Безотходные технологические процессы в химической промышленности на примере синтезе аммиака (стр. 2 из 5)

1.3 Способ совместного производства аммиака и мочевины, установка для осуществления способа, способ модернизации установок синтеза аммиака и синтеза мочевины

Способ совместного производства аммиака и мочевины осуществляют по схеме, включающей реактор синтеза аммиака, секцию синтеза карбамата, реактор синтеза мочевины, а также секцию регенерации мочевины (рис. 2).

Часть потока, содержащего карбамат в водном растворе и поступающего из секции регенерации мочевины, подвергают обработке с частичным разложением карбамата для получения потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и потока, включающего разбавленный карбамат в водном растворе. Полученный разбавленный карбамат вместе с газовым потоком, включающим H₂, N₂ и CO₂, полученный на стадии риформинга углеводородов, объединяют c потоком NH₃, поступающего из реактора синтеза NH₃.

Смесь направляют в секцию синтеза карбамата, где из аммиака и диоксида углерода получают поток, включающий карбамат в водном растворе, и газовый поток, включающий водород и азот. Поток, включающий карбамат в водном растворе, затем направляют в реактор синтеза мочевины, в то время как газовый поток, включающий водород и азот, направляют в реактор синтеза аммиака. Установка для осуществления способа основана на объединении в едином технологическом цикле реакторов синтеза аммиака, который связан с секцией риформинга, с реакторами синтеза карбамата и синтеза мочевины, а также с секциями регенерации и концентрирования мочевины. Модернизация единичных установок синтеза аммиака и синтеза мочевины предполагает создание технологического цикла, указанного выше.

Технический результат - снижение капиталовложений, энергетических и материальных затрат. [3]

1.4 Установка утилизации отдувочных газов синтеза аммиака

В настоящее время на производствах синтеза аммиака образуется большое количество отдувочных газов, содержащих как собственно сырье для производства аммиака, так и аргон, являющийся ликвидным продуктом.

Разделение газовой смеси, в установке криогенной утилизации отдувочных газов (КУОГ), позволяет получить газы в виде продуктов для дальнейшего технологического или коммерческого применения. Это значительно снизит количество вредных выбросов, т.к. в настоящее время отдувочные газы сжигаются в печах, образуя существенное количество оксидов азота и азотнокислых соединений.

Производительность установки и характеристики готовой продукции

Тип установки Производительность (по перерабатываемому сырью)

КУОГ –1 от 8500 куб.м/час

Сырье.

Примерный состав отдувочных газов: NH₃-11,78%, H₂-53,54%, N₂-17,84%, CH₄-12,12%, Ar-4,72%.

Давление смеси газов – не менее 15 МПа.

Состав и характеристики получаемых продуктов. NH₃ - 5681 т / год, H₂ - 3000 т / год, N₂ - 13727 т / год, Ar - 5256 т / год.

Продукты могут выводиться как в жидком, так и в газообразном состоянии.[4]

Глава 2. Технологические схемы производства аммиака из природного газа

Первая схема выполнена по проекту фирмы “Kellogg”. Вторая технологическая схема - это схема агрегата АМ-76, выполненная по проекту ГИАП (Москва). Оба проекта выполнены по энерготехнологической схеме. Потребность в энергии (пар) обеспечивается, в основном, за счет утилизации тепла реакций.

2.1 Технологический процесс фирмы “Kellogg”

Предлагаемый технологический процесс предусматривает производство 1360 т/сутки жидкого безводного аммиака из природного газа. Проектом предусмотрена выдача продукционного аммиака при (+5)°С или (-33)°С.

Основные стадии процесса

1. Гидрирование сероорганических соединений, содержащихся в природном газе, в сероводород на кобальтмолибденовом катализаторе.

2. Поглощение сероводорода поглотителем на основе оксида цинка.

3. Первичный риформинг очищенного от сернистых соединений природного газа в трубчатой печи при давлении равном 33,1 кгс/см² изб.

4. Конверсия остаточного метана, содержащегося в частично конвертированном газе после первичного риформинга, в водород и оксид углерода при повышенных температурах. Стадия вторичного риформинга это стадия, на которой в систему подаётся воздух для подготовки синтез-газа с необходимым стехиометрическим соотношением азот : водород.

5. Высоко- и низкотемпературная конверсия оксида углерода с одновременным получением эквивалентных количеств водорода.

6. Очистка конвертированного газа от диоксида углерода по методу “Карсол”. Этот процесс представляет собой контакт синтез-газа с горячим модифицированным раствором поташа.

7. Метанирование остаточного количества оксида и диоксида углерода для получения очищенного синтез-газа с содержанием оксидов углерода не более 10 ppm.

8. Компримирование очищенного синтез-газа до 331 кгс/см² изб. с применением центробежного турбокомпрессора.

9. Конверсия синтез-газа в аммиак при 321,7 кгс/см². Выделение и захолаживание продукционного аммиака.

В проекте агрегата АМ-76 для очистки конвертированного газа от диоксида углерода применяется моноэтаноламиновая очистка. Система, рекуперирующая тепло реакций, предусматривает генерирование пара при давлении 105,5 кгс/см² изб. При этом уровне давления пар перегревается и используется для технологических нужд в процессе конверсии и для привода турбин компрессорного и насосного оборудования. Обоими проектами предусматривается оборудование для очистки технологического конденсата от растворенного NH₃, CO₂ и других компонентов. В дальнейшем очищенный, в отпарной колонне, технологический конденсат возвращается для использования в технологии.

Жидкий аммиак из сепараторов поз.106-F и поз.126-F поступает в сборник жидкого NH₃ поз.107-F (давление 15,8 кгс/см² и температура 14°С). Из поз.107-F NH₃ подается в расширительный сосуд 1 ступени (поз.110-F) аммиачного компрессора поз. 105-J (давление 6,8 кгс/см² и температура 12°С), откуда подается в расширительный сосуд 2 ступени поз.111-F (давление 1,7 кгс/см² и температура (-12)°С). Из поз.111-F жидкий NH₃ поступает в расширительный сосуд 3 ступени (поз.112-F) аммиачного компрессора поз.105-J (давление 0,01кгс/см² и температура (-33)°С). Газообразный NH₃, откачиваемый компрессором из расширительных сосудов, охлаждается в воздушном теплообменнике поз.127-С, жидкий NH₃ стекает в сборник поз.109-F, откуда опять попадает в расширитель поз.110-F. Из расширителя поз.112-F продукционный NH₃ с температурой (-33)°С выдается насосами на склад (рис. 3)

Рис. 3. Схема синтеза аммиака

2.2 Новые технологические решения производства аммиака

2.2.1 Аппарат риформинга с газовым обогревом (GHR)

Принцип работы GHR представлен на рисунке 4. Конвертированный газ, выходящий из вторичного риформинга с температурой примерно 900°С, охлаждается в GHR, отдавая тепло для реакции первичного риформинга. При этом газ проходит через зону, в которой может образовываться металлическая щель. Это происходит в результате коррозии при миграции углерода в металл. Образование углерода термодинамически выгодно при пониженных температурах и подавляется при высоких температурах (более 800°С для отходящего газа вторичного риформинга). Ниже 500°С скорость образования углерода мала. При конструировании GHR фирмой “ICI” были подобраны материалы и сплавы, интенсифицирован теплообмен с помощью “труб-оболочек”, которые окружали трубки, содержащие катализатор, разработано специальное оребрение труб и т.д.

Рис. 4. Риформинг-установка с газовым обогревом

При конструировании и разработке реактора вторичного риформинга значительное внимание было уделено минимизации его тепловой инертности. Низкая тепловая инертность способствует быстрому запуску установки, сокращает термически неустойчивые состояния, которые обязательно возникают при запуске, остановке, неисправности системы. Использование катализатора вторичного риформинга с низкой термической инерцией обеспечило простую конструкцию GHR, поскольку технология создания монолитных катализаторов, работающих во вторичном риформинге, составляет предмет НОУ-ХАУ. Катализатор новой конфигурации обеспечивает хорошую конверсию СН₄, однако, структура катализатора вызывает увеличение перепада давления вследствие того, что монолиты забиваются пылью и твердыми частицами из технологического газа. Необходимо периодически менять верхнюю часть катализатора.

Предлагаются системы для выделения и рециркуляции Н₂ из продувочного газа цикла синтеза, который приходится извлекать из контура синтеза для предотвращения накопления Ar, CH₄ и др. Для этого предлагаются криогенные и мембранные установки. Предлагаются менее энергоемкие процессы очистки конвертированного газа от CO₂; предложены новые методы повышения эффективности катализатора. Кроме того, применяется реконструкция колонн синтеза с внедрением новых эффективных внутренних насадок и катализаторов.

2.2.2 Технологическая схема процесса AMV

Для новых заводов разработаны комплексные процессы, которые включают энергосберегающие усовершенствования, которые трудно внедрить в уже существующие заводы. В качестве примера можно привести процесс Braun Puzifier [5], который в настоящее время используется на нескольких крупных заводах, а также, процесс AMV, предложенный фирмой “ICI”, который внедрен в эксплуатацию мощностью 1120 т/сутки.