Способ регенерации тепла при получении синтез-газа для производства аммиака и метанола

 

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при получении синтез-газа в производстве синтетического аммиака и метанола. В способе регенерации тепла при получении синтез-газа для производств аммиака и метанола из природного газа или другого углеводородного сырья, содержащего примеси соединений серы, осуществляемом путем хемосорбционно-каталитической сероочистки под повышенным давлением и температуре с нагревом исходного газа, паровой конверсии углеводородов в трубчатой печи сжиганием топливного газа и использованием тепла отходящего дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры, включающем теплообменные элементы, расположенные последовательно по ходу дымового газа зонах для нагрева парогазовой смеси, паровоздушной смеси и для перегрева водяного пара давлением 8,8-10,9 МПа до температуры 475-500°С, а также в зонах подогрева питательной воды и подогрева топливного газа, нагрев исходного газа для хемосорбционно-каталитической сероочистки осуществляют дымовым газом трубчатой печи в теплообменных элементах, размещенных в блоке теплоиспользующей аппаратуры в зоне после перегрева водяного пара. Изобретение позволяет существенно снизить расход топливного газа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической технологии и может быть использовано при получении синтез-газа в производстве синтетического аммиака и метанола.

Известен способ очистки природного и технологического газов при получении синтез-газа для производства аммиака путем проведения хемосорбционно-каталитической сероочистки исходного газа под повышенным давлением и температуре (см. Справочник азотчика. - М.: Химия, 1986 г., стр. 208-215, рис.111-1). Нагрев исходного газа, поступающего на очистку, осуществляется в огневом подогревателе.

Недостатком известного способа является необходимость использования отдельного оборудования в виде огневого подогревателя и низкая эффективность использования его тепла, что приводит к увеличению общих энергозатрат.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ регенерации тепла при получении синтез-газа для производств аммиака и метанола из природного газа или другого углеводородного сырья содержащего примеси соединений серы (см. Справочник азотчика. - М.: Химия, 1986 г., стр. 112-121, 83-85), осуществляемый путем хемосорбционно-каталитической сероочистки под повышенным давлением и температуре с нагревом исходного газа, паровой конверсии углеводородов в трубчатой печи сжиганием топливного газа и использованием тепла отходящего дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры, включающем теплообменные элементы, расположенные последовательно по ходу дымового газа зонах для нагрева парогазовой смеси, паровоздушной смесей и для перегрева водяного пара давлением 8,8-10,9 МПа до температуры 475-500°С, а также в зонах подогрева питательной воды и подогрева топливного газа.

Известный способ обладает тем недостатком, что характеризуется недостаточно полным использованием тепла дымовых газов в блоке теплоиспользующей аппаратуры, вызванным неэффективным температурным режимом нагрева исходного газа дымовым газом, имеющим высокую температуру, и дефицитом теплоотводящих сред в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи, в результате чего увеличиваются суммарные потери тепла с отходящими дымовыми газами и, как следствие этого, перерасход топливного газа.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является снижение расхода топливного газа путем более полного использования тепла дымовых газов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регенерации тепла при получении синтез-газа для производств аммиака и метанола из природного газа или другого углеводородного сырья, содержащего примеси соединений серы, осуществляемого путем хемосорбционно-каталитической сероочистки под повышенным давлением и температуре с нагревом исходного газа, паровой конверсии углеводородов в трубчатой печи сжиганием топливного газа и использованием тепла отходящего дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры, включающем теплообменные элементы, расположенные в последовательно по ходу дымового газа зонах для нагрева парогазовой смеси, паровоздушной смеси и для перегрева водяного пара давлением 8,8-10,9 МПа до температуры 475-500°С, а также в зонах подогрева питательной воды и подогрева топливного газа, нагрев исходного газа для хемосорбционно-каталитической сероочистки осуществляют дымовым газом трубчатой печи в теплообменных элементах, размещенных в блоке теплоиспользующей аппаратуры в зоне после перегрева водяного пара.

Указанный технический результат достигается также тем, что нагрев исходного газа для хемосорбционно-каталитической сероочистки осуществляют в теплообменных элементах, расположенных последовательно по ходу исходного газа, сначала в зоне вблизи выхода дымового газа, затем в зоне перед теплообменными элементами для нагрева питательной воды.

Указанный технический результат достигается также тем, что защиту от перегрева теплообменных элементов для нагрева исходного газа сероочистки при остановках и прекращении подачи сред осуществляют сначала контролируемым сбросом газа после теплообменных элементов, затем подачей защитной газовой среды, в качестве которой может быть использован, например, продувочный азот, топливный газ и др.

На чертеже показана принципиальная схема для осуществления способа.

Схема включает стадию хемосорбционно-каталитической сероочистки с узлом нагрева исходного газа в теплообменных элементах, размещенных в блоке 1 теплоиспользующей аппаратуры, аппаратом каталитического гидрирования сероорганических соединений 2 и хемосорбционных поглотителей сероводорода 3. Схема также включает паровую конверсию углеводородов в трубчатой печи 4 с дымососами 5, выхлопной трубой 6 и паровоздушную конверсию метана 7.

Исходный газ, содержащий примеси соединений серы, под давлением до 4,5 МПа нагревается до 350-400°С в теплообменных элементах, размещенных в блоке теплоиспользующей аппаратуры 1 в зоне после перегрева водяного пара по ходу дымового газа или для увеличения достигаемого эффекта в двух последовательных ступенях по ходу газа: сначала в зоне вблизи выхода дымового газа, затем в зоне перед теплообменными элементами для нагрева питательной воды.

Далее газ поступает в сероочистные аппараты 2, 3 и после добавления водяного пара и нагрева парогазовой смеси в блоке теплоиспользующей аппаратуры 1 подается в реакционные трубы трубчатой печи 4. После паровой конверсии парогазовая смесь поступает на паровоздушную конверсию 7 и далее отправляется на дальнейшую переработку в конверсию СО и на очистку от СО₂ и СО. Блок теплоиспользующей аппаратуры 1 включает теплообменные аппараты, расположенные в последовательно по ходу дымового газа зонах для нагрева парогазовой смеси, паровоздушной смеси и для перегрева водяного пара давлением 8,8-10,9 МПа до температуры 475-500°С, а также в зонах подогрева питательной воды и подогрева топливного газа. Дымовые газы после регенерации тепла в блоке теплоиспользующей аппаратуры 1 с помощью дымососа 5 поступают в выхлопную трубу 6.

Пример 1

В соответствии с изобретением представлен способ получения синтез-газа для производства аммиака мощность 1360 т/сутки с нагревом исходного газа в теплообменных элементах, размещенных в блоке теплоиспользующей аппаратуры 1 в зоне после перегрева водяного пара по ходу дымового газа.

В теплообменные элементы поступает исходный газ под давлением до 4,5 МПа при температуре до 130°С.

Температура дымового газа после перегрева водяного пара - 430-500°С. После теплообменных элементов нагрева температура исходного газа 350-400°С, а дымового газа - 390-450°С. Огневой подогреватель нагрева исходного газа для сероочистки исключается.

В результате дополнительно введенного отвода тепла от дымового газа обеспечивается более полное использование тепла и снижение температуры отходящего дымового газа при сохранении режима нагрева других сред в блоке теплоиспользующей аппаратуры в пределах допустимого. Кроме того, исключение огневого подогревателя сероочистки исключает и расход топливного газа для него. В итоге экономия топливного газа в тепловом эквиваленте составляет 3,2 млн ккал/час по сравнению с известными способами.

Пример 2

Представлен способ получения синтез-газа из примера 1 с теми же исходными данными, но с нагревом исходного газа для сероочистки в блоке теплоиспользующей аппаратуры в двух последовательных ступенях по ходу газа: сначала в зоне вблизи выхода дымового газа, затем в зоне перед теплообменными элементами для нагрева питательной воды.

Такое решение обеспечивает дополнительное использование тепла отходящего дымового газа по сравнению с примером 1, что обеспечивает экономию топливного газа в тепловом эквиваленте до 5 млн ккал/час по сравнению с известными способами.

В связи с использованием в качестве теплоносителя дымового газа с температурой до 500°С и в целях возможности исключения использования легированных сталей для изготовления теплообменных элементов нагрева исходного газа предлагаемым изобретением предусматривается защита от перегрева при остановках и прекращении подачи сред, осуществляемая в два этапа: сначала контролируемым сбросом газа после теплообменных элементов, затем подачей защитной газовой среды, например, продувочного азота, топливного газа и др.

Формула изобретения

1. Способ регенерации тепла при получении синтез-газа для производства аммиака и метанола из природного газа или другого углеводородного сырья, содержащего примеси соединений серы, осуществляемого путем хемосорбционно-каталитической сероочистки под повышенным давлением и температуре с нагревом исходного газа, паровой конверсии углеводородов в трубчатой печи сжиганием топливного газа и использованием тепла отходящего дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры, включающем теплообменные элементы, расположенные последовательно по ходу дымового газа зонах для нагрева парогазовой смеси, паровоздушной смеси и для перегрева водяного пара давлением 8,8-10,9 МПа, до температуры 475-500°С, а также в зонах подогрева питательной воды и подогрева топливного газа, отличающийся тем, что нагрев исходного газа для хемосорбционно-каталитической сероочистки осуществляют дымовым газом трубчатой печи в теплообменных элементах, размещенных в блоке теплоиспользующей аппаратуры в зоне после перегрева водяного пара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев исходного газа для хемосорбционно-каталитической сероочистки осуществляют в теплообменных элементах, расположенных последовательно по ходу исходного газа, сначала в зоне вблизи выхода дымового газа, затем в зоне перед теплообменными элементами для нагрева питательной воды.

3. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что защиту от перегрева теплообменных элементов для нагрева исходного газа сероочистки при остановках и прекращении подачи сред осуществляют сначала контролируемым сбросом газа после теплообменных элементов, затем подачей защитной газовой среды, в качестве которой может быть использован, например, продувочный азот, топливный газ и др.

РИСУНКИРисунок 1