Способ производства аммиака Советский патент 1992 года по МПК C01C1/04 

3, где в реакционных трубах на никелевом катализаторе за счет косвенного теплообмена с потоком конвертированного газа после воздушного шахтного реформинга происходит процесс парового риформинга при 621-749°С до остаточного метана 25,04-44,62 об.%. Конвертированный газ после конвертора 3 поступает в шахтный деконвэртор 4. Сюда же подают нагретый до 700-900°С технологический воздух.

В шахтном деконверторе происходит процесс воздушной доконверсии углеводородов при 1010°С соотношением (Н2- СО)/№ 1,38-2,0. Конвертированный газ направляется в конвертор 3, где отдает тепло для покрытия эндотермического эффекта процесса паровой конверсии.

Из трубчатого конвертора конвертированный газ выходит с температурой 520- 800°С и, нагревая исходную пароуглеводородную смесь в теплообменнике 2, направляется на охладители системы утилизации тепла 5. После охлаждения до 360°С конвертированный газ последовательно проходит стадии конверсии оксида углерода б, отмывку от диоксида углерода 7 и стадию метанирования остатков СО и СОа 8. На всех вышеперечисленных стадиях, происходит рациональная утилизация вторичных тепловых ресурсов, выделяемых в процессе протекания экзотермических реакций с получением технологического и энергетического пара. Очищенная от оксида и диоксида углерода азотоводородная смесь с соотношением Н2/№ 1,32-1,19 направляется в отделитель водорода 9, где из смеси выделяют водород под давлением одним из известных способов. Оставшуюся обогащенную азотом фракцию, содержащую водород, аргон, метан, разделяют на два потока, один из которых смешивают с выделенным водородом в смесителе 10 с образованием азотоводородной смеси с соотношением H2/N2 2,9-3,0, а другой поток направляют на сжигание в камеру газовой турбины.

Азотоводородную смесь компримируют в компрессоре 11 до давления синтеза, смешивают с циркуляционным газом и направляют в колонну синтеза аммиака 12. Далее смесь пропускают через хладообменник 13 и сепаратор 15, где из смеси выделяется аммиак.

Затем смесь, пройдя обратным ходом хладообменник 13, разделяется на два потока. Один из потоков направляют в компрессор циркуляционного газа 14, а другой (продувочные газы синтеза аммиака) - в отделитель водорода из продувочных газов синтеза аммиака 16.

выделенный водород из отделителя 16 направляют на смешение с N-H смесью до получения стехиометрического состава. Продувочные газы после отделения из

них водорода, содержащие метан, водород, аргон и азот, под давлением смешивают с вторым потоком обогащенной азотом фракции после отделителя водорода 9 и направляют на сжигание в камеру сгорания 19

газотурбинного агрегата 20. Сюда же подают сжатый в компрессоре 18 воздух на горение. Газотурбинный агрегат используется для привода компрессора топливного воздуха 18 и компрессора технологического

воздуха 17, после которого технологический воздух нагревают до 700-900°С в блоке теп- ломспользования 21 и направляют на процесс шахтной доконверсии в конвертор 4. П р и м е р 1. Углеводородное сырье в

количестве 46315 нм3/ч, имеющее состав, об.%: СОа 0,03; Н2 4,2; N2 6,98; Аг 0,03; СЩ 82,2; С2Не 4,47; СзНе 1,36; C/iHio 0,49; CsHi2 0,24, компримируют до 4,3 МПа, смешивают с водяным паром в смесителе 1, нагревают в теплообменнике 2 до 450°С и подают в трубчатый реактор 3, где в реакционных трубах на никелевом катализаторе за счет косвенного теплообмена с потоком конвертированного газа после воздушного шахтного риформинга происходит процесс паровой конверсии при 727°С до содержания остаточного метана в смеси 28,08 об;%. В шахтный конвертер 4 поступает конвертированный газ после первичного риформинга; в него также подают 91829 нм3/ч воздуха, нагретого до 800°С.

Процесс воздушной конверсии углеводородов происходит при температуре 1010°С, давлении 3,69 МПа и соотношении

(H2-CO)/N2 1,84. 321453 м3/ч конвертированного газа, имеющего состав, об,%: С02 4,53; СО 9,41; Н2 33.60; N2 23,31; Аг0,28; СЬй 0,24; Н20 28,63, выводят вниз межтрубного пространства реактора трубчатого при

560°С, нагревают исходную пароуглерод- ную смесь в теплообменнике 2 и охлаждают в системе утилизации тепла до 360°С.

Далее конвертированный газ последовательно направляют на стадии оксида углерода, отмывки от диоксида углерода и стадию метанирования от остатков СО и С02. .

207744 очищенной и осушенной азотоводородной смеси состава, об.%: Н2

62,95; № 35,59; Аг 0,42; СН4 1,04, при давлении 2,99 МПа, температуре 40°С направляют в отделитель водорода, где из смеси выделяют 111157 м3/ч водорода при давлении 2,99 МПа.

Оставшуюся обогащенную азотом смесь в количестве 96587 нм /ч разделяют на два потока в соотношении 0,45; 0,55, первый из которых с давлением 2,87 МПа направляют на сжигание в камеру газотурбинного агрегата, а второй поток смешивают с выделенным водородом, получая отношение Ha/Na 3, дожимают до давления 30,0 МПа и направляют на синтез аммиака.

Примеры 1-5 приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что за счет рекуперации энергии обогащенного азотом потока в газотурбинном агрегате происходит снижение энергозатрат на 0,252-0,05 Гкал/1 т NHa по сравнению с прототипом.

Расчет снижения энергозатрат произведен с учетом расходов энергии на комп- римирование и подогрев технологического воздуха. Затраты энергии на выделение водорода не включены в расчет, так как в указанных способах выделения водорода используется бросовое тепло на уровне 60- 80° С,

Граничные величины снижения энергозатрат обусловлены температурой конвертированного газа на выходе из межтрубного пространства трубчатого конвертора. Температура ниже 520°С вызывает нерациональное изменение конструктивных и технологических параметров (увеличение длины реакционных труб и высоты аппарата, увеличение сопротивления перепада давлений, что приводит к увеличению энергоемкости), а при температуре 800°С 2-ступенчатая конверсия метана практически заменяется одноступенчатой шахтной конверсией.

Выделение водорода предусматривается либо в присутствии интерметаллических соединений типа LaNiS. FeTi и т.п. за счет использования бросового тепла, имеющегося в схеме на уровне температур 60-80°С, либо с помощью металлических мембран в присутствии водяного пара под давлением 3,0 МПа, который должен быть использован в качестве теплоносителя на другой стадии. При выделении водорода в присутствии пара температурный уровень последнего не меняется, снижается только его парцион- ное давление, затраты энергии на получение водорода с помощью металлических мембран в присутствии водяного пара практически сводятся к нулю.

Примерб иллюстрирует предлагаемый способ с выделением водорода методом адсорбции.

П р и м е р 6. Углеводородное сырье в количестве 46315 нм3/ч.имеющее состав, об.%: С02 0.03; Н2 4.2; N2 6 98: Аг 0,03; СН4

82,2; С2Н64,47; С3Н6 1,36; С4НюО,49; C5Hi2 0.24, компримируют до 4,3 МПа, смешивают с водяным паром в смесителе 1, нагревают в теплообменнике 2 до 450°С и подают в

трубчатый реактор 3, где в реакционных трубах на никелевом катализаторе за счет косвенного теплообмена с потоком конвертированного газа после воздушного шахтного риформинга происходит процесс

0 паровой конверсии при 727°С до содержания остаточного метана в смеси 28,08 об.%. В шахтный конвертор 4 поступает конвертированный газ после первичного риформинга, в него также подают 91829 нм3/ч

5 воздуха, нагретого до 800°С.

Процесс воздушной конверсии углеводородов происходит при температуре 1010°С, давлении 3,69 МПа и соотношении (H2+CO)/N2 1,84. 321453 м3/ч конвертиро0 ванного газа, имеющего состав, об.%: С02 4,53; СО 9,41; Н233.60; N2 23,31; Аг 0,28; СН« 0,24; НаО 28,63, выводят из межтрубного пространства трубчатого реактора при 560°С, нагревают исходную пароуглерод5 ную смесь в теплообменнике 2 и охлаждают в системе утилизации тепла до 360°С.

Далее конвертированный газ последовательно направляют на стадии оксида углерода, отмывки от диоксида углерода и

0 стадию метанирования от остатков СО и

С02.

207744 нм /ч очищенной и осушенной азотоводородной смеси состава, об.%: Н2 62.95; N2 35,59; Аг 0.42; СН4 1,04, при давле5 нии 2,99 МПа, температуре 40°С направляют в адсорбер, где из смеси выделяют 111157 нм /ч водорода при давлении 2,99 МПа, а на твердом сорбенте, в качестве которого могут быть использованы, например,

0 цеолиты или активированный уголь, происходит адсорбция N2, Аг, СН4. Десорбцию осуществляют путем продувки адсорбента водяным паром при давлении 3,0 МПа с последующей продувкой частью выделен5 ного водорода путем сброса его давления до 0,1 МПа.

Процесс выделения водорода осуществляется циклически, отдувочный водород после адсорбера в количестве 7781 нм /ч

0 компримируют до 3.0 МПа и смешивают с выделенным из адсорбера водородом. При этом появляются дополнительные энергозатраты по компримированию водорода, которые составляют 0.023 Гкал/т МНз.

5Обогащенную азотом парогазовую десорбированную фракцию охлаждают, используя при этом тепло конденсации водяного пара в технологическом цикле, отделяют кондесат и получают 96587 нм /ч газовой смеси при давлении 2.89 МПа еледующего состава, об.%: N2 76,54; Н2 20,31; ChU 2,24; Аг 0,91.

Полученную смесь разделяют на 2 потока в отношении 0,45:0,55. Первый поток на- правляют на сжигание в камеру газотурбинного, агрегата, а второй поток смешивают с выделенным водородом, получая отношение H2/N2 3, дожимают с 2,99 МПа до 30 МПа и направляют на синтез аммиака.

Производительность отделения синтеза 1580т/сут.

В примере 6 по сравнению с примерами 1-5 при той же производительности по аммиаку 1580 т/сут появляются дополнитель- ные затраты энергии на компримирование 7781 нм5/ч водорода с 0,1 МПа до 3,0 МПа, которые составляют 0,023 Гкал/т МНз.

Общая экономия энергозатрат в примере 6 по сравнению с прототипом составляет 0,207 Гкал/т NH3 или 0,87 ГДж/т МНз.

Способ позволяет существенно снизить энергозатраты за счет замены процесса разделения конвертированного и продувочных газов на процесс выделения водорода из них одним из способов, при котором сохраняется давление азотной и отбросной фракции; разделения оставшейся после выделения водорода азотной фракции на два потока, один из которых компримируют до давления синтеза аммиака, а второй под

давлением направляют в камеру сжигания газотурбокомпрессорного агрегата; выделения водорода из конвертированного газа без изменения давления.

Формула изобретения Способ производства аммиака, включающий двухступенчатую каталитическую конверсию углеводородного сырья под давлением с водяным паром и воздухом, сжимаемым компрессором с приводом от газовой турбины, конверсию оксида углерода с получением азотоводородной смеси, очистку ее от оксидов углерода и подачу на приготовление азотоводородной смеси сте- хиометрического состава, синтез аммиака под давлением, превышающим давление конверсии, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, приготовление азотоводородной смеси стехиометри- ческого состава осуществляют путем выделения из газовой смеси водорода с поддержанием в оставшемся газовом потоке давления не ниже 94-96% от давления исходной разделяемой смеси, оставшийся после выделения водорода газовый поток делят в соотношении (0,4-0,6):(0,6-0,4), один из которых подают на смешение с выделенным водородом в отношении водорода к азоту, равном 3:1, а другой газовый поток подают на турбину.

Производительность проиэоодства аимийка 1580 т/сут

С

1$

3Ј

ss

Ч1 Ж1М1У

Т-v -

AA