Способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку производства аммиака

 

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при получении синтез-газа в производстве синтетического аммиака. В способе подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем его сжатия до давления 4,1-4,5 Мпа, хемосорбционно-каталитической сероочистки сжатого природного газа при температуре 350-400°С, дозирования пара среднего давления 3,8-4,2 МПа в природный газ, паровой и паровоздушной каталитической конверсии в трубчатой печи и шахтном реакторе при давлении 2,9-3,8 МПа и температуре 500-1010°С, компрессии воздуха с приводом от паровой конденсационной турбины, двухступенчатой конверсии оксида углерода, очистки газа от диоксида углерода, тонкой доочисткои газа методом метанирования, дожимающей компрессии полученного синтез-газа с приводом от паровой турбины, работающей на паре высокого давления 9,6-10,6 МПа и имеющей отбор пара среднего давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,6-10,6 МПа) за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов трубчатой печи и во вспомогательном котле, сжатие природного газа от давления 2,0-4,0 МПа до давления 4,1-4,5 МПа проводят в струйном компрессоре с использованием пара высокого давления 9,6-10,6 МПа с последующей дозировкой недостающего количества пара среднего давления в полученную парогазовую смесь, а хемосорбционно-каталитическую сероочистку природного газа проводят при давлении 2,0-4,0 МПа до сжатия его в струйном компрессоре. Изобретение позволяет сократить расход энергии, снизить капитальные затраты и затраты на ремонтные работы, а также повысить надежность работы оборудования. 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при получении синтез-газа в 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 дросселирования на устройстве для понижения давления 11 и понижения давления на газопроточной турбине 7, вырабатывающей электрическую энергию (см. SU 1231237 А1, кл. F 01 К 13/00, 15.05.1986).

Недостатком известного способа является ограниченная возможность применения.

Известен способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака, включающий стадии: сжатия природного газа в компрессоре с приводом от паровой конденсационной турбины работающей на паре среднего давления, хемосорбционно-каталитическую сероочистку сжатого природного газа, паровоздушную каталитическую конверсию в трубчатой печи и шахтном реакторе, компрессию технологического воздуха, двухступенчатую конверсию оксида углерода, очистку газа от диоксида углерода, тонкую доочистку газа методом метанирования, дожимающую компрессию полученного синтез-газа (Справочник азотчика. - М.: Химия, 1986, с.110-118, рис.11-31).

Известный способ обладает тем недостатком, что природный газ перед подачей его на хемосорбционно-каталитическую сероочистку сжимается в двухступенчатом компрессоре. Это приводит к уменьшению надежности работы оборудования сероочистки и соответственно всей энерготехнологической установки.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем его сжатия до давления 4,1-4,5 МПа, хемосорбционно-каталитической сероочистки сжатого природного газа при температуре 350-400°С, дозирования пара среднего давления 3,8-4,2 МПа в природный газ, паровой и паровоздушной каталитической конверсии в трубчатой печи и шахтном реакторе при давлении 2,9-3,8 МПа и температуре 500-1010°С, компрессии воздуха с приводом от паровой конденсационной турбины, двухступенчатой конверсии оксида углерода, очистки газа от диоксида углерода, тонкой доочисткой газа методом метанирования, дожимающей компрессии полученного синтез-газа с приводом от паровой турбины, работающей на паре высокого давления 9,6-10,6 МПа и имеющей отбор пара среднего давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,6-10,6 МПа) за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов трубчатой печи и во вспомогательном котле (см. Технологический регламент реконструкции производства аммиака ОАО “Невиномысский Азот”, монтажно-технологические схемы № 1Б-2271-ТХ-3, 1Б-2279-ТХ-3, 1Б-2321-ТХ-3).

Недостатком известного способа являются непроизводительные затраты энергии на дросселирование природного газа, поступающего из магистральных сетей до давления 1,7-3,0 МПа, т.к. природный газ далее снова сжимается в компрессоре до 4,1-4,5 МПа. Кроме того, использование дорогостоящего и сложного оборудования, каким является компрессор с приводом от паровой конденсационной турбины, приводит к увеличению капитальных затрат, повышает расходы на ремонт и содержание оборудования и снижает надежность работы производства.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является сокращение расхода энергии, снижение капитальных затрат, ремонтных работ и повышение надежности работы,

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем его сжатия до давления 4,1-4,5 Мпа, хемосорбционно-каталитической сероочистки сжатого природного газа при температуре 350-400°С дозирования пара среднего давления 3,8-4,2 МПа в природный газ, паровой и паровоздушной каталитической конверсии в трубчатой печи и шахтном реакторе при давлении 2,9-3,8 МПа и температуре 500-1010°С, компрессии воздуха с приводом от паровой конденсационной турбины, двухступенчатой конверсии оксида углерода, очистки газа от диоксида углерода, тонкой доочисткой газа методом метанирования, дожимающей компрессии полученного синтез-газа с приводом от паровой турбины, работающей на паре высокого давления 9,6-10,6 МПа и имеющей отбор пара среднего давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,6-10,6 МПа) за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов трубчатой печи и во вспомогательном котле, сжатие природного газа от давления 2,0-4,0 МПа до давления 4,1-4,5 МПа проводят в струйном компрессоре с использованием пара высокого давления 9,6-10,6 МПа с последующей дозировкой недостающего количества пара среднего давления в полученную парогазовую смесь, а хемосорбционно-каталитическую сероочистку природного газа проводят при давлении 2,0-4,0 МПа до сжатия его в струйном компрессоре.

На чертеже показана принципиальная схема для осуществления способа.

Способ включает следующие стадии: хемосорбционно-каталитическую сероочистку 1, сжатие природного газа в струйном компрессоре 2, дозирование недостающего пара среднего давления 3, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию в трубчатой печи 4 и шахтном реакторе 5, включающие генерацию перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов трубчатой печи и во вспомогательном котле 6 и котлах-утилизаторах 7, компрессию воздуха 8, двухступенчатую конверсию оксида углерода 9, очистку газа от диоксида углерода 10, тонкую доочистку газа методом метанирования 11, дожимающую компрессию полученного синтез-газа 12 с приводом от паровой турбины 13, работающей на паре высокого давления. Установка для осуществления способа содержит также паровую конденсационную турбины 14 для привода компрессора воздуха. Паровая турбина 13 имеет отбор пара среднего давления 15. Паровые приводы 16 обеспечивают работу других компрессорных машин. Природный газ из магистральных сетей подают по линии 17. Водяной пар высокого давления в струйный компрессор подают по линии 18. Водяной пар среднего давления дозируют в парогазовую смесь после струйного компрессора по линии 19. Сжатый и очищенный синтез-газ по линии 20 подается в установку синтеза аммиака. Конденсат по линии 21 выводится на сторону. Водяной пар среднего давления по линии 22 подается в турбины других компрессоров, дымососов, насосов и для других вспомогательных целей.

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

Природный газ по линии 17 подают из магистральных сетей под давлением 2,0-4,0 МПа и подвергают очистке от соединений серы в установке хемосорбционно-каталитической сероочистки 1. Затем очищенный природный газ подают в струйный компрессор 2, где он сжимается до давления 4,1-4,5 МПа за счет энергии сжатия пара высокого давления 9,7-10,6 МПа, поступающим из системы парообразования по линии 18. В полученную после струйного компрессора парогазовую смесь по линии 19 дозируют недостающее количество пара среднего давления до необходимого соотношения пар - газ для процессов конверсии. Пройдя последовательно все стадии производства 4, 5, 9, 10, 11 и 12, сжатый и очищенный синтез-газ по линии 20 подается в установку синтеза аммиака.

Пар высокого давления, полученный в системе парообразования производства аммиака, частично используется для сжатия природного газа в струйном компрессоре 2, остальное количество пара высокого давления подается на турбину дожимающего компрессора синтез-газа 13, имеющую отбор пара среднего давления по линии 15. После турбины дожимающего компрессора синтез-газа 13 пар конденсируется и вместе с другим конденсатом по линии 21 выводится на сторону.

Пар среднего давления, полученный в отборе турбины 13, расходуется для процесса конверсии природного газа по линии 19, в турбине компрессора воздуха, в турбинах других компрессоров, дымососов, насосов, для других вспомогательных целей по линии 22.

Пример 1.

В соответствии с предлагаемым изобретением представлен способ получения синтез-газа для производства аммиака производительностью 1360 т/сутки из природного газа, поступающего из магистральных сетей с давлением 4,0 МПа. В струйном компрессоре природный газ в количестве 28600 кг/час сжимается до давления 4,2 МПа за счет энергии пара высокого давления 10,0 МПа. Для указанных параметров работы расчетный коэффициент инжекции струйного компрессора составляет 1,9. Расход пара высокого давления на струйный компрессор - 15 т/час. Общее количество вырабатываемого пара высокого давления - 325 т/час, из них расходуется:

- 15 т/час на струйный компрессор;

- 310 т/час на турбину дожимающего компрессора синтез-газа.

В отборе турбины дожимающего компрессора синтез-газа - 270 т/час пара среднего давления 4,0 МПа, из них расходуется:

- 100 т/час на дозирование в природный газ для проведения процесса конверсии;

- 65 т/час на турбину компрессора воздуха;

- 75 т/час на турбины других компрессоров, дымососов и насосов;

- 30 т/час на вспомогательные цели.

Так как пар после срабатывания в струйном компрессоре остается в природном газе, заменяя собой часть дозируемого пара среднего давления, то энергоемкость его работы в струйном компрессоре эквивалентна энергоемкости пара высокого давления, срабатываемого в турбине, работающей с противодавлением 4,0 МПа, и равна 43,5 квт/т. Энергоемкость пара среднего давления, срабатываемого в конденсационных турбинах, равна 193 квт/т.

Энергетические затраты на сжатие природного газа составляют:

N=15·43.5=652,5 кВт.

Для сравнения - энергетические затраты на сжатие природного газа:

- в аналоге -3500 кВт;

- в прототипе -1250 кВт.

Пример 2.

Представлен способ получения синтез-газа для производства аммиака с основными параметрами работы, как в примере 1, но при давлении природного газа, поступающего из магистральных сетей с давлением 2,0 МПа. В струйном компрессоре природный газ в количестве 28600 кг/час сжимается до давления 4,2 МПа за счет энергии пара высокого давления 10,0 МПа. Для указанных параметров работы расчетный коэффициент инжекции струйного компрессора составляет 0,38. Расход пара высокого давления на струйный компрессор - 75 т/час. Общее количество вырабатываемого пара высокого давления - 340 т/час, из них расходуется:

- 75 т/час на струйный компрессор;

- 265 т/час на турбину дожимающего компрессора синтез-газа.

В отборе турбины дожимающего компрессора синтез-газа -210 т/час пара среднего давления 4,0 МПа, из них расходуется:

- 40 т/час на дозирование в природный газ для проведения процесса конверсии;

- 65 т/час на турбину компрессора воздуха;

- 75 т/час на турбины других компрессоров, дымососов и насосов;

- 30 т/час на вспомогательные цели.

Энергетические затраты на сжатие природного газа составляют:

N=75·43,5=3262,5 кВт.

Это несколько ниже, чем в аналоге, но выше, чем в прототипе. Расчетами установлено, что нижним пределом давления природного газа, поступающего из магистральных сетей, при котором способ остается эффективным, является давление 2,0 МПа. Указанная эффективность определяется вышеприведенными энергетическими затратами на сжатие природного газа, а также экономией капитальных затрат, повышением надежности работы и снижением объемов и стоимости ремонтных работ.

Формула изобретения

Способ подачи природного газа на энерготехнологическую установку для производства аммиака путем его сжатия до давления 4,1-4,5 МПа, хемосорбционно-каталитической сероочистки сжатого природного газа при температуре 350-400°С, дозирования пара среднего давления 3,8-4,2 МПа в природный газ, паровой и паровоздушной каталитической конверсии в трубчатой печи и шахтном реакторе при давлении 2,9-3,8 МПа и температуре 500-1010°С, компрессии воздуха с приводом от паровой конденсационной турбины, двухступенчатой конверсии оксида углерода, очистки газа от диоксида углерода, тонкой доочисткой газа методом метанирования, дожимающей компрессии полученного синтез-газа с приводом от паровой турбины, работающей на паре высокого давления 9,6-10,6 МПа и имеющей отбор пара среднего давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,6-10,6 МПа) за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов трубчатой печи и во вспомогательном котле, отличающийся тем, что сжатие природного газа от давления 2,0-4,0 МПа до давления 4,1-4,5 МПа проводят в струйном компрессоре с использованием пара высокого давления 9,6-10,6 МПа с последующей дозировкой недостающего количества пара среднего давления в полученную парогазовую смесь, а хемосорбционно-каталитическую сероочистку природного газа проводят при давлении 2,0-4,0 МПа до сжатия его в струйном компрессоре.

РИСУНКИ

Рисунок 1