Процесс риформинга в составе производства аммиака

 

Изобретение относится к процессу подготовки природного газа для производства аммиака. Способ переработки природного газа для производства аммиака включает отбор природного газа под давлением, дросселирование, сжигание в качестве топлива, нагревание газа, гидрирование газа, сероочистку по технологической схеме процесса риформинга агрегата производства аммиака, при этом дросселированию подвергают 30-45% природного газа, подаваемого под давлением 3,8-5,0 МПа, который направляют на сжигание в качестве топлива, а остальную часть природного газа после фильтрации направляют непосредственно на нагревание за счет тепла отходящих газов печи риформинга для использования в технологии. Использование изобретения позволяет уменьшить энергопотребление, исключить из схемы ряд сложных в эксплуатации и ремонте аппаратов, таких как компрессор и предварительный подогреватель природного газа, а также добиться полного использования всех компонентов природного газа. 1 ил.

Изобретение относится к процессам риформинга природного газа для производства аммиака, применяемым в производствах минеральных удобрений, и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и смежных отраслях промышленности.

Известен технологический процесс риформинга природного газа для производства аммиака, описанный в [1], по которому исходное сырье - природный газ поступает из заводской сети под давлением 1,0-1,2 МПа с температурой минус 40 - плюс 35^oC в блок компремирования природного газа. Природный газ подается в заводскую сеть из магистрального газопровода после дросселирования на газораспределительной станции (ГРС) с давления 4,5 - 5,0 МПа - до 1,0-1,2 МПа. В агрегате природный газ делится на два потока: один для технологических целей, другой - на сжигание в качестве топлива. Именно для поддержания постоянного низкого давления в системе топливного газа давление и в заводской сети, и на входе в агрегат поддерживается автоматическими регуляторами на уровне 1,0-1,2 МПа. Постоянное высокое давление природного газа для технологических нужд (процесса риформинга) обеспечивается компремированием этого газа специальным компрессором природного газа, который повышает давление до 4,5 МПа. В компрессоре реализуется процесс политропического сжатия, в результате которого природный газ нагревается до температуры не выше 200^oC. Для предотвращения "гидравлических ударов" перед компрессором природного газа устанавливают сепаратор - аппарат, в котором от газа отделяется газовый конденсат, сконденсировавшийся вследствие низкой температуры природного газа на входе в эту машину. Этот компонент природного газа отводится в топливную сеть, что увеличивает расход природного газа на технологию производства аммиака. Для поддержания в зимних условиях в компремируемом природном газе температуры 20-35^oC на входе в компрессор природного газа (что требуется для нормальной работы этого агрегата) и компенсации теплопотерь при дросселировании, перед компрессором устанавливается подогреватель природного газа. Этот теплообменник нагревается паром, что также увеличивает энергозатраты на проведение процесса рифоминга. После компрессора природный газ направляется в огневой подогреватель системы гидро- и сероочистки, где нагревается до температуры 370-400^oC и далее по технологической схеме процесса риформинга для производства аммиака.

Недостатком этого процесса являются большие потери энергии при дросселировании природного газа на ГРС, которые приходится компенсировать путем высокоэнергоемкого сжатия в компрессоре природного газа и подогреве паром в вышеописанном подогревателе, выделение и исключение из процесса риформинга ряда компонентов природного газа.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является процесс по патенту РФ N 2117520, где в производстве метанола рекомендуется исходный природный газ под давлением 30-45 атм делить на два потока в соотношении (75-85)/(25-15), первый основной технологический поток направлять на нагревание до 80^oC в трубное пространство рекуперационного теплообменника высокого давления теплом циркуляционного газа с температурой 105-110^oC, а второй поток после дросселирования и нагревания в метанольном подогревателе до температуры 50-60^oC использовать в качестве топливного газа. Приемы этого процесса использовать при подготовке природного газа в производстве аммиака невозможно по двум причинам: а) относительное количество газа, направляемое для использования в качестве топлива, не обеспечивает теплового баланса процесса производства аммиака; б) это относительное количество газа не обеспечивает проведение реакций и фазовых превращений в процессе производства аммиака в оптимальном режиме.

Рекомендуемый в этом патенте - аналоге метод подогрева природного газа до 80^oC в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления в производстве аммиака неэффективен, не обеспечивает нужной в процессе производства аммиака температуры подогрева 150-200^oC. Он приводит в конечном итоге к росту расходов газа на топливо.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления при реализации технологии процесса риформинга и полное использование всех компонентов природного газа для технологических нужд.

Предлагаемый процесс реализуется по принципиальной схеме, представленной на чертеже.

Природный газ из магистрального трубопровода под высоким (3,8-5,0 МПа) давлением подается на агрегат. Здесь дросселированию подвергается лишь часть (30-45%) подаваемого природного газа, которая используется для сжигания в качестве топлива. Остальная часть природного газа после фильтрации от твердых механических примесей подается в подогреватель, встроенный в печь первичного риформинга природного газа, где она нагревается до температуры 150-200^oC за счет тепла отходящих дымовых газов и направляется напрямую в огневой подогреватель системы гидро- и сероочистки, где нагревается до температуры 370-400^oC и далее подается на гидрирование и сероочистку по технологической схеме процесса риформинга.

Преимуществом предлагаемого процесса является значительная экономия энергоресурсов вследствие использования новых: 1) количественных соотношений в схеме дросселирования потоков природного газа; 2) теплоносителя в процессе предварительного подогрева.

Кроме того, обеспечивается практически полное использование всех компонентов подаваемого на агрегат природного газа, т.к. из схемы исключается процесс сепарации газового конденсата.

Пример. Процесс риформинга природного газа по прототипу [1] осуществляется по схеме 1 (см. в конце описания).

Схема отличается относительно высоким расходом природного газа, вследствие больших потерь энергии при дросселировании природного газа на ГРС, которые компенсируются путем высокоэнергоемкого сжатия в компрессоре природного газа и подогрева паром в вышеописанном подогревателе. При ее реализации газовый конденсат, состоящий из углеводородов С₂-С₅, ссасывается в топливную систему.

Процесс риформинга природного газа для производства аммиака в соотвегствии с предлагаемым изобретением был реализован по схеме 2 (см. в конце описания).

При осуществлении риформинга исключаются технологические процессы, реализуемые на сложных в эксплуатации и энергоемких компрессоре природного газа и подогревателе природного газа. Последний аппарат заменяется простым по конструкции трубчатым теплообменником и в качестве теплоносителя используется сбрасываемое в атмосферу тепло дымовых газов печи риформинга вместо дорогостоящего пара. Не подвергнутый дросселированию, а значит не переохлажденный природный газ не нуждается в дополнительной сепарации. Этот газ не подается в компрессор, а направляется напрямую в трубчатый теплообменник, где подогревается за счет тепла отходящих газов печи риформинга, и огневой подогреватель, где испаряется и перегревается весь газовой конденсат, состоящий из углеводородов С₂-С₅. Такой поток уже после первого теплообменника настолько перегрет против давления насыщения, что возможность появления капельного газового конденсата исключается, т.е. невозможны гидроудары.

При реализации схемы удалось исключить из процесса высокоэнергоемкие и требующие больших затрат на эксплуатацию и ремонт компрессор природного газа, сепаратор газового конденсата и паровой подогреватель природного газа. При этом увеличилась надежность процесса, снизился расход пара на собственные нужды производства примерно на 20 т/час и расход природного газа уменьшился на 290 нм³/час.

Использованная литература 1. Технологический регламент производства аммиака мощностью 450 тыс. т/год на отечественном и частично импортном оборудовании. Технологическая часть. Северодонецк, 1983, 380 с.

Формула изобретения

Способ переработки природного газа для производства аммиака, включающий отбор природного газа под давлением, дросселирование, сжигание в качестве топлива, нагревание газа, гидрирование газа, сероочистку по технологической схеме процесса риформинга агрегата производства аммиака, отличающийся тем, что дросселированию подвергают 30-45% природного газа, подаваемого под давлением 3,8-5,0 МПа, который направляют на сжигание в качестве топлива, а остальную часть природного газа после фильтрации направляют непосредственно на нагревание за счет тепла отходящих газов печи риформинга для использования в технологии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3