Производство водорода - ТиссенКрупп Индастриал Солюшнс
advertisement
Ключевой элемент НПЗ – Водород Водород – для высококачественного бензина, дизельного или ракетного топлива! Уже более 45 лет наши инженеры беспрестанно улучшают технологию Uhde по производству водорода и её реактор парового риформинга, ставший одним из самых надёжных и эффективных элементов НПЗ. Две установки по 150,000 Нм3/ ч водорода На двух площадках были переданы нашему партнёру Praxair. ThyssenKrupp Industrial Solutions 2 3 Высочайшее качество проектирования Мыслите глобально, действуйте локально. Содержание 04 Введение 05 Обзор преимуществ технологии Uhde 06 Концепция Uhde по производству водорода - Технология Uhde 07 Подготовка сырья - Обессеривание сырьевого газа - Предварительный риформинг 08 - Паровой риформинг 09 - Система холодных выходных коллекторов 10 - Конструкция конвекционной зоны 11 - Охладитель технологического газа 12 - Конверсия СО - Рекуперация тепла и переработка конденсата - Очистка синтез-газа 14 Что мы предлагаем нашим заказчикам - Процессы улучшения ценности и оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат - ОТ, ТБ и ООС 15 - Научно-исследовательские работы - Услуги, предлагаемые ThyssenKrupp Industrial Solutions - Минимальное техобслуживание - Программы обучения и повышения квалификации обслуживающего персонала Имея в активе несколько тысяч построенных установок, ThyssenKrupp Industrial Solutions сегодня является одной из ведущих инжиниринговых компаний в мире. Бизнес-единица «Производственные технологии» осуществляет поставку химических заводов, НПЗ и коксохимических заводов, спроектированных на основе отработанных технологий Uhde. Технологический портфель бизнес-единицы «Технологии переработки ресурсов» включает технологии производства цемента и дробления материалов под маркой Polysius, а также машины, установки и системы для горных разработок, добычи ресурсов, подготовки, переработки и перевалки грузов. Обладая многолетним опытом реализации проектов по схеме EPC, мы предлагаем заказчикам выполнение концептуальных и маркетинговых исследований, компоновки производств, услуг проектирования, поставки, изготовления, монтажа и ввода в эксплуатацию оборудования – и все это из единого источника. Наши сотрудники на всех континентах используют свои инжиниринговые знания и квалификацию для выработки инновационных решений и поиска путей сохранения природных ресурсов. Более 40 отделений в 25 странах с разделением на 6 регионов образуют плотную сеть, позволяющую компании последовательно привести предоставляемые услуги в соответствие с местными требованиями. Благодаря такому знанию местных условий и мировой сети, мы имеем возможность устанавливать стандарты, при помощи которых наши заказчики получают очевидные конкурентные преимущества. В наших принципах предоставления комплексных услуг отражается весь цикл эксплуатации оборудования. Мы предлагаем услуги поставки запчастей от завода-изготовителя, комплексного управления техобслуживанием, а также выполнения проектов по обслуживанию, модернизации и перевода оборудования на новые технологии. 4 5 Введение Обзор преимуществ технологии Uhde Прир. газ Волород СПГ Гидроочистка Гидрообессеривание Пар (опционально) Нафта Электричество (опционально) Отходящий газ Сырье Топливо Установка по производству водорода Гидрокрекинг Активная Регенирация катализатора Заводская сеть Прир. газ Метанол СПГ СO2 (опционально) Нафта Отходящий газ Спрос на более чистые и легкие нефтяные топлива постоянно растет, в то время как нефтяное сырье становится все тяжелее. В результате во всем мире возник огромный спрос на водород, и тем самым, необходимость увеличивать производственные мощности. Водород можно получать из разных видов сырья. Некоторые из них как, например, тяжелый нефтяной остаток или кокс, не очень привлекательны. Самый эффективный способ производства водорода – паровой риформинг (ПР) легких углеводородов, который отличается низким энергопотреблением. Компания ThyssenKrupp Industrial Solutions (ранее – ThyssenKrupp Uhde) строит печи риформинга уже с 1962 г. За этот период – более 50 лет – ThyssenKrupp Industrial Solutions постоянно совершенствовала конструкцию печи парового риформинга, чтобы достичь высокой эффективности и надежности, оптимальных капитальных и эксплуатационных затрат, низких выбросов и высочайшего качества продукта. • Минимальное число потолочных горелок на актуальном уровне техники (что обеспечивает низкие выбросы NOx) и максимальное охлаждение стенок труб в местах возникновения наибольшего теплового потока; • Модульность для удобной перевозки и более экономичного осуществления строительства-монтажа; • Коробчатая конструкция печи для хорошего доступа и компактного размещения; • Реакционные трубы с проверенными длительными сроками службы; • Уникальная система холодного выходного коллектора собственной разработки, критически важные сварные швы которого подвергаются испытаниям на заводе- изготовителе для обеспечения максимальной надежности работы; • Передовая модульная конвекционная зона, испытанная на заводе-изготовителе; Карбамид Интенсификация добычи нефти Питьевые напитки Такие преимущества, как уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат, энергопотребления, расходов на техобслуживание и ремонт, а также увеличение эффективности, срока бесперебойной работы, повышение безопасности и надежности являются результатом успешного сочетания следующих характеристик: • Опробованная конструкция охладителя технологического газа, оснащенного байпасной заслонкой с паровым охлаждением; • Внутренняя рекуперация технологического конденсата: Отпадает необходимость его вывода до границ установки, и предотвращаются выбросы летучих органических веществ (ЛОВ) в атмосферу. • Система технологического и экспортного пара экологически чисто спроектирована как раздельная двухсекционная система. Таким образом, отсутствует загрязнение питательной воды котла или экспортного пара со стороны процесса; • Обеспечение высокой надежности и максимальной готовности за счет использования валидированных средств моделирования; • Максимальная автоматизация с целью минимизации потребности в персонале и упрощения обслуживания. 6 7 Концепция Uhde по производству водорода Упращенная схема установки Uhde по производству водорода Коэффициент готовности и надежность работы Паросборник Топливо • Коэффициент готовности – выше 99,5 % (среднее значение в течение 10 лет работы). Обессеривание Паровой риформер • Непрерывная работа до 6 лет в зависимости от межремонтного цикла заказчика. Паросборник Высокотемпературная конверсия Холодильник технологического газа Отвод пара Водород Сырье Воздух для горения Котловая питательная вода Нефтеперерабатывающий завод компании «Neste Oil Oy» в Порву, Финляндия: Крупнейшая в Европе однолинейная установка по производству водорода мощностью 153500 нм3/ч была введена в эксплуатацию в октябре 2006 г. Технология Uhde По стандартной технологической схеме Uhde водород производится из легких углеводородов на установке, включающей в себя следующие стадии: • Подготовка сырья (если необходимо) • Обессеривание сырьевого газа • Предварительный риформинг (если необходимо) • Паровой риформинг (ПР) • Конверсия СО • Охлаждение технологического газа • Очистка синтез-газа (короткоцикловой адсорбцией – КЦА) • Рекуперация тепла и генерация пара. Однако каждая установка рассчитывается с учетом конкретных нужд заказчика. Также могут быть предусмотрены дополнительные технологические стадии, как, например, очистка от СО2. Топливо Сырье Обессеривание сырья Питательная вода котла Предварительный риформинг (опционально) Паровой риформинг Рекуперация тепла Конверсия СО КЦА H2 Экспортный пар Подготовка сырья Технология Uhde позволяет использовать такие разные виды сырья и топлив как, природный газ, нафта, СУГ или богатые водородом отходящие газы из нефтеперерабатывающих заводов, производств ацетилена, аммиака и метанола, гидрокрекинга и гидроочистки, а также из хвостовых газов установок синтеза по Фишеру-Тропшу. Подготовка сырья может включать в себя, например, сжатие сырья или испарение нафты, СУГ. Обессеривание сырьевого газа Обессеривание сырьевого газа обычно происходит в двух шагах: • гидрирование органических серных соединений до сероводорода (H2S) • абсорбция H2S на окиси цинка (ZnO) Попеременная работа двух реакторов обессеривания обеспечивает замену абсорбента в одном реакторе, в то время как установка продолжает работать при полной мощности. Предварительный риформинг При предварительном риформинге углеводороды частично конвертируются в адиаба- Короткоцикловая адсорбация тическом реакторе перед печью парового риформинга. Реактор заполнен катализатором на базе никеля и работает при температуре 450-540 °C. В реакторе предварительного риформинга все относительно тяжелые углеводороды преобразуются в метан и оксиды углеводородов. Это позволяет создать оптимальные условия протекания процессов в печи парового риформинга, особенно на установках, работающих на базе нафты и СУГ, что не было бы возможным без применения подобной технологии. За счет включения предварительного риформинга, достигается следующее: • более низкие суммарные расходные нормы сырья; • возможность переключения на другие виды сырья (с природного газа на нафту/СУГ); • сокращение расхода топлива; • меньшие размеры печи риформинга; • меньше выбросов (дымового газа); • меньше пара на экспорт; • возможность более высокой температуры на входе печи риформинга. 8 9 Печь риформинга Uhde • Равномерный профиль температуры по всей длине труб; • Равномерная температура стенок труб; • Самое низкое количество горелок по сравнению с другими предлагаемыми печами; • Материал труб – микросплав высокого давления. Паровой риформинг В ходе парового риформинга углеводороды реагируют с паром при образовании смеси водорода и окисей углерода. Эта реакция происходит в печи парового риформинга в центробежнолитых микросплавных реакционных трубах, которые наполнены катализатором на базе никеля и расположены в рядах. Протекающая в них реакция имеет ярко выраженный эндотермический характер и требует подачи необходимого тепла. Входные коллекторы (пигтейли) Горелки Система холодных выходных коллекторов Из парового риформинга реформированный газ поступает в коллектор с огнеупорной футеровкой и через магистральный коллектор в охладитель технологического газа. Печь парового риформинга В системе холодного выходного коллектора Uhde число критических элементов было доведено до минимума, так как отсутствуют горячие пигтейли и коллекторы. Температура стенки коллекторной системы быстро падает ниже 250 °С. Реакционные трубы Тепло для этой эндотермической реакции и для подогрева смеси сырья и пара поставляется двумя рядами горелок, расположенных в потолке печи парового риформинга, что обеспечивает оптимальный, равномерный профиль температур по всей длине стенок труб. Feed/steam Принцип парового риформинга представлен в следующих уравнениях реакции конверсии углеводородов (1) и реакции превращения воды в газ (2): CH4 + H2O <=> CO + 3 H2 (1) CO + H2O <=> CO2 + H2 (2) • Уникальная запатентованная конструкция; • Многолетний опыт безупречной и высоконадежной работы; • Нет необходимости в выходных пигтейлах; • Разделение высоких перепадов давления от высоких температур; • Все критические сварные швы выполняются на заводе-изготовителе и подвергаются полному контролю; Furnace arch • На стройплощадке осу- Reformer tube ществляется только сварка углеродистой стали. • Долгий срок работы Fire box Система холодных выходных коллекторов Холодный выходной коллектор Нижняя часть печи Bayernoil Нойштадт/Донау, Германия Система холодных выходных коллекторов Катализаторная решетка Сильфон Газопровод Заводской сварной шов Монтажный сварной шов Углеродист. сталь Выходной коллектор Футеровка 300 600 900 Температура стенки (°С) 10 11 Конструкция конвекционной зоны Охладитель технологического газа • Обеспечение оптимизиро- • Для управления темпера- ванного доступа; тельно собранная конструкция; турой он оснащен внутренней регулирующей заслонкой с паровым охлаждением; • Минимальные строитель- • Для ограничения теплово- • Модульная и предвари- го потока он имеет входные металлические или керамические втулки; но-монтажные издержки. • Входная и, если необходимо, выходная камера, имеет двухслойную огнеупорную футеровку теплостойким кирпичом на горячей поверхности. • Охладитель полностью предварительно собран. Конструкция конвекционной зоны Из радиантной зоны риформинга дымовые газы по туннелям дымового газа, расположенным в нижней части печи между рядами реакционных труб, поступают в конвекционную зону риформинга при температуре примерно 10001050 °С. Тепло, содержащееся в дымовом газе, используется для испарения технологического конденсата, перегрева пара, подогрева воздуха сгорания и смесей сырье/пар. Дымовые газы выводятся из системы с помощью вентилятора дымового газа. При этом температура выбирается так, чтобы предотвращать конденсацию дымового газа и дальнейшего возникновения коррозии в дымоходе или в последующем оборудовании. Охладитель технологического газа Необходимо охлаждать технологический газ перед тем, как поступает в высокотемпературную конверсию СО (ВТК СО). Охладитель технологического газа представляет собой горизонтальный жаротрубный паровой котел. Он рассчитан на естественную циркуляцию и присоединен к паровому барабану стояками и спускными трубами. Высокая надежность и чрезвычайно длительный срок службы охладителя технологического газа являются результатом интенсивной научно-исследовательской работы, соблюдения строгих требований по проектированию критических деталей (таких как входные втулки и система байпасов), подбора правильного материала и термического расчета, произведенного нашими специалистами. Его основные конструктивные черты – следующие: • Гибкие трубные решетки; • Трубы приварены к трубной решетке с полным проплавлением; • Безопасная естественная циркуляция воды. Пар Охладитель технологического газа с паровым барабаном Технологический газ в парогенератор конверцион. зоны Технологический газ 12 Рекуперация технологического конденсата 13 • Технологический конденсат прямо утилизируется для производства технологического пара; • Деаэраторы или отпарные колонны не требуются, поэтому отсутствуют выбросы в атмосферу летучих углеводородных соединений (ЛОС); • Из деминерализован- Система Uhde по прямой утилизации технологического конденсата Реформированный газ Паровой барабан Из конвекц. зону Технологический конденсат КЦА Н2 Отходящий газ В конвекц. зону ной воды получается чистый пар на экспорт; • Система успешно работает уже более 20 лет. Насос технологического конденсата Конверсия СО При более высокой степени конверсии СО в Н2 и СО2 одновременно уменьшается и потребление сырья и теплота сгорания топлива, подаваемого из короткоцикловой адсорбции (КЦА). Это в свою очередь требует повышенной подачи стороннего топлива. Имеются разные варианты конверсии СО – высокотемпературная конверсия (ВТК), среднетемпературная конверсия (СТК), низкотемпературная конверсия (НТК) или совмещение ВТК и НТК. Все конверсии являются экзотермическими. НТК в реакторе даёт следующие эффекты: • уменьшение потребляемого сырья и повышение расхода топлива, что приводит к небольшому повышению расходных норм сырья и топлива; • повышение выработки пара на экспорт; • уменьшение абсорбированной теплопроизводительности (тепловой мощности). Следовательно, использование относительно дорогого сырья и более дешевого топлива оправдало бы дополнительные инвестиции, связанные с совмещением ВТК с НТК. Вышеназванные результаты также могут быть достигнуты при замене ВТК и НТК изотермической СТК. Рекуперация тепла и переработка конденсата Технология Uhde предполагает наличие эффективной системой рекуперации тепла в цепи охлаждения технологического газа и в дымоходе. Часть пара, выработанного в охладителе технологического газа и дымоходе, используется как технологический пар, а избыток выводится из установки. Особенностью технологии Uhde является прямая утилизация технологического конденсата, полученного из неконвертированного избыточного пара, для генерации части технологического пара. При этом конденсат собирается в цепи охлаждения за ВТК, подогревается и испаряется. Полученный таким образом пар исключительно используется как технологический пар. Так, отпадает необходимость направить технологический конденсат обратно в агрегат очистки питательной воды котла (например, в деаэратор) и уменьшается количество выбросов ЛОС. Очистка синтез-газа Короткоцикловая адсорбция является проверенным способом очистки при производстве высокочистого водорода (чистоты равной или выше 99,9 %). Агрегат КЦА поставляется как комплектный блок. В нем такие газообразные примеси, как СО, СО2 и СH4 адсорбируются при высоком давлении и десорбируются при низком давлении. Praxair Inc., США 14 15 Что мы предлагаем нашим заказчикам PDVSA Petrocedeño S.A., Jose Refinery, Венесуэла Установка мощностью 196,000 Нм3/ч водорода является частью большого комплекса переработки Процессы улучшения ценности и оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат ThyssenKrupp Industrial Solutions считает особенно важным сотрудничество с заказчиками уже на раннем этапе, чтобы объединить их желания с нашим опытом в ходе специального процесса улучшения ценности. Результатом этого процесса являются решения, подобранные с учетом конкретных нужд заказчика, разработанные вместе с ним и обеспечивающие оптимальный баланс капитальных и эксплуатационных затрат. Например, модуляризация основных компонентов и использование комплектно собранных блоков минимизирует необходимый объем строительно-монтажных работ на площадке, максимизирует качество поставляемого оборудования и упрощает транспортировку. Кроме того, важными факторами, учитываемыми при разработке схемы установки и, следовательно, при оптимизации технологического процесса являются: • себестоимость единицы сырья; • себестоимость единицы топлива; • количество экспортируемого пара. Охрана труда, техника безопасности и охрана окружающей среды В знак осознания ответственности за охрану окружающей среды, установки по производству водорода компании ThyssenKrupp Industrial Solutions рассчитаны на обеспечение минимальных выбросов в атмосферу. Примером этому могут служить горелки, используемые в наших печах риформинга: Нами используются только потолочные горелки с принудительной тягой проверенной конструкции, поставляемые лидирующими заводами-изготовителями мира. Они обеспечивают весьма стабильное и полное сгорание и надлежащее смешение воздуха и топлива даже при повышенном избытке воздуха и отличаются характерным профилем пламени по широкому спектру топлив. Надлежащее смешение воздуха и топлива, рециркуляция дымового газа и воздуха, а также постепенная подача топлива обеспечивают низкие уровни выбросов NOx. Полная утилизация технологического конденсата на установке дополнительно минимизирует выбросы в атмосферу, а незагрязненный пар ВД может быть использован в других цехах. Поэтому без деаэратора и отпарной колонны технологического конденсата растворенные газы не выбрасываются в атмосферу. Кроме того, для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, ThyssenKrupp Industrial Solutions предлагает специальные программы обучения. Научно-исследовательские работы Для подготовки к будущему ThyssenKrupp Industrial Solutions ведет интенсивную научно-исследовательскую работу по дальнейшему усовершенствованию собственных технологий. С помо- щью собственных программ расчета, моделирования гидродинамических и других процессов существующие технологии и решения совершенствуются. Точность наших расчетов подтверждается более чем 60 печами риформинга, спроектированными и построенными нами. В последние годы удалось улучшить и катализаторы и конструкцию горелок, как и способы рекуперации тепла и конденсата. Услуги компании ThyssenKrupp Industrial Solutions ThyssenKrupp Industrial Solutions предоставляет полный объем услуг подрядчика по контрактам ППС (проектирование, поставка, строительство) от первоначальной технико-экономического обоснования инвестиции, поддержки в разработке схемы финансирования и руководства проектом до ввода в эксплуатации отдельных агрегатов и комплектных новых установок на незастроенной территории. Наш широкий портфель услуг включает в себя: • анализ рентабельности / выбор технологий • управление проектом • разработка схем финансирования • руководство по финансированию на основе глубокого знания местных правовых норм, положений и налогового законодательства • ОВОС • базовый / детальный инжиниринг • ОЗХ / периферийные и инфраструктурные объекты • закупка / приемка / поставка оборудования • строительно-монтажные работы • ввод в эксплуатацию • обучение обслуживающего персонала • эксплуатация / техобслуживание установки Мы в ThyssenKrupp Industrial Solutions поддерживаем успех наших клиентов и предлагаем им широкий спектр услуг, с направленных на обеспечение устойчивости своих инвестиций. Под этим мы подразумеваем, что хотим развивать наши деловые отношения и узнавать больше о целях наших клиентов для будущего. Наш послепродажный сервис включает регулярные консультационные визиты с целью информирования заказчика о новейших развитиях и разработках или возможностях модернизации установок. Минимальное техобслуживание Печь парового риформинга Uhde не содержит никаких элементов, требующих регулярной замены или проверки материала как, например, горячие пигтейли или горячие коллекторы. Следующие хорошо зарекомендовавшие себя конструктивные черты базируются на многолетнем опыте и сокращают до минимума необходимый объем работ по техобслуживанию: • небольшое количество горелок по сравнению с печами, оснащенными боковыми горелками; • коробчатая конструкция с плоскими стенками, что уменьшает число критических точек огнеупорной футеровки; • независимо от мощности исполнена как одна коробчатая печь; • реакционные трубы и система входных подвесок не требуют техухода • пигтейли входного коллектора пара, рассчитанные на обеспечение полной гибкости • система холодных выходных коллекторов без пигтейлей. Другой конструкции, которая в такой мере успешно сочетает длительный срок службы, простоту, удобство эксплуатации, безопасность, надежность и эффективность по стоимости, не существует. Программы обучения и повышения квалификации обслуживающего персонала В наш объем услуг также входят курсы обучения для улучшения навыков обслуживающего персонала. Infracor Oxeno, Марл, Германия Расчет и действительность: Термоизображение системы выходных коллекторов Политика ThyssenKrupp Industrial Solutions и ее подразделений направлена на обеспечение высочайшего качества при выполнении проектов. Головной офис и подразделения во всем мире работают по единому стандарту качества DIN/ISO 9001/EN 29001. ThyssenKrupp Industrial Solutions предлагает технологические решения, разработанные с учетом конкретных требований заказчика, и компетентность на международном уровне. Более подробную информацию Вы можете получить на наших сайтах в интернете: www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com или www.tkisrus.com Установка на фирме Koch-Glitsch в Новополоцке, Беларусь мощностью 39 тыс. нм3/ч водорода 16 ООО «ТиссенКрупп Индастриал Солюшнс (РУС)» 606023, РФ, г. Дзержинск, пр-т Ленина, 48 Телефон: +7 (8313) 350-330 • Факс: +7 (8313) 350-334 www.tkisrus.com
