Совместное получение метанола, аммиака и мочевины
Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола, аммиака и мочевины из углеводородного сырья. При этом способ включает следующие стадии: a) получение из первого прямоточного метанольного процесса, включающего первую стадию реформинга и первую стадию синтеза метанола, первого выходящего потока, содержащего метанол, и первого отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода, и получение из второго прямоточного метанольного процесса, включающего вторую стадию реформинга и вторую стадию синтеза метанола, второго выходящего потока, содержащего метанол, и второго отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода; причем первую стадию синтеза метанола осуществляют параллельно со второй стадией синтеза метанола; b) получение синтез-газа аммиака из первого и/или второго отходящего газа на общей стадии каталитического метанирования и извлечение указанного синтез-газа аммиака, предпочтительно имеющего молярное соотношение H2:N2, равное около 3:1; c) каталитическое превращение азота и водорода синтез-газа аммиака на общей стадии синтеза аммиака и извлечение выходящего потока, содержащего аммиак и поток продувочного газа, содержащий водород, азот и/или метан; и d) взаимодействие по меньшей мере части выходящего потока, содержащего аммиак, с по меньшей мере частью отработавшего газа, содержащего CO2, из по меньшей мере одной из первой и второй стадий реформинга с получением мочевины. Предлагаемое изобретение позволяет избежать выбросов в атмосферу диоксида углерода, улавливаемого из синтез-газа метанола и аммиака, и использования дорогостоящих стадий конверсии водяного газа и удаления диоксида углерода. 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола и аммиака из углеводородного сырья без выброса в атмосферу диоксида углерода, улавливаемого из синтез-газа метанола и аммиака, и без использования дорогостоящих стадий конверсии водяного газа и удаления диоксида углерода. Более конкретно, настоящее изобретение относится к последовательному и прямоточному (один проход) способу совместного получения метанола и аммиака без конверсии водяного газа и удаления диоксида углерода и без воздухоразделительной установки, используемой в части реформинга установки.
Существующие в настоящее время способы совместного получения метанола и аммиака включают, как правило, параллельные процессы, в которых общая часть реформинга используется для получения синтез-газа, который разделяется на отдельные параллельные потоки, один из которых используется для синтеза метанола, а другой - для синтеза аммиака. Совместное получение метанола и аммиака также может проводиться последовательно или по порядку, когда синтез-газ, полученный в части реформинга, сначала превращают в метанол, а непрореагировавший газ, содержащий оксиды углерода и водород, впоследствии используется для синтеза аммиака. Требуются стадии конверсии водяного газа и/или удаления диоксида углерода из потока синтез-газа, что включает выделение CO2 в атмосферу и инвестиции в дорогостоящие и сложные установки для проведения конверсии и удаления диоксида углерода.
Первым объектом настоящего изобретения является способ совместного получения метанола, аммиака и мочевины, который является более простым, чем текущий способ, и который в то же время обеспечивает минимальный выброс диоксида углерода в атмосферу.
Вторым объектом настоящего изобретения является способ совместного получения метанола, аммиака и мочевины, который позволяет оптимизированное применение двух параллельных линий получения метанола.
Эти и другие преимущества достигаются способом согласно настоящему изобретения для совместного получения метанола, аммиака и мочевины из углеводородного сырья, причем указанный способ включает стадии
a) из первого метанольного процесса, включающего первую стадию реформинга и первую стадию превращения метанола, получая первый выходящий поток, содержащий метанол, и первый отходящий газ, стадию азот, водород и непревращенные оксиды углерода, и
из второго метанольного процесса, включающего вторую стадию реформинга и вторую стадию превращения метанола, получая второй выходящий поток, содержащий метанол, и второй отходящий газ, содержащий азот, водород и непревращенные оксиды углерода
b) получение синтез-газа аммиака из первого и/или второго отходящего газа, содержащего азот, водород и непревращенные оксиды углерода, на общей стадии каталитического метанирования, и извлечение указанного синтез-газа аммиака, предпочтительно имеющего молярное соотношение H2:N2, равное 3:1;
c) каталитическое превращение азота и водорода синтез-газа аммиака на общей стадии синтеза аммиака, и извлечение выходящего потока, содержащего аммиак, и отходящего потока газа, содержащего водород, азот и метан, и
d) взаимодействие по меньшей мере части выходящего потока, содержащего аммиак с по меньшей мере частью отработавшего газа, содержащего CO2, из по меньшей мере одной из первой и второй стадий реформинга с получением мочевины.
Другими словами, заявитель по настоящему изобретению обеспечивает способ, основанный на двух параллельных линиях получения метанола, каждая из которых содержит часть реформинга и часть реакции метанола. Каждая часть реакции метанола содержит метанольный продукт, который может быть направлен для дальнейшей обработки, хранения и т.д., а также отходящий газ, содержащий азот, водород и непревращенные оксиды углерода, который очень пригоден в качестве основы для синтеза аммиака при метанировании. Кроме того, аспект выбросов CO2 из промышленных установок и процессов представляет собой общую проблему, что делает текущий процесс очень интересным, поскольку используется, по меньшей мере, часть CO2 из отработавших газов из частей реформинга с получением мочевины.
Как применяется в настоящей заявке, термин “оксиды углерода” означает компоненты монооксида углерода и диоксида углерода.
Как применяется в настоящей заявке, на стадии каталитического метанирования (b) термин “посредство удаления непревращенных оксидов углерода” означает превращение непревращенных оксидов углерода в метан. Это, очевидно, отличается от удаления диоксида углерода за счет использования поглотителей в промывках кислотных газов, что исключено согласно настоящему изобретению.
Соответственно, как применяется в настоящей заявке термин «удаление диоксида углерода» означает очень дорогие стадии удаления CO2 в форме промывки кислотным газом, такие как обычные процессы MDEA и карбонатной промывки.
Предпочтительно в каждом из первого или второго метанольных процессов проводят следующие стадии
1) получение синтез-газа метанола, содержащего водород, оксиды углерода и азот, посредством парового реформинга углеводородного сырья в части реформинга, содержащего стадию первичного и вторичного реформинга;
2) каталитическое превращение оксидов углерода и водорода синтез-газа метанола на прямоточной стадии синтеза метанола и извлечение выходящего потока, содержащего метанол, и отходящего газа, содержащего азот, водород и непревращенные оксиды углерода;
В различных установках стадия вторичного реформинга представляет собой стадию вторичного реформинга с продуванием воздуха.
Как применяется в настоящей заявке термин “стадия первичного реформинга” означает реформинг, проводимый в обычной установке парового реформинга метана (SMR), то есть трубчатой установке реформинга, причем тепло, необходимое для эндотермического реформинга, обеспечивается тепловым излучением от горелок, таких как горелки, расположенные вдоль стенок трубчатой установки реформинга.
Как применяется в настоящей заявке термин “стадия вторичного реформинга с продуванием воздухом” означает реформинг, проводимый в автотермической установке реформинга или реакторе каталитического частичного окисления с использованием воздуха.
Как применяется в настоящей заявке, термин “прямоточная стадия синтеза метанола” означает, что метанол получают в по меньшей мере одном каталитическом реакторе, работающем при конфигурации одного прохода, т.e. без значительной рециркуляции (не более 5%, т.e. менее 5%, часто 0%) от объемного расхода любого газа, полученного при синтезе метанола, назад в метанольный реактор стадии синтеза метанола, в частности отходящего газа, содержащего водород и непревращенные оксиды углерода.
Обеспечивая две параллельные линии получения метанола и общую стадию метанирования с последующим общим синтезом аммиака, обеспечивается гибкий, но очень простой процесс.
Возможность контролировать поток/подачу синтез-газа из каждой из двух частей реформинга на каждую из двух частей синтеза метанола является преимущественной по нескольким причинам.
Например, первая и вторая прямоточные стадии синтеза метанола первого и второго метанольных процессов контролируются, по меньшей мере, путем регулирования количества синтез-газа с первой и/или второй стадии реформинга, подаваемого на первую и/или вторую стадию получения метанола.
Первый и второй метанольные процессы могут быть соединены линией синтез-газа, позволяющей распределять синтез-газ с каждой из двух первой и второй стадий реформинга на каждую из первой и второй метанольных стадий, что, например, может минимизировать любое сжигание синтеза газ, чтобы оптимизировать энергопотребление и тем самым эксплуатационные расходы (OPEX) и/или максимизировать использование часто очень дорогостоящей части реформинга за счет использования границ в конструкции компрессора и добровольно различного цикла дезактивации на первой и второй метанольной стадии.
Процесс может включать дополнительные параллельные метанольные процессы. То есть один или более дополнительных метанольных процессов могут осуществляться параллельно с двойным метанольным процессов согласно настоящему изобретению. Параллельные один, два, три или более параллельных метанольных процессов могут быть связаны одной или более линиями синтез-газа.
В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения по меньшей мере, часть метанола первого и/или второго метанольного процесса превращается в формальдегид. Этот формальдегид или, по меньшей мере, его часть может быть абсорбирован в водный раствор мочевины на основе, по меньшей мере, части мочевины, с получением UFC85 или эквивалентных растворов. UFC85 может быть добавлен к мочевине в качестве материала покрытия. UFC85 представляет собой концентрат, содержащий 85% формальдегида + мочевину и 15% воды.
Настоящее изобретение также относится к установке для совместного получения метанола, аммиака и мочевины.
Установка содержит первую и вторую параллельные линии получения метанола, по меньшей мере один общий реактор метанирования и по меньшей мере одну общую стадию синтеза аммиака, а также часть получения мочевины. Кроме того, установка предпочтительно содержит взаимосвязывающую линию синтеза, позволяющую жидкостное сообщение между первой и второй линиями получения метанола.
Устройство может содержать часть получения формальдегида и/или часть получения UFC85.
С простой и недорогостоящей технологической схемой (как в EP 2192082 B1) можно позволить две линии метанола, каждая из которых считается большой по размеру, и получить гибкость, которая достигается благодаря наличию двух линий вместо одной большой линии.
Как правило, часть реформинга будет наиболее дорогостоящей с точки зрения капитальных затрат (CAPEX), и поэтому будет иметь место очень ограниченное превышение нормального размера этой части. Тогда как компрессор синтеза обычно имеет границу в соответствии с соответствующим кодом и стандартом, синтез метанола будет иметь дополнительную емкость, когда катализатор является новым и еще не дезактивирован. Это может быть использовано для повышения гибкости и восстановления сбережения природного газа в течение всего срока службы катализатора метанола, который обычно рассчитан на 3-4 года. Катализатор синтеза аммиака дезактивируется гораздо медленнее и обычно может служить в течение 20 лет и поэтому не будет следовать жизненному циклу катализатора, такого как катализатор синтеза метанола. В принципе, общий синтез аммиака может поддерживаться в рабочем состоянии в течение всего срока службы его катализатора, всегда снабжаясь синтез-газом из, по меньшей мере, одного метанольного синтеза.
Дополнительная гибкость может быть достигнута наличием взаимосвязывающей линии синтез-газа между двумя передними концами (получение синтез-газа). Скорее всего, два синтеза метанола будут работать таким образом, чтобы у них не было одновременной замены катализатора. Один синтез метанола может иметь состояние катализатора в конце цикла (EOR), в то время как другой все еще находится в состоянии, близком к началу запуска, и при этом общая емкость синтеза метанола будет достаточной для использования полученного синтез-газа.
Эта линия синтез-газа может, например, использоваться во время запуска первого метанольного процесса, тогда как второй метанольный процесс работает путем подачи синтез-газа из первого метанольного процесса, запускаемого до второго метанольного процесса, вместо сжигания после первого синтеза метанола, так как последовательность запуска не доступна для работы.
С метанольными процессами и взаимосвязывающей линией синтез-газа, дорогостоящая часть реформинга в обоих метанольных процессах может работать с максимальной производительностью, а двойной метанольный синтез и один общий синтез аммиака могут совместно превращать весь синтез-газ, который производится.
Контур синтеза аммиак, имеющий емкость 750-960 тонн в сутки, считается небольшим, поэтому наиболее очевидными преимуществами является наличие одной общей линии синтеза аммиака для превращения синтез-газа из двух линий синтеза метанола. Общая мощность аммиака будет затем добавляться до мощности установки аммиака почти мирового класса 1500-1920, и можно будет добиться значительного сбережения CAPEX.
Все остальное, что связано с синтезом аммиака, также может быть общим для двух линий метанола, как например (но без ограничения к этому) компрессор технологического воздуха, часть метанирования, часть извлечения водорода и извлечения аммиака из продувочного газа. По меньшей мере, такое же относительное сбережение CAPEX может быть достигнуто для этих частей, которые считаются небольшими.
Описанные здесь стадии процесса получения мочевины и UFC85 также могут использоваться в связи с одностадийным процессом совместного получения метанола и аммиака, таким как процесс/установка, в основном основанная на одном из описанных здесь метанольных процессов, вместе с метанированием и синтезами аммиака. Например, процесс совместного получения, как описано в EP 2192082 B1.
Предпочтительно углеводородное сырье представляет собой природный газ, например, в форме сжиженного природного газа (LNG) или заменителя природного газа (SNG).
В соответствии с настоящим изобретением непосредственно применяют реакции, регулирующие реформинг, синтез метанола и синтез аммиака, так что метанол и аммиак могут совместно получены без удаления диоксида углерода, улавливаемого из синтез-газа. Получение водорода паровым реформинга регулируется эндотермической реакцией CH4 + H2O = CO + 3 H2, тогда как синтез метанола в отсутствии диоксида углерода регулируется реакцией CO + 2 H2 = CH3OH. В присутствии диоксида углерода, метанол иным образом также образуется в соответствии с реакцией CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O. В идеале подаваемый синтез-газ для получения метанола представляет собой газ, содержащий максимально возможное молярное соотношение CO/CO2. Синтез аммиака происходит в соответствии с реакцией N2 + 3 H2 = 2 NH3. Поскольку при проведении всего процесса реформинг дает только 3 моля водорода, в то время как для синтеза метанола уже требуется 2 моля водорода, а для синтеза аммиака требуется 3 моля водорода, намеренно ограничивают количество производимого аммиака до трети, чтобы иметь возможность использовать водород, который доступен в соответствии с 1/3 (N2 + 3 H2 = 2 NH3). Следовательно, с помощью настоящего изобретения мы намеренно способствуют минимальной гибкости при разделении продуктов метанола и аммиака.
Эта простая и превосходная мера позволяет в любое время получать около 75-80 мас.% метанола и 20-25 мас.% аммиака в процессе, который проще и дешевле, чем традиционные процессы, потому что этот процесс устраняет необходимость использования очень дорогостоящих стадий конверсии водяного пара для превращения монооксида углерода в водород и диоксид углерода, а также устраняет необходимость использования очень дорогих стадий удаления CO2, то есть промывки кислым газом, таких как обычные процессы MDEA и карбонатной промывки. Эксплуатационные расходы также поддерживаются на минимальном уровне, поскольку нет необходимости замены катализатора конверсии и нет необходимости в пополнении растворителя в процессах удаления CO2. Это контрастирует с другими комбинированными процессами производства метанола и аммиака, такими как способ согласно JP 2000063115, где необходимо очень дорогое удаление диоксида углерода с помощью обычного десорбера или абсорбера CO2, чтобы отрегулировать соотношение CO2/CO в синтез-газе, и тем самым достичь гибкость в процессе. Кроме того, поскольку вторичный реформинг проводится во вторичной установке для реформинга с продувом воздуха (автотермическая установка для реформинга с продувом воздуха), чтобы обеспечить необходимый азот, нет необходимости в дорогих и массивных установках разделения воздуха (ASU), что также делает процесс менее затратный, чем текущие процессы, где установки ASU часто требуются для подачи кислорода в автотермические установки реформинга, и в которых сопутствующее получение азот обычно используется в последующей азотной промывке.
Способ согласно настоящему изобретению является экологически чистым, поскольку не происходит выбросов в окружающую среду CO2, захваченного из синтез-газа метанола и аммиака. Практически весь моноксид углерода (и диоксид углерода), образующийся в процессе, используется для синтеза метанола.
Процесс применим для установки любой мощности, включая крупные установки, производящие более 2000 тонн в сутки аммиака и метанола, например 3000, 5000 тонн в сутки или даже более.
Стадию синтеза метанола предпочтительно проводят обычными средствами, пропуская синтез-газ при высоком давлении и температурах, таких как 60-150 бар, предпочтительно 120 бар и 150-300°C, по меньшей мере, через один реактор метанола, содержащий по меньшей мере один фиксированный слой катализатора метанола. Особенно предпочтительным реактором метанола является реактор с неподвижным слоем, охлаждаемый подходящим охлаждающим агентом, таким как кипящая вода, например реактор с кипящей водой (BWR). В конкретном варианте выполнения настоящего изобретения стадию синтеза метанола на стадии (b) проводят путем пропускания синтез-газа через один реактор с кипящей водой и затем через адиабатический реактор с неподвижным слоем или путем пропускания синтез-газа через ряд реакторов с кипящей водой и затем через адиабатический реактор с неподвижным слоем. Предпочтительно реактор с кипящей водой представляет собой отдельный реактор типа конденсация-метанол, который содержит в общей оболочке неподвижный слой частиц катализатора метанола и средства охлаждения, приспособленные для косвенного охлаждения синтез-газа метанола с помощью охлаждающего агента, и который работает при давлениях выше 90 бар и ниже 150 бар, более предпочтительно выше 110 бар и ниже 130 бар, как описано в DK патентных заявках PA 200800261 и PA 200800260, поданных 25 февраля 2008 года. Использование реактора метанола в соответствии с этими заявками позволяет работать при давлениях, намного превышающих обычные кипящие реакторы, которые обычно составляют около 80 бар. Кроме того, это позволяет использовать один реактор, а не два обычных реактора с кипящей водой, тем самым значительно снижая стоимость установки. Кроме того, поскольку рабочее давление на стадии синтеза метанола может поддерживаться на уровне около 120 бар или даже выше, существует значительная экономия с точки зрения размера оборудования и общих инвестиционных затрат, поскольку синтез метанола предпочтителен при высоких давлениях.
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает возможность работы части синтеза метанола и аммиака при аналогичных рабочих давлениях, например 130 бар, что подразумевает упрощенный процесс со значительной экономией на размере оборудования, как упомянуто выше. Тем не менее, также возможно работать при двух различных рабочих давлениях, например, 80 бар на стадии синтеза метанола и 130 бар на стадии синтеза аммиака, что означает экономию энергии на стадии синтеза метанола.
На стадии (a) выходящий поток, содержащий метанол, предпочтительно представляет собой жидкий выходящий поток. Этот выходящий поток получают путем охлаждения и конденсации синтез-газа из метанольных реакторов. Соответственно, способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать охлаждение синтез-газа, отводимого из каждого метанольного реактора, для конденсации метанола и пропускания газа через сепаратор, извлечение нижней фракции из сепаратора, содержащей сырой метанол, извлечение верхней фракции, содержащей синтез-газ, который пропускают в последующий метанольный реактор, и образование одного жидкого выходящего потока, содержащего метанол, путем объединения нижних фракций сепараторов каждого реактора, содержащих неочищенный метанол.
Необходимо понимать, что термин “метанольный реактор”, как применяется в настоящей заявке, охватывает адиабатические реакторы с неподвижным слоем и охлаждаемые реакторы, такие как реакторы с кипящей водой, и реакторы типа конденсация-метанол, которые содержат в общей оболочке неподвижный слой частиц катализатора метанола и средства охлаждения, приспособленные для косвенного охлаждения синтез-газа метанола с помощью охлаждающего агента.
Поскольку стадия синтеза метанола является прямоточной, нет необходимости в рециркуляции части верхней фракции из сепаратора адиабатического реактора с неподвижным слоем обратно в первый метанольный реактор на стадии синтеза метанола. Это контрастирует с другими комбинированными процессами получения метанола и аммиака, такими как способ JP 2000063115, где синтез метанола включает значительную рециркуляцию газообразного продукта.
На стадии (b) стадия каталитического метанирования для превращения оксидов углерода в метан проводится по меньшей мере в одном реакторе метанирования, который представляет собой адиабатический реактор, содержащий неподвижный слой катализатора метанирования.
На стадии (с) синтез-газ аммиака со стадии метанирования, содержащий правильную пропорцию водорода и азот (предпочтительно молярное соотношение H2:N2, равное 3: 1), необязательно пропускают через компрессор для получения требуемого давления синтеза аммиака, такого от 120 до 200 бар, предпочтительно около 130 бар. Аммиак затем получают обычным способом с помощью контура синтеза аммиака, содержащего, по меньшей мере, один конвертер аммиака, содержащий, по меньшей мере, один неподвижный слой катализатора аммиака, с промежуточным охлаждением. Выходящий поток, содержащий аммиак, содержит также водород, азот и инертные вещества, такие как метан и аргон. Аммиак может быть извлечен из выходящего потока, содержащего аммиак, в виде жидкого аммиака, путем конденсации и последующего отделения. Предпочтительно поток отходящего газа, содержащий водород, азот и метан, удаляют со стадии синтеза аммиака, а также поток, обогащенный водородом (> 90 об. % H2). Эти потоки могут, например, представлять собой поток из узла извлечения продувочного газа. Предпочтительно этот поток водорода добавляют на стадии синтеза метанола, например, путем объединения с синтез-газом метанола. Рециркуляция этого обогащенного водородом потока обеспечивает более высокую эффективность процесса, так как полезный водород используется в синтезе метанола и последующем синтезе аммиака, а не просто используется в качестве топлива.
Чтобы повысить энергетическую эффективность процесса, поток отходящего (продувочного) газа, содержащий водород, азот и метан, со стадии (с), возвращают на стадию (а), то есть его возвращают в виде отходящего газа-топлива в часть реформинга установки, в частности, на первичную стадию реформинга.
Мощность установки 3000 тонн в сутки метанола и 750 тонн в сутки аммиака в совместном получении считается размером мирового класса, но требуются даже более высокие мощности установки. В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается установка с двойной линией метанола, имеющая мощность 2 x 3000 тонн в сутки метанола и 2 x 750 тонн в сутки аммиака, что может конкурировать с другими технологиями, обычно считающимися более оптимальными для производства синтез-газа для синтеза метанола; как например двухступенчатый реформинг или ATR.
На прилагаемом чертеже показана упрощенная блок-схема процесса в соответствии с конкретным вариантом выполнения настоящего изобретения, включающего реформинг, стадию синтеза метанола, стадию метанирования и стадию синтеза аммиака.
В первой части реформинга, природный газ 1 добавляют на стадию первичного реформинга 20 (паровой реформинг метана) при добавлении потока 2. Затем частично подвергнутый реформингу газ далее подвергают реформингу на стадии вторичного реформинга с продувом воздуха 21 (автотермический реформинг) с добавлением воздуха 3. Синтез-газ метанола 4, содержащий водород, оксиды углерода и азот, охлаждают в котле-утилизаторе (котлах) отработавших газов при получении пара и затем сжимают до давления синтеза метанола (не показано). На первой стадии синтеза метанола 22 синтез-газ метанола 4 превращают в ходе прямоточной операции (операция в один проход, нет рециркуляции) при получении жидкого выходящего потока 5, содержащего метанол, и отходящего газа 6, содержащего азот, водород и непревращенные оксиды углерода. Около 80 мас.% от общей мощности установки идет на получение метанола выходящего потока 5.
Во второй части реформинга природный газ 1B добавляют на стадию первичного реформинга 20B (паровой реформинг метана) при добавлении пара 2B. Затем частично подвергнутый реформингу газ далее подвергают реформингу на стадии вторичного реформинга с продувом воздуха 21B (автотермический реформинг) с добавлением воздуха 3B. Синтез-газ метанола 4B, содержащий водород, оксиды углерода и азот, охлаждают в котле-утилизаторе (котлах) отработавших газов при получении пара и затем сжимают до давления синтеза метанола (не показано). На второй стадии синтеза метанола 22B синтез-газ метанола 4B превращают в ходе прямоточной операции (операция в один проход, нет рециркуляции) при получении жидкого выходящего потока 5B, содержащего метанол, и отходящего газа 6B, содержащего азот, водород и непревращенные оксиды углерода. Около 80 мас.% общей мощности установки идет на получение метанола выходящего потока 5B.
Оксиды углерода в отходящих газах 6 и 6B гидрируются в метан на общей стадии метанирования 23, в результате чего образуется синтез-газ аммиака 7, имеющий молярное соотношение H2:N2, равное 3: 1. Синтез-газ аммиака 7 затем пропускают через стадию синтеза аммиака 24 с получением выходящего потока 8, содержащего аммиак, и эффективного потока 9, содержащего водород, метан и азот, который обрабатывают для получения двух выходящих потоков. Первый выходящий поток 11 возвращается в качестве отходящего газа-топлива на стадию первичного реформинга 20. Второй выходящий поток 10, обогащенный водородом поток (> 90 об H2H2), возвращают на стадию синтеза метанола 22 путем объединения с потоком синтеза метанола 4. Около 20 мас.% от общей мощности установки идет на получение аммиака в выходящем потоке 8. Установка исключает использование установки разделения воздуха (ASU), а также стадий конверсии водяного пара и удаления CO2.
В следующей таблице приведены температуры, давления и скорости потока различных потоков для процесса в соответствии с Фиг. 1, где обеспечить получение около 3000 тонн в сутки метанола и 750 тонн в сутки аммиака, несмотря на использование сложного сырья. Используемое сырье представляет собой тяжелый природный газ (85 об.% метана):
Таблица
| Положение | Темп. | Давление | Скорость потока / кмоль/ч | ||||||
| °C | Бар г | H2O | H2 | N2 | CH4 | CO | CO2 | Ar | |
| 4,4B | 947 | 30.1 | 5890 | 12023 | 1414 | 419 | 3147 | 1043 | 16 |
| 6,6B | 35 | 120.3 | 2.7 | 4574 | 1457 | 463 | 17 | 38 | 20 |
| 7 | 35 | 119.3 | 8742 | 2914 | 1036 | 40 | |||
| 10,10B | 35 | 32 | 1463 | 66 | 61 | 4 | |||
| 11,11B | 35 | 12 | 167 | 477 | 450 | 16 |
Компрессор 25 технологического воздуха может быть один общий или один для каждой части реформинга.
Поток 4/4B может быть распределен по метанольным процессам 22/22B в зависимости от индивидуальной активности катализатора с целью оптимизации OPEX по линии 12.
Обогащенный водородом поток 10/10B и отходящий газ 11/11B может быть распределен для оптимизации технологических требований в частях реформинга и частях синтеза метанола.
Ввиду природы совместного получения метанола и аммиака из природного газа в технологическом газе, который будет извлечен для производства мочевины, не будет значительного количества CO2. Если желательно использовать часть или весь полученный аммиак в процессе согласно настоящему изобретению, то CO2 из отходящего газа из одной или более частей реформинга может быть извлечен в секции удаления CO2 27.
Как правило, в отходящих газах из одной части реформинга будет достаточно CO2, чтобы превратить весь аммиак из отходящих газов объединенной метанольной части в мочевину. Таким образом, экономия на масштабе может быть достигнута для установки мочевины, часть 29.
Широко используемый материал покрытия в производстве мочевины представляет собой мочевино-формальдегидный концентрат (UFC85), содержащий до 85% мочевины + формальдегид, а остальное - вода, чтобы избежать спекания мочевинного продукта. Синергизм получения материала покрытия в настоящем изобретении очевиден, поскольку для получения формальдегида и раствора мочевины требуется небольшой поток метанола 16, и раствор мочевины требуется для абсорбции формальдегида для получения UFC85 или более разбавленных продуктов UFC в части 28.
1. Способ совместного получения метанола, аммиака и мочевины из углеводородного сырья, причем указанный способ включает стадии:
a) получение из первого прямоточного метанольного процесса, включающего первую стадию реформинга и первую стадию синтеза метанола, первого выходящего потока, содержащего метанол, и первого отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода, и
получение из второго прямоточного метанольного процесса, включающего вторую стадию реформинга и вторую стадию синтеза метанола, второго выходящего потока, содержащего метанол, и второго отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода; причем первую стадию синтеза метанола осуществляют параллельно со второй стадией синтеза метанола;
b) получение синтез-газа аммиака из первого и/или второго отходящего газа на общей стадии каталитического метанирования и извлечение указанного синтез-газа аммиака, предпочтительно имеющего молярное соотношение H2:N2, равное около 3:1;
c) каталитическое превращение азота и водорода синтез-газа аммиака на общей стадии синтеза аммиака и извлечение выходящего потока, содержащего аммиак и поток продувочного газа, содержащий водород, азот и/или метан; и
d) взаимодействие по меньшей мере части выходящего потока, содержащего аммиак, с по меньшей мере частью отработавшего газа, содержащего CO2, из по меньшей мере одной из первой и второй стадий реформинга с получением мочевины.
2. Способ по п. 1, где в каждом из первого и второго метанольных процессов проводят следующие стадии:
1) получение синтез-газа метанола, содержащего водород, оксиды углерода и азот, посредством парового реформинга углеводородного сырья в части реформинга, содержащего стадии первичного и вторичного реформинга;
2) каталитическое превращение оксидов углерода и водорода синтез-газа метанола на прямоточной стадии синтеза метанола и извлечение выходящего потока, содержащего метанол, и отходящего газа, содержащего азот, водород и непревращенные оксиды углерода;
3. Способ по п. 2, где стадия вторичного реформинга представляет собой стадию вторичного реформинга с продуванием воздуха.
4. Способ по п. 1, где углеводородное сырье представляет собой природный газ, или заменитель природного газа (SNG), или газ, содержащий >80% метана.
5. Способ по п. 1, где превращение метанола первой и второй прямоточных стадий синтеза метанола первой и второй стадий синтеза метанола контролируют по меньшей мере путем регулирования количества синтез-газа с первой и/или второй стадии реформинга, подаваемого на первую и/или вторую стадию получения метанола.
6. Способ по п. 1, где синтез метанола проводят путем пропускания синтез-газа через один или более реактор с кипящей водой и затем через один или более адиабатический реактор с неподвижным слоем.
7. Способ по п. 1, где синтез метанола проводят путем пропускания синтез-газа через один или более реактор с кипящей водой и затем через один или более реактор, охлаждаемый газом.
8. Способ по п. 7, где реактор с кипящей водой находится в форме отдельного реактора типа конденсация-метанол, который содержит в общей оболочке неподвижный слой частиц катализатора метанола и средства охлаждения, приспособленные для косвенного охлаждения синтез-газа метанола с помощью охлаждающего агента.
9. Способ по п. 7 или 8, дополнительно включающий охлаждение синтез-газа, отводимого из каждого метанольного реактора, для конденсации метанола и пропускания газа через сепаратор, извлечение нижней фракции из сепаратора, содержащей сырой метанол, извлечение верхней фракции, содержащей синтез-газ, который пропускают в последующий метанольный реактор, и образование одного жидкого выходящего потока, содержащего метанол, путем объединения нижних фракций сепараторов каждого реактора, содержащих неочищенный метанол.
10. Способ по п. 1, дополнительно включающий извлечение обогащенного водородом потока из потока продувочного газа, содержащего водород, азот и метан, и добавление этого потока на стадию (а).
11. Способ по п. 1, дополнительно включающий извлечение отходящего газа из потока продувочного газа, содержащего водород, азот и метан, и добавление этого потока на стадию (а) в качестве топлива.
12. Способ п. 1, содержащий дополнительные параллельные метанольные процессы.
