Использование продувочного газа синтеза мочевины в способе синтеза аммиака и мочевины на одной установке и установка для осуществления этого способа
Изобретение относится к способу синтеза аммиака и мочевины. Способ включает секцию (AM) синтеза аммиака установки для синтеза аммиака и мочевины, в которой осуществляют синтез аммиака (2) путем реакции водорода с азотом, причем упомянутый водород получают путем риформинга источника (1) углеводородов. По меньшей мере часть указанного аммиака (2) вступает в реакцию в секции (UR) синтеза мочевины указанной установки для синтеза мочевины (U), при этом в упомянутой секции синтеза мочевины образуется поток (3) продувочного газа, содержащий некоторое количество аммиака. Указанный поток (3) продувочного газа используется в качестве источника аммиака для селективного каталитического восстановления оксидов азота, содержащихся в дымовых газах (4) сжигания, образующихся на установке для синтеза аммиака и мочевины. Также предложены установка для синтеза аммиака и мочевины и способ модификации существующей установки для синтеза аммиака и мочевины. Изобретение позволяет исключить сброс аммиака и оксидов азота в атмосферу. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается способов синтеза аммиака и мочевины на одной установке и установок для их осуществления.
Уровень техники
Синтез мочевины осуществляют путем реакции аммиака с диоксидом углерода. Как аммиак, так и диоксид углерода, являющиеся исходным материалом установки для синтеза мочевины, могут быть получены на установке для синтеза аммиака, и поэтому на практике известно объединение установок для синтеза аммиака и мочевины в одну установку. Кроме того, установка для синтеза аммиака производит тепло, а установка для синтеза мочевины - потребитель тепла, что является еще одним стимулом для объединения. Обычно тепло, производимое установкой для синтеза аммиака, не обеспечивает потребность всей установки для синтеза аммиака и мочевины, что означает необходимость подвода дополнительного тепла. Такое дополнительное тепло обычно получают за счет сжигания топлива во вспомогательных горелках.
Установка для синтеза аммиака и мочевины включает секцию для синтеза аммиака и секцию для синтеза мочевины. В секции для синтеза аммиака осуществляют синтез аммиака из водорода и азота при соответствующем высоком давлении и в присутствии катализатора; водород обычно поступает из процесса риформинга источника углеводородов, например природного газа, а азот обычно поступает из воздуха, например из являющегося оксидантом воздуха, входящего на вторую риформинг-установку. Риформинг источника углеводородов происходит во входной части секции синтеза аммиака, которая включает установку для удаления CO2 с целью очистки свежего газа; диоксид углерода, выделяющийся с указанной установки, можно подавать в секцию синтеза мочевины.
Установка для синтеза мочевины обычно включает секцию синтеза при высоком давлении, секцию извлечения мочевины при среднем и(или) низком давлении и секцию окончательной обработки. Всестороннее рассмотрение различных способов и соответствующих установок для получения мочевины можно найти в литературе, например в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Энциклопедия Ульмана по промышленной химии), изд-во Wiley-VCH Verlag.
Во всех известных способах синтеза мочевины образуется также поток продувочного газа. Этот поток продувочного газа используется для удаления инертных газов (таких как азот, водород и кислород) и исключения их накопления на установке для синтеза мочевины. Указанный поток продувочного газа содержит некоторое количество газообразного аммиака и при сбросе в атмосферу создает опасность для окружающей среды.
На известном уровне техники предлагалось возвращать поток продувочного газа синтеза мочевины для повторного использования в качестве сырья для интегрированного процесса синтеза аммиака. Например, предлагалось объединить поток продувочного газа синтеза мочевины при высоком давлении с подачей оксидантов на установку автотермического риформинга в секции синтеза аммиака.
Однако еще одну опасность для окружающей среды вызывает сжигание дымового газа, выбрасываемого установкой для синтеза аммиака и мочевины, обычно секцией синтеза аммиака. Указанный дымовой газ может включать пары с основной риформинг-установки во входной части секции синтеза аммиака и, возможно, пары из котлов для производства дополнительного тепла (водяного пара) для установки синтеза мочевины. Указанные пары содержат загрязняющие вещества, включая, в частности, оксиды азота (NOx), и очистка от них означает дополнительные затраты. Использование потока продувочного газа синтеза мочевины в качестве топлива для секции синтеза аммиака обеспечивает возврат аммиака для повторного использования, но не является решением проблемы очистки от оксидов азота. Фактически, при использовании потока продувочного газа в качестве топлива возможно увеличение содержания оксидов азота.
Раскрытие изобретения
Предлагается использовать содержащий NH3 поток продувочного газа синтеза мочевины в качестве источника аммиака для селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx), содержащихся в дымовых газах сжигания, образующихся в секции синтеза аммиака.
Таким образом, в настоящем изобретении предлагается способ, в котором в секции аммиака установки для синтеза аммиака и мочевины осуществляют синтез аммиака путем реакции водорода с азотом, при этом упомянутый водород получают путем риформинга источника углеводородов; по меньшей мере часть указанного аммиака используют для синтеза мочевины в секции синтеза мочевины указанной установки, причем в указанной секции синтеза мочевины образуется поток продувочного газа, содержащий некоторое количество аммиака, отличающийся тем, что указанный поток продувочного газа используют в качестве источника аммиака для селективного каталитического восстановления оксидов азота, содержащихся в дымовых газах сжигания, образующихся на указанной установке для синтеза аммиака и мочевины.
Таким образом, особенность изобретения заключается в создании установки для синтеза аммиака и мочевины, включающей секцию синтеза аммиака и секцию синтеза мочевины, на которой в секции синтеза аммиака осуществляют синтез аммиака из водорода и азота, причем упомянутый водород получают посредством риформинга источника углеводородов, и по меньшей мере часть указанного аммиака для синтеза мочевины пропускают в секцию синтеза мочевины, отличающейся тем, что настоящая установка включает секцию для селективного каталитического восстановления с целью удаления оксидов азота из образующихся на установке дымовых газов сжигания, а также включает трубопровод, смонтированный для подачи в упомянутую секцию потока продувочного газа, образующегося в секции синтеза мочевины, для использования в упомянутой секции в качестве источника аммиака.
Другая особенность изобретения состоит в модификации существующей установки для синтеза аммиака и мочевины, на которой монтируют секцию для селективного каталитического восстановления с целью удаления оксидов азота из образующихся на установке дымовых газов сжигания, и поток продувочного газа из секции синтеза мочевины этой установки направляют в указанную секцию или до ввода в указанную секцию смешивают с дымовыми газами сжигания.
Селективное каталитическое восстановление СКВ (англ. SCR) оксидов азота - это известный способ, поэтому подробное описание не требуется. В основном, реакция восстановления NOx происходит при прохождении смешанных с аммиаком газов через камеру катализатора. В ходе реакции аммиак и оксиды азота (преимущественно NO и NO2) превращаются в N2 и водяной пар.
В секции синтеза аммиака дымовые газы могут выделяться, в частности, основной риформинг-установкой и(или) второй риформинг-установкой во входной части секции и дополнительными паровыми котлами, в которые подают природный газ или другое топливо. В процессе СКВ можно использовать все количество продувочного газа, отбираемого из секции синтеза мочевины, или его часть. В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения при необходимости для процесса СКВ может быть предусмотрен другой источник аммиака.
Преимущество изобретения заключается в повторном использовании на установке потока продувочного газа, образующегося в секции синтеза мочевины, и в то же время в восстановлении загрязняющих оксидов азота в дымовом газе, образующемся в секции синтеза аммиака. Значительным преимуществом изобретения является также исключение сброса аммиака и оксидов азота в атмосферу.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На чертеже показана блок-схема частного варианта осуществления изобретения.
Установка для синтеза аммиака и мочевины включает секцию AM синтеза аммиака и секцию UR синтеза мочевины.
Секция AM синтеза аммиака получает сырье 1, являющееся подходящим источником углеводородов, например природный газ или исходный материал, содержащий метан, или другой источник, например нафту. Указанная секция AM синтеза аммиака включает входную часть для превращения сырья 1 и воздуха в подходящий свежий газ, а также контур синтеза. В соответствии с известным уровнем техники входная часть может включать основную риформинг-установку, вторую риформинг-установку, СО-конвертер, установку для удаления CO2 и метанатор. Типичная входная часть установки синтеза аммиака описана, например, в EP 2022754.
Аммиак 2, полученный в секции AM, пропускают в секцию UR синтеза мочевины, в которой осуществляют синтез мочевины U. В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения в секцию UR синтеза мочевины можно пропускать все количество аммиака, полученного в секции AM, или его часть. В секции UR синтеза мочевины можно осуществлять любые известные способы синтеза мочевины, в том числе, например, способ с отпаркой диоксидом углерода (CO2), способ с самоотпаркой или другие. В секцию UR синтеза мочевины преимущественно подают также диоксид углерода, поступающий из процесса очистки свежего газа во входной части секции AM синтеза аммиака.
Из секции UR синтеза мочевины выпускают поток 3 продувочного газа, содержащий некоторое количество аммиака. Этот поток 3 продувочного газа или по меньшей мере его часть направляют на установку СКВ селективного каталитического восстановления для очистки от дымовых газов 4 сжигания из секции AM синтеза аммиака. В этом примере поток 3 продувочного газа смешивают с дымовыми газами 4 до ввода дымовых газов на установку СКВ. В других вариантах осуществления изобретения поток 3 можно подавать на установку СКВ. Указанный поток 3 продувочного газа доставляет аммиак для восстановления оксидов азота в дымовых газах 4; сбрасываемый в атмосферу очищенный дымовой газ 5 содержит в основном N2 и Н2О и имеет уменьшенное или даже пренебрежимо малое содержание оксидов азота. При необходимости для установки СКВ может быть предусмотрен другой источник аммиака.
1. Способ синтеза аммиака и мочевины, в котором в секции (AM) синтеза аммиака установки для синтеза аммиака и мочевины осуществляют синтез аммиака (2) путем реакции водорода с азотом, причем упомянутый водород получают путем риформинга источника (1) углеводородов; по меньшей мере часть указанного аммиака (2) вступает в реакцию в секции (UR) синтеза мочевины указанной установки для синтеза мочевины (U), при этом в упомянутой секции синтеза мочевины образуется поток (3) продувочного газа, содержащий некоторое количество аммиака, отличающийся тем, что указанный поток (3) продувочного газа используется в качестве источника аммиака для селективного каталитического восстановления оксидов азота, содержащихся в дымовых газах (4) сжигания, образующихся на установке для синтеза аммиака и мочевины.
2. Способ по п.1, в котором упомянутые дымовые газы (4) сжигания выделяются секцией (AM) синтеза аммиака указанной установки для синтеза аммиака и мочевины.
3. Способ по п.1 или 2, в котором указанный поток (3) продувочного газа или по меньшей мере его часть подают на установку (СКВ) для селективного каталитического восстановления или смешивают с упомянутыми дымовыми газами (4) сжигания до ввода на указанную установку для восстановления.
4. Установка для синтеза аммиака и мочевины, включающая секцию (AM) синтеза аммиака и секцию (UR) синтеза мочевины, на которой в секции синтеза аммиака осуществляют синтез аммиака (2) из водорода и азота, причем упомянутый водород получают посредством риформинга источника (1) углеводородов, и по меньшей мере часть указанного аммиака (2) пропускают в секцию синтеза мочевины для синтеза мочевины, отличающаяся тем, что включает установку (СКВ) для селективного каталитического восстановления с целью удаления оксидов азота из образующихся в установке дымовых газов (4) сжигания, и тем, что включает трубопровод, смонтированный для подачи потока (3) продувочного газа, образующегося в секции синтеза мочевины, на указанную установку (СКВ) для селективного каталитического восстановления с целью использования упомянутого потока (3) продувочного газа в качестве источника аммиака для указанной установки.
5. Способ модификации существующей установки для синтеза аммиака и мочевины, включающий монтаж установки (СКВ) для селективного каталитического восстановления с целью удаления оксидов азота из образующихся в установке дымовых газов (4) сжигания и обеспечение трубопровода (3) для продувочного газа, который монтируют для направления потока продувочного газа, образующегося в секции синтеза мочевины, на указанную установку (СКВ) для селективного каталитического восстановления или для смешивания упомянутого потока продувочного газа с потоком дымовых газов сжигания, входящим на указанную установку для восстановления.
