Способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку производства аммиака

 

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при получении синтетического аммиака. В способе подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем подачи природного газа и пара в трубчатые печи первой ступени парового риформинга в определенном соотношении и поддержания температуры выхода парогазовой смеси около 830°С, подачи воздуха на вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе до достижения соотношения водорода к азоту 3:1 и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С, очистки конвертированного газа от диоксида углерода, компрессии азотоводородной смеси и синтеза аммиака, соотношение пар-углерод устанавливают 2,8:1, сокращают количество воздуха на вторую ступень, а недостающее количество азота добавляют после стадии очистки газа от диоксида углерода. Изобретение позволяет сократить расход тепловой энергии и снизить капитальные затраты на оборудование.1 ил.

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при производстве синтетического аммиака.

Многотоннажное производство синтетического аммиака требует затрат большого количества энергоматериальных ресурсов, поэтому наиболее важным является разработка технологических схем производства на основе энерготехнологического комбинирования, обеспечивающих повышение эффективности его производства.

Известен способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку путем его подогрева в теплообменнике-регенераторе, смешения с продуктами сгорания, содержащими двуокись углерода и перегретый пар конверсии в термохимическом реакторе и выработки электроэнергии и тепла (см. RU 2050443 С1, кл. F 01 К 21/04, 20.12.1995).

Известен способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку путем использования продуктов эндотермической реакции топлива, подогрева воздуха в теплообменнике-регенераторе, смешения с продуктами сгорания первой турбины и с перегретым паром, выработки электроэнергии во второй турбине и тепла (см. RU 2085754 C1, кл. F 01 К 21/04, 27.07.1997).

Недостатками известных способов является ограниченная возможность применения.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака, включающий подачу природного газа и пара в трубчатые печи первой ступени парового риформинга и поддержания температуры выхода парогазовой смеси около 830°С, подачи воздуха на вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С (Справочник азотчика. Москва "Химия", 1986 г., стр.83-85, рис.11-14).

Недостатком известного способа являются непроизводительные затраты энергии на обогрев излишнего количества пара, а также на прокачку большого объема газа через трубопроводы из-за высокого сопротивления системы трубопроводов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является сокращение расхода энергии и снижения капитальных затрат.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем подачи природного газа и пара в трубчатые печи первой ступени парового риформинга в определенном соотношении и поддержания температуры выхода парогазовой смеси около 830°С, подачи воздуха на вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе до достижения соотношения водорода к азоту 3:1 и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С, очистки конвертированного газа от диоксида углерода, компрессии азотоводородной смеси и синтеза аммиака, соотношение пар-углерод устанавливают 2,8:1, сокращают количество воздуха на вторую ступень на 5000 нм³/ч, а недостающее количество азота в количестве 4000 нм³/ч добавляют после стадии очистки газа от диоксида углерода.

На чертеже показана принципиальная схема энерготехнологической установки для осуществления способа.

Энерготехнологическая установка содержит трубчатые печи 1 первой ступени парового риформинга, шахтный реактор 2 второй ступени конверсии метана, ступени очистки от диоксида углерода 3, компрессии азотоводородной смеси 4 и синтеза аммиака 5.

Способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака осуществляется следующим образом.

Природный газ после сероочистки (не показана) подается в трубчатые печи 1 первой ступени парового риформинга, куда также поступает водяной пар, которые смешиваются в соотношении 2,8:1. В трубчатые печи подается топливный газ, на выходе поддерживается температура парогазовой смеси около 830°С. На вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе 2 подается воздух до достижения соотношения водорода к азоту 3:1 и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С. Количество воздуха на вторую ступень сокращают на 1500 нм³/ч. Конвертированный газ проходит очистку от диоксида углерода 3, после которой в газ добавляют недостающее количество азота в количестве 12000 нм³/ч. Далее азотоводородную смесь сжимают и подают на синтез аммиака.

Пример.

Существующее производство аммиака из природного газа мощностью 1360 т/сутки и более с трубчатыми печами первой ступени парового риформинга и шахтным реактором на второй ступени конверсии метана имеет соотношение пар:углерод на первую ступень 3,6:1. Температуру выхода парогазовой смеси поддерживают около 830°С. На вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе подают воздух до достижения соотношения водорода к азоту 3:1 и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С.

При уменьшении соотношения пар:углерод на первую ступень с 3,6:1 до 2,8:1 снижается нагрузка по пару в первой ступени на (3,6 -2,8)·40000=32000 нм³/ч. Экономия тепла составит 32000·0,804·751=19300000 ккал/ч;

- сокращается количество тепла на нагрев исключенного пара в первой ступени на 32000×0,804×(1000-751)=6430000 ккал/ч:

- исключается дополнительный нагрев этого же пара во вторичном риформинге с 830°С до 990°С, что составляет 2000000 ккал/ч.

Исключается нагрев азота на 2-й ступени конверсии метана.

(980-300)·1200·0,3=245000 ккал/ч.

Общая экономия составит 19300000+6430000+2000000+245000=279750000 ккал/ч или в пересчете на природный газ: 279750000·8000=3500 ст. нм³/ч.

Недостающее количество азота, с учетом сокращения подогрева газа на второй ступени конверсии, равного 2·10⁶ ккал/ч (в пересчете на природный газ 250 ст. нм³/ч), снижается и расход кислорода на 300 нм³/ч. В пересчете на воздух сокращение его подачи на вторую ступень составит 1500 нм³/ч.

Суммарное количество добавляемого азота после стадии очистки газа от диоксида углерода составляет 1200 нм³/ч.

Одновременно сокращается сопротивление газа в трубчатой печи, во вторичном риформинге, в трубопроводах стадии конверсии окиси углерода и очистки газа от диоксида углерода за счет сокращения объемов газа на перечисленных стадиях.

Формула изобретения

Способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака, включающий подачу природного газа и пара в трубчатые печи первой ступени парового риформинга в определенном соотношении и поддержания температуры выхода парогазовой смеси около 830°С, подачи воздуха на вторую ступень конверсии метана в шахтном реакторе до достижения соотношения водорода к азоту 3:1 и поддержания температуры выхода конвертированного газа 980-990°С, очистки конвертированного газа от диоксида углерода, компрессии азотоводородной смеси и синтеза аммиака, отличающийся тем, что на первую ступень конверсии метана устанавливают соотношение пар-углерод до 2,8:1, сокращают количество воздуха на вторую ступень с поддержанием температуры газа на выходе не выше 980-990°С, а недостающее количество азота добавляют после стадии очистки газа от диоксида углерода.

РИСУНКИ

Рисунок 1