Способ производства аммиака

 

Своз Советских

Соцмалмстмчеоах

Республик (>l) 827764 (61) Дополнительное к авт. твид-ву (22) Заявлено 11Л6.69 (21) 1337702/23-26 (5l) М. Кл.в

С 01 В 1/04 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.04„77.Бюллетень ¹ 15 (ввударстввнныв квинтет

Веввтв Мехаатрвв СССР вв делам изобретение я втврытхе (Ф) >Д 661.534 (088. 8) (4б) Дата опубликования описаиии16.06.77 (72) Авторы B. В. Харламов, М. Б. Айэенбуд, Д. Ю. Гамбург, И. Н. Курнго, изобретения В. А. Курковский, A. П. Потанин, В. П. Семенов, И, Л. Упадышев, Л. И. Черномордик, С. Ф. Шахова и Г. М. Ковальчук (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСЧВА АММИАКА

Изобретение относится к производству аммиака иэ азотоводородной смеси с ренуперацией и утилизацией тепловой энергии

ape производстве газа, обогащенного водо родом при высснсом давлении.

Известен способ синтеза аммиака нэ азотоводородной смеси, по которому парогазовая смесь поступает в трубчатую печь конверсии углеводородов первой ступени, обогреваемую дымовыми газами в топке без давления.

Высокопотенциальное тепло дым оных газов в трубчатой печи используется дпя получения пара высокого давления н его церегрева, а затем для подогрева реакционной смеси, причем конечная температур& газа В этих условиях должна состав о лять ие менее 150-200 С, с которой он и выбрасывается в атмосферу., Технологический газ после конверсии углеводородов и конверсии окиси углеро да очищается от двуокяси углерода потащным раствором требующим для регенерации раствора высокопотеициального тепла на уровнч 160-200оС.

Очищенный гаэ подвергается синтезу амк яака псд давлением 300 атм, а продувочные газы нанравлшотся на сжигание, Энергетическая схема по известному способу использует тейло второй ступени риф ор м н нгa и си HTG э & & м м и BK G для получ& ния пара, поступающего в общий сборник, откуда он распределяется на технологические нужды (для первой ступени риформинга) т9 и на энергетические посредством его иопользовання сначала в турбнне с протнвьдавлением или с отбором пара в промежуточной ступени для технологических нужд, а затем в конденсапионной турбине.

Ы Во всех случаях пар перед использованием перегревается в конвектнвной секции печи первой ступени риформинга.

Недостатком известного способа являет ся недорекуперация тепла при конденсации

20 пара в случае использования его в качестве рабочего тела.

Кроме того, известная схема может иопользовать тепло дымовых газов только на уровне температур выше 160 С, после чео

25 го газы выбрасываются в атмосферу, унося

327764

На стадиях паровой конверсии углеводородов первой ступени, паровоэдущной конверсии углеводородов второй ступени и синтеза аммиака применен кипящий слой катализатора.

Для рекуперации избыточного тепла технологического процесса введен цикл производства технологического пара под давлением 100-140 атм. Пар получают в котлах-утилизаторах, установленных на потоке технологического газа, охлаждая

er o до 340 С. Энергию пара используют для компримирования синтеза газа перед циркуляционной системой синтеза аммиака, Остаточное тепло технологического газа рекуперируют для подогрева азотноводородной 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.

Кроме того, низкопотенциальное тепло дымовых газов после выхода из конвективной эоны конверсии углеводородов первой ступени используют для предварительного подогрева питательной воды паровых котлов с применением пенного режима в зоне

40 те нлообм е на, Лбсорбцию двуокиси углерода осущесч вляют низкотемпературным поглотителем типа метилпирролидона и (или) пропиленкарбоната.

Согласно описываемому способу дымовые газы, выходящие иэ зоны обогрева реактора конверсии углеводорода первой ступени, охлаждают в конвективной секции до 750»1200 С в зависимости от конструкции турбины, используя их энергетический потенциал в первой турбине, вторично перегревают и подают в качестве рабочего тепла во вторую турбину, после чего остаточное тепло рекуперируют для подогрева реакционных компонентов н конденсата, выбрасывая в атмосферу о с температурой ниже 40 С после снятия тепла конденсатом в пенном теплообменнике или теплообменнике с кипящим слоем для интенсификации процесса теплопередачи. 60 с собой значительное количество тепловой энергии.

К тому же в этих способах отмечается относительно низкая интенсивность процессов конверсии углеводородов в трубчатых б 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 íà )0

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- N жению температурного уровня рекуперируе мого тепла химического процесса ввиду низкого значения коэффициентов теплоотдачи через охлаждающие поверхности от нагретого газа к хладагенту. 20

Пель изобретения — снизить энергетические расходы на технологический процесс производства аммиака и увеличить степень рекуне тепла химических процессов и остаточного тепла дымовых газов, ЯЬ

Для этого высокопотенциальное тепло дымовых газов после выхода иэ эоны о6огрева реактора конверсии углеводородовпервой ступени используют для промежуточного перегрева тех же газов между ступенями газотурбинногО агрегата, для которого эти газы являются рабочим теплом, После образования аммиака 100-140атмосферный пар выводят из колонны синтеза и объединяют с паром, полученным при паровоэдущной конверсии метана и сред нетемпературной конверсии СО.

На чертеже дана технологическая схема осуществления описываемor о способа, Природный газ в количестве 38315 íì /час ъ смешивают с водородом и метаном, которые выделяют из продувочных газов синтеза аммиака, в смесителе 1 и подают в компрессор 2, входящий в состав гаэотурбинной 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 поглощение на катализаторе окись цинка-кобальт. Очищенный гаэ смешивают с водяным паром в количестве 153000 нм /час в смесителе

5 и возвращают в теплообменник 3 для до 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 20000 нм /час природного газа.

Дымовые газы выводят иэ аппарата 6 и подают в газовую турбину 8, входящую в состав газотурбинного агрегата, где охлаждают их с 750 до 400оС, после чего возвращают в аппарат 6 для дополнительного подогрева до 800 С и подают во вторую турбину 9, также входящую в состав газотур327764 бинного агрегата. Между турбинами 8 и 9 установлен пусковой подогреватель 10 газов, Отработанные дымовые газы направляют в теплообменник 3 для передачи тепла последовательно парогазовой смеси, свежему Ь природному газу, воздуху, паровому конденсату, после атого для использования низкопотенциального тепла в интервале температур 40-100оС - в теплообменник

11, где применен пенный режим для теп- 19 лоносителя, повышающий коэффициент тепло-. передачи. Технологический газ из аппарата 6 направляют в конвертор 12 второй ступени в количестве 258396 нм /час ь парогазовой смеси.

Атмосферный воздух, засасываемый через воздухозабор, сжимают компрессором

13 и направляют в конвертор 12 в количестве 57000 нм /час с примесью пара

Э

8000 нм /час. Из конвертора 12 подают парогазовую смесь в количестве 326647 нм /час с температурой 990оС которая отдает свое теплц в интервале температур с 990 С до 390 С в паровом котле 14, в котором рекуперируется 76,1 10 ккал/час 5

6 тепла.

Охлажденную газовую смесь соединяют с 19000 нм / час пара и подаюг в аппаЭ рат 15 первой ступени кснверсии,окиси углерода. Гаэ на выходе иэ первой ступени конверсии окиси углерода имеет температуру 440 С, которая снижается до 340оС в рекуперируя 12,6 ° 10 ккал/час тепла в кот лах 16.

aI

В котлах 16 вырабатывают насьииенный до 100 атм пар, газы при атом охлаждают до 340оС и направляют в аппарат 17 втсьрой ступени конверсии окиси углерода. Конвертированный газ в количестве 224062 ъ нм /час отдает свое тепло с 220 до 160оС ь теплообменнике 18, подогревая конденсат, и далее до 90 С, подогревая в аппарате 19 тепо поноситель, циркулирующий через абс орбционсную аммиачно-холодильную установку 20. Далее конвертированный газ охлаждают до 40 С о в холодильнике 21 и подают в нижнюю часть абсорбера 22 для абсорбции двуокиси углерода пропилен-карбонатным раствором. Про- р пилен-карбонатный раствор в количес гве

1200 м /час подают в верхнюю часть абсорбера с температурой 5оС и выводят из нижней части абсорбера с температурой 45 С. о

Раствордесорбируетуглекислоту в аппарате 23, куда его подают через агрегат 24 мотор-насос-турбина. Затем его направляют в холодильник 25, где охлаждают холодильным раствором иэ установки 20, куда раствор поступает с температурой 5оС и возв- 60 ращается с температурой минус 10оС, снижая содержание тепла на 5400 ккал/час.

Очищенный газ нагревают в когле 16 до 320 С и подают в аппарат 25, где происходит метанирование кислородсодержащих соединений, Газ с температурой

322 С на выходе охлаждают в теплообменнике 27, где он отдавая тепло очищенному газу, идущему на меташ роваиие, идет в холодильник 28 и затем с температурой 30оС в сепаратор 29 для сепарации выделившейся влаги, Охлажденный, очищенный синтез-газ поступает на всас первой ступени компрессора 30, рабогаюшего с охлаждением между ступенями посредством рассола, получаемого с абсорбциоииой холодильи:>i. с:,;.— новки 20, Пр омежуточн oQ охлажд> цие 11I» li з>>(- . !, >> > в холодильииках 31 и 32, Г1оеле>иi .i,"ë с:т.— пень компрессора 30 объедпиеи>» е ииркуляционпым насосом, Сжатый цирку:иц ) ющий газ при давлении 156 атм ч>,ез ( лодильник 33, сеп. ритор 34 зли„.и»ь:ч, теплообмеинпки 35 и 36 иод.>s.т в i олоину 37 синтеза алiмцика с темиерату >.ill

150 С в количестве 100i?(?0(? iihi /ч:iñ, 5

В колонке сиитеза благодаря виуг1 .ииему теплообмену тел пература гао:i иодиимается до 400 С и выдры.тс» геилс, о. которое отволят в виде водяного пара в к> личестве 62,5 т/час под дас)нагие,1 100 «гм.

)циркулирующий гаэ выь щит из коле> иы синтеза аммиака ири 300оС, сии.к» г «i u температуру до 150 C в теплоибменино ках 38,36, затем подают в теплооблынники 39, 35 где охлажда>ег до 30 "С. В сепараторе 40 циркулируюлциа г; зом, иос» тупаюшим с температур ой 37 оС, отде. пцег часть аммиака, которую направлямт на дросселировяние, а гаэ охлаждикл в теплообменнике 41 до 23о и возв ашаюг на всас че гвертой ступе пи к ел пресс ора для рециркуляции. Часть гази D коли пест ве 17200 нм /час огделя от в ееиаратоЪ ре 42 от сконденсировавшегося; ммиака и отводят в систелсу разделения продувочных газов. Сконденсировавщийся ь сепарагоре

42 аммиак дросселируюг и подак>г в сборник 43, работающий под давлением 16 атм, туда же после дросселироваиия паправляюг аммиак из сепараторов 40 и 34.

Из сборника 43 аммиачный газ подаюг в аппарат 44, откуда отводят 6 т/час газообРазного аммиака, Ос гальной аммиак сжимают компрессором 45 и выделлкг в виде жидкого продукта. Кол1пресс . р 30 синтез-газа установлен иа одно."л валу с паровыми турбинами 46 и 47, из кото-,>т»х

327764 первая работает с противодавлением до

37 атм, а вторая - конденсационная, Пар и конденсат отводят через кондея сационный сосуд 48. Конденсат собирают для деаэрации в сборнике 49, откуда чэ- S рез насос 50 подают для получения пара.

Пар высокого давления, образующийся в аппаратах 14,16 н 37 поступает на перегрев в аппарат 6.

Компрсссор 2 для сжатия метана и ком- lO ирессор 13 для сжатия воздуха расположены на одном валу с газовыми турбинами

B н 9, а тагже с генератором 51 производящим электроэнергию за счет избыточ ного количества энергии перегретых ды мовых газов.

Между турбинами 8 и 9 установлен по» догреватель 10 газов, который работает в пусжовой период или прн нарушении режима в перегревателе аппарата 6.

Иродувочный гаэ иэ цикла синтеза аммиака после сепаратора 42 подают B теп» лообиеш ик 52, где он нагревается, охлаждая поток газов, не содержащих водород, затем - в теплообмециик 53 для теплообмена с метаном и, наконец, направляют в мембранную качеру 54, где он разделяется на два потока. Водород проникает через мембрану, возвращается в тройной тьплообменник 52, проходит через водяной холоднль ® ник 55 и трубопровод в смеситель 1, где ои (гмешивается со свежим природным газом для сероочнстки в аппарате 4 каталитического гидрирования.

Оставшаяся с наружной стороны мембраны"6 камеры 84 смесь газов проходит внутреннюю секцию теплообм нннка 82, водяной холодильник 86, сепаратор 57 и попадает в блок 58 глубокого охлаждения, где разделяется на аэотосодержащий газ, сбрасываемый в атмосферу, аргон, въщеаэмый в виде продукта, и метан, напраэляэмМ через холодильник 56 в смеснтель вместе с водородом .

Формула изобретения

1. Способ производсжа аммиака иэ азотам. водородной смеси при высоком давлении в температуре, включавший стадии сероочистки, конверсии углеводородов первой и второй ступени, конверсии сжисн углерщ а, выделения углекислоты абсорбцией, аинтэза аммиака, а также линии рекуперацнн тепла дымовых газов и получения пара высокого давления, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью более полной рекуперации тепла дымовых raaoa, высокопотенциальнсе тепло этих газов после выхода ио зоны обогрева реактора конверсии углеводородов первой ступени используют для промежуточного перегрева тех же газов между ступенями газотурбинного агрегата, для которого эти газы являются рабочим теплом.

2, Способ пс и. 1, о т л и ч а ю m и и с я тем, что низкопотенциальное тепло дымовых газов после выхода из конвектив ной эоны конверсии углеводородов первой ступени используют для предварительного подогрева питательной воды паровых кот лов с применением пенного режима в зоне теплообмена.

3, Способ по и, 1, о т л и ч а ю m н йс я тем, что абсорбцию двуокиси углерода осуществляют низкотемпературным поглотителем типа метнлпирролидона и (щщ) пропиленкарбоната,