СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА И МЕТАНОЛА Российский патент 2018 года по МПК C07C31/04 C01C1/04 C01B3/38 

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к совместному производству аммиака и метанола из углеводородного сырья.

Из уровня техники известны способы совместного производства аммиака и метанола, например способ низкоэнергетического получения аммиака и метанола, известный из (см. RU 2461516 C1, 20.09.2012), включающий в себя стадию риформинга или частичного окисления, по меньшей мере один генератор сверхкритического пара, имеющий рубашечную сторону и трубчатую сторону, по меньшей мере один перегреватель, по меньшей мере одну турбину с противодавлением, по меньшей мере одну турбину для экстракции и конденсации, по меньшей мере один насос для подачи питающей воды в котел. Синтез-газ подается в рубашечную сторону генератора сверхкритического пара. В генератор сверхкритического пара подается питающая вода под давлением. Поток питающей воды регулируется для поддержания постоянной температуры пара на выходе из генератора сверхкритического пара в диапазоне 375-500°С. Сверхкритический пар получают в генераторе при давлении 225-450 бар. Сверхкритический пар далее нагревается в перегревателе до температуры 500-750°С и подается в турбину с противодавлением.

Указанный способ достаточно сложен в реализации, что обусловлено сложностью генерирования сверхкритического пара.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ совместного производства метанола и аммиака из исходного углеводородного сырья (см. RU 2534092 C2, 27.11.2014), который осуществляют посредством следующих этапов. Сначала получают синтез-газ производства метанола, содержащий водород, оксиды углерода и азот, посредством парового риформинга исходного углеводородного сырья на первичной стадии риформинга и затем на вторичной стадии риформинга с воздушным дутьем. После этого проводят каталитическую конверсию оксидов углерода и водорода синтез-газа на однопроходной стадии синтеза метанола и отведение выходящего продукта, содержащего метанол, и отходящего газового потока, содержащего азот, водород и неконвертированные оксиды углерода. Неконвертированные оксиды углерода газового потока с предыдущего этапа удаляют путем гидрогенизации до метана на стадии каталитической метанации с образованием синтез-газа, имеющего молярное отношение H2:N2, равное 3:1. Синтезируют аммиак каталитической конверсией азота и водорода и отводят продукт, содержащий аммиак, и отходящий газовый поток, содержащий водород, азот и метан.

Недостатками наиболее близкого аналога является низкая производительность способа и большое содержание вредных выбросов.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности способа совместного производства аммиака и метанола; оптимизация состава синтез-газа, подаваемого на синтез аммиака и метанола; снижение содержания оксидов углерода перед метанатором; снижение вредных веществ.

Заявленный технический результат достигается созданием способа совместного производства аммиака и метанола, включающего реформинг природного газа, утилизацию тепла риформинга, конверсию оксида углерода, очистку конвертированного газа от диоксида углерода, синтез метанола, метанирование и синтез аммиака, в котором горячий конвертированный синтез-газ с первичного или вторичного риформинга подают в межтрубное пространство аппарата постриформинга, который представляет собой специальный кожухотрубчатый теплообменный реактор, а в трубы, заполненные катализатором - дополнительную сырьевую парогазовую смесь, которую подают с общего тройника смешения или с раздельных тройников смешения, поток синтез-газа из межтрубного пространства для производства аммиака подается на конверсию СО либо напрямую, если постриформинг установлен после шахтной печи вторичного риформинга, либо через вторичный риформинг, если постриформинг установлен после трубчатой печи первичного риформинга.

В частном случае выполнения способа совместного производства аммиака и метанола (т.н. «двухступенчатый реформинг») синтез-газ со стадии риформинга поступает в аппарат постриформинга, где отдает свое тепло для реакции паровой конверсии дополнительного потока природного газа.

В другом частном случае выполнения способа совместного производства аммиака и метанола из аппарата постриформинга конвертированный газ выходит двумя потоками: основной поток синтез-газа проходит последующие стадии производства аммиака, а дополнительный поток синтез-газа, отдав избыточное тепло в теплообменниках котла-утилизатора, подается на стадию синтеза метанола, его выделение в сепараторе, отвод продувочного газа.

На фиг. 1, иллюстрирующей изобретение, представлена схема выполнения способа производства аммиака и метанола, где:

1 - риформинг;

2 - котел-утилизатор;

3 - конверсия СО;

4 - выделение СО₂;

5 - синтез метанола;

6 - метанирование и синтез аммиака;

7, 8, 10, 11, 12 - дроссели;

9 - постриформинг.

Далее приводятся варианты исполнения способа выполнения устройства, не являющиеся исчерпывающими.

Сущность изобретения заключается во включении в схему технологического процесса дополнительного реакционного аппарата теплообменного риформинга 9, выполняющего роль постриформинга.

Аппарат постриформинга 9 устанавливается после трубчатой печи первичного риформинга, либо после шахтного аппарата вторичного риформинга. В межтрубное пространство аппарата постриформинга подается горячий конвертированный синтез-газ с первичного или вторичного риформинга, а в трубы, заполненные катализатором, - дополнительная сырьевая парогазовая смесь. В результате появляется возможность увеличить выработку синтез-газа без повышения расхода топлива. При этом сырьевая парогазовая смесь (ПГС) может подаваться как с общего тройника смешения, так и с двух раздельных тройников смешения, что позволит получать на выходе реакционных труб постриформинга и шахтной печи вторичного риформинга синтез-газ различного состава, оптимизированный для различных технологических целей (последующей переработки).

Таким образом, из трубного и межтрубного пространства постриформига соответственно выходят два потока конвертированного синтез-газа различного состава.

Поток синтез-газа из межтрубного пространства для производства аммиака подается на конверсию СО 3 (реактора ВТК и НТК) - либо напрямую, если постриформинг установлен после шахтной печи вторичного риформинга, либо через вторичный риформинг, если постриформинг установлен после трубчатой печи первичного риформинга.

Поток синтез-газа для производства метанола из рекционных труб постриформинга идет на синтез метанола 5.

Постриформинг расходует часть тепла, которое в исходной схеме горячий синтез-газ отдавал на генерацию пара в котле-утилизаторе.

Снижение парообразования вследствие потребления постриформингом части тепла конвертированного газа компенсируется внешним парогенератором.

В КААМ (комбинированных агрегатах для производства аммиака и метанола), в которых синтез-газ до модернизации подается на синтез аммиака через проточный реактор (реактора) синтеза метанола, при введении в технологическую схему стадии постриформинга обе реакционные секции полностью разделяются, организуется рецикл непревращенного синтез-газа с сепаратора метанола на вход реактора синтеза метанола, а синтез-газ на контур синтеза аммиака подается, минуя реактор синтеза метанола.

При этом возникает техническая возможность по отдельности оптимизировать состав обоих потоков синтез-газа: для контуров синтеза аммиака и метанола соответственно.

Сырьевая парогазовая смесь может подаваться на вход реакционных труб постриформинга (синтез-газ из которых будет подаваться только на реактор метанола) с пониженным соотношением пар-углерод, а также может быть организован частичный рецикл избыточного диоксида углерода на вход постриформинга как для ограничения выбросов парниковых газов, так и для оптимизации состава сырья синтеза-метанола, а также для улучшения экономических показателей процесса.

Состав сырьевой парогазовой смеси, подаваемой на вход реакционных труб печи парового риформинга, в свою очередь будет оптимизирован для последующего синтеза аммиака. Байпасы, которые в изначальной схеме КААМ организованы вокруг стадий ВТК и НТК СО для обеспечения состава газа, допускающего получение как метанола, так и аммиака, будут закрыты, и в контур синтеза аммиака также будет поступать газ оптимизированного состава.

Практическая реализация изобретения предусматривает следующий объем модернизации действующего агрегата:

- установку аппарата теплообменного риформинга;

- расшивку секции компрессии сырьевого природного газа;

- дополнительный паропровод от внешнего парогенератора;

- новые байпасные линии синтез-газа с пострифомринга на контур синтеза метанола;

- организацию контура синтеза метанола (в исходной схеме реактор синтеза метанола работает на проток).

Модернизация практически не затрагивает существующее реакционное оборудование секций первичного и вторичного риформинга, реакторы ВТК и НТК конверсии СО, секции ректификации метанола, не требует установки дополнительного огневого подогревателя, финальные врезки могут быть выполнены в течение планово-предупредительного ремонта.

Эффект от внедрения изобретения:

- увеличение производительности действующих агрегатов без потребления дополнительного топлива и перегрузки котлов-утилизаторов;

- оптимизация состава синтез-газа, подаваемого на синтез аммиака;

- снижение содержания оксидов углерода перед метанатором;

- оптимизация состава синтез-газа, подаваемого на синтез метанола (извлечение азотного балласта, снижение соотношения пар-углерод, возможность рецикла СО₂);

- повышение энергоэффективности;

- снижение вредных веществ.

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к совместному производству аммиака и метанола из углеводородного сырья. Способ включает риформинг природного газа, утилизацию тепла риформинга, конверсию оксида углерода, очистку конвертированного газа от диоксида углерода, синтез метанола, метанирование и синтез аммиака. Горячий конвертированный синтез-газ с первичного или вторичного риформинга подают в межтрубное пространство аппарата постриформинга, который представляет собой кожухотрубчатый теплообменный реактор, а в трубы, заполненные катализатором, - дополнительную сырьевую парогазовую смесь, которую подают с общего тройника смешения или с раздельных тройников смешения. Далее поток синтез-газа из межтрубного пространства для производства аммиака подается на конверсию СО либо напрямую, если постриформинг установлен после шахтной печи вторичного риформинга, либо через вторичный риформинг, если постриформинг установлен после трубчатой печи первичного риформинга. Технический результат заключается в повышении производительности способа совместного производства аммиака и метанола, оптимизации состава синтез-газа, снижении содержания оксидов углерода перед метанатором и в снижении вредных веществ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ совместного производства аммиака и метанола, включающий риформинг природного газа, утилизацию тепла риформинга, конверсию оксида углерода, очистку конвертированного газа от диоксида углерода, синтез метанола, метанирование и синтез аммиака, отличающийся тем, что горячий конвертированный синтез-газ с первичного или вторичного риформинга подают в межтрубное пространство аппарата постриформинга, который представляет собой кожухотрубчатый теплообменный реактор, а в трубы, заполненные катализатором, – дополнительную сырьевую парогазовую смесь, которую подают с общего тройника смешения или с раздельных тройников смешения, поток синтез-газа из межтрубного пространства для производства аммиака подается на конверсию CO либо напрямую, если постриформинг установлен после шахтной печи вторичного риформинга, либо через вторичный риформинг, если постриформинг установлен после трубчатой печи первичного риформинга.

2. Способ совместного производства аммиака и метанола по п.1, отличающийся тем, что синтез-газ со стадии риформинга поступает в аппарат постриформинга, где отдает свое тепло для реакции паровой конверсии дополнительного потока природного газа.

3. Способ совместного производства аммиака и метанола по п.1, отличающийся тем, что из аппарата постриформинга конвертированный газ выходит двумя потоками: основной поток синтез-газа проходит последующие стадии производства аммиака, а дополнительный поток синтез-газа, отдав избыточное тепло в теплообменниках котла-утилизатора, подается на стадию синтеза метанола, его выделение в сепараторе, отвод продувочного газа.