Способ распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака

 

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической промышленности и может быть использовано для производства аммиака из углеводородных газов. В способе распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака из углеводородных газов, суммарный расход пара среднего давления на паровые турбины, работающие с противодавлением Gпт, поддерживают на уровне, значение которого определяется уравнением

Gпт=Gор+Gд+Gва+Gоб,

где Gop - расход пара низкого давления на очистку газа от CO₂ и разгонку процессного конденсата; Gд - расход пара низкого давления на деаэрацию питательной воды; Gва - расход пара низкого давления на водоаммиачную холодильную установку; Goб - расход пара низкого давления на обогрев аппаратов, трубопроводов и другие цели. Изобретение позволяет оптимизировать производство и распределение пара при производстве аммиака, снизить затраты на генерацию пара высокого давления и сократить расход питательной воды. 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной энергетики и химической промышленности и может быть использовано при производстве аммиака из углеводородных газов.

Известен способ распределения пара и газа на турбины в комбинированной парогазовой энергетической установке (см. RU 2050443 С1, кл. F 01 К 13/00, 20.12.1995), работающей на природном газе и включающей полузамкнутый газовый и замкнутый паровой контуры, соединенные между собой посредством парового котла.

Недостатком известного способа является ограниченная возможность применения.

Известен способ распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака из природного газа, включающий: сероочистку углеводородных газов, паровой каталитический риформинг в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессию воздуха с приводом от электродвигателя, паровоздушную каталитическую конверсию в шахтном реакторе, двухступенчатую каталитическую конверсию оксида углерода, использование теплоты конвертированной парогазовой смеси, очистку газа от диоксида углерода, дожимающую компрессию полученного синтез-газа с приводом от электродвигателя, синтез аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем и систему генерации перегретого водяного пара давлением 3,8-4,2 МПа в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи с отходом дымового газа при температуре не ниже 220°C; часть полученного водяного пара используют для технологического процесса парового риформинга и другие потребности производства, другую часть пара выдают на сторону. (См. Проект производства аммиака мощностью 600 т/сутки, вторая очередь, объект 19418-С для Ровенского ЗАУ Предприятие п/я А-7531, г. Северодонецк, 1968 г. с.138 - схема пара и конденсата).

Известный способ обладает следующим существенным недостатком: в связи с тем, что все основные компрессорные машины и насосы имеют электрические приводы, значительная часть полученного пара давлением 3,8-4,2 МПа не может быть использована в производстве аммиака и выдается на сторону, что увеличивает затраты энергии на производство аммиака.

Из известных способов наиболее близким является способ распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемый путем сероочистки углеводородных газов, парового каталитического риформинга в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси, очистки газа от диоксида углерода, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем и генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающем поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующем перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающем пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и имеющей на выходе перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), часть которого используется для технологического процесса парового риформинга, а другая часть используется во второй ступени турбины компрессора синтез-газа и в турбинах других компрессоров, дымососов, насосов в конденсационных турбинах и в турбинах, работающих с противодавлением с отводом пара низкого давления (0,4-0,8 МПа), с выдачей части пара низкого давления на сторону. (См. Технический проект производства аммиака АМ-70 мощностью 1360 т/сутки для Кирово-Чепецкого химкомбината, объект №25040, ГИАП, Москва, 1974 г., с.111, 117, 118).

Описанный способ обладает тем недостатком, что часть пара низкого давления не используется в производстве аммиака, а выдается на сторону, что увеличивает затраты энергии на производство. В то же время, этот пар часто не находит полноценного использования в сетях предприятий ввиду его низких параметров. Кроме того, выдача пара на сторону, как правило, связано с не возвратом конденсата, что увеличивает затраты на получение питательной котловой воды.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является оптимизация производства и распределения пара при производстве аммиака, снижение затрат на генерацию пара высокого давления и сокращение расхода питательной воды.

Технический результат достигается тем, что в способе распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемого путем сероочистки углеводородных газов, парового каталитического риформинга в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси, очистки газа от диоксида углерода с потреблением пара низкого давления, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем и водоаммиачной холодильной установкой, потребляющей пар низкого давления, деаэрацией питательной воды, с потреблением пара низкого давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающем поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующем перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающем пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и имеющей на выходе перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), часть которого используется для технологического процесса парового риформинга, а другая часть используется во второй ступени турбины компрессора синтез-газа и в конденсационных турбинах и в турбинах, работающих с противодавлением с отводом пара низкого давления (0,4-0,8 МПа), других компрессоров, дымососов и насосов, с выдачей части пара низкого давления на сторону, суммарный расход пара среднего давления на паровые турбины, работающие с противодавлением Gпт, поддерживают на уровне, значение которого определяется следующим уравнением:

Gпт=Gор+Gд+Gва+Gоб,

где Gop - расход пара низкого давления на очистку газа от CO₂ и разгонку процессного конденсата;

Gд - расход пара низкого давления на деаэрацию питательной воды;

Gва - расход пара низкого давления на водоаммиачную холодильную установку;

Goб - расход пара низкого давления на обогрев аппаратов, трубопроводов и другие цели.

Технический результат достигается также тем, что изменение суммарного расход пара среднего давления на паровые турбины, работающие с противодавлением, осуществляют путем замены части турбин дымососов и насосов, работающих от турбин с противодавлением, на конденсационные турбины или электрические приводы.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для осуществления способа.

Устройство для осуществления способа включает в себя: сероочистку углеводородного газа 1, паровой каталитический риформинг в трубчатой печи 2 с блоком теплоиспользующей аппаратуры 3 и вспомогательным котлом 4, паровоздушнную каталитическую конверсию 5 с котлами-утилизаторами 6, двухступенчатую конверсию оксида углерода 7 с использованием теплоты конвертированной парогазовой смеси 8, очистку газа от диоксида углерода 9, дожимающую компрессию синтез-газа 10, синтез аммиака 11 с циркуляционным нагнетателем 12 и водоаммиачной холодильной установкой 13, установку приготовления питательной котловой воды 14, деаэрацию питательной котловой воды 15, пусковой котел 16, первую ступень турбины компрессора синтез-газа 17, работающую с противодавлением 3,8-4,2 МПа, вторую конденсационную ступень турбины компрессора синтез-газа 18, конденсационные турбины компрессоров воздуха и природного газа 19, 20, турбины дымососов и насосов 21, 22, работающие с противодавлением 0,4-0,8 МПа, установку обогрева аппаратов и трубопроводов 23.

Углеводородный газ по линии 24 под давлением 3,9-4,5 МПа поступает в сероочистку и проходит последовательно все технологические стадии производства. Пар высокого давления (9,7-10,6 МПа) из системы генерации пара по линии 25 поступает на первую ступень турбины компрессора синтез-газа, после которой часть пара среднего давления по линии 26 подается на вторую ступень турбины компрессора синтез-газа, другая часть пара среднего давления собирается в коллектор 27, из которого распределяется: по линии 28 на технологический процесс риформинга, по линии 29 на конденсационную турбину компрессора воздуха 19, по линии 30 на конденсационную турбину компрессора природного газа 20, по линиям 31, 32 на турбины дымососов и насосов, работающих с противодавлением 0,4-0,8 МПа. Пар низкого давления (0,4-0,8 МПа) собирается в коллекторе 33, из которого распределяется: по линии 34 в водоаммиачную холодильную установку, по линии 35 на очистку газа от диоксида углерода и разгонку процессного конденсата, по линии 36 на деаэрацию питательной воды 15, по линии 37 на обогрев аппаратов, трубопроводов и другие цели.

Пример.

В соответствии с предлагаемым изобретением представлен способ производства аммиака производительностью 1360 т/сутки из природного газа с паровым риформингом при давлении 3,6 МПа и с системой генерации перегретого пара высокого давления 10 МПа, температурой 482°C в количестве 310 т/ч. После первой ступени турбины компрессора синтез-газа пар среднего давления (4 МПа) распределяется следующим образом: 60 т/ч во вторую конденсационную ступень турбины компрессора синтез-газа, 125 т/ч на технологический процесс риформинга, 60 т/ч в конденсационную турбину компрессора воздуха, 15 т/ч в конденсационную ступень компрессора природного газа, 20 т/ч в турбины дымососов, работающих с противодавлением и 30 т/ч в турбину насоса питательной воды, работающей с противодавлением. Пар низкого давления (0,4-0,8 МПа) в количестве 50 т/ч после турбин, работающих с противодавлением, используется для: очистки газа от диоксида углерода 15 т/ч, разгонки процессного конденсата 11 т/ч, водоаммиачной холодильной установки 5 т/ч, деаэрации питательной воды 9 т/ч, обогрева аппаратов, трубопроводов и других целей 10 т/ч. При этом выполняется условие наиболее рационального уровня суммарного расхода пара среднего давления на турбины, работающие с противодавлением 0,4-0,8 МПа.

Для сравнения, в прототипе, имеющем суммарный расход пара среднего давления на турбины, работающие с противодавлением 0,4-0,8 МПа 75 т/ч, при тех же потребителях пара низкого давления общая потребность производства аммиака в паре высокого давления составляет 330 т/ч. Таким образом, реализация изобретения обеспечивает экономию пара высокого давления в количестве 20 т/ч или в эквивалентном пересчете 1700 м³/ч природного газа. Кроме того, сокращение выдачи пара низкого давления на сторону обеспечивает снижение расхода питательной воды.

Формула изобретения

1. Способ распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением, при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемый путем сероочистки углеводородных газов, парового каталитического риформинга в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси, очистки газа от диоксида углерода с потреблением пара низкого давления, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем и водоаммиачной холодильной установкой, потребляющей пар низкого давления, деаэрацией питательной воды, с потреблением пара низкого давления, генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающим поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующим перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающим пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и имеющей на выходе перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), часть которого используется для технологического процесса парового риформинга, другая часть пара среднего давления используется во второй ступени турбины компрессора синтез-газа и в турбинах других компрессоров, дымососов, насосов в конденсационных турбинах и в турбинах, работающих с противодавлением с отводом пара низкого давления (0,4-0,8 МПа), с выдачей части пара низкого давления на сторону, отличающийся тем, что суммарный расход пара среднего давления на паровые турбины, работающие с противодавлением Gпт, поддерживают на уровне, значение которого определяется уравнением

Gпт=Gор+Gд+Gва+Gоб,

где Gop - расход пара низкого давления на очистку газа от CO₂ и разгонку процессного конденсата;

Gд - расход пара низкого давления на деаэрацию питательной воды;

Gва - расход пара низкого давления на водоаммиачную холодильную установку;

Goб - расход пара низкого давления на обогрев аппаратов, трубопроводов и другие цели.

2. Способ распределения расхода пара на паровые турбины, работающие с противодавлением по п.1, отличающийся тем, что изменение суммарного расход пара среднего давления на паровые турбины, работающие с противодавлением осуществляют путем замены части турбин дымососов и насосов, работающих от турбин с противодавлением, на конденсационные турбины или электрические приводы.

РИСУНКИ

Рисунок 1