Установка риформинга, способ риформинга, установка для получения химических продуктов, снабженная установкой риформинга, и способ получения химических продуктов
Изобретение относится к области нефтегазохимии. Природный газ 21 подают в компрессор 11. Сжатый природный газ 21 последовательно нагревают в четвертом 20 и первом 12 теплообменниках. В первом теплообменнике 12 в качестве источника тепла используют дымовые газы 22. Нагретый природный газ 21 подают в устройство десульфуризации 13. В аппарате 14 проводят риформинг природного газа, очищенного от серосодержащих соединений, и получают H2 и CO или H2 и CO2. Газ, подвергнутый риформингу, используют для синтезирования аммиака, мочевины и метанола. Во втором теплообменнике 16 нагревают воздух 26, используемый для нагрева в аппарате риформинга 14. Нагрев воды 75 осуществляют посредством дымовых газов 22 в третьем теплообменнике 19. Изобретение позволяет улучшить термическую эффективность при проведении риформинга природного газа, исключить возникновение коррозии, улучшить эффективность получения аммиака, мочевины и метанола. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил., 6 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установке риформинга, которая производит риформинг природного газа при использовании природного газа в качестве топлива для аппарата риформинга для проведения риформинга природного газа и тому подобного, и установке получения химических продуктов, снабженной ей.
Уровень техники
В случае получения метанола и аммиака используют подвергнутый риформингу газ, полученный в результате риформинга природного газа и тому подобного в аппарате риформинга (например, смотрите источники патентной литературы 1 и 2). В случае проведения риформинга природного газа или тому подобного в аппарате риформинга с превращением природного газа в газ, подвергнутый риформингу, перед подачей природного газа в аппарат риформинга часть природного газа извлекают и используют в качестве топлива для аппарата риформинга и природный газ, подаваемый в аппарат риформинга, подвергают риформингу.
Перечень цитирования
Патентная литература
Источник патентной литературы 1: японская выложенная патентная публикация №6-234517
Источник патентной литературы 2: японская выложенная патентная публикация №2000-63115 (японский патент №4168210)
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Как и в источниках патентной литературы 1 и 2, в способе получения метанола и аммиака, который обычно использовали, в общем случае природный газ сначала компримируют до давления риформинга. Кроме того, часть природного газа, который не был подвергнут десульфуризации, извлекают перед компримированием природного газа и используют в качестве топлива для аппарата риформинга. После этого для повышения эффективности получения метанола и аммиака в целях повышения величины утилизации тепла от дымовых газов аппарата риформинга и улучшения термической эффективности при проведении риформинга природного газа имеется потребность в дополнительном усовершенствовании установки риформинга.
Настоящее изобретение было создано в свете описанных выше проблем, и одна его цель заключается в предложении установки риформинга и способа риформинга, способных улучшить термического эффективность при проведении риформинга природного газа, установки для получения химических продуктов, снабженной указанной установкой риформинга, и способа для получения химических продуктов.
Решение проблемы
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения в целях разрешения вышеупомянутых проблем предлагается установка риформинга, содержащая: первое компрессорное устройство, которое компримирует газообразное сырье, содержащее углеводород и серу; первое теплообменное устройство, которое нагревает компримированное газообразное сырье; устройство десульфуризации, которое удаляет компоненты серы, содержащиеся в нагретом газообразном сырье; устройство риформинга, которое производит риформинг углеводорода в газообразном сырье с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2, для получения подвергнутого риформингу газа, содержащего любой один или оба варианта, выбираемые из H2 и СО или H2 и CO2; линию ответвления газообразного сырья, которая отводит часть компримированного газообразного сырья из любого одного или обоих положений, выбираемых из расположенного выше по ходу потока и расположенного ниже по ходу потока от устройства десульфуризации по отношению к направлению течения газообразного сырья, и подает указанную часть компримированного газообразного сырья в качестве сжигаемого топлива, использующегося для нагревания в устройстве риформинга; линию выпуска дымовых газов, которая выпускает дымовые газы, которые образуются в результате сжигания в устройстве риформинга, из устройства риформинга; и второе теплообменное устройство, которое производит теплообмен между воздухом сжигания, использующимся для нагревания в устройстве риформинга, и дымовыми газами, которые подвергнуты теплообмену в первом теплообменном устройстве, при этом указанное первое теплообменное устройство предусмотрено на указанной линии выпуска дымовых газов, при этом дымовые газы используются в качестве нагревающей среды для компримированного газообразного сырья, а указанное второе теплообменное устройство предусмотрено в положении, расположенном ниже по ходу потока от первого теплообменного устройства на линии выпуска дымовых газов и использует в качестве нагревающей среды для воздуха сжигания остаточное тепло, которое получено при теплообмене в первом теплообменном устройстве.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается установка риформинга в соответствии с первым аспектом, в которой устройство риформинга содержит первое устройство риформинга, которое подает пары в газообразное сырье для проведения первичного риформинга углеводорода в газообразном сырье с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2, и второе устройство риформинга, которое производит вторичный риформинг углеводорода в газообразном сырье, осуществляемый после первичного риформинга в первом устройстве риформинга, с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2, для получения газа, подвергнутого риформингу, при использовании воздуха сжигания и компримированного газообразного сырья, подаваемого из линии ответвления газообразного сырья.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается установка риформинга в соответствии с первым или вторым аспектом, в которой между первым теплообменным устройством и вторым теплообменным устройством предусмотрен третий теплообменник, выполненный с возможностью теплообмена между питающей водой, подаваемой в устройство образования водяного пара, и дымовыми газами.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предлагается установка риформинга в соответствии с третьим аспектом, дополнительно содержащая: четвертый теплообменник, который предусмотрен на линии ответвления газообразного сырья для теплообмена между компримированным газообразным сырьем перед его введением в первый теплообменник и частью ответвленного газообразного сырья.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения предлагается установка риформинга в соответствии с любым одним аспектом от первого до четвертого, содержащая любое одно или оба из: устройства денитрификации, которое предусмотрено на линии выпуска дымовых газов между устройством риформинга и теплообменным устройством, для удаления NOx, содержащихся в дымовых газах, которые образуются в указанном устройстве риформинга; и устройства извлечения CO2, которое предусмотрено в положении, расположенном ниже по ходу потока от теплообменного устройства по отношению к направлению течения дымовых газов в линии выпуска дымовых газов, для удаления CO2, содержащегося в дымовых газах.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения предлагается установка для получения химических продуктов, содержащая: установку риформинга в соответствии с любым одним аспектом от первого до пятого; и устройство получения химических продуктов, которое производит химические продукты при использовании газа, подвергнутого риформингу.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения предлагается установка получения химических продуктов в соответствии с шестым аспектом, в которой устройство получения химических продуктов представляет собой устройство синтеза аммиака, которое синтезирует аммиак при использовании газа, подвергнутого риформингу.
В соответствии с восьмым аспектом настоящего изобретения предлагается установка получения химических продуктов в соответствии с седьмым аспектом, в которой устройство получения химических продуктов представляет собой устройство синтеза мочевины, которое синтезирует мочевину при использовании полученного аммиака.
В соответствии с девятым аспектом настоящего изобретения предлагается установка получения химических продуктов в соответствии с шестым аспектом, в которой устройство получения химических продуктов представляет собой устройство синтеза метанола, которое синтезирует метанол при использовании газа, подвергнутого риформингу.
В соответствии с десятым аспектом настоящего изобретения предлагается способ риформинга, включающий: первую стадию теплообмена для нагревания газообразного сырья, содержащего компримированный углеводород и серу; стадию десульфуризации для удаления компонентов серы, содержащихся в нагретом газообразном сырье; стадию риформинга для проведения риформинга углеводорода в газообразном сырье с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2, для получения подвергнутого риформингу газа, содержащего любой один или оба варианта, выбираемые из H2 и СО или H2 и CO2; и вторую стадию теплообмена для теплообмена между воздухом сжигания, использованным для нагревания на стадии риформинга, и дымовыми газами, которые подвергнуты теплообмену на первой стадии теплообмена, причем компримированное газообразное сырье отводят из любого одного или обоих положений, выбираемых из расположенного выше по ходу потока и расположенного ниже по ходу потока от стадии десульфуризации по отношению к направлению течения газообразного сырья, и подают в качестве сжигаемого топлива, использующегося для нагревания на стадии риформинга, при этом дымовые газы, образованные в результате сжигания на стадии риформинга, выпускают со стадии риформинга, указанные дымовые газы подвергают первому теплообмену, используя их в качестве нагревающей среды для компримированного газообразного сырья, а дымовые газы с остаточным теплом после теплообмена с компримированным газообразным сырьем подвергают второму теплообмену в качестве нагревающей среды для воздуха сжигания.
В соответствии с одиннадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ риформинга в соответствии с десятым аспектом, в котором между первой стадией теплообмена и второй стадией теплообмена предусматривают третью стадию теплообмена для теплообмена между питающей водой, подаваемой в устройство образования водяного пара, и дымовыми газами.
В соответствии с двенадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ риформинга в соответствии с одиннадцатым аспектом, дополнительно включающий: четвертую стадию теплообмена, которую предусматривают на линии ответвления газообразного сырья для проведения теплообмена между компримированным газообразным сырьем, вводимым на первую стадию теплообмена, и частью ответвленного газообразного сырья.
В соответствии с тринадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения химических продуктов, включающий: стадию риформинга в соответствии с любым одним аспектом от десятого до одиннадцатого; и стадию получения химических продуктов для образования химических продуктов при использовании газа, подвергнутого риформингу.
В соответствии с четырнадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения химических продуктов в соответствии с тринадцатым аспектом, в котором стадия получения химических продуктов представляет собой стадию синтезирования аммиака для синтезирования аммиака при использовании газа, подвергнутого риформингу.
В соответствии с пятнадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения химических продуктов в соответствии с четырнадцатым аспектом, в котором стадия получения химических продуктов представляет собой стадию синтезирования мочевины для синтезирования мочевины при использовании полученного аммиака.
В соответствии с шестнадцатым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения химических продуктов в соответствии с тринадцатым аспектом, в котором стадия получения химических продуктов представляет собой стадию синтезирования метанола для синтезирования метанола при использовании газа, подвергнутого риформингу.
Выгодные эффекты от изобретения
В соответствии с настоящим изобретением вследствие наличия возможности повышения величины утилизации тепла от нагревающей среды к природному газу при нагревании природного газа может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой принципиальную схему установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2 представляет собой принципиальную схему установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 3 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 4 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 5 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 6 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 7 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 8 представляет собой принципиальную схему еще одной установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 9 представляет собой схему, иллюстрирующую один пример конфигурации системы установки риформинга, проиллюстрированной на фигуре 1.
Фигура 10 представляет собой схему, иллюстрирующую один пример конфигурации системы установки риформинга, проиллюстрированной на фигуре 3.
Фигура 11 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженную установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 12 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 13 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 14 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 15 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 16 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 17 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 18 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 19 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной другой установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение будет подробно описываться ниже при одновременном обращении к чертежам. Настоящее изобретение не предназначено для ограничения описанными ниже способами осуществления изобретения (ниже в настоящем документе называемыми вариантами осуществления). В дополнение к этому, составляющие элементы в описанных ниже вариантах осуществления включают элементы, которые легко могут себе представить специалисты в соответствующей области техники, по существу идентичные элементы и элементы из так называемого эквивалентного диапазона. Кроме того, составляющие элементы, раскрытые в описанных ниже вариантах осуществления, могут быть подходящим образом объединены один с другим.
[Первый вариант осуществления]
<Установка риформинга>
Установка риформинга, соответствующая первому варианту осуществления настоящего изобретения, будет описываться при обращении к чертежам. Фигура 1 представляет собой принципиальную схему установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как это проиллюстрировано на фигуре 1, установка 10 риформинга содержит компрессор (компрессорное устройство) 11, первый теплообменник (теплообменное устройство) 12, устройство 13 десульфуризации (установку десульфуризации), аппарат 14 риформинга (устройство риформинга), устройство 15 денитрификации (установку денитрификации), второй теплообменник 16, охлаждающее устройство 17, устройство 18 извлечения CO2 (установку извлечения CO2), линию L11 ответвления газообразного сырья и линию L12 выпуска дымовых газов.
В настоящем варианте осуществления, несмотря на использование природного газа 21 в качестве газообразного сырья, содержащего углеводород и серу, газообразное сырье этим не ограничивается, и может быть использовано любое газообразное сырье, содержащее углеводород, и, например, для использования подходят сжиженный нефтяной газ (СНГ), синтетический газ, такой как бутан, или нафта, полученный из другого углеводорода, газоконденсатная жидкость, полученная в результате добычи сырой нефти и природного газа, гидрат метана и тому подобное.
Компрессор 11 предназначен для компримирования природного газа 21, и он увеличивает давление природного газа 21 до предварительно определенного значения. Природный газ 21 подают в компрессор 11 через линию L13-1 подачи газообразного сырья. После увеличения давления природного газа 21 до предварительно определенного значения в компрессоре 11 он приобретает высокую температуру, и природный газ 21 подают в первый теплообменник 12 через линию L13-2 подачи газообразного сырья.
Первый теплообменник 12 предназначен для нагревания компримированного природного газа 21. Первый теплообменник 12 предусмотрен на линии L12 выпуска дымовых газов. В качестве первого теплообменника 12, например, используют теплообменник конвекционного змеевикового типа. Первый теплообменник 12 производит циркуляцию дымовых газов 22 внутри кожуха в результате задания стороны кожуха в качестве вторичной стороны и задания трубной стороны (стороны теплообменной трубы) первого теплообменника 12 в качестве первичной стороны. Кроме того, первый теплообменник 12 производит циркуляцию дымовых газов 22, выпускаемых из аппарата 14 риформинга, в качестве нагревающей среды внутри кожуха, как это описывается ниже. Первый теплообменник 12 использует дымовые газы 22, подаваемые на наружную окружность теплообменной трубы в качестве источника тепла, и производит циркуляцию природного газа 21 внутри теплообменной трубы для нагревания природного газа 21.
Кроме этого, первый теплообменник 12 не ограничивается обычным теплообменником конвекционного змеевикового типа, и может быть использован любой теплообменник, который способен производить непрямой теплообмен между природным газом 21 и дымовыми газами 22.
После нагревания природного газа 21 в результате проведения теплообмена с дымовыми газами 22 в первом теплообменнике 12 природный газ 21 подают в устройство 13 десульфуризации через линию L13-3 подачи газообразного сырья.
Устройство 13 десульфуризации предназначено для удаления компонентов серы (компонентов S), таких как сероводород (H2S), содержащийся в нагретом природном газе 21, и сераорганические соединения. В качестве устройства 13 десульфуризации используют обычное известное устройство, и может быть использовано устройство либо мокрого типа, либо сухого типа. В случае устройства 13 десульфуризации в виде абсорбера, который удаляет компоненты S в природном газе 21 мокрым способом, в устройстве 13 десульфуризации в качестве щелочного абсорбента используют, например, известковое молоко (водный раствор, полученный в результате растворения порошкообразного известняка в воде) и внутреннюю температуру абсорбера регулируют, доводя до величины в диапазоне приблизительно от 30°С до 80°С. Известковое молоко подают в низ абсорбера устройства 13 десульфуризации. Известковое молоко, поданное в низ абсорбера устройства 13 десульфуризации, направляют во множество сопел в устройстве 13 десульфуризации через линию питания абсорбентом или тому подобное и эжектируют из сопла, например в направлении верхней стороны абсорбера. Когда природный газ 21, поднимающийся от нижней стороны абсорбера устройства 13 десульфуризации, приходит в газо-жидкостной контакт с известковым молоком, эжектируемым из сопла, компоненты S в природном газе 21 абсорбируется известковым молоком, отделяются и удаляются из природного газа 21. Внутри устройства 13 десульфуризации компоненты S в природном газе 21 приходят в реакцию с известковым молоком, описывающуюся следующей далее формулой (1). Кроме того, известковое молоко, которое абсорбировало компоненты S в природном газе 21, окисляется воздухом (не проиллюстрированным), подаваемым вниз абсорбера устройства 13 десульфуризации, что приводит к прохождению реакции с воздухом, описывающейся следующей далее формулой (2). Таким образом компоненты S в природном газе 21 захватывается в устройстве 13 десульфуризации в форме гипса CaSO4⋅2H2O.
Природный газ 21, очищенный при использовании известкового молока, выпускают с верхней стороны абсорбера устройства 13 десульфуризации. После этого природный газ 21 подают в аппарат 14 риформинга через линию L13-4 подачи газообразного сырья. Линия L13-4 подачи газообразного сырья соединена с линией L14 подачи паров. Пары 24 подают на линию L13-4 подачи газообразного сырья через линию L14 подачи паров и перемешивают с природным газом 21. После перемешивания природного газа 21 с парами 24 из линии L14 подачи паров смесь подают в аппарат 14 риформинга.
Аппарат 14 риформинга предназначен для проведения риформинга углеводорода в природном газе 21 с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2, и получения подвергнутого риформингу газа 23, содержащего любой один или оба варианта, выбираемые из H2 и СО или H2 и CO2. Аппарат 14 риформинга содержит основной корпус 14а, трубу 14b катализаторной реакции и горелку 14с. Труба 14b катализаторной реакции предусмотрена внутри основного корпуса 14а, а внутри трубы 14b катализаторной реакции предусмотрен слой катализатора риформинга, содержащий катализатор риформинга. Внутри основного корпуса 14а предусмотрена горелка 14с, которая нагревает трубу 14b катализаторной реакции в результате сжигания воздуха 26 сжигания с образованием дымовых газов 22. Горелка 14с соединена с линией L15 подачи воздуха. Воздух 26 сжигания подают в горелку 14с через линию L15 подачи воздуха. Как это будет описываться ниже, после нагревания воздуха 26 сжигания в результате проведения теплообмена с дымовыми газами 22 во втором теплообменнике 16, воздух 26 сжигания подают в аппарат 14 риформинга. Трубу 14b катализаторной реакции нагревают при использовании дымовых газов 22, природный газ 21 вступает в контакт с катализатором риформинга при прохождении через слой катализатора риформинга в трубе 14b катализаторной реакции, и, таким образом, как в следующих далее формулах (3) и (4), углеводород в природном газе 21 подвергается риформингу с образованием H2 и СО или H2 и CO2. Таким образом, получают подвергнутый риформингу газ 23, содержащий любой один или оба варианта, выбираемые из H2 и СО или H2 и CO2. Температура подвергнутого риформингу газа 23 находится в диапазоне, например, от 400°С до 1000°С.
Линия L11 ответвления газообразного сырья соединяет расположенную ниже по ходу потока сторону устройства 13 десульфуризации с линией L15 подачи воздуха. Линия L11 ответвления газообразного сырья отводит часть природного газа 21, компримированного при использовании компрессора 11, со стороны, расположенной ниже по ходу потока от устройства 13 десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа 21, в качестве ответвленного газа 21а и перемешивает ответвленный газ 21а с дымовыми газами 22, проходящими через линию L15 подачи воздуха. Что касается ответвленного газа 21а, то вследствие удаления компонентов S, содержащихся в природном газе 21, при использовании устройства 13 десульфуризации на линию L15 подачи воздуха подают природный газ 21, не содержащий компонентов S.
Подвергнутый риформингу газ 23, полученный в аппарате 14 риформинга, используют в качестве газообразного сырья для синтезирования водорода, жидкого углеводорода, метанола, аммиака или тому подобного. Кроме того, дымовые газы 22, выпущенные из аппарата 14 риформинга, подают в устройство 15 денитрификации через линию L12 выпуска дымовых газов.
Линия L12 выпуска дымовых газов представляет собой линию для выпуска дымовых газов 22, которые образуются в результате сжигания топлива, содержащего природный газ 21, отведенный на линию L11 ответвления газообразного сырья в качестве топлива, при использовании воздуха 26 сжигания в аппарате 14 риформинга. В середине линии L12 выпуска дымовых газов предусмотрено устройство 15 денитрификации и инжектор 28 восстановителя, находящийся на стороне, расположенной выше по ходу потока от установки 15 денитрификации. На пути, по которому дымовые газы, 22, проходящие через линию L12 выпуска дымовых газов, подают в устройство 15 денитрификации, в дымовые газы 22 из инжектора 28 восстановителя подают восстановитель 29. В качестве восстановителя 29 используют, например, аммиак (NH3), мочевину (NH2(CO)NH2), хлорид аммония (NH4Cl) и тому подобное. Восстановитель 29 подают на линию L12 выпуска дымовых газов в виде раствора или газа, содержащих восстановитель 29. В случае подачи на линию L12 выпуска дымовых газов раствора, содержащего восстановитель 29, капли раствора, содержащего восстановитель 29, будут превращаться в пар в результате испарения под действием высокой окружающей температуры дымовых газов 22.
Дымовые газы 22 подают в устройство 15 денитрификации через линию L12 выпуска дымовых газов в состоянии содержания восстановителя 29.
Устройство 15 денитрификации предусмотрено на линии L12 выпуска дымовых газов между аппаратом 14 риформинга и первым теплообменником 12 для удаления оксидов азота (NOx), содержащихся в дымовых газах 22, образованных в аппарате 14 риформинга. В качестве устройства 15 денитрификации используют обычное известное установка, и, например, в качестве устройства 15 денитрификации используют устройство, снабженное слоем катализатора денитрификации, который заполнен катализатором денитрификации для удаления NOx в дымовых газах 22. Когда дымовые газы 22, подаваемые в устройство 15 денитрификации, приходят в контакт с катализатором денитрификации, заполняющим слой катализатора денитрификации, на катализаторе денитрификации будет протекать реакция восстановления между NOx в дымовых газах 22 и восстановителем 29, как и в следующей далее формуле (5), и NOx будут восстанавливаться, и NOx будут разлагаться и удаляться с образованием газообразного азота (N2) и воды (H2O).
После удаления NOx в дымовых газах 22 при использовании устройства 15 денитрификации дымовые газы 22 подают в первый теплообменник 12. Кроме того, в первом теплообменнике 12, как это описывалось выше, дымовые газы 22 подвергают теплообмену с природным газом 21 для нагревания природного газа 21. После этого дымовые газы 22 направляют из первого теплообменника 12 во второй теплообменник 16 через линию L12 выпуска дымовых газов.
Второй теплообменник 16 предназначен для нагревания воздуха 26 сжигания. Подобно первому теплообменнику 12 второй теплообменник 16 предусмотрен на линии L12 выпуска дымовых газов. В качестве второго теплообменника 16 подобно первому теплообменнику 12 используют теплообменник конвекционного змеевикового. типа. Второй теплообменник 16 производит циркуляцию дымовых газов 22 внутри кожуха в результате задания стороны кожуха в качестве вторичной стороны и производит циркуляцию воздуха 26 сжигания внутри теплообменной трубы в результате задания трубной стороны (стороны теплообменной трубы) в качестве первичной стороны. Второй теплообменник 16 использует дымовые газы 22, подаваемые на наружную поверхность теплообменной трубы в качестве источника тепла, и производит циркуляцию воздуха 26 сжигания внутри теплообменной трубы для нагревания воздуха 26 сжигания.
После проведения теплообмена между дымовыми газами 22 и воздухом 26 сжигания во втором теплообменнике 16 дымовые газы 22 подают в охлаждающее установка 17. Кроме того, после нагревания воздуха 26 сжигания в результате проведения теплообмена с дымовыми газами 22 во втором теплообменнике 16 воздух 26 сжигания подают в аппарат 14 риформинга.
Охлаждающее устройство 17 предназначено для охлаждения дымовых газов 22. Охлаждающее устройство 17 представляет собой охлаждающую башню, в которой охлаждающая вода 30 циркулирует через внутреннее пространство и внешнее пространство. В охлаждающем устройстве 17 охлаждающую воду 30 подают с верхней стороны башни, и дымовые газы 22, подаваемые в башню, охлаждают в результате введения в газо-жидкостной контакт с охлаждающей водой 30. После вхождения охлаждающей воды 30 в газо-жидкостной контакт с дымовыми газами 22 охлаждающую воду 30 собирают в низу башни, отводят во внешнее пространство и охлаждают при использовании холодильника. После этого охлаждающую воду 30 снова подают в охлаждающую башню и вводят в газо-жидкостной контакт с дымовыми газами 22. Не ограничиваясь установкам, которое охлаждает дымовые газы 22 в результате введения дымовых газов 22 в прямой контакт с охлаждающей водой 30, охлаждающее установка 17 может быть установкам, которое охлаждает дымовые газы 22 в результате непрямого теплообмена с охлаждающей водой 30.
После охлаждения дымовых газов 22 при использовании охлаждающего установки 17 дымовые газы 22 подают в устройство 18 извлечения CO2.
Устройство 18 извлечения CO2 предназначено для удаления CO2, содержащегося в дымовых газах 22. Устройство 18 извлечения CO2 предусмотрено на стороне, расположенной ниже по ходу потока от второго теплообменника 16 по отношению к направлению течения дымовых газов 22 в линии L12 выпуска дымовых газов. В качестве устройства 18 извлечения CO2 может быть использовано обычное известное устройство. В качестве устройства 18 извлечения CO2, например, может быть использовано устройство, - снабженное абсорбером CO2, который абсорбирует CO2 из дымовых газов 22 в абсорбенте CO2 в результате газо-жидкостного контакта между абсорбентом CO2 на аминовой основе и дымовыми газами 22 в абсорбере, и регенератором, который регенерирует абсорбент CO2 в результате диффундирования CO2, абсорбированного в абсорбенте CO2, в регенераторе. В результате введения дымовых газов 22 в газо-жидкостной контакт с абсорбентом CO2 в абсорбере CO2, CO2 в дымовых газах 22 абсорбируют при использовании абсорбента CO2 и CO2 в дымовых газах 22 удаляют. После удаления CO2, содержащегося в дымовых газах 22, при использовании устройства 18 извлечения CO2 дымовые газы 22 высвобождают в атмосферу в виде очищенного газа.
Кроме того, линия L11 ответвления газообразного сырья соединяет расположенную ниже по ходу потока сторону устройства 13 десульфуризации с линией L15 подачи воздуха и перемешивает природный газ 21, компримированный при использовании компрессора 11, с дымовыми газами 22, проходящими через линию L15 подачи воздуха, в результате отведения природного газа 21 с расположенной ниже по ходу потока стороны устройства 13 десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа 21. Вследствие удаления компонентов S, содержащихся в природном газе 21, при использовании устройства 13 десульфуризации природный газ 21, не содержащий компонентов S, может быть подан на линию L15 подачи воздуха. В результате в дымовых газах 22, выпускаемых из аппарата 14 риформинга, не содержатся компоненты S. В результате, поскольку содержание компонентов S в дымовых газах 22 является очень маленькой величиной, уменьшается сама температура кислотной точки росы. Поэтому вследствие наличия возможности дополнительного уменьшения температуры дымовых газов и увеличения величины утилизации тепла от дымовых газов может быть уменьшено количество топлива для аппарата 14 риформинга.
Например, может быть уменьшено количество природного газа 21, который используют в качестве топлива в аппарате 14 риформинга, например, до величины в диапазоне от приблизительно 0,7% до 8,5%.
То есть, в способах получения метанола и аммиака, которые обычно использовали, как в источниках патентной литературы 1 и 2, во многих вариантах в общем случае часть природного газа, которую не подвергали десульфуризации, отделяют в качестве топлива для аппарата риформинга. Поэтому в случае увеличения величины утилизации тепла от дымовых газов и падения температуры дымовых газов будет иметься возможность прохождения сернокислотной коррозии вследствие содержания компонента S, такого как серный ангидрид, содержащегося в дымовых газах при прохождении через трубопровод, через который проходят дымовые газы. Сернокислотная коррозия относится к явлению, при котором температура дымовых газов становится равной температуре точки росы и менее того для кислоты компонента S, такого как серный ангидрид, содержащегося в дымовых газах, при этом компонент S, содержащийся в дымовых газах, объединяется с водой, превращается в серную кислоту (H2SO4) и конденсируется, что, тем самым, коррозирует металл. Поэтому в качестве материала трубопровода, через который проходят дымовые газы, необходимо использовать кислотостойкую сталь, характеризующуюся высокой коррозионной стойкостью в отношении кислот, таких как серная кислота. В противоположность этому, в настоящем варианте осуществления вследствие того, что дымовые газы 22, выпускаемые из аппарата 14 риформинга, не содержат компонентов S, даже в случае прохождения теплообмена между дымовыми газами 22 и воздухом 26 сжигания во втором теплообменнике 16 и падения температуры дымовых газов 22, может быть предотвращено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов на расположенной ниже по ходу потока в направлении течения газа для дымовых газов 22 стороне от второго теплообменника 16 на линии L12 выпуска дымовых газов. Поэтому в качестве материала линии L12 выпуска дымовых газов могут быть использованы другие материалы, не ограничиваясь кислотостойкой сталью, и область применения может быть расширена.
Кроме того, в способах получения метанола и аммиака, которые обычно использовали, как в источниках патентной литературы 1 и 2, при рассмотрении возможности возникновения сернокислотной коррозии при прохождении трубопровода, через который проходят дымовые газы, невозможно в достаточной степени провести утилизацию тепла, которое удерживают дымовые газы, в теплообменнике, который производит теплообмен между дымовыми газами и природным газом. Таким образом, существует возможность увеличения эксплуатационных расходов для оборудования установки для получения метанола и аммиака и увеличения расходов на получение продукта. В противоположность этому, в настоящем варианте осуществления вследствие наличия возможности подавления возникновения коррозии на линии L12 выпуска дымовых газов даже в случае падения температуры дымовых газов 22 во втором теплообменнике 16 существует возможность дополнительного охлаждения дымовых газов 22. Поэтому имеется возможность дополнительной утилизации тепла, которое удерживают дымовые газы 22, во втором теплообменнике 16 при использовании воздуха 26 сжигания, и может быть улучшена термическая эффективность установки 10 риформинга.
В данном случае, несмотря на достижение при теплообмене во втором теплообменнике 16, например, 175°C с учетом кислотной точки росы может быть произведено уменьшение до значения нижнего предела в 120°С. В дополнение к этому, 120°С в виде значения нижнего предела представляют собой температуру дымовых газов, которую определяют с учетом точки росы воды.
Кроме того, в случае установки на линии L12 выпуска дымовых газов устройства 15 денитрификации или тому подобного в газоход дымовых газов будут подавать восстановитель 29, такой как аммиак. Однако, в способах получения метанола и аммиака, которые обычно использовали, как в источниках патентной литературы 1 и 2, существует возможность вступления непрореагировавшего аммиака (также называемого проскочившим аммиаком) в реакцию с компонентом S с выпадением в осадок сульфата аммония, гидросульфата аммония или тому подобного. Сульфат аммония может выпадать в осадок в теплообменной трубе или змеевике в теплообменнике, который производит теплообмен между дымовыми газами и природным газом, и может блокировать внутреннее пространство трубопровода, через который проходят дымовые газы, что, тем самым, увеличивает потери давления. Гидросульфат аммония может вызывать коррозию в теплообменнике, который производит теплообмен между дымовыми газами и природным газом, и для материала, который образует трубопровод, через который проходят дымовые газы. В противоположность этому, в настоящем варианте осуществления, поскольку в дымовых газах 22, выпускаемых из аппарата 14 риформинга, отсутствуют компоненты S, даже в случае подачи восстановителя 29, такого как аммиак, на линию L12 выпуска дымовых газов на расположенной выше по ходу потока стороне от устройства 15 денитрификации, может быть подавлено образование сульфата аммония, гидросульфата аммония или тому подобного в результате прохождения реакции восстановителем 29, таким как непрореагировавший аммиак, с компонентом S. Таким образом, могут быть подавлены увеличение потерь давления на линии L12 выпуска дымовых газов и коррозия при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов вследствие осаждения сульфата аммония, гидросульфата аммония или тому подобного на линии L12 выпуска дымовых газов.
Кроме того, в целях удовлетворения требований природоохранного законодательства или тому подобного, несмотря на предусматривание устройства 18 извлечения CO2 для удаления CO2, содержащегося в дымовых газах 22, в способах получения метанола и аммиака, которые обычно использовали, как в источниках патентной литературы 1 и 2, необходимо предусмотреть устройство десульфуризации на расположенной выше по ходу потока стороне от устройства извлечения CO2 в направлении течения газа для дымовых газов, и концентрацию серы в дымовых газах на впускном отверстии устройства извлечения CO2 требуется задавать на уровне предварительно определенного значения (например, 1 ч./млн.) или ниже. Кроме того, количество устанавливаемых устройств увеличивается в той же мере, что и устройство десульфуризации, при этом местоположение для размещения каждого устройства ограничено, и затраты на монтаж увеличиваются. В противоположность этому, в настоящем варианте осуществления, поскольку в дымовых газах 22, выпускаемых из аппарата 14 риформинга, отсутствуют компоненты S, имеется возможность извлечения CO2 в дымовых газах 22 без установки устройства десульфуризации на расположенной выше по ходу потока стороне от устройства 18 извлечения CO2 в направлении течения газа для дымовых газов 22. Поэтому может быть уменьшена стоимость оборудования, требуемая для извлечения CO2 в дымовых газах 22.
В дополнение к этому, в настоящем варианте осуществления установка 10 риформинга выполнена таким образом, что первый теплообменник 12 и второй теплообменник 16 предусмотрены на линии L12 выпуска дымовых газов, но оно этим не ограничивается, и установка 10 риформинга может быть снабжена множеством теплообменников для проведения теплообмена при использовании дымовых газов 22.
Фигура 2 представляет собой схему, иллюстрирующую один пример другой конфигурации установки 10 риформинга. Как это проиллюстрировано на фигуре 2, линия L12 выпуска дымовых газов содержит третий теплообменник 19 (теплообменное устройство), который расположен между первым теплообменником 12 и вторым теплообменником 16.
Третий теплообменник 19 представляет собой теплообменник, который сберегает тепло питающей воды 75, подаваемой в устройство 70 образования водяного пара. В результате обеспечения третьего теплообменника 19 между первым теплообменником 12 и вторым теплообменником 16 могут быть увеличены количество воды и количество тепла питающей воды 75, подаваемой в устройство 70 образования водяного пара.
Кроме того, как это проиллюстрировано на фигуре 3, на линии L13-2 подачи газообразного сырья между компрессором 11 и первым теплообменником 12 предусматривают четвертый теплообменник (теплообменное устройство) 20 для сберегания тепла природного газа 21, подаваемого в первый теплообменник 12, при использовании ответвленного природного газа 21а после десульфуризации.
В результате предварительного выдерживания природного газа 21, подлежащего введению в первый теплообменник 12, на высокотемпературной стороне, четвертый теплообменник 20, который производит теплообмен между природными газами 21, может уменьшить величину утилизации тепла от дымовых газов 22 после теплообмена для увеличения величины утилизации тепла в третьем теплообменнике 19 в сопоставлении с системой, проиллюстрированной на фигуре 2.
В дополнение к этому, в результате увеличения температуры дымовых газов 22, подлежащих введению в третий теплообменник 19, может быть улучшена разность температур для текучей среды, подлежащей теплообмену, что, тем самым, уменьшает площадь поверхности теплообмена третьего теплообменника 19.
В дополнение к этому, в настоящем варианте осуществления установка 10 риформинга снабжена только одним аппаратом 14 риформинга, но она этим не ограничивается, и может быть снабжена множеством аппаратов 14 риформинга. Фигура 4 представляет собой схему, иллюстрирующую один пример еще одной конфигурации установки 10 риформинга. Как это проиллюстрировано на фигуре 4, аппарат 14 риформинга может содержать первый аппарат 14-1 риформинга и второй аппарат 14-2 риформинга.
Как это проиллюстрировано на фигуре 4, первый аппарат 14-1 риформинга предназначен для подачи паров 24 в подвергнутый десульфуризации и компримированный природный газ 21 и проведения первичного риформинга углеводорода в природном газе 21 с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2. Первый аппарат 14-1 риформинга имеет ту же самую конфигурацию, что и конфигурация первого аппарата 14 риформинга, проиллюстрированного на фигуре 1, и содержит основной корпус 14а (не обозначенный на фигуре 4), трубу 14b катализаторной реакции (не обозначенную на фигуре 4) и горелку 14с (не обозначенную на фигуре 4). Трубу 14b катализаторной реакции нагревают при использовании дымовых газов 22, образованных в результате сжигания в горелке 14с, введенный природный газ 21 вступает в контакт с катализатором риформинга при прохождении через слой катализатора риформинга в трубе 14b катализаторной реакции, и, таким образом, как и в описанных выше формулах (3) и (4), углеводород в природном газе 21 подвергается паровому риформингу с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2.
После проведения первичного риформинга для природного газа 21 в первом аппарате 14-1 риформинга природный газ 21 подают во второй аппарат 14-2 риформинга.
Второй аппарат 14-2 риформинга предназначен для подачи воздуха (кислорода) в подвергнутый риформингу газ 23 и проведения вторичного риформинга углеводорода в подвергнутом риформингу газе 23 при использовании реакции частичного окисления. Нагретый воздух 26 сжигания вводят во второй аппарат 14-2 риформинга из внешнего пространства, и углеводород в подвергнутом риформингу газе 23 подвергают вторичному риформингу с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2.
Фигура 5 представляет собой схему, иллюстрирующую один пример еще одной конфигурации установки 10 риформинга. Как это проиллюстрировано на фигуре 5, аппарат 14 риформинга может содержать аппарат 14-3 предварительного риформинга, первый аппарат 14-1 риформинга и второй аппарат 14-2 риформинга.
Аппарат 14-3 предварительного риформинга предназначен для подачи паров 24 в природный газ 21 и проведения первичного риформинга углеводорода в природном газе 21 с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2. Аппарат 14-3 предварительного риформинга содержит основной корпус и слой катализатора риформинга, содержащий в нем катализатор риформинга. Кроме того, аппарат 14-3 предварительного риформинга соединен с линией L14 подачи паров. Пары 24 подают в аппарат 14-3 предварительного риформинга через линию L14 подачи паров и перемешивают с природным газом 21. После перемешивания природного газа 21 с парами 24 в основном корпусе природный газ 21 подают в слой катализатора риформинга. Природный газ 21 вступает в контакт с катализатором риформинга при прохождении через слой катализатора риформинга в аппарате 14-3 предварительного риформинга, и, таким образом, как и в описанных выше формулах (3) и (4), углеводород в природном газе 21 подвергается первичному риформингу с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из H2 и СО или H2 и CO2.
В случае составления аппарата 14 риформинга из трех ступеней в виде первого аппарата 14-1 риформинга, второго аппарата 14-2 риформинга и аппарата 14-3 предварительного риформинга часть или все количество дымовых газов 22, выпускаемых из первого аппарата 14-1 риформинга, могут быть использованы в качестве нагревающей среды для нагревания слоя катализатора риформинга аппарата 14-3 предварительного риформинга.
Фигуры от 6 до 8 представляют собой схемы, иллюстрирующие модифицированные примеры другой конфигурации установки 10 риформинга.
В данном варианте осуществления линия L11 ответвления газообразного сырья предусмотрена таким образом, чтобы соединить с линией L15 подачи воздуха в целях подачи природного газа 21 и воздуха 26 сжигания в аппарат 14 риформинга через линию L15 подачи воздуха, но оно этим не ограничивается, и, как это проиллюстрировано на фигуре 6, линия L11 ответвления газообразного сырья может быть непосредственно соединена с аппаратом 14 риформинга таким образом, чтобы природный газ 21 и воздух 26 сжигания раздельно бы подавались в аппарат 14 риформинга.
В дополнение к этому, в настоящем варианте осуществления несмотря на то, что линия L11 ответвления газообразного сырья предусмотрена так, что она соединяется с расположенной ниже по ходу потока стороной от устройства 13 десульфуризации 13 по отношению к направлению течения природного газа 21, она этим не ограничивается, и, как это проиллюстрировано на фигуре 7, линия L21a ответвления газообразного сырья для соединения расположенной выше по ходу потока стороны от устройства 13 десульфуризации с линией L15 подачи воздуха может быть предусмотрена таким образом, чтобы линия L21 ответвления газообразного сырья отводила бы ответвленный газ 21b из части природного газа 21 с расположенной выше по ходу потока стороны от устройства 13 десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа 21.
Кроме того, как это проиллюстрировано на фигуре 8, линии L11 и L21 ответвления газообразного сырья могут быть предусмотрены таким образом, чтобы отводить 21а из части природного газа 21 с расположенной выше по ходу потока и расположенной ниже по ходу потока сторон от устройства 13 десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа 21.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления установка 10 риформинга снабжена устройством 13 денитрификации, но она этим не ограничивается, и установка 10 риформинга может не быть снабжена устройством 15 денитрификации.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления установка 10 риформинга снабжена охлаждающим устройством 17 и устройством 18 извлечения CO2, но она этим не ограничивается, и установка 10 риформинга может не быть снабжена данными установками в случае отсутствия потребности в извлечении CO2, содержащегося в дымовых газах 22.
Как это описывалось выше, вследствие наличия у установки 10 риформинга описанных выше характеристик она может быть использована для получения химических продуктов при использовании подвергнутого риформингу газа 23, полученного в установке 10 риформинга. Говоря конкретно, химические продукты включают, например, аммиак, метанол, мочевину, водород и жидкое топливо в виде жидкого углеводорода, такого как воск, дизельное масло, керосин и бензин, получаемые в результате синтеза Фишера-Тропша. В частности, в результате использования установки 10 риформинга для системы получения аммиака и метанола и системы получения мочевины и метанола могут быть улучшены эффективность получения метанола и аммиака и эффективность получения мочевины и метанола.
Фигуры 9 и 10 представляют собой схемы, иллюстрирующие примеры конфигураций систем установки риформинга, проиллюстрированной на фигуре 1, и установки риформинга, проиллюстрированной на фигуре 3.
Фигура 9 представляет собой один пример конфигурации системы, соответствующей установке риформинга, проиллюстрированной на фигуре 1, и дымовые газы 22, введенные в линию L12 выпуска дымовых газов из аппарата 14 риформинга, подвергают теплообмену во множестве теплообменных устройств, предусмотренных внутри газохода дымовых газов.
Сначала, как это проиллюстрировано на фигуре 9, в первом теплообменнике 12, который первоначально производит теплообмен природного газа 21, компримированного при использовании компрессора 11 и имеющего температуру (Т10=50°С), природный газ 21 подвергается теплообмену с дымовыми газами 22, имеющими температуру (T1=320°С). Природный газ 21, введенный в первый теплообменник 12, подвергают теплообмену до достижения высокой температуры от температуры (Т10=50°С) до температуры (Т12=300°С). После этого нагретый природный газ 21 проходит через устройство 13 десульфуризации, подвергается дополнительному теплообмену в теплообменнике (не проиллюстрированном) и вводится в аппарат 14 риформинга. Хотя дымовые газы 22 из аппарата 14 риформинга выпускают при высокой температуре в виде температуры (Т0=1050°С), дымовые газы 22 претерпевают утилизацию тепла при использовании теплообменника (не проиллюстрированного) и приобретают температуру, составляющую приблизительно 320°С, на расположенной ниже по ходу потока стороне от устройства 15 денитрификации.
Дымовые газы 22 после теплообмена в первом теплообменнике 12 охлаждаются до температуры (Т2=230°С), и на расположенном ниже по ходу потока участке линии L12 выпуска дымовых газов дымовые газы 22 подвергают теплообмену с воздухом 26 сжигания во втором теплообменнике 16. В результате теплообмена во втором теплообменнике 16 дымовые газы 22 охлаждаются до температуры (Т4=120°С) от температуры (Т2=230°С) при нагревании воздуха 26 сжигания. В результате теплообмена во втором теплообменнике 16 воздух 26 сжигания может приобретать высокую температуру при переходе от температуры (T21=35°С) до температуры (T21=170°С). Поскольку температура аппарата 14 риформинга становится стороной высокой температуры, может быть уменьшена величина отведенного природного газа 21, вводимого в аппарат 14 риформинга на линии L12 выпуска дымовых газов, что, тем самым, повышает величину введения природного газа 21 для проведения риформинга.
Фигура 10 представляет собой один пример конфигурации системы, соответствующей установке риформинга, проиллюстрированной на фигуре 3.
В данном примере природный газ 21, компримированный при использовании компрессора 11 и имеющий температуру (Т10=50°С), подвергают первоначальному теплообмену с природным газом 21а (температура Т13=350°С) из части природного газа 21 в четвертом теплообменнике 20. В результате теплообмена в четвертом теплообменнике 20 природный газ 21 может быть нагрет от температуры (Т10=50°С) до температуры (T11=120°С). После этого нагретый природный газ 21 подвергают теплообмену с дымовыми газами 22, имеющими температуру (T1=350°С), в первом теплообменнике 12 и нагревают до температуры (T12=290°С). Затем нагретый природный газ 21 нагревают до приблизительно 360°С при использовании теплообменника, который не проиллюстрирован, пропускают через устройство 13 десульфуризации, подвергают дополнительному теплообмену в теплообменнике, который не проиллюстрирован, и вводят в аппарат 14 риформинга. Хотя дымовые газы 22 из аппарата 14 риформинга выпускают при высокой температуре в виде температуры (Т0=1050°С), дымовые газы 22 претерпевают утилизацию тепла при использовании теплообменника (не проиллюстрированного) и приобретают температуру, составляющую приблизительно 350°С на расположенной ниже по ходу потока стороне от устройства 15 денитрификации.
Дымовые газы 22 после теплообмена в первом теплообменнике 12 охлаждаются до температуры (Т2=290°С), и ниже по ходу потока дымовые газы 22 подвергают теплообмену с питающей водой 75, подлежащей введению в устройство 70 образования водяного пара, в третьем теплообменнике 19. В результате теплообмена с питающей водой 75 в третьем теплообменнике 19 дымовые газы 22 охлаждаются от температуры (Т2=290°С) до температуры (Т3=160°С), что, тем самым, нагревает питающую воду 75 от температуры (Т31=130°С) до температуры (Т32=260°С). Нагретую питающую воду 75 вводят в устройство 70 образования водяного пара.
После этого дымовые газы 22, имеющие температуру (Т3=160°С) после теплообмена в третьем теплообменнике 19, подвергают теплообмену с воздухом 26 сжигания во втором теплообменнике 16. В результате теплообмена во втором теплообменнике 16 дымовые газы 22 охлаждаются от температуры (Т2=160°С) до температуры (Т4=120°С), что, тем самым, нагревает воздух 26 сжигания. В результате теплообмена во втором теплообменнике 16 воздух 26 сжигания нагревают от температуры (T21=35°С) до температуры (T21=85°С).
В данном примере в результате нагревания питающей воды 75, подлежащей введению в устройство 70 образования водяного пара, в третьем теплообменнике 19 может быть получена питающая вода котла, имеющая температуру (Т32=260°С), и может быть увеличена совокупная величина образования водяного пара.
В результате вследствие увеличения количества воды в виде питающей воды 75 для образования паров, вводимой в устройство 70 образования водяного пара, при использовании системы риформинга фигуры 10 величина образования водяного пара повышается приблизительно на 20 т/час в сопоставлении со случаем системы риформинга фигуры 9, и может быть достигнуто уменьшение в 1,9% для базовой единицы по продукту аммиаку (Гкал/тонна-NH3), включая монтаж вспомогательного котла.
[Второй вариант осуществления]
<Установка получения химических продуктов>
После этого при обращении к чертежам будет описан один пример случая применения установки 10 риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления, проиллюстрированным на фигуре 1, для установки получения химических продуктов. Установка получения химических продуктов содержит установку 10 риформинга и устройство получения химических продуктов, которое производит химические продукты при использовании подвергнутого риформингу газа 23, полученного в установке 10 риформинга. В данном варианте осуществления будет описываться случай получения аммиака, метанола или мочевины в качестве химических продуктов.
[Пример получения аммиака]
Фигура 11 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. В настоящем варианте осуществления используют установку риформинга, имеющую двухступенчатую конфигурацию, проиллюстрированную на фигуре 4. Вследствие идентичности тех же самых конфигураций, что и конфигурации установки риформинга в соответствии с первым вариантом осуществления, проиллюстрированной на фигуре 4, повторное описание представлено не будет. В данном примере аппарат риформинга выполнен таким образом, что аппарат 14 риформинга содержит первичный аппарат 14-1 риформинга и вторичный аппарат 14-2 риформинга, но настоящее изобретение этим не ограничивается.
Как это проиллюстрировано на фигуре 11, установка 40 получения химических продуктов для получения аммиака содержит установку 10 риформинга, устройство 70 образования водяного пара, установку 41 реакции конверсии СО (устройство реакции конверсии СО), установку 42 удаления диоксида углерода (устройство удаления диоксида углерода), установку 43 метанирования (устройство метанирования), компрессор 44, установку 45 отделения водорода (устройство отделения водорода), устройство 46 синтеза аммиака, охлаждающее устройство 72 и устройство 73 разделения. В дополнение к этому, в настоящем варианте осуществления устройство получения химических продуктов образуют устройство 41 реакции конверсии СО, устройство 42 удаления диоксида углерода, устройство 43 метанирования,. компрессоры 44-1 и 44-J2, устройство 45 отделения водорода и устройство 46 синтеза аммиака.
В дополнение к этому, между установкой 41 реакции конверсии СО (устройством реакции конверсии СО) и установкой 42 удаления диоксида углерода (устройством удаления диоксида углерода) и между устройством 46 синтеза аммиака и охлаждающим устройством 72 расположены два первое и второе устройства 76-1 и 76-2 предварительного нагревания, которые производят предварительное нагревание питающей воды 75, подаваемой в устройство 70 образования водяного пара. В дополнение к этому, на фигуре 11 пары, полученные при использовании устройства 70 образования водяного пара, подают в парораспределитель 80. Кроме того, в парораспределитель также вводят пары из вспомогательного котла или тому подобного, и оттуда подают требуемое количество паров в каждое место назначения подачи паров.
(Устройство образования водяного пара)
Устройство 70 образования водяного пара предназначено для подачи паров 24 в парораспределитель 80 в системе. Устройство 70 образования водяного пара снабжено котлом-утилизатором (КУ), который извлекает отходящее тепло подвергнутого риформингу газа 23, и пароперегревателем. После термического нагревания в устройстве 70 образования водяного пара питающей воды 75 при использовании отходящего тепла для получения нагретых паров устройство 70 образования водяного пара дополнительно перегревает нагретые пары при использовании перегревателя и направляет пары 24 в парораспределитель 80. В дополнение к этому, в данной системе котел-утилизатор может быть дополнительно установлен для утилизации тепла в расположенном ниже по ходу потока положении линии прохождения подвергнутого риформингу газа 23 и в расположенной ниже по ходу потока стороне от устройства 46 синтеза аммиака, но в данном варианте осуществления котел-утилизатор не предусматривают.
(Устройство реакции конверсии СО)
Устройство 41 реакции конверсии СО предназначено для превращения (конверсии) СО в подвергнутом риформингу газе 23 в CO2 и образования конверсионного газа 51, содержащего CO2. В качестве устройства 41 реакции конверсии СО используют, например, реактор конверсии СО, снабженный устройством заполнения, заполненным катализатором реакции конверсии СО, который производит превращение (конверсию) СО в CO2.
Подвергнутый риформингу газ 23, полученный в результате риформинга природного газа 21 в установке 10 риформинга, выпускают из установки 10 риформинга и подают в устройство 41 реакции конверсии СО. В устройстве 41 реакции конверсии СО, как и в следующей далее формуле (6), СО в подвергнутом риформингу газе 23 превращается в CO2 с образованием конверсионного газа 51, содержащего CO2. В дополнение к этому, температура конверсионного газа 51, например, находится в диапазоне от 150°С до 1000°С.
Конверсионный газ 51, образованный при использовании устройства 41 реакции конверсии СО, выпускают из устройства 41 реакции конверсии СО и подают в устройство 42 удаления диоксида углерода.
(Устройство удаления диоксида углерода)
Устройство 42 удаления диоксида углерода предназначено для удаления диоксида углерода (CO2) в конверсионном газе 51. В качестве устройства 42 удаления диоксида углерода, например, используют устройство, которое удаляет CO2 в конверсионном газе 52 при использовании химической адсорбции, использующей абсорбент CO2, такой как аминовый растворитель, устройство, содержащее катализатор для удаления CO2, устройство мембранного разделения, содержащее разделительную мембрану, которая отделяет CO2 в конверсионном газе 51, и тому подобное. Устройство 42 удаления диоксида углерода удаляет CO2 в конверсионном газе 51 с образованием газа 52 удаления CO2, из которого удален CO2. Кроме того, температура газа 52 удаления CO2 составляет, например, приблизительно 50°С.
Устройство 42 удаления диоксида углерода отделяет CO2 от конверсионного газа 51. В дополнение к этому, отделенный CO2 может быть использован в качестве газа для синтеза метанола.
Газ 52 удаления CO2, выпущенный из устройства 42 удаления диоксида углерода, подают в устройство 43 метанирования.
(Устройство метанирования)
Устройство 43 метанирования предназначено для превращения CO2 в газе 52 удаления CO2, из которого CO2 удален при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, в метан. В качестве устройства 43 метанирования, например, используют реактор метанирования (метанатор), содержащий катализаторную часть, заполненную внутри катализатором метанирования или тому подобным. Температура реакции (температура метанирования) в катализаторной части предпочтительно находится в диапазоне от 220°С и более до 450°С и менее, а более предпочтительно от 290°С и более до 350°С и менее, с точки зрения предельной температуры, при которой может быть использован катализатор метанирования.
В устройстве 43 метанирования, как и в следующей далее формуле (7), CO2 в газе 52 удаления CO2 превращают в метан с образованием газа 53 удаления CO2, содержащего метан.
Газ 53 удаления CO2, выпускаемый из устройства 43 метанирования, подают в компрессор 44.
(Компрессор)
Компрессор 44 предназначен для компримирования газа 53 удаления CO2.
После увеличения давления газа 53 удаления CO2 при использовании компрессора 44 газ 53 удаления CO2 подают в устройство 45 отделения водорода.
(Устройство синтеза аммиака)
Устройство 46 синтеза аммиака предназначено для получения аммиака (NH3) 55 после превращения CO2 в газе 53 удаления CO2 в метан при использовании устройства 43 метанирования. Может быть использовано устройство 46 синтеза аммиака, которое в общем случае для этого использовали, и, например, может быть принят для использования реактор синтеза аммиака, в котором катализатор расположен на одном или нескольких слоях в реакторе. Используют способ синтезирования аммиака в результате стимулирования течения газа 53 удаления CO2 в качестве газа синтеза, содержащего азот (N2) и водород, через реактор синтеза аммиака.
В устройстве 46 синтеза аммиака, как и в следующей далее формуле (8), азот и водород в газе 53 удаления CO2 вступают в реакцию друг с другом с образованием аммиака 55.
После прохождения аммиачной смеси, полученной в устройстве 46 синтеза аммиака, через второе устройство 76-2 предварительного нагревания аммиачную смесь охлаждают при использовании охлаждающего устройства 72, а целевой аммиак 55 отделяют при использовании устройства 73 разделения.
Данным образом в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов для получения аммиака может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21 в результате предусматривания описанной выше установки 10 риформинга, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак, существует возможность стабильного получения аммиака 55 и улучшения эффективности получения аммиака 55.
Кроме того, вследствие удаления компонентов серы в устройстве 13 десульфуризации может быть уменьшена температура дымовых газов 22 после теплообмена до 120°С, и может быть увеличена эффективность теплообмена во втором теплообменнике 16 на линии L12 выпуска дымовых газов. То есть, вследствие неудаления компонентов серы в предшествующем уровне техники температура дымовых газов 22 может быть уменьшена только до приблизительно 175°С, величина введения ответвленного топлива, соответственно, увеличивается, и в результате величина получения подвергнутого риформингу газа уменьшается.
Поэтому в соответствии с установкой получения химических продуктов настоящего варианта осуществления вследствие наличия возможности увеличения температуры воздуха 26 сжигания, вводимого в аппарат 14 риформинга, может быть уменьшена величина ответвления природного газа 21, который вводят в аппарат 14 риформинга в результате ответвления. В результате вследствие наличия возможности достижения увеличения количества полученного подвергнутого риформингу газа может быть увеличено количество полученного аммиака.
Таким образом в данном варианте осуществления вследствие уменьшения величины ответвления газа ответвления на линии L11 ответвления газообразного сырья природного газа 21 величина введения природного газа 21, вводимого в аппарат 14 риформинга, повышается на 8,5%. В результате также может быть достигнуто уменьшение в 1,1% для базовой единицы по продукту (Гкал/тонна-NH3) в том, что касается совокупной эффективности установки.
Далее будет описываться установка получения химических продуктов, использующая установку риформинга, проиллюстрированную на фигуре 3 описанного выше варианта осуществления. Фигура 12 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, проиллюстрированной на фигуре 3, и соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. В дополнение к этому, установка риформинга, проиллюстрированная на фигуре 3, выполнена таким образом, чтобы аппарат 14 риформинга представлял бы собой одну ступень, но в данном примере для использования принимают аппарат риформинга с двухступенчатой конфигурацией, как это проиллюстрировано на фигуре 4.
В установке 10 риформинга установки 40 получения химических продуктов, проиллюстрированной на фигуре 12, между первым теплообменником 12 и вторым теплообменником 16, предусмотренным на линии L12 выпуска дымовых газов, расположен третий теплообменник 19. Таким образом, вследствие наличия возможности нагревания питающей воды 75, подаваемой в устройство 70 образования водяного пара, при использовании третьего теплообменника 19 величина образования паров значительно увеличивается. В дополнение к этому, в установке 10 риформинга, проиллюстрированной на фигуре 12, на линии L12 выпуска дымовых газов предусмотрен пароперегреватель 89, который производит теплообмен для паров 24 от устройства 70 образования водяного пара. Таким образом, вследствие перегревания паров 24, подаваемых в парораспределитель 80, при использовании дымовых газов 22 при высокой температуре (например, 890°С) температура паров может быть задана равной более высокой температуре (например, 515°С).
Таким образом, в установке получения химических продуктов, проиллюстрированной на фигуре 11, например, в случае недостаточности величины образования паров, в результате обеспечения отдельного вспомогательного котла, пары будут подавать при использовании вспомогательного котла. Однако, в установке получения химических продуктов, проиллюстрированной на фигуре 12, вследствие значительного увеличения величины образования паров вспомогательный котел может не потребоваться, или вспомогательный котел может быть значительно уменьшен по размеру.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов для производства аммиака может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21 в результате предусматривания установки 10 риформинга, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов настоящего варианта осуществления существует возможность стабильного получения аммиака 55 и улучшения эффективности получения аммиака 55.
[Пример получения мочевины]
Фигура 13 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фигура 13 представляет собой принципиальную схему системы получения мочевины и метанола, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как это проиллюстрировано на фигуре 13, установка 40 получения химических продуктов для производства мочевины, дополнительно снабжена устройством 61 синтеза мочевины и линией L33 подачи ответвления диоксида углерода по отношению к установке 40 получения химических продуктов, проиллюстрированной на фигуре 12.
Устройство 61 синтеза мочевины предусматривают на расположенной ниже по ходу потока в направлении течения аммиака от устройства 46 синтеза аммиака. Устройство 61 синтеза мочевины предназначено для синтезирования мочевины 62 при использовании аммиака 55, полученного в устройстве 46 синтеза аммиака. Может быть использовано устройство 61 синтеза мочевины, которое в общем случае для этого использовали, и, например, может быть принята для использования труба синтеза мочевины, где аммиак и CO2 вступают в реакцию друг с другом в трубе.
Линия L33 подачи ответвления диоксида углерода представляет собой линию, которая вводит CO2, который был удален при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, в устройство 61 синтеза мочевины.
Аммиак 55, полученный в устройстве 46 синтеза аммиака, подают в устройство 61 синтеза мочевины. В дополнение к этому, CO2 подают от устройства 42 удаления диоксида углерода в устройство 61 синтеза мочевины через линию L33 подачи диоксида углерода.
В устройстве 61 синтеза мочевины аммиак 55, полученный в устройстве 46 синтеза аммиака, и CO2, отделенный при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, вступают в реакцию друг с другом, как и в следующей далее формуле реакции (9), при синтезировании мочевины (NH2(CO)NH2).
Таким образом, в установке 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, может быть получена мочевина 62 при использовании аммиака 55, полученного в устройстве 46 синтеза аммиака, и CO2, отделенного при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода во время синтеза аммиака.
Данным образом подобно установке 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак в соответствии со вторым вариантом осуществления, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, в результате предусматривания установки 10 риформинга первого варианта осуществления может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, существует возможность стабильного получения мочевины 62 и улучшения эффективности получения мочевины 62.
[Пример одновременного получения аммиака и метанола]
Фигура 14 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга* соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. В описанных выше вариантах осуществления аммиак или мочевину получали индивидуально. Однако, в настоящем варианте осуществления, в качестве установки получения химических продуктов предусматривают установку, способную одновременно производить метанол, а также аммиак.
Как это проиллюстрировано на фигуре 14, установка 40 получения химических продуктов для производства аммиака и метанола содержит установку 10 риформинга, установку 41 реакции конверсии СО (устройство реакции конверсии СО), установку 42 удаления диоксида углерода (устройство удаления диоксида углерода), установку 43 метанирования (устройство метанирования), первый и второй компрессоры 44-1 и 44-2, устройство 46 синтеза аммиака и устройство 47 синтеза метанола.
В установке 40 получения химических продуктов настоящего варианта осуществления устройство 47 синтеза метанола установлено на расположенной выше по ходу потока стороне от устройства 43 метанирования. Кроме того, в качестве компрессора 44 между устройством 42 удаления диоксида углерода и устройством 47 синтеза метанола установлен первый компрессор 44-1, а между устройством 43 метанирования и устройством 46 синтеза аммиака установлен второй компрессор 44-2. Кроме того, в данном варианте осуществления несмотря на наличие у компрессора 44 двухступенчатой конфигурации он может содержать множество ступеней таких, как в случае трехступенчатой конфигурации в виде компрессора низкого давления, компрессора промежуточного давления и компрессора высокого давления.
(Устройство синтеза метанола)
Устройство 47 синтеза метанола предназначено для синтезирования метанола 56 с использованием диоксида углерода и водорода в подвергнутом риформингу газе 23, полученном в установке 10 риформинга, в качестве сырья. Может быть использовано устройство 47 синтеза метанола, которое в общем случае для этого использовали, и, например, используют устройство синтеза метанола, содержащее каталитический реактор, или тому подобное.
В данном случае диоксид углерода в подвергнутом риформингу газе 23 в качестве сырья при получении метанола регулирует уровень своего содержания в результате предусматривания линий L35 и L36 байпаса, каждая из которых имеет двухпозиционные клапаны V1 и V2, которые производят частичный байпас для устройства 41 реакции конверсии СО и устройства 42 удаления диоксида углерода.
В устройстве 47 синтеза метанола, как и в следующих далее формулах (10) и (11), водород и монооксид углерода в подвергнутом риформингу газе 23 вступают в реакцию друг с другом, и водород и диоксид углерода вступают в реакцию друг с другом с образованием метанола 56.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак и метанол, существует возможность получения аммиака 55, полученного в устройстве 46 синтеза аммиака, и метанола 56, полученного в устройстве 47 синтеза метанола, и аммиак 55 и метанол 56 могут быть одновременно произведены параллельно друг другу.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак и метанол, в результате предусматривания установки 10 риформинга первого варианта осуществления подобно установке 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак в соответствии со вторым вариантом осуществления, может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21, и может быть предотвращено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, существует возможность стабильного получения аммиака 55 и метанола 56 и улучшения эффективности их получения.
[Пример одновременного получения мочевины и метанола]
Фигура 15 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. Хотя в описанных выше вариантах осуществления получали аммиак и метанол, в данном варианте осуществления в качестве установки получения химических продуктов предлагается установка, способная производить мочевину и одновременно производить метанол при использовании аммиака в качестве сырья.
В установке 40 получения химических продуктов фигуры 14 аммиак 55, полученный в устройстве 46 синтеза аммиака, дополнительно вводят в устройство 61 синтеза мочевины для получения мочевины.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину и метанол, могут быть получены мочевина 62 при использовании аммиака 55, полученного в устройстве 46 синтеза аммиака, в качестве материала исходного сырья, и метанол 56, полученный в устройстве 47 синтеза метанола, и мочевина 62 и метанол 56 могут быть одновременно получены параллельно друг другу.
Данным образом в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину и метанол, в результате предусматривания установки 10 риформинга первого варианта осуществления, подобно установке 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак в соответствии со вторым вариантом осуществления, может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, существует возможность стабильного получения мочевины 62 и метанола 56 и улучшения эффективности их получения.
[Пример одновременного получения аммиака и метанола]
Фигура 16 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. Хотя в варианте осуществления фигуры 14 метанол получали при использовании подвергнутого риформингу газа 23, в настоящем варианте осуществления в качестве установки получения химических продуктов предусматривают установку, способную производить метанол при использовании дополнительного устройства синтеза метанола в результате отделения диоксида углерода и водорода от подвергнутого риформингу газа 23.
Как это проиллюстрировано на фигуре 16, между первым компрессором 44-1 и вторым компрессором 44-2 предусмотрено устройство 45 отделения водорода.
(Устройство отделения водорода)
Устройство 45 отделения водорода, предусмотренное между первым компрессором 44-1 и вторым компрессором 44-2, предназначено для отделения части водорода (H2), содержащегося в газе 53 удаления CO2, от газа 53 удаления CO2. Устройство 45 отделения водорода представляет собой устройство мембранного разделения, содержащее водородо-проницаемую функциональную мембрану. В данном варианте осуществления водородо-проницаемая функциональная мембрана представляет собой мембрану для отделения по меньшей мере части водорода (H2), содержащегося в газе.
В качестве водородо-проницаемой функциональной мембраны, например, предпочтительным является использование палладиевой (Pd) мембраны, полимерной мембраны, такой как в случае полисульфона, полиамида или полиимида, или мембраны, полученной при использовании множества пучков элементов, сформованных в виде пустотелого волокна. В качестве водородо-проницаемой функциональной мембраны может быть принято использование наиболее подходящей для использования конструкции исходя из материала, условий использования, срока службы, коэффициента проницаемости по водороду и степени селективности.
В устройстве 45 отделения водорода вследствие пропускания газа 53 удаления CO2 через водородо-проницаемую функциональную мембрану водород, содержащийся в газе 53 удаления CO2, отделяется при использовании водородо-проницаемой функциональной мембраны. Из устройства 45 отделения водорода выпускают газ 53 удаления CO2, из которого водород удален при использовании устройства 45 отделения водорода.
Устройство 45 отделения водорода соединено с линией L32 подачи водорода, при этом часть водорода (H2), отделенную от конверсионного газа 51 в устройстве 45 отделения водорода, подают в устройство 47 синтеза метанола через линию L32 подачи водорода и используют в качестве газа для синтеза метанола.
В дополнение к этому, в данном варианте осуществления в качестве устройства 45 отделения водорода используют устройство мембранного разделения, снабженное водородо-проницаемой функциональной мембраной, но оно этим не ограничивается, и, например, могут быть использованы устройство адсорбции при переменном давлении (АПД) и тому подобное и любое устройство, способное отделять по меньшей мере часть водорода, содержащегося в газе 53 удаления CO2.
Газ 53 удаления CO2, выпускаемый из устройства 45 отделения водорода, подают во второй компрессор 44-2. После надлежащего регулирования давления газа 53 удаления CO2 при доведении его до давления, подходящего для использования при синтезе аммиака, во втором компрессоре 44-2, газ 53 удаления CO2 подают в устройство 46 синтеза аммиака. Кроме того, водород, отделенный при использовании устройства 45 у отделения водорода, подают в устройство 47 синтеза метанола через линию L32 подачи водорода.
Водород, отделенный при использовании устройства 45 отделения водорода, проходит через линию L32 подачи водорода, CO2, отделенный при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, проходит через линию L31 подачи диоксида углерода, и водород, отделенный при использовании устройства 45 отделения водорода, и диоксид углерода (CO2), отделенный при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, подают в устройство 47 синтеза метанола.
(Устройство синтеза метанола)
Устройство 47 синтеза метанола предназначено для синтезирования метанола 56 при использовании диоксида углерода, отделенного при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, и водорода, отделенного при использовании устройства 45 отделения водорода, в качестве материалов исходного сырья. Может быть использовано устройство 47 синтеза метанола, которое в общем случае для этого использовали, и, например, установка синтеза метанола, содержащее каталитический реактор, или тому подобное.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак 55 и метанол 56, могут быть получены аммиак 55, полученный в устройстве 46 синтеза аммиака, и метанол 56, полученный при использовании диоксида углерода, отделенного при использовании устройства 42 удаления диоксида углерода, и водорода, отделенного при использовании устройства 45 отделения водорода, и существует возможность одновременного получения аммиака 55 и метанола 56 параллельно друг другу.
Данным образом в соответствии с системой 40 получения, которая производит аммиак и метанол, в результате предусматривания установки 10 риформинга может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с системой 40 получения аммиака и метанола существует возможность стабильного получения аммиака 55 и метанола 56 и улучшения эффективности получения аммиака 55 и метанола 56.
В дополнение к этому, в настоящем варианте осуществления устройство 45 отделения водорода предусмотрено между первым компрессором 44-1 и вторым компрессором 44-2 для отделения водорода во всем газе 53 удаления CO2, отделенном при использовании устройства 45 отделения водорода. Однако, описанной выше конфигурацией не ограничиваются, и в устройство 45 отделения водорода может быть подана только часть газа 53 удаления CO2, отделенного при использовании первого компрессора 44-1 или второго компрессора 44-2, для отделения водорода в газе 53 удаления CO2 при использовании устройства 45 отделения водорода.
[Одновременное получение мочевины и метанола]
Фигура 17 представляет собой принципиальную схему установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. Хотя в варианте осуществления фигуры 16 получают аммиак 55 и метанол 56, в данном варианте осуществления в качестве установки получения химических продуктов предусматривают установку, способную производить мочевину при использовании устройства 61 синтеза мочевины из полученного аммиака 55.
Как это проиллюстрировано на фигуре 17, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов данного варианта осуществления аммиак 55, полученный в устройстве 46 синтеза аммиака, дополнительно вводят в устройство 61 синтеза мочевины для получения мочевины, по отношению к устройству 40 получения химических продуктов фигуры 14.
В соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину и метанол в соответствии с настоящим вариантом осуществления, могут быть получены мочевина 62 при использовании аммиака 55, полученного в устройстве 46 синтеза аммиака, в качестве сырья и метанол 56, полученный в устройстве 47 синтеза метанола, и существует возможность одновременного получения мочевины 62 и метанола 56 параллельно друг другу.
Таким образом, в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину и метанол, в результате предусматривания установки 10 риформинга первого варианта осуществления подобно установке 40 получения химических продуктов, которая производит аммиак в соответствии со вторым вариантом осуществления, может быть улучшена термическая эффективность при проведении риформинга природного газа 21, и может быть подавлено возникновение коррозии при прохождении линии L12 выпуска дымовых газов в ходе переработки дымовых газов 22. Поэтому в соответствии с установкой 40 получения химических продуктов, которая производит мочевину, существует возможность стабильного получения мочевины 62 и метанола 56 и улучшения эффективности их получения.
[Пример получения метанола]
Фигуры 18 и 19 представляют собой принципиальные схемы установки получения химических продуктов, снабженной установкой риформинга, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. В описанных выше вариантах осуществления в качестве установки получения химических продуктов предусматривают установку получения только метанола.
Как это проиллюстрировано на фигуре 18, установка 40 получения химических продуктов для производства метанола содержит установку 10 риформинга, устройство 70 образования водяного пара, компрессор 44 и устройство 47 синтеза метанола.
Установка 40 получения химических продуктов настоящего изобретения предназначена для синтезирования метанола 56 при использовании диоксида углерода и водорода в подвергнутом риформингу газе 23, полученном в установке 10 риформинга, в качестве сырья. Может быть использовано устройство 47 синтеза метанола, которое в общем случае для этого использовали, и, например, используют устройство синтеза метанола, содержащее каталитический реактор.
Кроме того, как это проиллюстрировано на фигуре 19, аппарат 14 риформинга имеет двухступенчатую конфигурацию, первый аппарат 14-1 риформинга имеет конфигурацию аппарата риформинга фигуры 1, второй аппарат 14-4 риформинга используют в качестве печи для автотермического риформинга (ААР: автотермического аппарата риформинга) и вместо воздуха в аппарат риформинга подают кислород для получения подвергнутого риформингу газа 23, характеризующегося составом газа, который является подходящим для использования при синтезе метанола.
В дополнение к этому, в описанном выше втором варианте осуществления несмотря на представление описания случая, в котором аммиак, метанол или мочевину получают индивидуально или при совместном получении, второй вариант осуществления этим не ограничивается, и он также может быть подобным образом использован для случая, в котором аммиак или мочевину и другой углеводород одновременно изготавливают параллельно друг другу.
Кроме того, установка 10 риформинга также может быть подобным образом использована в системе получения водорода, которая производит водород, и системе, которая производит жидкое топливо в виде жидкого углеводорода, получаемого в результате синтеза Фишера-Трошпа. Кроме того, возможно получение в результате объединения множества данных химических продуктов.
Перечень ссылочных позиций
10 установка риформинга
11 компрессор (первое компрессорное устройство)
12 первый теплообменник (теплообменное устройство)
13 установка десульфуризации (устройство десульфуризации)
14 аппарат риформинга (устройство риформинга)
14а основной корпус
14в труба катализаторной реакции
14с горелка
14-1 первый аппарат риформинга
14-2 второй аппарат риформинга
14-3 аппарат предварительного риформинга
15 установка денитрификации (устройство денитрификации)
16 второй теплообменник (теплообменное устройство)
17 охлаждающее установка
18 установка извлечения CO2 (устройство извлечения CO2)
19 третий теплообменник (теплообменное устройство)
20 четвертый теплообменник (теплообменное устройство)
21 природный газ
22 дымовые газы
23 подвергнутый риформингу газ
24 пары
26 воздух сжигания
28 инжектор восстановителя
29 восстановитель
30 охлаждающая вода
40 установка получения химических продуктов
41 установка реакции конверсии СО (устройство реакции конверсии СО)
42 установка удаления диоксида углерода (устройство удаления диоксида углерода)
43 установка метанирования (устройство метанирования)
44, 44-1, 44-2 компрессор
45 устройство отделения водорода
46 устройство синтеза аммиака
47 устройство синтеза метанола
51 конверсионный газ
52, 53 газ удаления CO2
55 аммиак
56 метанол
61 устройство синтеза мочевины
62 мочевина
L11, L21 линия ответвления газообразного сырья
L12 линия выпуска дымовых газов
от L13-1 до L13-4 линия подачи газообразного сырья
L14 линия подачи паров
L15 линия подачи воздуха
L31 линия подачи диоксида углерода
L32 линия подачи водорода
L33 линия подачи ответвления диоксида углерода
1. Установка риформинга, содержащая:
первое компрессорное устройство, которое компримирует природный газ, содержащий углеводород и серу;
первое теплообменное устройство, которое нагревает компримированный природный газ;
устройство десульфуризации, которое удаляет компоненты серы, содержащиеся в нагретом природном газе;
устройство риформинга, которое производит риформинг углеводорода в природном газе с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из Н2 и СО или Н2 и СО2, для получения подвергнутого риформингу газа, содержащего любой один или оба варианта, выбираемые из Н2 и СО или Н2 и CO2;
линию ответвления природного газа, которая отводит часть компримированного природного газа из любого одного или обоих положений, выбираемых из расположенного выше по ходу потока и расположенного ниже по ходу потока от устройства десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа, и подает указанную часть компримированного природного газа в качестве сжигаемого топлива, использующегося для нагревания в устройстве риформинга;
линию выпуска дымовых газов, которая выпускает дымовые газы, которые образуются в результате сжигания в устройстве риформинга, из устройства риформинга; и
второе теплообменное устройство, которое производит теплообмен между воздухом сжигания, использующимся для нагревания в устройстве риформинга, и дымовыми газами, которые подвергнуты теплообмену в первом теплообменном устройстве,
третий теплообменник, который предусмотрен между первым теплообменным устройством и вторым теплообменным устройством, выполненный с возможностью теплообмена между питающей водой, подаваемой в устройство образования водяного пара, и дымовыми газами; и
четвертый теплообменник, который предусмотрен на линии ответвления природного газа для теплообмена между компримированным природным газом перед его введением в первый теплообменник и частью ответвленного природного газа,
при этом указанное первое теплообменное устройство предусмотрено на указанной линии выпуска дымовых газов, и дымовые газы используются в качестве нагревающей среды для компримированного природного газа,
а указанное второе теплообменное устройство предусмотрено в положении, расположенном ниже по ходу потока от указанного первого теплообменного устройства на линии выпуска дымовых газов, и использует в качестве нагревающей среды для воздуха сжигания остаточное тепло, которое получено при теплообмене в первом теплообменном устройстве.
2. Установка риформинга по п. 1, в которой устройство риформинга содержит
первое устройство риформинга, которое подает пары в природный газ для проведения первичного риформинга углеводорода в природном газе с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из Н2 и СО или Н2 и CO2, и
второе устройство риформинга, которое производит вторичный риформинг углеводорода в природном газе, осуществляемый после первичного риформинга в первом устройстве риформинга, с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из Н2 и СО или Н2 и CO2, для получения газа, подвергнутого риформингу, при использовании воздуха сжигания и компримированного природного газа, подаваемого из линии ответвления природного газа.
3. Установка риформинга по п. 1 или 2, содержащая любое одно или оба из:
устройства денитрификации, которое предусмотрено на линии выпуска дымовых газов между устройством риформинга и теплообменным устройством, для удаления NOx, содержащихся в дымовых газах, которые образуются в указанном устройстве риформинга; и
устройства извлечения CO2, которое предусмотрено в положении, расположенном ниже по ходу потока от теплообменного устройства по отношению к направлению течения дымовых газов в линии выпуска дымовых газов, для удаления CO2, содержащегося в дымовых газах.
4. Установка получения химических продуктов, включающих аммиак, мочевину и метанол, содержащая:
установку риформинга по любому одному из пп. 1-3; и
устройство получения химических продуктов, включающее устройство синтеза аммиака, которое синтезирует аммиак, устройство синтеза мочевины, которое синтезирует мочевину, и устройство синтеза метанола, которое синтезирует метанол, при использовании газа, подвергнутого риформингу.
5. Способ риформинга, включающий:
первую стадию теплообмена для нагревания природного газа, содержащего компримированный углеводород и серу;
стадию десульфуризации для удаления компонентов серы, содержащихся в нагретом природном газе;
стадию риформинга для проведения риформинга углеводорода в природном газе с образованием любого одного или обоих вариантов, выбираемых из Н2 и СО или Н2 и CO2, для получения подвергнутого риформингу газа, содержащего любой один или оба варианта, выбираемые из Н2 и СО или Н2 и CO2;
вторую стадию теплообмена для теплообмена между воздухом сжигания, использующимся для нагревания на стадии риформинга, и дымовыми газами, которые подвергнуты теплообмену на первой стадии теплообмена;
третью стадию теплообмена, предусмотренную между первой стадией теплообмена и второй стадией теплообмена, для теплообмена между питающей водой, подаваемой в устройство образования водяного пара, и дымовыми газами; и
четвертую стадию теплообмена, предусмотренную на линии ответвления природного газа для проведения теплообмена между компримированным природным газом, вводимым на первую стадию теплообмена, и частью ответвленного природного газа,
при этом компримированный природный газ отводят из любого одного или обоих положений, выбираемых из расположенного выше по ходу потока и расположенного ниже по ходу потока от стадии десульфуризации по отношению к направлению течения природного газа, и подают в качестве сжигаемого топлива, использующегося для нагревания на стадии риформинга, и
дымовые газы, образованные в результате сжигания на стадии риформинга, выпускают со стадии риформинга, при этом указанные дымовые газы подвергают первому теплообмену в результате использования в качестве нагревающей среды для компримированного природного газа, а дымовые газы остаточного тепла после теплообмена с компримированным природным газом подвергают второму теплообмену в качестве нагревающей среды для воздуха сжигания.
6. Способ получения химических продуктов, включающий:
стадию риформинга по п. 5; и
стадию получения химических продуктов, включающую стадию синтезирования аммиака для синтезирования аммиака, стадию синтезирования мочевины для синтезирования мочевины и стадию синтезирования метанола для синтезирования метанола, при использовании газа, подвергнутого риформингу.
