Извлечение аммиака из продувочного газа

Изобретение относится к контурам синтеза аммиака, содержащим газы, которые не вступают в реакцию и накапливались бы, если их не выдувать. С помощью настоящего изобретения аммиак в продувочном газе извлекают адсорбирующим агентом, работающим при полном давлении контура синтеза. Адсорбирующий агент выбирают таким способом, что аммиак может быть снова удален путем пропускания газа, содержащего водород и азот, через него при таком же повышенном давлении, как давление в контуре. Это позволяет проводить регенерацию адсорбирующего агента свежим синтез-газом, приходящим из компрессора синтез-газа непосредственно перед тем, как этот газ входит в контур синтеза. Таким образом, регенерация требует абсолютного минимума затраты энергии и оборудования. 4. з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к извлечению аммиака из газа, выдуваемого из контура синтеза на заводе по производству аммиака.

Более точно, изобретение направлено на адсорбцию аммиака в продувочном газе в уплотненном слое и возвращение адсорбированного аммиака в контур синтеза.

Уровень техники

Традиционное поглощение продувочного газа проводят в виде поглощения водой в противотоке с последующим извлечением дистилляцией. Этот способ является простым и надежным, но неэкономичным в отношении затрат, а также в отношении затраты энергии, так как для дистилляции необходим пар среднего давления, очищенную промывную воду нужно закачивать обратно в башню для поглощения, а часть потоков жидкости должны быть охлаждены охлаждающей водой.

Альтернативно, продувочный газ может быть пропущен сквозь молекулярные сита или другой пористый сыпучий материал, поглощающий аммиак. Исалки (Isalki) раскрывает способ поглощения аммиака из продувочного газа в патенте США номер 4266957. Этот способ включает регенерацию адсорбирующего агента при давлении, очень близком к атмосферному, путем вымывания адсорбированного аммиака водородом из очищенного продувочного газа.

В патенте США номер 4077780 Доши (Doshi) описан другой способ адсорбции аммиака и метана в продувочном газе из контура синтеза аммиака. Здесь включены четыре адсорбера, а регенерация адсорбирующего агента происходит при приблизительно атмосферном давлении в этом процессе адсорбции при колеблющемся давлении. Часть очищенного продувочного газа используют для регенерации, а отходящий газ из процесса регенерации направляют в коллектор отходов.

Краткое содержание изобретения

Изобретение относится к контурам синтеза аммиака, в которых некоторые из газов не вступают в реакцию и могли бы накапливаться, если их не выдувать. Однако эти потоки продувочного газа содержат некоторые количества ценного готового аммиака.

Поэтому этот аммиак извлекают, что чаще всего включает поглощение или адсорбцию аммиака из продувочного газа. Этот аммиак затем извлекают посредством дистилляции промывочной воды или промывкой из адсорбирующего агента при низком давлении. Упомянутые способы требуют затрат для систем дистилляции, систем циркуляции промывочной воды, включая насосы и теплообменники, клапаны для сброса давления и возвращения к контуру синтеза высокого давления, кроме стоимости энергии для насосов, компрессоров и пара для дистилляции.

Задача этого изобретения состоит в том, чтобы обеспечить улучшенный способ синтеза аммиака путем извлечения аммиака в продувочном газе с помощью адсорбирующего агента, работающего при полном давлении контура синтеза. Этот адсорбирующий агент выбирают таким образом, чтобы аммиак мог быть вновь удален путем пропускания через него газа, содержащего водород и азот, при таком же повышенном давлении, как давление в контуре. Это позволяет регенерацию адсорбирующего агента свежим синтез-газом, приходящим из компрессора синтез-газа перед тем, как этот газ входит в контур синтеза.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ удаления и последующего извлечения аммиака из потока продувочного газа, содержащего аммиак, водород, азот, аргон, гелий и метан, в контуре синтеза аммиака, предусматривающий стадии введения потока продувочного газа в первый адсорбер аммиака, содержащий селективный агент адсорбции аммиака, адсорбции аммиака в продувочном газе на агенте адсорбции аммиака при таком же давлении, как давление в контуре синтеза, удаления продувочного газа, не содержащего аммиак, из первого адсорбера аммиака, введения потока подпиточного газа, содержащего водород, азот и следы, по меньшей мере, одного из газов - аргона, гелия и метана, во второй адсорбер аммиака, содержащий селективный агент адсорбции аммиака, насыщенный аммиаком, удаления аммиака из агента адсорбции аммиака посредством подпиточного газа при таком же давлении, как давление в контуре синтеза, удаления содержащего аммиак отходящего газа из второго адсорбера аммиака и введения отходящего газа в контур синтеза аммиака в точке нормального добавления подпиточного газа, и введения после заданного периода времени продувочного газа во второй адсорбер аммиака и одновременного введения не содержащего аммиак подпиточного газа в первый адсорбер аммиака, как в вышеуказанных стадиях.

Это представляет собой способ дешевого эффективного получения аммиака из потока продувочного газа без высоких инвестиций и затрат на башни для дистилляции, циркуляционные насосы для промывочной воды, компрессоры, теплообменники, паровых и нескольких управляющих клапанов.

Краткое описание чертежа

Чертеж показывает схему контура синтеза аммиака, где аммиак в продувочном газе извлекают посредством способа по изобретению.

Подробное описание изобретения

Было обнаружено, что некоторые агенты адсорбции способны селективно адсорбировать аммиак в продувочном газе из контура синтеза аммиака и что аммиак вновь удаляют потоком не содержащего аммиак газа, содержащего водород и азот, при таком же повышенном давлении, как давление в контуре синтеза, и что этот поток не содержащего аммиак газа легко может быть потоком подпиточного газа в контур синтеза.

Для описания способа по изобретению делается ссылка на чертеж.

Чертеж изображает контур синтеза аммиака, где отходящий газ 1 из конвертора 2 аммиака охлаждают в нескольких теплообменниках, полученный аммиак конденсируют и отделяют от газовой фазы в сепараторе 3. Газовую фазу возвращают в конвертор.

Поток 4, подаваемый в контур синтеза, содержит водород, азот и малые количества метана и аргона. Водород и азот заменяют или восполняют водород и азот, используемые при превращении в аммиак. Подаваемый поток 4, таким образом, называют также потоком подпиточного газа.

Поскольку метан и аргон не участвуют в реакции, они накапливались бы в контуре, если их не выдувать из контура.

Эту продувку проводят выше по ходу последнего холодильного аппарата 5 и сепаратора 3 в контуре синтеза. После дальнейшего охлаждения и конденсации в холодильном аппарате 6 продувочного газа и разделения продувочного газа в сепараторе 7 продувочного газа, сконденсированный аммиак возвращают в контур, а газовую фазу 8 вводят в узел адсорбции аммиака.

Узел адсорбции включает и два сосуда, содержащие агент адсорбции аммиака. Продувочный газ направляют через один сосуд 10, где адсорбируют аммиак. Одновременно другой сосуд 11, содержащий насыщенный адсорбирующий агент, подвергают регенерации. Ее проводят пропусканием подпиточного газа 4 из компрессора 9 синтез-газа через адсорбер перед тем, как подпиточный газ вводят в контур синтеза аммиака выше по ходу холодильного аппарата 5 для аммиака, то есть последнего теплообменника перед сепаратором 3, но ниже по ходу экстракции 6 и 7 продувочного газа.

Таким образом, аммиак, содержащийся в продувочном газе, возвращают в контур синтеза и объединяют с готовым аммиаком, и это осуществляют без какого-либо сброса давления и повторного повышения давления до высокого давления в контуре, которое обычно составляет 140 бар. Падение давления в адсорбенте представляет собой единственную затрату энергии в способе по изобретению, поскольку загрузка холодильного аппарата будет оставаться той же самой вследствие испарения в порах.

Материалы, используемые в качестве адсорбирующего вещества для этого изобретения, представляют собой твердые цеолиты или материалы, образующие комплексные соединения с аммиаком, такие как Ni, Co, Си или Zn, которые могут быть в форме сульфидов, обычно на носителе, например, окиси алюминия.

На обычном заводе по производству аммиака, производительностью 2000 т/день из контура синтеза берут 22500 Nм³ /час продувочного газа при концентрации аммиака 4%.

Это соответствует 900 Nм³ /час аммиака. Полагая, что адсорбент имеет емкость по аммиаку 125 Nм³ аммиака/м³ адсорбента, адсорбер с 5 м³ адсорбента был бы способен содержать аммиак после 1/2-3/4 часа продувки. Вследствие конденсации в порах в адсорбенте температура газа на выходе будет слегка превышать температуру на входе, что является преимуществом для типичной установки последующего извлечения водорода.

Способ по изобретению может быть применен вместо обычных способов, требующих башню для поглощения аммиака в воде, башню для дистилляции аммиачной воды для извлечения аммиака, насос для циркуляции промывочной воды между этими двумя башнями, работающими при различных давлениях, и теплообменники, помимо различных клапанов. Традиционные способы также включают, помимо этих затрат, стоимость пара и охлаждающей воды в отличие от способа изобретения.

Пример

1,1710 грамма цеолита Y/SiO₂-Al₂O₃, содержащего 30 вес.% цеолита Y, измельчали и просеивали до фракции 0,3-0,8 мм и загружали в трубчатый реактор диаметром 9 мм. Цеолит высушивали в потоке 30 N л/час N₂ при 400°С и давлении 1 бар в течение 4 часов. После этого катализатор охлаждали до комнатной температуры.

Цеолит затем подвергали воздействию газовой смеси из 24,17% N₂, 72,20% Н₂ и 3,73% NH₃ при объемной скорости потока 30 Nл/час при давлении 100 бар и при комнатной температуре. Содержание аммиака в потоке газа на выходе измеряли непосредственно на месте с помощью инфракрасного анализатора. Цеолит насыщали аммиаком, когда выходная концентрация аммиака была равна входной концентрации. Количество адсорбированного аммиака определяли путем объединения следов аммиака на выходе. Было определено, что количество адсорбированного аммиака составило 0,69 г.

После того как цеолит был полностью насыщен аммиаком, этот насыщенный цеолит затем нагревали от комнатной температуры до 140°С со скоростью нагревания 3°С/мин при давлении 100 бар в потоке 30 N л/час смеси водорода с азотом, имеющей мольное отношение Н₂:N₂, составляющее 3:1. Как и при изучении адсорбции, содержание аммиака в потоке выходящего газа регистрировали непосредственно на месте с помощью инфракрасного анализатора. Десорбция заканчивалась, когда не имелось больше измеримого количества аммиака в потоке на выходе. Количество десорбированного аммиака определяли путем объединения следов аммиака на выходе. Было определено, что количество десорбированного аммиака составляло 0,73 г.

Повторяемость эксперимента проверяли путем проведения дополнительных циклов адсорбции/десорбции точно так, как описано выше. Таким образом, во втором цикле было адсорбировано 0,71 г аммиака и десорбировано 0,73 г аммиака, а в третьем цикле было адсорбировано 0,70 г аммиака и десорбировано 0,70 г аммиака.

1. Способ удаления и последующего извлечения аммиака из потока продувочного газа, содержащего аммиак, водород, азот, аргон, гелий и метан, из контура синтеза аммиака, предусматривающий стадии (а) введения потока продувочного газа в первый адсорбер аммиака, содержащий селективный агент адсорбции аммиака, (б) адсорбции аммиака в продувочном газе на агенте адсорбции аммиака при таком же давлении, как давление в контуре синтеза, (в) удаления не содержащего аммиака продувочного газа из первого адсорбера аммиака, (г) введения потока подпиточного газа, содержащего водород, азот и следы, по меньшей мере, одного из газов - аргона, гелия и метана, во второй адсорбер аммиака, содержащий селективный агент адсорбции аммиака, насыщенный аммиаком, (д) удаления аммиака из агента адсорбции аммиака, насыщенного аммиаком, посредством подпиточного газа при таком же давлении, как давление в контуре синтеза, (е) удаления отходящего газа, содержащего аммиак, из второго адсорбера аммиака и введения отходящего газа в контур синтеза аммиака в точке добавления подпиточного газа, и (ж) введения после заданного периода времени продувочного газа во второй адсорбер аммиака, как в стадиях (а)-(в), и одновременного введения не содержащего аммиака подпиточного газа в первый адсорбер аммиака, как в стадиях (г)-(е).

2. Способ по п.1, в котором содержание аммиака в продувочном газе не превышает 10% по объему.

3. Способ по п.1, в котором содержание аммиака в продувочном газе составляет 2-6 об.%.

4. Способ по п.1, в котором давление в контуре синтеза аммиака составляет 5-25 МПа.

5. Способ по п.1, в котором давление в контуре синтеза аммиака составляет 8-18 МПа.