СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА Российский патент 2019 года по МПК C01C1/04 C01B3/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к модернизации установок для получения аммиака. В частности, изобретение включает модернизацию паровой системы установки для получения аммиака. Уровень техники

Установка для синтеза аммиака в основном включает входную часть для образования свежего газа, смешиваемого с рецикловым, и контур синтеза. Входная часть обычно включает стадию конверсии углеводородов и стадию очистки, причем на последней из двух названных имеется, например, СО-конвертер, секция удаления CO₂ и метанатор. Установка для получения аммиака описана, например, в ЕР 2022754.

Кроме того, установка для получения аммиака имеет так называемую паровую систему, включающую несколько парогенераторов и потребителей пара.

К парогенераторам могут относиться, например, теплообменники, в которых из горячего потока отводят тепло, такие как газоохладители. Например, стадия конверсии включает обычно установку для первичной конверсии и установку для вторичной конверсии; получаемый газ, выходящий с установки для первичной конверсии, перед входом на установку для вторичной конверсии охлаждают, а горячий поток, выходящий с установки для вторичной конверсии, обычно с температурой почти 1000°C, следует охлаждать перед очисткой. Охлаждение газа обычно осуществляют в кожухотрубных теплообменниках, в которых получают насыщенный или перегретый пар с определенным давлением, зависящим от температуры источника тепла.

К потребителям тепла относятся паровые турбины для приведения в действие ротационных устройств установки, например, компрессоров и насосов. В числе самых крупных потребителей пара находятся паровые турбины, которые приводят в действие компрессор для синтез-газа и воздушный компрессор на стадии конверсии. Другие потребители пара могут включать оборудование, которому требуется подвод тепла, например, устройства для удаления CO₂, для которых требуется низкопотенциальный пар. Пар можно использовать также в качестве технологического пара, обычно для конверсии с водяным паром во входной части.

Пар можно получать с одним или несколькими уровнями давления, например, большая установка для получения аммиака включает паропроводы для пара высокого давления и паропроводы для пара среднего и (или) низкого давления. В зависимости от баланса объемов получения и потребления пара паровая система может включать подачу на сторону или получение пара с разным давлением. Вообще говоря, пар высокого давления предпочитают расширять в одной или нескольких турбинах для выполнения работы, тогда как пар, полученный с более низким давлением, обычно используют для поставок тепла или в качестве технологического пара.

Большой комплекс может включать несколько установок для получения аммиака и в этом случае установка для получения аммиака может обеспечивать подачу пара на сторону или на другие (с других) установки для получения аммиака.

Назначение паровой системы заключается в том, чтобы в пределах установки возвращать максимально возможное количество энергии для удовлетворения потребности самой установки в энергии и (или) тепле, снижая, таким образом, подвод энергии от внешних источников. Таким образом, паровая система является ключевой составляющей для экономичности установки. Энергию можно вводить в виде топлива, пара от внешних производств или электроэнергии.

Модернизация установок для получения аммиака обычно направлена на повышение производительности в показателях количества синтезированного аммиака (тонн/сутки) и (или) рентабельности. Результатом модернизации, включающей модернизацию установки, обычно является дополнительный пар, возвращаемый из процесса. Однако, в первую очередь на старых установках, может случиться, что этот дополнительный пар по существу невозможно использовать из-за отсутствия подходящего потребителя пара на вышеупомянутой установке для получения аммиака или на другой установке для получения аммиака, имеющейся в том же комплексе.

В частности, с этой проблемой сталкиваются при модернизации старых установок для получения аммиака, имеющих паровую систему среднего давления с относительно низким давлением, например, около 30 бар. Модернизация может привести к получению дополнительного количества пара, теоретически получаемого с высоким давлением, но в отсутствие потребителя пара, работающего с таким давлением, данное преимущество теряется. Адаптация имеющейся секции среднего давления к более высокому уровню давления не выполнима с экономической и механической точки зрения, и поэтому единственным решением в уровне техники является снижение давления пара, например, посредством редукционного клапана, что однако является неэффективным, так как приводит к получению пара низкого качества с низким потенциалом.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков, предлагая способ приемлемой модернизации установок для получения аммиака. Указанная цель достигнута при использовании способа модернизации установки для получения аммиака, предлагаемого в независимом пункте прилагаемой формулы изобретения. Предпочтительные отличительные признаки изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение включает обеспечение по меньшей мере одной рекуперации дополнительного количества тепла посредством потока пара с промежуточным давлением между средним и высоким давлением, которое выше исходного среднего давления паровой системы, и подачу на сторону по меньшей мере части указанного потока пара за пределы установки, где запас энергии указанного пара может найти подходящее применение.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения изобретение включает установку нового потребителя пара высокого давления, который может заменить имеющегося потребителя пара среднего давления. Указанный поток пара с промежуточным давлением отбирают из указанного нового установленного потребителя пара. Например, указанный поток пара может быть получен по линии отбора пара паровой турбины.

Таким образом, предпочтительный вариант осуществления изобретения включает установку новой паровой турбины в секции высокого давления паровой системы, причем указанная паровая турбина имеет отбор пара с промежуточным давлением между расчетным высоким и средним давлением на установке для получения аммиака. По меньшей мере часть пара с указанным промежуточным давлением, отбираемого с новой установленной турбины, подают на сторону за пределы установки для получения аммиака для дальнейшего использования.

Соответственно, в одном из вариантов указанный другой потребитель пара высокого давления представляет собой паровую турбину, включающую отбор пара для обеспечения потока пара с третьим давлением. Причем прерывают работу имеющейся паровой турбины установки для получения аммиака, в которую подается пар со вторым давлением, и эту имеющуюся паровую турбину заменяют указанной другой паровой турбиной. Другая паровая турбина может представлять собой многоступенчатую турбину, и указанный отбор пара осуществляют после одной или нескольких ступеней турбины.

Указанное промежуточное давление во всех вариантах осуществления изобретения предпочтительно по меньшей мере на 5 бар выше исходного среднего давления на установке для получения аммиака. Например, секция пара высокого давления на исходной установке работает под давлением около 100 бар; имеющаяся секция среднего давления работает под давлением ниже 40 бар, например, 30-35 бар, а диапазон давления пара, отбираемого из новой установленной турбины, - 40-60 бар.

Предпочтительно, модернизированная установка для получения аммиака является частью комплекса, включающего другие установки для получения аммиака, и пар с указанным промежуточным давлением подают на сторону на другую установку для получения аммиака в этом комплексе, имеющую секцию пара среднего давления, работающую с указанным давлением.

Преимущество изобретения заключается в том, что модернизация установки для получения аммиака возможна без ограничений, связанных с уровнями давления имеющейся паровой системы. В частности, дополнительное количество тепла получают с новым уровнем давления, находящимся между средним уровнем и высоким уровнем давления в паровой системе. Преимущество подачи на сторону пара состоит в том, что нет необходимости в модификации имеющейся паровой системы среднего давления, для того чтобы выдержать более высокий уровень давления, и, кроме того, надлежащим образом используется более высокий потенциал пара.

Преимущества изобретения будут более очевидными с помощью нижеследующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 - схема установки для получения аммиака,

фиг. 2 - примерная схема части паровой системы в установке для получения аммиака, показанной на фиг. 1, до модернизации.

фиг. 3 - схема, представленная на фиг. 2, после модернизации, проведенной в соответствии с частным вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлена основная схема установки для получения аммиака, включающая секцию 1 первичной конверсии, секцию 2 вторичной конверсии, секцию 3 очистки, компрессор 4 для синтез-газа, воздушный компрессор 5 и контур 6 синтеза аммиака.

Природный газ 7 подвергают конверсии с водяным паром в секциях первичной и вторичной конверсии с использованием пара 8 и воздуха 9, впускаемого в секцию вторичной конверсии. В некоторых вариантах осуществления изобретения указанный воздух 9 может быть обогащен или заменен кислородом. Очищенный синтез-газ 10 сжимают и подают в контур 6 для синтеза аммиака 11.

Схема на фиг. 1 является общеизвестной и не нуждается в дальнейшем описании.

Установка на фиг. 1 включает паровую систему, и часть элементов указанной паровой системы показана на фиг. 2.

Паровая система включает секцию 12 высокого давления, работающую, например, с давлением 100 бар, и секцию 13 среднего давления, работающую, например, с давлением 35 бар.

Секция 12 высокого давления включает главный паровой коллектор 14, питающий паровую турбину 15, которая приводит в действие компрессор 4 для синтез-газа. В этом примере паровая турбина 15 имеет первую ступень 15' и вторую ступень 15'', и часть пара, отбираемого на первой ступени, направляют в секцию 13 среднего давления.

Секция 13 среднего давления включает главный паровой коллектор 16, питающий других потребителей пара, например, таких как паровая турбина 17, приводящая в действие воздушный компрессор 5; паровая турбина 18, приводящая в действие насос для питающей воды; паровая турбина 19, приводящая в действие холодильный компрессор.

Ссылочными номерами 15с, 17с, 18с и 19с обозначены конденсаторы турбин 15, 17, 18 и 19 соответственно.

Паровая система включает также коллектор 20 низкого давления. Пар может переходить с высокого на среднее давление и со среднего на низкое давление по линиям (трубопроводам) 21 и 22, имеющим редукционный клапан 23, 24.

Линия 25 подает пар среднего давления во входную часть, а линия 26 подает пар, который вводят с давлением выше среднего давления, например, 45 бар. Указанный пар 26 можно вводить с другой установки для получения аммиака, имеющей секцию пара среднего давления, с указанным уровнем давления 45 бар. Можно отметить, что давление указанного пара, несмотря на то, что его получают с давлением 45 бар, необходимо снижать посредством клапана 27, чтобы соединить линия 26 с паровым коллектором 16 с более низким давлением. Таким образом, в линии 26 теряется значительное количество энергии пара.

На фиг. 3 представлена схема после модернизации. Турбину 19 среднего давления останавливают и заменяют новой турбиной 28 высокого давления, имеющей ступени 28' и 28'', в которую по линии 29 подают часть пара высокого давления из коллектора 14. Часть пара, выходящего с первой ступени 28', отбирают по линии 30 после расширения (отбор пара), тогда как оставшуюся часть с использованием линии 31 подают на вторую ступень 28'' для дальнейшего расширения.

Затем часть пара, отбираемую по линии 30, подают на сторону с давлением выше расчетного давления в секции 3 среднего давления, например, 50 бар. Более предпочтительно, если это давление по существу такое же, как давление в секции среднего давления паровой системы на другой установке для получения аммиака, имеющейся на том же производственном объекте. Таким образом, пар из линии 30 может эффективно/рационально отбираться на сторону с модернизированной установки для получения аммиака на другую установку для получения аммиака. Кроме того, часть или все количество пара из линии 30 можно после использования возвращать по линии 26. Пар, отбираемый со второй ступени 28'', подают в конденсатор 19с, предварительно соединенный с турбиной 19 среднего давления.

Изобретение относится к модернизации установок для получения аммиака, в частности изобретение включает модернизацию паровой системы установки для получения аммиака, снабженной паровой системой. Установка содержит по меньшей мере секцию высокого давления, работающую с первым давлением, и секцию среднего давления, работающую со вторым давлением, ниже первого давления. Способ включает обеспечение по меньшей мере одной рекуперации дополнительного тепла посредством потока пара с третьим давлением, промежуточным по величине между первым и вторым давлениями, и обеспечение линии для подачи на сторону пара, приспособленной для подачи по меньшей мере части упомянутого потока пара с третьим давлением за пределы установки для получения аммиака. Технический результат заключается в получении дополнительного количества пара, возвращаемого из процесса, и использовании его в вышеуказанной установке. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Способ модернизации установки для получения аммиака, снабженной паровой системой, содержащей по меньшей мере секцию (12) высокого давления, работающую с первым давлением, и секцию (13) среднего давления, работающую со вторым давлением, ниже первого давления, включающий:

обеспечение по меньшей мере одной рекуперации дополнительного тепла посредством потока пара с третьим давлением, промежуточным по величине между первым и вторым давлениями, и

обеспечение линии (30) для подачи на сторону пара, приспособленной для подачи по меньшей мере части упомянутого потока пара с третьим давлением за пределы установки для получения аммиака.

2. Способ по п.1, в котором установка для получения аммиака является частью комплекса, включающего другие установки для получения аммиака, и указанный пар отводят на другую установку для получения аммиака в этом комплексе, имеющую секцию пара среднего давления и работающую при указанном третьем давлении.

3. Способ по п.2, в котором используют установку другого потребителя (28) пара высокого давления в секции высокого давления паровой системы, причем указанный потребитель пара имеет подвод пара, отбираемого из секции высокого давления, а указанный поток пара с промежуточным давлением отбирают с выпуска пара указанного другого потребителя пара.

4. Способ по п.3, в котором прерывают работу потребителя (19) пара среднего давления, имеющегося в системе пара, и заменяют этого отключенного потребителя пара указанным другим потребителем (28) пара высокого давления.

5. Способ по п.3 или 4, в котором указанный другой потребитель (28) пара высокого давления представляет собой паровую турбину, включающую отбор (30) пара для обеспечения указанного потока пара с третьим давлением.

6. Способ по п.4 или 5, в котором прерывают работу имеющейся паровой турбины установки для получения аммиака, в которую подается пар с указанным вторым давлением, и эту имеющуюся паровую турбину заменяют указанной другой паровой турбиной.

7. Способ по п.5 или 6, в котором другая паровая турбина (28) представляет собой многоступенчатую турбину и указанный отбор пара осуществляют после одной или нескольких ступеней турбины.

8. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором третье давление по меньшей мере на 5 бар выше второго давления.

9. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором второе давление ниже 40 бар, а третье давление составляет от 40 до 60 бар.