СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА Российский патент 2013 года по МПК C01C1/04 C01B3/24 

Изобретение относится к получению аммиака, который является одним из важнейших продуктов химической промышленности и используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды и других продуктов химической промышленности, используется он также в холодильной технике и в медицине.

В основном синтетический аммиак получают из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха. Способ включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, выделение аммиака в жидком виде (Справочник азотчика. М., Химия, 1986 г., с.83-84, 213, 222, 360-364).

На основе этого способа разработаны способы получения аммиака, которые позволяют, например, снизить расход углеводородного сырья и снизить количество выбрасываемых дымовых газов в атмосферу. Так, в способе получения аммиака, защищенном патентом №2184702, кл. С01С 1/04, от 2002 г., для достижения этого технического результата часть сырья от количества углеводородного сырья, прошедшего очистку от соединений серы, дросселируют до атмосферного давления, сжигают в смеси с воздухом, а полученные газы в количестве 0,0146-1,685 от количества воздуха, направляемого на паровоздушную конверсию метана, после утилизации их тепла компримируют и направляют на паровоздушную каталитическую конверсию метана.

На такой же технический результат направлен и способ получения аммиака по патенту №2196733, кл. С01С 1/04, от 2003 г.

В способе получения аммиака по патенту №2216514, кл. С01С 1/04 от 2003 г. для снижения расхода углеводородного сырья к воздуху добавляют азот в количестве, необходимом для получения смеси с соотношением азот: воздух, равном 0,001-1,121, и эту смесь направляют на паровоздушную каталитическую конверсию метана.

Различные приемы, позволяющие снизить удельный расход углеводородного сырья, описаны также в патентах: №221653, кл. С01С 1/04, от 2003 г.; №2216515, кл. С01С 1/04 от 2003 г.

Однако все ранее известные способы обладают одним основным недостатком - это зависимость производительности технологической схемы от внешних условий, что делает процесс нестабильным и снижает выход готового продукта.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения производительности процесса и, следовательно, увеличения выхода готовой продукции. Технический результат изобретения заключается в исключении зависимости производительности процесса от внешних условий.

Достижение указанного технического результата достигается тем, что в используемом способе получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включающем компримирование и очистку сырья от соединения серы, паровую и паровоздушную конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, выделения из цикла продукционного аммиака в жидком виде, проводят до компримирования охлаждение воздуха, обеспечивая при этом стехиометрическое соотношение азота и водорода в процессе.

Целесообразно воздух охлаждать либо испарением жидкого аммиака, либо использовать дополнительно холодный конденсат, полученный на стадии охлаждения.

Сущность способа заключается в следующем. Воздух, используемый в процессе, должен поступать в таком количестве, чтобы обеспечить стехиометрическое количество азота и водорода. Количество вещества - это физическая величина, прямо пропорциональная числу частиц, составляющих данное вещество и входящее во взятую порцию этого вещества. Требуемое количество воздуха зависит также и от его плотности. При повышении температуры и неизменном давлении скорость молекул газа увеличивается, расстояние между молекулами увеличивается, и число молекул во взятом для определения объеме уменьшается. Соответственно, количество вещества и его плотность уменьшается. Поэтому необходимо для процесса иметь такую температуру воздуха, входящего на стадию компримирования, чтобы подать необходимое количество его для достижения стехиометрического соотношения азота и водорода в процессе. Охлаждение воздуха до компримирования позволяет, не изменяя производительности компрессора в м³/ч, в то же время увеличить его производительность кг/ч.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Принимаем производительность технологической схемы в летнее теплое время 1450 т/сутки. Углеводородное сырье компримируют, очищают от соединений серы, вначале путем их гидрирования, а затем поглощения их окисью цинка. В очищенный газовый поток добавляют водяной пар и подают его на паровую конверсию метана. Так как на данной стадии метан конвертируется не полностью (в парогазовой смеси остается примерно 10% метана), то парогазовую смесь направляют на паровоздушную конверсию метана. Сюда же направляют воздух. Первоначальные показатели воздуха - количество потребляемого воздуха - 60392 м³/ч (67881 кг/час) относительная влажность 76%, температура 39°С, плотность воздуха 1,124 кг/м³. Воздух был охлажден до температуры 0°С. Плотность этого воздуха составляет 1,293 кг/м³, что на 15% выше, чем у воздуха, взятого при температуре 39°С. При этом количество воздуха для получения стехиометрической смеси водород: азот=3:1. Следовательно, при заданной производительности количество воздуха, подаваемого после охлаждения, составляет 60392 нм³/час (78087 кг/час). Охлажденный воздух компримируют. После стадии паровоздушной конверсии метана в газовой смеси остается примерно 0,3% об. метана. Далее проводят следующие стадии технологического процесса: конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений. Все эти операции проводят под давлением 4,2-2,5 МПа, поэтому перед стадией синтеза аммиака полученную на предыдущих стадиях азотоводородную смесь компримируют до давления синтеза 25-30 МПа и направляют на синтез аммиака в замкнутом цикле, из которого выделяют продукционный аммиак в жидком виде. Расход жидкого аммиака для охлаждения воздуха - 6,5 т/час.

Производительность технологической схемы составляет 1650 т/сутки и не зависит от внешних условий, что позволяет увеличить выход готовой продукции аммиака на 13,8%.

Пример 2. Технологическая схема получения аммиака и ее параметры аналогичны схеме, приведенной в примере 1. Охлаждаем воздух с относительной влажностью 76%, используемый в качестве сырья для получения аммиака, с температуры 39°С до температуры 0°С. При охлаждении воздуха из него конденсируется примерно 1,4 т/час воды. Температура конденсата около 1°С. Если перед охлаждением воздуха за счет испарения жидкого аммиака осуществить охлаждение воздуха за счет испарения холодного водного конденсата, выделенного из воздуха при его охлаждении, то расход жидкого аммиака можно снизить до 3,3 т/час.

Производительность технологической схемы увеличивается до мощности агрегата в зимнее время - 1650 т/сутки.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения аммиака включает компримирование водяных паров, углеводородного сырья и воздуха. До стадии компримирования воздуха проводят его охлаждение, обеспечивая при этом стехиометрическое соотношение азота и водорода в процессе. Проводят очистку сырья от соединений серы. Затем следуют стадии паровой и паровоздушной конверсии метана и конверсии оксида углерода. Полученную азотоводородную смесь очищают от кислородсодержащих соединений, компримируют и направляют на синтез аммиака в замкнутом цикле, из которого выделяют продукционный аммиак в жидком виде. Изобретение позволяет повысить производительность процесса и увеличить выход готовой продукции. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ получения аммиака из водяных паров, углеводородного сырья, воздуха, включающий их компримирование, очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, выделение из цикла продукционного аммиака в жидком виде, отличающийся тем, что до компримирования воздуха проводят его охлаждение, обеспечивая при этом стехиометрическое соотношение азота и водорода в процессе.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что температуру воздуха перед компримированием регулируют либо испарением жидкого аммиака, либо с использованием дополнительно холодного водного конденсата, полученного на стадии охлаждения.