Способ получения аммиака

 

Изобретение относится к технологии получения аммиака и может быть использовано в химической промьшшенности. Целью изобретения является снижение расхода природного газа и повышение производительности. Цель достигается тем, что в способе получения аммиака продувочные газы после постоянной п 6дувк и и выделения аммиака направляют на дополнительную сепарацию и полученньй газ с содержанием аммиака 1,6-3,5 об.% подают на смешение с газом -после воздушного охлаждения стадии метанирования. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„13865 4

А1 (5D 4 С 01 С 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ i)... -"." ""

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ья дК;>,;,; ° (21) 3895008/23-26 (22) 14.05.85 (46) 07.04.88. Бюл. У 13 (72) И.Ф.Голубев, И.М.Британ, Л.Д.Кузнецов и П.Д.Рабина (53) 661.53(088.8) (56) Патент СССР М 1001852, кл. С 01 С 1/04, 1979.

Кузнецов Л.Д. и др. Синтез аммиака. - М.: Химия, 1982, с. 11-17. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА (57) Изобретение относится к технологии получения аммиака и может быть использовано в химической промьппленности. Целью изобретения является снижение расхода природного газа и повышение производительности. Цель достигается тем, что в способе получения аммиака продувочные газы после постоянной продувки и выделения аммиака направляют .на дополнительную сепарацию и полученный газ с содержанием аммиака 1,6-3,5 об.7 подают на смешение с газом -после воздушного охлаждения стадии метанирования.

1 ил., 1 табл.

1386564

Изобретение относится к технологии получения аммиака и может быть использовано в химической промышпен" ности

Цель изобретения — снижение содержания примеси углекислого газа в азотоводородной смеси и повышения производительности процесса.

На чертеже приведена схема получе" 10 ния аммиака по предлагаемому способу.

На схеме изображены компрессор 1 природного газа, подогреватель 2, an" парат 3 гидрирования, адсорбер 4 сероводорода, трубчатая печь 5, конвер- 15 тор 6 метана„ конвертор 7 оксида углерода первой ступени, конвертор 8 оксида углерода второй ступени, абсорбер 9, метанатор 10, аппараты 11

16 воздушного охлаждения, сепара- 20 торы 17 — 20 ступени 21-24 компрес-. сора азотоводородной смеси, конденсационная колонна 25, теплообменник 26, колонна 27 синтеза, подогреватель 28 воды, аппарат 29 воздушного охлажде- 25 ния и сепаратор, аммиачный сепаратор 30, сборник 31 жидкого аммиака, циркуляционное колесо 32 компрессора, испаритель 33 жидкого аммиака, конденсационная колонна 34 продувоч- 30 ных газов, испаритель 35 аммиака, блок 36 мембранного выделения аммиака и водорода.

Пример i. Природный газ (пр. Г), сжатый компрессором 1 до давления 4.,2 МПа, направляют в количестве 35000 нмз /ч в подогреватель

2, откуда при температуре -390 С он поступает на очистку от сероорганических соединений в аппарат 3 гидри- 40 рования и адсорбер 4 сероводорода.

После сероочистки в природный газ дозируют пар до соотношения пар:газ=

=3,7: 1,0, парогазовую смесь, имеющую температуру -520 С, направляют в трубчатую печь 5.. Конвертированный газ, содержащий 11% СН, из трубчатой печи 5 подают в шахтный конвертор 6 метана. Далее газ поступает на кон- версию оксида углерода в конвертор 7 первой ступени и конвертор 8 второй ступени, а потом под давлением

2,7 МПа и температуре 40 С вЂ” в абсорбер 9 для очистки от диоксида угле" рода.

Очищенный свежий газ, содержащий

0,5 об.Х оксида углерода и -О, 1 об. диоксида углерода, подают после нагрева до 280 С в метанатор 10, где проводят тонкую очистку его от указанных примесей гидрированием их до метана. На выходе из метанатора 10 газ содержит 20 млн долей оксида углерода и 10 млн долей диоксида углерода. После охлаждения до 60 С азотоводородная смесь поступает на аппарат 11 воздушного охлаждения и сепаратор 17.

Из аппарата 11 воздушного охлаждения газовую смесь после отделения газового конденсата в сепараторе 17 направляют на первую ступень 21 четырехступенчатого центробежного компрессора (совмещенного с циркуляционным колесом 32). Нагретый при компри- мировании до 150 С после каждой ступени охлаждают в аппаратах 12 — 15 воздушного охлаждения соответственно, сконденсировавшуюся влагу отделяют в сепараторах 18 — 20.

Сжатую до 32 МПа свежую азотоводородную смесь направляют в нижнюю часть конденсационной колонны 25, где барботируют через слой жидкого аммиака для дополнительной очистки от следов влаги и диоксида углерода, после чего смешивают с циркуляционным газом.

Смесь свежего и циркуляционного газов из конденсационной колонны направляют в теплообменник 26, а затем в колонну 27 синтеза аммиака.

Газовая смесь, содержащая 15-16% аммиака, после колонны синтеза npoxo.— дит подогреватель 28 воды, теплообменник 26 и.поступает в аппарат 29 воздушного охлаждения, где ее охлажо дают до 40 С. Сконденсировавшийся аммиак отделяют в сепараторе и направляют в сборник 31 аммиака, а газовую смесь, содержащую 11 . аммиа» ка, †. на циркуляцибнное колесо 32 компрессора, где ее дожимают до

32 МПа.

Циркуляционный газ, пройдя аппа-, рат 16 воздушного охлаждения, поступает в систему вторичной конденсации, состоящую из конденсационной 25 колонны и испарителя 33 жидкого аммиака.

Из трубного пространства испарителя смесь охлажденного до -5 С (циркуляционного газа, содержащего 4-51 аммиака, и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной колонны, где жидкий аммиак отделяют от газа, идущего в теп лообменник конденсационной колонны.

t 386564

Жидкий аммиак, выделенный в сепараторах, дросселируют и направляют в, сборник 3 1 жидкого аммиака.

Для поддержания в циркуляционном газе содержания инертов в пределах

14-18 об./ производят постоянную продувку газа после аппарата 29 воздушного охлаждения и аммиачного сепаратора 30. Продувочные газы, в состав которых после выделения из них аммиака в конденсационной колонне 34 и испарителе 35 аммиака входит, об;/: водород 58, азот 20, аргон 9, метан

12, аммиак 1, подают в количестве

6000 нм /ч при давлении 30 МПа и температуре 35 С в блок 36 мембранного выделения водорода и аммиака.

Выделенную на мембранах (в виде полых волокон на основе полиметилпенте- 20 на) газовую смесь, в состав которой входит, об ° /: водород 84,4; азот 6; аргон 3; метан 5; аммиак 1,6, подают при давлении 26 МПа в количестве

3000 нм /ч в линию свежего газа после 25 аппарата 11 воздушного охлаждения перед сепаратором 17.

При указанном содержании оксида углерода в свежем газе, равном

О, 5 об . Ж, а диоксида углерода О, 1 о6. Х, количество выделяющейся в сепараторе

17 воды равно 483 кг/ч. Часть содержащегося в возвращаемом газе в количестве 36 кг/ч аммиака, равная

8,2 кг/ч, взаимодействует с остаточным количеством (0,00010 об.X

3, 1 кг/ч) диоксида углерода и водой с образованием карбоната аммония, а остальной аммиак поглощается водой.

Минимальное, не ниже 1,6 об ° /, содер- 40 жание аммиака в подаваемой в линию свежего газа смеси позволяет гарантировать требуемую чистоту поступающего на синтез газа в тех случаях, когда имеют место проскоки диоксида углерода, проводящие к повышению его содержания до 40-44 ррт (32,8-36 кг/ч) .

Давление водорода, вЫделенного из продувочных газов, позволяет увеличить производительнбсть агрегата синтеза (при наличии резервной мощности компрессора АВС) от 1360 до 1384 т

NH>/ñóò. При отсутствии резервной мощности компрессора ABC и сохранении производительности агрегата синтеза на

/ уровне 1360 т ИН, /сут можно снизить рас- Ю ходный коэффициент по свежему газу от первоначального 2800 до 2777 нм /т ИН т.е. на 23 нм /т NH 23 нм/ИН

Непрошедшую через мембраны газовую смесь, содержащую, об.7: водород

31,6; азот 34; аргон 15; метан 19; аммиак 0,4, направляют в блок низкотемпературного выделения аргона или на сжигание.

Пример 2, При наличии резервной мощности компрессора синтез-газа (13-... 16,- 19-...-22) можно увеличить объем продувки и тем самым увеличить за счет снижения концентрации инертов эффективность цикла синтеза аммиака, производительность которого еще в большей мере возрастает. Подготовка синтез-газа — по схеме примера 1. Синтез осуществляют при давлении 10 МПа.

Продувочные газы, в состав которых после выделения иэ них аммиака в конденсационной колонне 34 и испарителе 35 аммиака, входит, об.7.: водород 66, азот

22, аргон 4, метан 6, аммиак 2, подают в количестве 12000 нм /ч при давлении 10 MIIa и 35 С в блок 36 мембранного выделения водорода и аммиака.

Выделенную на мембранах в виде полых волокон на основе поли-4-метилпенте-. на газовую смесь, в состав которой входит, об./: водород 85; азот 6,5; аргон 2; метан 3; аммиак 3 5 подают при давлении 2,6 MIIa в количестве

6000 нм /ч в линию свежего газа после аппарата 11 воздушного охлаждения перед аппаратом 17.

Указанную смесь, содержащую

159 кг/ч аммиака, используют по схеме примера 1.

В известных процессах в азотоводородной смеси после стадии метанирования содержится постоянно 20 ррш оксида углерода и 10 ppm диоксида углерода, и периодически в процессе длительной эксплуатации содержание диоксидов увеличивается до 100200 ppm. Указанные примеси являются сильвии каталитическими ядами для процесса синтеза аммиака, поэтому необходима надежная очистка синтезгаза.

В предлагаемом способе связывание диоксидов углерода осуществляют, вводя в основной технологический поток газообразный аммиак, распределенный в водородной среде, в отличие от известных, где аммиак вводят в жидком виде путем впрыскивания.

Хорошее распределение газообразного аммиака в большом количестве

1386564

55 азотоводородной газовой смеси (в основной поток, составляющий 160 тыс.м /

/ч, подают 3-6 тыс.м /ч прошедшего мембраны газа, в основном водороде, 5 содержащего 1,6-3,5% аммиака) позволяет создать значительно лучшие условия Смешения, чем при подаче небольших количеств (23 кг/ч или 33 м /ч) жидкого аммиака в капельном виде, 10 когда имеют место пристеночные эффекты и неравномерность распределения, обуславливающие проскоки несвязанных оксида и диоксида углерода, что и происходит на практике, 15

Полученные данные показывают. что если общее количество продувочных газов составляет 6000 м /ч, а количество возвращаемой в систему после мембран газовой смеси 3000 м /ч, то 20 для надежного связывания диоксидов углерода при их проскоках достаточно содержания в указанной газовой смеси 1,6Х аммиака. При уменьшении количества продувочных газов до 2700 м /ч 25 (что имеет место в начале кампании, когда концентрация инертов в свежем газе составляет 0,7-0,8X) для связывания диоксидов углерода требуется

3,5Х аммиака в возвращаемой в систему водородной фракции. Таким образом, концентрация аммиака в подаваемом на смешение с технологическим потоком водорода должна составлять 1 63,5%. Заграничные условия приводят к ухудшению очистки или нежелательно35 му накоплению инертов.

Продувочный газ, преимущественно водород, прошедший мембраны, выпол- 40 нив свою роль носителя газообразного аммиака, связывающего диоксиды углерода, возвращается в цикл синтеза.

Таким образом, наряду с обеспечением высокой степени очистки способ позволяет повысить производительность aiрегата.

В действующих производствах связывание оксидов и диоксидов углерода осуществляют после второй ступени компрессии, подавая в линию основного потока азотоводородной смеси жидкий аммиак. В предлагаемом способе принята точка ввода — до компримирования, перед сепарацией влаги стадии метанирования, и не связывание, как сказано выше, подают газообразный аммиак в потоке водорода.

Достаточно полное и надежное извлечение оксидов и диоксидов углерода до компримирования позволяет снизить температуру газа на входе в компрессор, не опасаясь забивки карбоматами первых ступеней, где ввиду больших скоростей потока появление твердых карбаматов особенно опасно. В известном способе из-за опасности поломки карбоматами лопаток первых ступеней компрессора вынуждены держать на входе в компрессор повышенную температуо ру газа (больше 45 С) . Проведенные материально-тепловые расчеты цикла синтеза аммиака показывают, что снижение температуры газа на входе в о компрессор на 25-30 С позволяет существенно увеличить производитель ность агрегата производства аммиака (на 5-10Х).

Выбранная точка ввода распределенного в водороде газообразного аммиака позволяет оптимальным образом использовать и водород, и аммиак, в то время как в известной схеме, когда "хвостовые" продувочные газы сжигают в трубчатой печи, содержащийся в них аммиак, играет только вредную роль, вызывая коррозию труб, и, превращаясь частично в оксиды азота, отравляет окружающую среду.

В таблице показаны условия надежного связывания оксидов углерода и повышение производительности.

Таким образом, осуществление способа позволит снизить расход природного газа, идущего на производство аммиака на 23-34 нм /т, .увеличить производительность агрегата синтеза аммиака, например, производительностью

1360 т/сут на 24-48 т/сут, увеличить надежность узла тонкой очистки свежего газа от оксидов углерода.

Формула изобретения

Способ получения аммиака, включающий очистку природного газа от сернистых соединений, паровоздушную конверсию метана, конверсию оксида углерода, абеорбционную очистку конвертированного газа от диоксида углерода, очистку от кислородсодержащих примесей путем гидрирования, воздушное охлаждение газа и его сепарацию, сжатие азотоводородной смеси до давления синтеза, смешение с циркули1386564

Содержание аммиака в возвращаемой смеси, об.%

Выбросы оксидов азота в окружающую среду, т/г

Степень надежности системы связывания оксидов углерода и обоснование эффективности варианта

Изменение производительности агрегата, аммиака, т(г

-184

270

Надежна (по известной схеме)

0,9

Не надежна, поскольку возможен проскок оксидов

Ъ, углерода, забивка арматуры,отравление катализатора и уменьшение производительности

0-3500

+8000

Нет выбросов

3 5

+8000

Нет выбросов

0-7000

4,0 рующим потоком непрореагировавшей азотоводородной смеси, синтез аммиака, выделение продукта, возврат непрореагировавшей азотоводородной смеси на смешение, вывод продувочных газов из циркулирующего контура с последующим выделением из них аммиака, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания

l. примеси углекислого газа в азотоводородной смеси и повышения производительности процесса, продувочные газы

5 после выделения аммиака до содержания последнего 1-2 об.% пропускают через мембрану из поли-4-метилпентена и газовый поток, прошедший мембрану, подают на смешение с газом после воздушного охлаждения.

Надежна, поскольку невозможен проскок оксидов углерода

Надежна, поскольку невозможен проскок оксидов углерода

Не надежна, поскольку возможно накопление инертов, увеличение количества и концентрации аммиачной воды, уменьшение производительности

1386564

Составитель P.Ãåðàñèìîâ

Редактор Н,Бобкова Техред Л.Олийнык

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1464/26 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

1 по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4