СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА Российский патент 2003 года по МПК C01C1/04 C01B3/38 

Изобретение относится к производству аммиака и может быть использовано в химической промышленности. Известен способ получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, кислорода, включающий очистку сырья от соединений серы, парокислородовоздушную каталитическую конверсию метана в шахтном конверторе, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование и проведение синтеза аммиака в замкнутом цикле [1].

Способ требует расходовать технический кислород для проведения конверсии метана. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включающий компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование и синтез аммиака в замкнутом цикле [2].

Данный способ характеризуется высоким удельным расходом углеводородного сырья вследствие подачи на паровоздушную конверсию метана кислорода воздуха в объеме большем, чем это требуется для проведения в шахтном конверторе метана автотермичного режима. Кислород связывается с водородом и затем выводится из системы в виде воды. Меньше подавать кислорода нельзя, так как количество подаваемого на паровоздушную конверсию метана кислорода воздуха зависит от стехиометрического соотношения между основными компонентами газовой смеси, которое должно быть (H₂+CO)/N₂=3,0...3,04.

Задачей изобретения является снижение удельного расхода углеводородного сырья.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включающем компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и основную паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование и синтез аммиака в замкнутом цикле, согласно изобретению часть воздуха, часть углеводородного сырья и часть водяных паров направляют на дополнительную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья и полученную после конверсии смесь направляют на основную паровоздушную каталитическую конверсию метана.

С целью снижения удельного расхода углеводородного сырья в изобретении также используют тепло газов после паровоздушной каталитической конверсии метана для подогрева газов, поступающих на эту конверсию.

Количество воздуха, направляемого на дополнительную паровоздушную конверсию углеводородного сырья, равно 0,042-0,0836 от всего количества воздуха, используемого при осуществлении способа, а количество углеводородного сырья определяется содержанием метана в конвертированном газе и количеством воздуха, направленного на конверсию. Количество водяных паров, направляемых на дополнительную каталитическую конверсию углеводородного сырья, определяется принятым объемным соотношением пар:газ на входе.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1
Агрегат производства аммиака имеет мощность 58,261 т/час. Паровая каталитическая конверсия метана проводится при соотношении пар: газ=3,1584:1. Температура смеси на выходе из реакционных труб 790-823^oС.

Основная паровоздушная каталитическая конверсия метана проводится при температуре поступающей парогазовой смеси 830^oС. Отношение Н₂+СО/Na на выходе 3:1. Температура газа на выходе 1000^oС. Содержание метана в сухом газе на выходе 0,35 об.%. Температура воздуха на входе 470^oС.

Дополнительная паровоздушная каталитическая конверсия углеводородного сырья проводится при объемном соотношении пар:газ на входе 2:1. Температура воздуха 400^oС. Температура смеси на выходе 850^oС. Содержание метана в конвертированном газе 2%.

Температуру газов, поступающих на основную паровоздушную каталитическую конверсию метана, за счет подогрева газами после этой конверсии можно повысить на 100^oС.

На дополнительную каталитическую конверсию углеводородного сырья направляется воздух в объеме 2115,75 нм³/час или 0,042 от всего количества воздуха, используемого в агрегате производства аммиака. Количество углеводородного сырья, подаваемое на дополнительную конверсию, равно 803,55 нм³/час (определяется из условия автотермичности процесса), количество водяного пара 1607,1 нм³/час (определяется из соотношения пар:углеводородное сырье=2:1 на входе на дополнительную паровоздушную конверсию). Тепло газов после основной паровоздушной каталитической конверсии углеводородного сырья используется для подогрева газов, поступающих на эту конверсию. Снижение удельного расхода углеводородного сырья по сравнению с прототипом 0,0883%.

Пример 2
Условия в примере те же, что и в примере 1, за исключением того, что принимаем количество воздуха, направляемого на дополнительную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, равным 3853,68 нм³/час или 0,0765 от всего количества воздуха. Количество углеводородного сырья, подаваемого на дополнительную конверсию, равно 1463,59 нм³/час, количество водяного пара 2927,18 нм³/час. Снижение удельного расхода углеводородного сырья в этом случае 7,53% по сравнению с прототипом.

Пример 3
Условия в примере те же, что и в примере 1, за исключением того, что принимаем количество воздуха, направляемого на дополнительную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, равным 4211,35 нм³/час или 0,0836 от всего количества воздуха. Количество углеводородного сырья, подаваемого на дополнительную конверсию, равно 1596,1 нм³/час, количество водяного пара 3192,2 нм³/час. Удельный расход углеводородного сырья по сравнению с прототипом снижается в этом случае на 0,0646%.

Примеры показывают, что за пределами указанных границ 0,042-0,0836 достичь ощутимого экономического эффекта нельзя. При этих величинах эффект мал вследствие значений, приближающихся к нулю.

Таким образом, указанные в изобретении отличительные признаки позволяют достичь уменьшения расхода углеводородного сырья наиболее ощутимо в указанных границах.

Источники информации
1. Справочник азотчика, т.1. - М., 1967, с.95-98, 211, 366.

2. Справочник азотчика. - М.: "Химия", 1986, с.83-85, 213, 222, 360-364.

Способ получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и основную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, при этом часть воздуха в количестве 0,42-0,0836 от всего количества воздуха вместе с частью углеводородного сырья и водяных паров направляют на дополнительную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, а затем полученную смесь направляют на основную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья. Тепло газов после основной паровоздушной каталитической конверсии углеводородного сырья используют для подогрева газов, поступающих на эту конверсию. Способ позволяет снизить удельный расход углеводородного сырья. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включающий компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и основную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование и синтез аммиака в замкнутом цикле, отличающийся тем, что часть воздуха в количестве 0,042-0,0836 от всего количества воздуха вместе с частью углеводородного сырья и водяных паров направляют на дополнительную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья, а затем полученную смесь направляют на основную паровоздушную каталитическую конверсию углеводородного сырья. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепло газов после паровоздушной каталитической конверсии углеводородного сырья используют для подогрева газов, поступающих на эту конверсию.