СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА Российский патент 2013 года по МПК C01B3/02 C01C1/04 C01B3/38 

Область техники

Настоящее изобретение относится в наиболее общем аспекте к приготовлению смесей синтез-газа, требуемых для производства аммиака.

В частности, настоящее изобретение относится к способу получения синтез-газа для синтеза аммиака, содержащего водород (Н₂) и азот (N₂), посредством паровой конверсии (риформинга) углеводородов.

Настоящее изобретение также относится к способу производства аммиака из синтез-газа, полученного паровой конверсией углеводородов.

В описании и приложенной формуле изобретения термин "углеводороды" применяют, как правило, для обозначения сырьевого источника водорода и углерода, такого как, например, метан, природный газ, нафта, СНГ (сжиженный нефтяной газ) или нефтезаводской газ и их смеси.

Известно, что в области производства синтез-газа все больше ощущается потребность в реализации способов, которые легко осуществить и которые позволяют достичь больших производственных мощностей при низких эксплуатационных затратах и капиталовложениях и малом энергопотреблении.

Уровень техники

Известно, что производство синтез-газа для синтеза аммиака главным образом осуществляют с помощью комбинированного процесса паровой конверсии, в котором обессеренные углеводороды смешивают с паром в соответствующем соотношении и полученную смесь подают в установку первичной конверсии (риформинг-установку), где большая часть углеводородов, содержащихся в сырье, превращается (конвертируется) в смесь монооксида углерода, диоксида углерода и водорода при пропускании над соответствующим катализатором при умеренном давлении, в основном в диапазоне от 15 до 35 бар, и высокой температуре в диапазоне от 780 до 820°С.

Так как упомянутая конверсия является эндотермической, катализатор содержится во множестве катализаторных труб, которые нагреваются извне теплом реакции сгорания газообразного топлива с воздухом при атмосферной температуре.

Газообразный продукт из установки первичной конверсии подают в установку вторичной конверсии, как правило, содержащую надлежащий катализатор в виде катализаторного слоя и реакционное пространство над катализаторным слоем, в установку вторичной конверсии также подают поток воздуха в регулируемом количестве для обеспечения азотом, требуемым для синтеза аммиака ниже по потоку.

Кислород реагирует в реакционном пространстве над слоем катализатора с горючими компонентами продуктового газа, выходящего из установки первичной конверсии, и полученный смешанный продуктовый газ поступает в катализаторный слой при высокой температуре.

При прохождении вниз через катализатор остаточный метан реагирует эндотермически (с поглощением тепла) с паром, что обусловливает типичную температуру газа на выходе из установки вторичной конверсии около 900-1000°С при около 99% конверсии углеводородного сырья в оксиды углерода и водород.

Затем конвертированный газ, выходящий из установки вторичной конверсии, как правило, обрабатывают в последовательности устройств, расположенных ниже по потоку, для удаления оксидов углерода и получения состава газа, подходящего для синтеза аммиака (т.е. имеющего молярное соотношение H₂/N₂, близкое к 3:1). Эти устройства включают:

СО-конвертеры, в которых большая часть монооксида углерода (СО) конвертированного газа подвергается каталитической конверсии с непрореагировавшим паром до диоксида углерода плюс дополнительный объем водорода,

колонну промывки СО₂, в которой диоксид углерода почти полностью удаляют промывкой газа соответствующим растворителем, таким как водный раствор амина или карбоната калия, с получением газового потока, содержащего азот и водород в приблизительном молярном соотношении H₂/N₂ 3:1 и следы метана, оксидов углерода и аргона,

реактор метанирования, в котором остаточные оксиды углерода подвергают каталитическому превращению в метан для предупреждения отравления катализатора синтеза аммиака ниже по потоку этими кислородсодержащими соединениями.

Подобным образом получают конечный синтез-газ при низком давлении (как правило, 15-25 бар), который необходимо сжать до давления, требуемого для синтеза аммиака, как правило, это давление находится в диапазоне от 80 до 300 бар, обычно, около 150 бар в соответствии с применяемым процессом синтеза аммиака.

Имея некоторые преимущества, вышеописанный способ получения синтез-газа для синтеза аммиака имеет известный недостаток в том, что его сложно осуществить в установках для производства аммиака большой мощности.

В этом случае главная трудность заключается в проектировании и изготовлении соответствующего компрессора и его турбины для сжатия очень большого потока синтез-газа, требуемого в крупномасштабных установках для производства аммиака, от очень низкого до высокого давления, необходимого для синтеза аммиака.

Кроме того, для крупномасштабных установок для производства аммиака требуется, чтобы оборудование и сеть трубопроводов имели очень большие размеры при эксплуатационных параметрах (в частности, давлении) вышеописанного способа получения синтез-газа. Однако это привело бы к слишком большому увеличению капиталовложений и энергозатрат и, следовательно, мощность производства синтез-газа ограничена.

Сущность изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача обеспечения способа производства синтез-газа, подходящего для производства аммиака, который можно легко реализовать и который позволяет достичь высоких производственных мощностей при низких эксплуатационных затратах и капиталовложениях, а также низком энергопотреблении.

Эта задача решена с помощью способа получения синтез-газа для синтеза аммиака, включающего следующие шаги, на которых обеспечивают:

подачу газового потока, содержащего углеводороды, и газового потока, содержащего пар, в установку первичной конверсии, оборудованную множеством катализаторных труб с внешним обогревом,

реакцию этих углеводородов с паром в катализаторных трубах в установке первичной конверсии при рабочем давлении по меньшей мере 45 бар в катализаторных трубах с получением продуктового газа,

подачу продуктового газа и потока окислительного газа в установку вторичной конверсии,

реакцию продуктового газа с окислительным газом и последующую вторичную конверсию с обеспечением конверсии по существу всех углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, и с получением конвертированного газа, содержащего водород, оксиды углерода и непрореагировавший пар, а также азот в количестве от 0 до количества, требующегося для молярного отношения H₂/N₂ в этом конвертированном газе, близкого к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака,

удаление оксидов углерода из конвертированного газа и, необязательно, подача газообразного азота в количестве, требуемом для достижения молярного отношения H₂/N₂, соответствующего или близкого к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака, и получение синтез-газа.

Применяемый в настоящем документе термин "продуктовый газ" обозначает частично конвертированный газ, получаемый, например, на выходе из установки первичной конверсии или в реакционном пространстве установки вторичной конверсии, который обычно содержит оксиды углерода (СО и CO₂), водород (H₂), пар и неконвертированные углеводороды.

Термин "синтез-газ" обозначает газ, содержащий N₂ и H₂ в соответствующем молярном соотношении для синтеза аммиака, иначе говоря, этот газ имеет соотношение N₂/H₂, соответствующее или близкое к стехиометрическому молярному соотношению 1:3.

Термин "конвертированный газ" обозначает полностью конвертированный газ, получаемый, например, на выходе из установки вторичной конверсии, который обычно содержит водород, оксиды углерода и непрореагировавший пар и, возможно, азот и следы неконвертированных углеводородов.

Согласно настоящему изобретению упомянутый окислительный газ представляет собой обогащенный кислородом воздух, имеющий молярное отношение N₂/O₂, подходящее для конверсии по существу всех углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, и получения конвертированного газа с молярным отношением H₂/N₂, близким к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака. В таком варианте осуществления можно обойтись без подачи газообразного азота ниже по потоку установки вторичной конверсии, поскольку конвертированный газ, выходящий из установки вторичной конверсии, уже получается с молярным отношением H₂/N₂, близким к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый окислительный газ может представлять собой по существу чистый кислород. В этом варианте осуществления, когда конвертированный газ, выходящий из установки вторичной конверсии, по существу не содержит азота, газообразный азот может добавляться ниже по потоку установки вторичной конверсии для получения молярного отношения H₂/N₂, близкого к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака.

Настоящее изобретение основано на открытии, что можно получить синтез-газ для синтеза аммиака при высоком давлении и одновременно при высоких производственных мощностях путем увеличения рабочего давления в катализаторных трубах установки первичной конверсии до по меньшей мере 45 бар и подачи более окислительного агента в установку вторичной конверсии по сравнению с процессами уровня техники. Действительно, содержание углеводородов в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, выше, чем в процессах уровня техники, описанных выше, как результат работы установки первичной конверсии при повышенном давлении и при возможности уменьшенной температуре, и, таким образом, более окислительный агент, непосредственно составляющий окислительный газ (поток) или содержащийся в подаваемом окислительном газе, требуется для достижения полной конверсии (риформинга) углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, покидающем установку первичной конверсии.

При этом в соответствии с настоящим изобретением необходимый для синтеза аммиака N₂, может быть обеспечен с потоком окислительного газа в установку вторичной конверсии и/или потоком, отдельно подаваемым ниже по направлению потока установки вторичной конверсии.

Это открытие противоречит постоянной доктрине уровня техники, в соответствии с которой для обеспечения высоких мощностей производства синтез-газа для синтеза аммиака с обычным давлением конверсии около 35 бар необходимо иметь крупногабаритные оборудование (в частности, компрессор) и трубопроводную сеть соответствующей установки.

В соответствии с предлагаемым в изобретении способом реальное увеличение давления очень велико, поскольку можно, например, по существу увеличить вдвое рабочее давление в катализаторных трубах в сравнении со способами уровня техники (для получения рабочего давления, например, 60 бар) без необходимости изменения конструкции труб, применяемых в настоящее время в установке первичной конверсии.

Предпочтительно, в соответствии с изобретением рабочее давление в катализаторных трубах в установке первичной конверсии находится в диапазоне 45-100 бар, наиболее предпочтительно 60-80 бар.

В соответствии с настоящим изобретением выходная температура газового продукта, покидающего трубы установки первичной конверсии, лежит в диапазоне 650-850°С. Предпочтительно, чтобы избежать возможного сокращения срока службы труб в условиях новых рабочих давлений, нагревают трубы таким образом, чтобы температура продуктового газа на выходе из этих труб не превышала 800°С (предпочтительно 700-770°С).

Выбор температуры на выходе из труб зависит от рабочего давления внутри труб и ее снижают с увеличением рабочего давления для поддержания высокого срока службы труб.

Например, в случае катализаторных труб с обычным внутренним диаметром (например, около 100 мм) и толщиной стенок 10-12 мм, работающих в соответствии с настоящим изобретением под давлением 60 бар и при температуре на выходе 750°С, было обнаружено, что трубы могут иметь срок службы не менее 1000000 часов, который обычно принимается для работы установок конверсии, работающих при обычных низких давлениях.

Кроме того, в соответствии с предлагаемым в изобретении способом конечный синтез-газ получают под высоким давлением, что позволяет применять меньшие по размеру оборудование и трубопроводную систему ниже по потоку от установок конверсии и тем самым снизить капиталовложения и энергозатраты.

В частности, можно применять меньшее по размеру и более дешевое оборудование для сжатия конечного синтез-газа до давления, требуемого для конверсии в аммиак в контуре синтеза установки для производства аммиака. Кроме того, затраты энергии на сжатие уменьшаются, так как конечный синтез-газ уже получают под высоким давлением на выходе из процесса конверсии. Поэтому также можно достигнуть снижения энергопотребления в установке по производству аммиака, применяя синтез-газ высокого давления, полученный в соответствии с изобретением.

В соответствии с одной особенностью предлагаемого в настоящем изобретении способа, когда в качестве окислительного газа используется обогащенный кислородом воздух, предпочтительное содержание О₂ составляет от 22 до 50 мол.% и он подается в установку вторичной конверсии с отношением 0,35-0,5 молей кислорода потока обогащенного воздуха на моль углерода в углеводородах, входящих в установку первичной конверсии (или предварительной конверсии, если она используется).

В настоящем изобретении подаваемый в установку вторичной конверсии обогащенный кислородом воздух обеспечивается посредством смешивания отдельных потоков воздуха и кислорода снаружи установки вторичной конверсии и подачи полученного потока смеси в установку вторичной конверсии.

Альтернативно, подаваемый обогащенный кислородом воздух обеспечивается "по месту" путем подачи отдельных потоков воздуха и кислорода в установку вторичной конверсии и смешивания внутри нее.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения поток окислителя имеет более высокую концентрацию кислорода, чем которую можно получить непосредственно из воздуха в разделительном процессе, таком как дистилляция или адсорбция, без промежуточного процесса получения по существу чистого кислорода.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, когда в качестве окислительного газа используется по существу чистый кислород, он подается в установку вторичной конверсии в соотношении 0,30-0,50 молей кислорода на моль углерода в углеводородах, входящих в установку первичной конверсии (или предварительной конверсии, если она используется).

В настоящем изобретении термин "по существу чистый кислород" означает содержание кислорода в соответствующем окислительном газе по меньшей мере 95%.

Применение по существу чистого кислорода или обогащенного кислородом воздуха позволяет эффективно конвертировать углеводороды (в частности, метан), содержащиеся в газе на выходе из установки первичной конверсии (содержание углеводородов увеличивается как в результате увеличения давления, так и снижения температуры в установке первичной конверсии), в пространстве над катализаторным слоем в установке вторичной конверсии для получения оксидов углерода и пара, и таким образом продуктового газа при повышенной температуре.

Затем этот продуктовый газ пропускают через катализаторный слой установки вторичной конверсии, где протекает эндотермическая реакция конверсии (использующая теплосодержание упомянутого продуктового газа), которая по существу завершает процесс конверсии с достижением общей степени конверсии углеводородов, полностью сравнимой с таковой в способах конверсии уровня техники.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения упомянутый шаг удаления оксидов углерода из конвертированного газа включает следующие стадии:

существенное удаление монооксида углерода из конвертированного газа с помощью каталитической конверсии с некоторым количеством непрореагировавшего пара до диоксида углерода и водорода с получением конвертированного газа, по существу лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара,

существенное удаление диоксида углерода из конвертированного газа, в основном лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара, с получением конвертированного газа, все еще содержащего следы оксидов углерода,

удаление упомянутых следов оксида углерода с помощью каталитической конверсии до метана.

В соответствии с настоящим изобретением шаг удаления диоксида углерода может быть осуществлен посредством промывки конвертированного газа, по существу лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара, соответствующим раствором или пропусканием конвертированного газа, в основном лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара, через молекулярное сито типа PSA или TSA.

Подходящий промывочный раствор может включать водный раствор амина или карбонат калия, или физический растворитель, такой как метанол.

Термин "молекулярные сита", используемый в настоящем документе, включает все материалы, имеющие микропоры, подходящие для предпочтительной адсорбции диоксида углерода из содержащей его газовой смеси. В соответствии с методом адсорбции и выделения диоксида углерода эти материалы классифицируют как молекулярные сита типа PSA (короткоцикловая адсорбция с десорбцией сбросом давления) или TSA (короткоцикловая адсорбция с десорбцией увеличением температуры).

В соответствии с методом PSA газообразную смесь, содержащую диоксид углерода, пропускают через молекулярное сито PSA под давлением, тем самым обеспечивая предпочтительную адсорбцию диоксида углерода в микропорах молекулярного сита. Затем давление снижают для десорбции диоксида углерода из микропор, тем самым регенерируя молекулярное сито.

В соответствии с методом TSA адсорбцию диоксида углерода обеспечивают, пропуская содержащую их газообразную смесь через молекулярное сито TSA при заданной температуре. Затем температуру увеличивают, например, с помощью потока синтез-газа, для десорбции диоксида углерода из микропор, тем самым регенерируя молекулярное сито.

Настоящее изобретение также относится к способу производства аммиака из синтез-газа, включающему шаги, на которых обеспечивают:

подачу газового потока, содержащего углеводороды, и газового потока, содержащего пар, в установку первичной конверсии, оборудованную множеством катализаторных труб с внешним обогревом,

реакцию этих углеводородов с паром в катализаторных трубах в установке первичной конверсии при рабочем давлении в катализаторных трубах по меньшей мере 45 бар с получением продуктового газа,

подачу продуктового газа и потока окислительного газа в установку вторичной конверсии,

реакцию продуктового газа с окислительным газом и последующую вторичную конверсию с обеспечением конверсии по существу всех углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, и с получением конвертированного газа, содержащего водород, оксиды углерода и непрореагировавший пар, а также азот в количестве от 0 до количества, требующегося для молярного отношения H₂/N₂ в этом конвертированном газе, близкого к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака,

удаление оксидов углерода из конвертированного газа и, необязательно, подачу газообразного азота в количестве для достижения молярного отношения H₂/N₂, соответствующего или близкого к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака, и получение синтез-газа,

реакцию синтез-газа в контуре синтеза аммиака в условиях, эффективных для получения аммиака.

Характерные особенности и преимущества изобретения далее будут понятны из следующего описания вариантов осуществления изобретения с помощью не ограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемую фигуру, на которой схематически показана установка (производственное оборудование) для производства синтез-газа для синтеза аммиака в соответствии с настоящим изобретением; эта установка показана в сообщении с контуром синтеза аммиака установки для производства аммиака.

Детальное описание предпочтительного варианта

На фигуре схематически показана схема оборудования, иллюстрирующая шаги способа в соответствии с предлагаемым изобретением для производства синтез-газа для синтеза аммиака посредством первичной и вторичной конверсии газового потока, содержащего углеводороды. В ниже иллюстрирующемся способе сырье, применяемое в качестве источника углеводородов, состоит из природного газа.

На представленной фигуре номер ссылки 1 обозначает установку первичной конверсии, номер ссылки 2 - установку вторичной конверсии, номер ссылки 3 - серию реакторов конверсии СО (показан лишь один), номер ссылки 4 - колонну промывки СО₂, номер ссылки 5 - реактор метанирования и блок 6 - контур синтеза аммиака установки для производства аммиака.

Подающая линия (трубопровод) для потока 7 обозначает поток природного газа, который предварительно очистили от серы традиционным способом, и подающая линия 8 обозначает поток пара.

Обессеренный поток 7 природного газа смешивают с потоком 8 пара в соотношении примерно 3-4 молей пара на моль углерода в природном газе, и полученную смесь подают по подающей линии 9 в теплообменник 10, где ее предварительно нагревают до температуры около 500-600°С, и подогретую смесь подают по подающей линии 11 в установку 1 первичной конверсии.

Внутри установки 1 первичной конверсии находится множество труб (не показаны), заполненных соответствующим катализатором, по существу традиционным, которые нагревают извне с помощью теплообменной жидкости, обозначенной линией 12 потока.

В соответствии с настоящим изобретением катализаторные трубы в установке первичной конверсии нагревают таким образом, чтобы температура на выходе из труб была в диапазоне 700-770°С, тогда как газовая смесь, содержащая углеводороды и пар, которую подают в установку 1 первичной конверсии, входит в трубы под рабочим давлением свыше 60 бар, предпочтительно около 65 бар.

Кроме того, в предлагаемом примере весь сырьевой природный газ подают в установку 1 первичной конверсии.

Продуктовый газ, выходящий из установки 1 первичной конверсии при температуре 700-770°С и давлении свыше 60 бар (в частности, около 65 бар), подают по подающей линии 13 в установку 2 вторичной конверсии, куда также подают газообразный поток окислителя, представляющий собой обогащенный кислородом воздух, подаваемый по линии 15а в подходящем количестве, обеспечивающем молярное отношение H₂/N₂, соответствующее или близкое к стехиометрическому отношению для синтеза аммиака.

В этом варианте осуществления настоящего изобретения обогащенный кислородом воздух подается по линии 15а в установку 2 вторичной конверсии и обеспечивается посредством смешивания потока 14 воздуха и потока 15 кислорода снаружи установки 2 вторичной конверсии.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения (не показан) подача обогащенного кислородом воздуха в установку вторичной конверсии обеспечивается "по месту" посредством подачи отдельных потоков воздуха и кислорода (такие, как упомянутые выше потоки 14 и 15) в установку вторичной конверсии. Эти потоки будут смешиваться внутри установки 2 вторичной конверсии в реакционном пространстве вблизи впуска этих газов, например, в реакционном пространстве 2b.

В соответствии с настоящим изобретением подача обогащенного кислородом воздуха в установку вторичной конверсии обеспечивает компенсацию увеличенного углеводородного содержания в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, вследствие как увеличения давления, так и снижения температуры в сравнении с уровнем техники.

В частности, в этом примере установка 2 вторичной конверсии включает слой 2а соответствующего катализатора (например, катализатора на основе никеля) и расположенное над ним реакционное пространство 2b. Обогащенный кислородом воздух, который подают в установку 2 вторичной конверсии, реагирует с продуктовым газом, выходящим из установки 1 первичной конверсии, в реакционном пространстве 2b с получением второго продуктового газа при высокой температуре.

Затем этот второй продуктовый газ пропускают через слой 2а катализатора в установке вторичной конверсии, где протекает эндотермическая реакция (использующая теплосодержание упомянутого второго продуктового газа), которая по существу завершает процесс конверсии, с получением конвертированного газа, содержащего азот, водород, оксиды углерода и остаточный пар.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения (не показан) установка 2 вторичной конверсии может не содержать слой 2а катализатора. В этом случае она будет включать одно или более реакционное пространство, такое как вышеуказанное реакционное пространство 2b, для проведения и завершения процесса конверсии.

Конечный конвертированный газ, выходящий из установки 2 вторичной конверсии, имеет температуру около 1000°С и давление около 60 бар. Этот газ подают вначале в теплообменник 16 по подающей линии 17, где его охлаждают до температуры около 350°С, и затем в серию (обычно два) реакторов 3 конверсии СО по подающей линии 18.

В реакторах 3 конверсии СО монооксид углерода, содержащийся в конвертированном газе, подвергают каталитическому превращению с непрореагировавшим паром до диоксида углерода плюс дополнительный объем водорода. Температура на выходе из последнего (второго) реактора 3 конверсии СО около 220°С при степени конверсии подаваемого на вход СО около 98%. Конвертированный газ, выходящий из последнего реактора 3 конверсии СО, подают в теплообменник 19 (по подающей линии 20), где его охлаждают до температуры, близкой к температуре окружающей среды, и охлажденный газ подают в сепаратор 21 (по подающей линии 22) для отделения конденсата.

Газ, выходящий из сепаратора 21, подают по подающей линии 22а в колонну 4 промывки СО₂, где почти полностью удаляют большую часть диоксида углерода промывкой соответствующим раствором, таким как водный раствор амина или карбоната калия, или физическим растворителем, таким как чистый метанол. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения (не показан) выходящий из сепаратора 21 газ может быть пропущен через молекулярное сито типа PSA или TSA для удаления большей части содержащегося в нем диоксида углерода.

Газовый поток на выходе с верха колонны 4 состоит, главным образом, из водорода и азота в молярном соотношении приблизительно 3:1 со следами углеводородов (метана) и оксидов углерода.

Этот газ подают по подающей линии 24 в теплообменник 23, где его нагревают до температуры около 300°С, и затем в реактор 5 метанирования по подающей линии 25. Реактор 5 метанирования содержит слой соответствующего катализатора, например, на основе никеля, для превращения следов оксидов углерода в метан с целью исключения отравления катализатора синтеза аммиака ниже по потоку этими кислородсодержащими соединениями.

Выходящий из реактора 5 метанирования газ охлаждают в теплообменнике 26, куда он поступает по подающей линии 27, и охлажденный газ подают в сепаратор 28 по подающей линии 29 для отделения конденсата.

Получаемый синтез-газ для синтеза аммиака подают в компрессор 33 (по подающей линии 30), где его сжимают до давления, требуемого для синтеза аммиака, например, 150 бар.

Так как в соответствии с предложенным в изобретении способом синтез-газ для синтеза аммиака получают под более высоким давлением, чем в уровне техники (в этом примере свыше 60 бар, в частности около 65 бар), это позволяет снизить стоимость монтажа компрессора 33 и расходы на его эксплуатацию.

Наконец, конечный синтез-газ подают в контур синтеза 6 по подающей линии 31, где он реагирует в эффективных условиях для получения аммиака. Полученный таким образом аммиак выпускают из контура синтеза 6 по линии 32.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения (частично показан пунктирной линией) установка 2 вторичной конверсии получает кислород в качестве окислительного газа (например, по линии потока 15), а поток 35 азота подается в контур 6 синтеза в количестве, обеспечивающем достижение молярного соотношения H₂/N₂, соответствующего или близкого к стехиометрическому для синтеза амиака. В этом случае такой поток 35 может подаваться, например, в реактор контура 6 синтеза или, в общем случае, в любом месте установки ниже по направлению потока установки 2 вторичной конверсии.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения вниз по потоку к установке 1 первичной конверсии предусмотрена установка предварительной конверсии. Это устройство, по существу традиционного типа и поэтому не показанное на фиг.1, работает в адиабатическом режиме, т.е. без теплообмена. В установку предварительной конверсии подают поток природного газа 7 и часть потока 8 пара. В установке предварительной конверсии получают газовый поток, содержащий углеводороды, который подают вместе с остальной частью потока 8 пара в установку 1 первичной конверсии.

Разумеется, специалисты могут внести многочисленные модификации и варианты в предлагаемый в настоящем изобретении способ, входящие в объем охраны, определяемый следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области химии. Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака включает подачу газового потока, содержащего углеводороды, и газового потока, содержащего пар, в установку первичной конверсии, оборудованную множеством катализаторных труб с внешним обогревом, реакцию этих углеводородов с паром в катализаторных трубах установки первичной конверсии при рабочем давлении в них по меньшей мере 45 бар с получением продуктового газа, подачу продуктового газа и потока окислительного газа в установку вторичной конверсии, реакцию продуктового газа с окислительным газом и последующую вторичную конверсию с обеспечением конверсии всех углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, и с получением конвертированного газа, содержащего водород, оксиды углерода и непрореагировавший пар, удаление оксидов углерода из конвертированного газа и получение синтез-газа, пригодного для синтеза аммиака. В качестве окислительного газа используют обогащенный кислородом воздух с молярным отношением N₂/O₂, обеспечивающим получение конвертированного газа с содержанием азота, соответствующим содержанию, требующемуся для стехиометрического молярного отношения H₂/N₂ для синтеза аммиака. Этот способ позволяет достичь высоких мощностей производства синтез-газа и более низких капиталовложений и энергозатрат. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака, включающий стадии, на которых обеспечивают:
подачу газового потока, содержащего углеводороды, и газового потока, содержащего пар, в установку первичной конверсии, оборудованную множеством катализаторных труб с внешним обогревом,
реакцию этих углеводородов с паром в катализаторных трубах установки первичной конверсии при рабочем давлении в них по меньшей мере 45 бар с получением продуктового газа,
подачу продуктового газа и потока окислительного газа в установку вторичной конверсии,
реакцию продуктового газа с окислительным газом и последующую вторичную конверсию с обеспечением конверсии всех углеводородов, содержащихся в продуктовом газе, выходящем из установки первичной конверсии, и с получением конвертированного газа, содержащего водород, оксиды углерода и непрореагировавший пар,
удаление оксидов углерода из конвертированного газа и получение синтез-газа, пригодного для синтеза аммиака,
отличающийся тем, что в качестве окислительного газа используют обогащенный кислородом воздух с молярным отношением N₂/O₂, обеспечивающим получение конвертированного газа с содержанием азота, соответствующим содержанию, требующемуся для стехиометрического молярного отношения H₂/N₂ для синтеза аммиака.

2. Способ по п.1, в котором упомянутый обогащенный кислородом воздух содержит O₂ в количестве от 22 до 50 мол.% и подается в установку вторичной конверсии с соотношением от 0,35 до 0,5 молей кислорода в потоке обогащенного кислородом воздуха на моль углерода в углеводородах на входе в установку первичной конверсии или установку предварительной конверсии, если она используется.

3. Способ по п.1 или 2, в котором рабочее давление в катализаторных трубах установки первичной конверсии составляет от 45 до 100 бар, предпочтительно от 60 до 80 бар.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором температура продуктового газа на выходе из труб установки первичной конверсии составляет от 650 до 850°С.

5. Способ по п.4, в котором температура на выходе составляет от 700 до 770°С.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором удаление оксидов углерода из конвертированного газа включает следующие стадии:
удаление монооксида углерода из конвертированного газа с помощью каталитической конверсии с непрореагировавшим паром до диоксида углерода и водорода с получением конвертированного газа, лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара,
удаление диоксида углерода из конвертированного газа, лишенного монооксида углерода и некоторого количества пара, с получением конвертированного газа, все еще включающего следы оксидов углерода,
удаление упомянутых следов оксида углерода посредством каталитической конверсии до метана.