Паровая конверсия метана

В качестве одной из таких систем может быть рассмотрена система транспортировки теплоты в химически связанном состоянии (рис. 1.12), базирующаяся на реакции паровой конверсии метана [11, 12].

Рис. 1.12. Принципиальная схема дальней транспортировки теплоты в химически связанном состоянии: 1 — реактор конверсионный; 2 — регенеративный газо-газовый теплообменник; 3 — котел низкого давления; 4 — газоводяной регенеративный подогреватель питательной воды; 5 — химводоочистка; б — питательный насос; 7 — метанатор; 8 — котел повышенного давления; 9 — теплофикационная паровая турбина; 10 — электрогенератор; // — теплофикационный подогреватель; 12 — газовый подогреватель сетевой воды; 13 — водоотделитель; 14 — питательный насос; 15 — газовый компрессор; 16 — электропривод компрессора; 17 — обратная линия теплосети; 18 — подающая линия теплосети; 19 — отвод воды в систему технического водоснабжения; 20 — трубопроводы дальнего транспорта теплоты в химически связанном состоянии; 21 — подвод высокопотенциальной теплоты

Газ метан СН₄ и водяной пар Н₂О, подведенные к реактору 1, при температуре около 400 °С вступают в химическую реакцию, которая заканчивается при температуре около 800 °С. В результате реакции

СН₄ + Н₂О = СО + ЗН₂ (1.1)

образуется смесь водорода Н₂ и оксида углерода СО.

На этот процесс паровой конверсии затрачивается значительное количество теплоты, подводимое к реактору извне 21. В качестве теплоисточника для процесса конверсии может быть использована теплота сжигания органического топлива или внутриядерная энергия. Удельный расход теплоты на процесс конверсии составляет 206 МДж/кмоль = 12,8 МДж/(кг СН₄).

Полученная в реакторе 1 высокотемпературная газовая смесь водорода Н2 и оксида углерода СО проходит через регенеративный теплообменник 2, в котором она охлаждается, отдавая теплоту исходным продуктам (метану и водяному пару), которые подогреваются до температуры около 400 °С.

Охлажденная газовая смесь СО + 3Н2 после регенеративного теплообменника проходит через парогенератор низкого давления 3 и регенеративный подогреватель питательной воды 4, где, отдавая теплоту, охлаждается до 40—50 °С. При необходимости после регенеративного подогревателя питательной воды может включаться дополнительный охладитель газовой смеси, из которого теплота отводится в окружающую среду. Холодная газовая смесь (СО + ЗН2) транспортируется по газопроводу 20 в район теплоснабжения. Транспортировка газа осуществляется под действием перепада давлений, создаваемого компрессором 15 аналогично транспортировке природного газа.

В районе теплоснабжения газовая смесь поступает в специальный аппарат — метанатор 7, где снова превращается в смесь метана СН4 и водяного пара Н2О. Реакция сопровождается выделением теплоты при температуре около 600 °С.

Полученная в метанаторе горячая смесь метана и водяного пара поступает в парогенератор 8, в котором за счет использования физической теплоты газовой смеси вырабатывается водяной пар энергетических параметров. Пар поступает в теплофикационную турбоустановку 9, в которой комбинированным методом вырабатываются электроэнергия и теплота. Отработавший пар из турбоустановки 9 поступает в теплофикационный подогреватель 11, где, конденсируясь, отдает теплоту сетевой воде. Конденсат насосом 14 подается в парогенератор 8.

Смесь метана и водяного пара после парогенератора проходит через теплообменник 12, где используется для дополнительного подогрева сетевой воды.

Вода, выделившаяся из парогазовой смеси в процессе ее охлаждения в парогенераторе 8 и теплообменнике 12, отводится с помощью водоотделителя 13 в систему технического водоснабжения 19. Осушенный метан возвращается по обратному газопроводу 20 к источнику теплоты. Таким образом, теплота высокого потенциала, подведенная к конверсионному реактору 1, превращается в нем в основном в химическую энергию. Эта химическая энергия в виде газовой смеси водорода Н2 и оксида углерода СО передается по сверхдальнему теплопроводу 20 в район теплопотребления. В метанаторе 7, размещенном в районе теплопотребления, химическая энергия превращается в теплоту повышенного потенциала и используется для комбинированной выработки электрической энергии и теплоты низкого потенциала, используемой для теплоснабжения.

Рассматриваемая система создает возможность выработки электрической энергии и теплоты без непосредственного сжигания топлива в городах. В процессе работы системы метан не расходуется, а только циркулирует в замкнутом контуре: конверсионный реактор — газопровод СО + 3Н2 — метанатор — газопровод СН4 — конверсионный реактор.

Основные преимущества системы дальней транспортировки теплоты в химически связанном состоянии по сравнению с двухтрубной водяной системой теплоснабжения:

1) возможность передачи теплоты на большие расстояния (100 км и более) практически без потерь в окружающую среду;

2) упрощение конструкции дальних трубопроводов и снижение их стоимости благодаря отсутствию тепловой изоляции и компенсаторов температурных деформаций, а также увеличению пропускной способности по теплоте примерно втрое по сравнению с водяной двухтрубной системой при трубопроводах одного и того же диаметра.

Основные недостатки рассматриваемой системы:

• 1) усложнение и удорожание теплоисточников;
• 2) снижение удельной комбинированной выработки электрической энергии.

Дата добавления: 2017-01-13; Просмотров: 128; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!