PHẠM VĂN CẢNH LỚP KSTN HÓA DẦU K54 35
Hình 2-2: Sơđồ công nghệ của quá trình reforming trao đổi nhiệt
Sơ đồ công nghệ của quá trình reforming trao đổi nhiệt được chỉ trên hình 2.2. Trong công nghệ này, thiết bị phản ứng sơ cấp là thiết bị phản ứng reforming hơi nước có xúc tác thu hồi nhiệt. Khí tự nhiên được đưa vào thiết bị phản ứng khử lưu huỳnh (2), đồng thời hơi nước cũng được đưa vào. Khí sau khi đã khử lưu huỳnh được trộn với hơi nước và đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt (3). Một tỷ lệ nhất định của Cacbon và nước sau khi
được trộn và được gia nhiệt đến 500 – 550oC trong thiết bị trao đổi nhiệt (3), khí được cung cấp cho thiết bị phản ứng sơ cấp (4). Thiết bị phản ứng sơ cấp gồm các lớp xúc tác bên trong, lớp xúc tác được lấp đầy với xúc tác kim loại như niken hoặc Ru, mang trên chất mang, như nhôm oxit. Trong phản ứng reforming (4), 30% CH4 trong khí phản ứng với hơi nước có mặt có xúc tác và được chuyển hóa thành H2 và CO. Điều kiện vận hành của thiết bị phản ứng thu nhiệt (4) là: nhiệt đầu vào được đặt giữa 500 – 550oC, nhiệt độ đầu ra được đặt giữa 600 – 650oC, lượng hơi nước được đạt trên 2.5 mol, so với 1 mol Cacbon trong khí nguồn. Khí sản phẩm từ lò phản ứng sơ cấp được đưa vào chuyển hóa
PHẠM VĂN CẢNH LỚP KSTN HÓA DẦU K54 36
hai giai đoạn (5) ở phía trên. Khí giàu oxi hoặc oxi được gia nhiệt đến khoảng 530oC trong lò gia nhiệt (1), cung cấp riêng thông qua một đường ống để tới thiết bị chuyển hóa hai giai đoạn, oxi được trộn với khí sản phẩm ở trên và hơi nước. Sau đó hydro của khí sản phẩm phản ứng với oxi sinh ra nhiệt đáng kể. Nhiệt lượng từ phảnứng được đưa vào thiết bị reforming hơi nước chuyển hóa CH4 có xúc tác. Sau đó nước và CH4 được chuyển thành CO và H2 dưới xúc tác C trong thiết bị phản ứng thứ cấp. Khí tổng hợp đầu ra ở thiết bị phản ứng thứ cấp có nhiệt độ từ 950 – 1000oC, khí metan dư là ít hơn 0,35%
Hình 2-3: Kết hợp giữa ATR và reforming trao đổi nhiệt
Nguyên tắc của quá trình reforming trao đổi nhiệt không phải là mới. Nó đã được thực hiện trong công nghiệp vào những năm 1980, mặc dù điều kiện ít nghiêm ngặt hơn so với nhà máy GTL. Sự khác nhau được minh họa trong hình 2.3. Trong quá trình liên tục, tất cả khí được đi qua các đơn vị reforming hơi nước và sau đó thông qua reforming tự nhiệt.
Điều này có nghĩa là xúc tác reforming hơi nước có thể thiết lập giới hạn thấp hơn cho tỷ
lệ hơi nước và Cacbon. Trong quá trình song song, hai thiết bị reforming được đưa nguyên liệu độc lập ở nhiệt độ cao hơn so với quá trình liên tục để có nồng độ metan thấp hơn trong khí tổng hợp.
PHẠM VĂN CẢNH LỚP KSTN HÓA DẦU K54 37
- Thiết bị phản ứng thứ cấp có nhiệt độ vận hành cao, độ chuyển hóa CH4 cao, khí sản phẩm có nồng độ CH4 thấp, tỷ lệ mol của H2 và CO có thểđiều khiển dễ dàng bằng cách thêm nồng độ khí oxi trong hỗn hợp khí vào.
- Lò gia nhiệt của reforming hơi nước sơ cấp hoạt động ở điều kiện thấp hơn, nhiệt
độ chuyển tiếp cũng giảm và do đó yêu cầu thiết bị và vật liệu thấp hơn. Kết quả là hiệu quả tốt và giảm giá thành
- Khí ra của thiết bị reforming thứ cấp có thể tận dụng nhiệt của thiết bị reforming sơ cấp để giảm năng lượng sử dụng và hạn chế khí thải CO2
- Giá thành giảm vì không yêu cầu thiết bị nén
- Có hai thiết bị phản ứng và giá thành xây dựng cao.
Một phản ứng phụ không mong muốn trong vùng cháy là hình thành C hoặc muội than, dẫn đến lắng đọng C rắn trên xúc tác và dẫn đến mất họat tính xúc tác. C hình thành
ở pha khí trên bề mặt dòng ra có thể gây hại cho thiết bị và các vấn đề truyền nhiệt. nhiệt
độ quá cao cũng có thể gây hại đến đầu đốt.