимофеева, Т.В.Никитченко, Е.С.Тимофеев.- Старый Оскол: ТНТ,2011.-304с.

3. Тимофеева А.С., Никитченко Т.В. Физико-химические процессы реформинга газа: учебное пособие/ А.С.Тимофеева,Т.В.Никитченко.- Старый Оскол :СТИ НИТУ»МИСиС», 2016.-140с.

4.   Юсфин, Ю.С. Металлургия железа [Текст]/ Ю.С. Юсфин, Н.Ф. Пашков.-  М.:ИКЦ» Академкнига», 2007.-464с.