Способ производства аммиака Советский патент 1977 года по МПК C01B1/04 

Иэобрвтенке относится к производству аммиака иэ азотоводородной смеси с реку перацной в утилизацией теплотой энергий при производстве газа, обогащенного воао ролом при выссжом давлении.

Известен способ синтеза аммиака из азотоводародной смеси, по которому паро газовая смесь поступает в трубчатую печь конверсии углеводородов первой ступени, обогреваемую дымовыми газами в топке без давления.

Высокопотефдиальнов тепло дымовыя газов в трубчатой печи используется для получения пара высокого Давления и его перегрева, а затем для подогрева реак иионной смеси, причем конечная температура газа в этих условиях должна состав ПЯТЬ ие менее 150-200 С, с ксугорой он в выбрасывается в атмосферу..

Технологический газ после конверсии углевтородов я конверсии окиси углерод да очтцается от двуокиси углерода поташным раствором требуюшим для регенерацнв раст&ора высскопотенаиального тепла на урсвнз 16О-200 С.

Очищенный газ подвергается синтезу амьнака под давлением ЗОО атМв а продувочные газы направляются на сжигание, Энергетическая схема по известному 5 способу использует тепло второй ступени рйформинга и синтеза аммиака для получения пара, поступающего в общий сборник, откуда он распределяется на технологичеокие нужды (для первой ступени риформннга)

0 н на энергетические посредством его использования сначала в турбине с противодавлением нли с отбором пара в промежуточной ступени для технологических нужд, а затем в конденсационной турбине.

Й Во всех случаях пар перед использованием перегревается в конвективной секции печи первой cryneira риформинга.

Недостатком известного способа являет ся недорекуперация тепла при конденсации

0 пара в случае использования его в качестве рабочего тела. с собой значительное количество теплсяаой энергии. К тому же в этих способах отмечается относительно низкая интенсивность процессов конверсии углеводородов в трубчатых и шахтных конверторах с неподвижным слоем катализатора, а также значительное сопротивление в зоне двуступенчатой конверсии, вынуждающее повышать давление пара и природного газа на входе в систему на 7-8 атм, что связано с дополнительными энергетическими расходами. Применение неподвижного слоя катализатора в зоне конверсии и в зоне каталитического синтеза аммиака приводит к сни жению температурного уровня рекуперируемого тепла химического процесса ввиду низкого значения коэффициентов теплоотдачи через охлаждающие поверхности от наrfieToro газа к хладагенту. Цель изобретения - снизить энергетические расходы на технологический процесс производства аммиака и увеличить степень рекуперации тепла химических процессов и остаточного тепла дымовых газов. Для этого высокопотенциальное тепло дымовых газов после выхода из зоны обогрева реактора конверсии углеводородов пер вой ступени используют для промежуточного перегрева тех же газов между ступенями газотурбинного агрегата, для которого эти газы являк тся рабочим теплом. Кроме того, Е1изкопотенциальное тепло дымовых газов после выхода из конвективной зоны конверсии углеводородов первой ступени используют для предварительного подогрева питательной воды паровых котлов с применением пенного режима в зоне теплообмена. Абсорбцию двуокиси углерода осуществлятот низкотемпературным поглотителем типа метилпирролидона и (или) пропиленкар боната. Согласно описываемому способу дымовы газы, выходящие из зоны обогрева реактор конверсии углеводорода первой ступени, охлаждают в конвективной секции до 750-12ОО° в зависимости от конструкции турбины, используя их энергетический потенциал в пер вой турбине, вторично перегревают и подают в качестве рабочего тепла во вторую турбину, после чего остаточное тепло рекуперируют для подогрева реакционных компонен Т00 и конденсата, выбрас,1вая в атмосферу На стадиях паровой конверсии углеводородов первой ступени, паровоздушной конерсии углеводородов второй ступени и синеза аммиака применен кипящий слой катализатора. Для рекуперации избыточного тепла технологического процесса введен цикл производства технологического пара под давлением 10Q-140 атм. Пар получают в котлах-утилизаторах, установленных на потоке технологического газа, охлаждая его до 340°С. Энергию пара используют для компримирования синтеза газа перед циркуляционной системой синтеза аммиака. Остаточное тепло технологического газа рекуперируют для подогрева азотноводрродной смеси, направляемой на тонкую очистку кислородсодержащих соединений, затем для использования в системе абсорбционно-холодильных установок, охлаждающих пропиленкарбонатный абсорбент двуокиси углерода, и для выделения аммиака после колонны синтеза аммиака. После образования аммиака 1ОО-140атмосферный пар выводят из колонны синтеза и объединяют с паром, полученным при паровоздушной конверсии метана и среонетемпературной конверсии СО. На чертеже дана технологическая схема осуществления описываемого способа. Природный газ в количестве 38315 им /час смещивают с водородом и метаном, которые выделяют из продувочных газов синтеза аммиака, в смесителе 1 и подают в компрессор 2, входящий в состав гааогу бинной установки. Сжатую газовую смесь подогревают в теплообменнике 3 за счет тепла дымовых газов до 400°С и подают в аппарат 4, где происходит конверсия сернистых соединений и их поглошенве на катализаторе окись цинка-кобальт. Очищенный газ смешивают с водяным паром в количестве 153000 нм /час в смесителе 5 и возвращают в теплообменник 3 для дополнительного нагоева по SOoV. после чй. полнительного нагрева до 600 С, после чего полученную смесь направляют в аппарат 6 для паровой конверсии метана, в зону 7 кипящего слоя. Для обеспечения теплом эндотермической реакции конверсии в топочное пространство аппарата 6 компрессором 2 подают для сжигания 20ООО нм /час природного газа. Дымовые газы выводят из аппарата 6 и „од g газовую турбину 8, входящую в остав газотурбинного агрегата, где охлажбинного агрегата. Между турбинами 8 и 9 установлен пусковой подогреватель Ю газо Отработанные дымовые газы направляют в теплообменник 3 для передачи тепла последовательно парогазовой смеси, свежему природному газу, воздуху, паровому конденсату, после этого для использования низкой опте нциальног о тепла в интервале температур 4О-100 С - в теплообменник 11, где применен пенный режим для теплоносителя, повышающий коэффициент теплопередачи. Технологический газ из аппарата 6 направляют в конвертор 12 ступени в количестве 258396 нм /час парогазовой смеси. Атмосферный воздух, засасьюаемый через воздухозабор, сжимают компрессором 13 и направляют в конвертор 12 в количестве 570ОО с примесью пара 8000 . Из конвертора 12 подают парогазовую смесь в количестве 326647 нм /час с температурой 990°С,которая отдает свое теплс в интервале температур с до 39О С в паровом котле 14, в котором рекуперируется 76,110 ккал/ча тепла. Охлажденную газовую смесь соединяют с 19ООО нм / час пара и подают в аппарат 15 первой ступени кснверсии.окиси углерода. Газ на выходе из первой, ступени конверсии окиси углерода имеет темп&ратуру 440°С, которая снижается до 34О-С рекуперируя 12, ккал/час тепла в кот лах 16. В котлах 16 вырабатывают насыщенный до 1ОО атм пар, газы при , охлаждают до 340°С и направляют в аппарат 17 второй ступени конверсии окиси угле.р.ода. Конвертированный газ в количестве, 224062 нм /час отдает свое тепло с 220 до 160С в теплообменнике 18, подогревая конденсат и далее до 90 °С, подогревая в аппарате 19 теплоноситель, циркулирующий через абсорбциониуюаммиачно-холодильнуюустановку20.Далее конвертированный газ охлаждают до 40 С в холодильнике 21 и подают в нижнюю част абсорбера .22 для абсорбции двуокиси угле рода пропилен-карбонатным раствором. Пропилен-карбонатный раствор в количестве 1200 м /час подают в верхнюю часть абсорбера с температурой 5°С и выводят из нижней части абсорбера с температурой 45 °С. Раствор десорбирует углекислоту в аппарате 23, куда его подают через агрегат 24 мотор-насос-турбина. Затем его направляют в холодильник 25, где охлаждают холодильным раствором из установки 20, куда раст вор поступает с температурой и возвращавтся с температурой мшгус , снижая содержание тепла на 5400 ккал/час. Очищенный газ нагревают в когле 16 до и подают в аппарат 26, где происходит метанирование кислородсодержащих соединений. Газ с температурой 322 °С на выходе охлаждают в теплообменнике 27, где он JОтдавая тепло очищенному газу, идущему на меташфоваиие, идет в холодильник 28 и затем с температурой в сепаратор 29 для сепарации выделившейся влаги. Охлажденный, очищенный синтез-газ поступает на всас первой ступени компрессора 30, работающего с охлаждеЕшем между ступенями посредством рассола, получаемого с абсорбцио1И1Ой xoaoan.nijii;.ii .vc,--iновки 20. Промежуточное охлаждение пропз.ил ,йт в холодильниках 31 i 32. Послодшш ступень компрессора 30 объсдиаека с niipKy- ЛЯЦИОН1ТЫМ насосам. СжатГ.й цг1ркулирук щий газ при давпенни 150 атм чо|.-ез холодильник 33, сопар. 31 aMivJu.jjv.i, теплообменники 35 и 36 ПОДУЮТ л колонну 37 синтеза aMN iiaKii с темиерату кл 15О°С в количество ЮООООО . В колонне синтеза благодаря впугреиие- му теплообмену температура гааа поднимается до н выделяется топло, которое OTBOflsTT в виде водяталю i.apa в количестве 62,5 т/час под давло1П1е:л ЮОатм. Циркулирующий газ выводят из колопиы синтеза аммиака при , ciiu.i;a.tor ого температуру до в теплоиО)1у1енниках 38,36, затем подак т в тепли:)бмс-мники 39, 35, где охлажданп- до . В сепараторе 4О циркулирующим газом, поступающим с температурой 37С, и-тдил.мот часть аммиака, которую направляют на дросселирование, а газ охлаждакп в теплообменнике 41 до 23С н Боавращают на всас четвертой ступени KOMupecco ja для рециркуляции. Часть газа в колимоо,-,0, л, 3/ « огделяют в сеиараторе 42 от сконденсировавшегос:я аммиака и отводят в систему разделения продувочных газов. Сконденсировавшийся в сепараторе 42 аммиак дросселируют и подают в сборник 43, работающий под давлением 16 атм, туда же после дросселирования направляют аммиак из сепараторов 40 и 34. Из сборника 43 аммиачный газ подают в аппарат 44, откуда отводят 6 т/час газообразного аммиака. Остальной аммиак сжимают компрессором 45 и выделяю-т в виде жидкого продукта. Компрессор 30 синтез-газа установлен на одгюм валу с паровыми турбинами 46 н 47, из котогых первая работвет с противодавлением до 37 атм, а вторая - конденсационная. Пар н конденсат отводят через кондеасационный сосуд 48. Конденсат собнрают для деаэрации в сборнике 40, отеуда через насос 50 подают для получения пара. Пар выссжого давления, образующийся в аппаратах 14,16 и 37 поступает на перегрев в аппарат 6, Компрессор 2 для сжатия метана и компрессор 13 для сжатия воздуха расположены на одном валу с газовыми турбинами 8 и 9, а тшже с генератором 51, производящим 9лектроэнергию за счет избыточного количества энергии перегретых дымовых газе. Мэжду турбинами В и 9 установлен подогреватель 10 газов, который работает в пусясовой период или при нарушении режи ма в перегревателе аппарата 6, Продувочный газ из цикла синтеза аммиака после сепаратора 42 подают в теп- лообыешгик 52, где он гагревпется, охлаждая поток газов, не содержащих водород, затем - в теплообменник 53 для теплоо&мена с метаном и, наконец, направляют в мембранную камеру 54, где он разделяется на два потока. Водород проникает через мембрану, возвращается в тройной тьплоо MeiiHhK 52, проходит через водяной холодил ник 55 и трубопровод в смеснте/ш 1, где он смешивается со сважим природным газо для сероочистки в аппарате 4 катшштнчео кого гидрирования. Оставшаяся с наружной стороны мембра камеры 54 смесь газов проходит внутреннюю секцию теплообмчшшка 52, водяной холодн71ьник 56, сепаратен 57 и попадает в блок 58 гЛубокого охлаждения, где разделяется на азотОсодержащий газ, сбрасыаемый в атмосферу, аргон, выделяемый в иде продукта, и метан, ваорввлиммыв через холодильник 56 в смеситель вмест одородом. Формула изобретвввв 1. Способ производства аммиака вэ аэото°водородной смесв прн высоком давлеввв в температуре, включаюшнй стаднв сероочно ЕЙ, конверсии углеводородов первой и второй ступени, конверсии мкиса углероаа, выдвленвя углекислоты абсорбцией, свЕгтеза аммвака а также линии рекуперапви тешш дымовых газов и получения пара выссжого давления, отличающийся тем, что, с целью более полной рекуперации тепла дымсжых газсж, высокопоте1щиапьное тепло этих газов после выхода из зоны обогрева реактора конверсии углеводородов цервой ступени нспользуют для промежуточного перегрева тех же газов между ступенями газотурбинного агрегата, для которого атя газы являются рабочим теплом. 2. Способ . 1, отличаюшвйя тем, что низкопотенциальное тепло дымовых газов после выхода из конвективной зоны KoimepcHH углеводородов первой ступени используют для предварительного попогрева питательной воды паровых котлси) с применением пенного режима в зове теплообмена. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что абсорбцию двуокиси углерода осуишствляют низкотемпературным поглотителем типа метилпврролядова в (влш) пропиленкарбоната.