Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода

Изобретение может быть использовано в производстве аммиака из углеводородного сырья. В установке производства аммиака первый выход блока очистки природного газа 1 соединен с первым входом камеры сгорания 7, а второй выход с компрессором 2, выход которого соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3. Выход насоса 16 последовательно соединен с входами холодных водяных контуров теплоносителя 14 и 12 третьего 13 и второго 10 поверхностных теплообменников. Выход холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с первым входом парового риформера 6, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовым контурами теплоносителя 4 и 11 первого 3 и второго 10 поверхностных теплообменников, охладителем 19, высокотемпературным реактором конверсии 20, конденсатором 21 и короткоцикловым адсорбером 22, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака 23, а второй выход соединен со вторым входом камеры сгорания 7. Выход воздушного компрессора 9 соединен с входом воздухоразделительной установки 8, первый выход которой соединен с третьим входом камеры сгорания 7, а второй выход соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Выход камеры сгорания 7 соединен со вторым входом парового риформера 6, второй выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13, который соединен с охладителем-сепаратором 17, первый выход которого выполнен с возможностью отвода воды. Второй выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18 и четвертым входом в камеру сгорания 7. Выход установки синтеза аммиака 23 соединен с входом установки сжижения аммиака 24. Изобретение позволяет снизить выбросы CO2 и углеродный след при производстве аммиака. 1 ил.

 

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано при производстве аммиака из углеводородного сырья с малыми выбросами токсичных веществ и парниковых газов.

Известные установки производства аммиака раскрыты в статье (Сосна М., Касым О. Основные тенденции в развитии технологии производства аммиака // Нефтегазохимия. - 2017. - №4. - р. 17-21) и включают установку очистки природного газа от серы, установку первичного риформинга, автотермический риформер, высокотемпературный и низкотемпературный реакторы конверсии, охладитель потока с отводом конденсата, блок очистки газа от СО2, блок очистки синтез-газа, компрессор синтез-газа, колонну синтеза аммиака и установку сжижения аммиака.

Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, поглощающего диоксид углерода, а также наличие выбросов углекислого газа.

Также известна установка для производства аммиака, раскрытая в патенте РФ №2597920, МПК С01С 1/04, опубл. 20.09.2016 и содержащая установку первичного риформинга, автотермический риформер, реакторы конверсии, блок очистки газа от СО2, реактор метанирования, компрессор синтез-газа, блок очистки синтез-газа, колонну синтеза аммиака и блок извлечения водорода.

Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, а также наличие выбросов углекислого газа.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка производства аммиака, описанная в статье (Ilg J., Kaedziora B. Linde Ammonia Concept: AMMONIA TECHNICAL MANUAL. Wiesbaden, Germany: Linde AG. - 1997. - p. 12) и содержащая блок очистки природного газа, паровой риформер, изотермический реактор конверсии, короткоцикловой адсорбер, воздухоразделительную установку, колонну синтеза и установку сжижения аммиака.

Недостатком данного технического решения является наличие выбросов углекислого газа.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении выбросов диоксида углерода при производстве аммиака.

Технический результат заключается в снижении углеродного следа при производстве аммиака.

Это достигается тем, что известная установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовыми контурами теплоносителя первого и второго поверхностного теплообменника, охладителем, высокотемпературным реактором конверсии, конденсатором, короткоцикловым адсорбером, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака, второй выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, насос, последовательно соединенный с холодными водяными контурами теплоносителя третьего и второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, который последовательно соединен с воздухоразделительной установкой, установкой синтеза аммиака и установкой сжижения аммиака, снабжена охладителем-сепаратором, вход которого соединен с выходом горячего газового контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, вход которого соединен с выходом охладителя-сепаратора, причем третий вход камеры сгорания соединен с другим выходом воздухоразделительной установки, а выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема установки производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода.

Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода содержит блок очистки природного газа 1, компрессор 2, первый поверхностный теплообменник 3, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 4 и холодный газовый контур теплоносителя 5, паровой риформер 6, камеру сгорания 7, воздухоразделительную установку 8, воздушный компрессор 9, второй поверхностный теплообменник 10, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 11 и холодный водяной контур теплоносителя 12, третий поверхностный теплообменник 13, содержащий холодный водяной контур теплоносителя 14 и горячий газовый контур теплоносителя 15, насос 16, охладитель-сепаратор 17, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 18, охладитель 19, высокотемпературный реактор конверсии 20, конденсатор 21, короткоцикловой адсорбер 22, установку синтеза аммиака 23, установку сжижения аммиака 24.

Вход блока очистки природного газа 1 выполнен с возможностью подачи природного газа, первый выход соединен с первым входом камеры сгорания 7, а второй выход с компрессором 2, выход которого соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3. Вход насоса 16 выполнен с возможностью подачи воды, а выход соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10. Выход холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с первым входом парового риформера 6, первый выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3. Выход горячего газового контура теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 соединен с входом горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10. Выход горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 соединен с входом охладителя 19. Выход охладителя 19 соединен с входом высокотемпературного реактора конверсии 20, выход которого соединен с входом конденсатора 21. Выход конденсатора 21 соединен с входом короткоциклового адсорбера 22, первый выход которого, выполненный с возможностью отвода произведенного водорода, соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Второй выход короткоциклового адсорбера 22 соединен со вторым входом камеры сгорания 7. Вход воздушного компрессора 9 выполнен с возможностью подачи воздуха, а выход соединен с входом воздухоразделительной установки 8, первый выход которой, выполненный с возможностью отвода кислорода, соединен с третьим входом камеры сгорания 7, а второй выход воздухоразделительной установки 8, выполненный с возможностью отвода азота, соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Выход камеры сгорания 7 соединен со вторым входом парового риформера 6, второй выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13. Выход горячего газового контура теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13 соединен с охладителем-сепаратором 17, первый выход которого выполнен с возможностью отвода воды. Второй выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18 и четвертым входом в камеру сгорания 7. Выход установки синтеза аммиака 23 соединен с входом установки сжижения аммиака 24, выход которой выполнен с возможностью отвода жидкого аммиака.

Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода работает следующим образом.

На вход блока очистки природного газа 1 подается природный газ, часть которого затем направляется в камеру сгорания 7, а другая часть на вход компрессора 2, в котором после сжатия осуществляется нагрев в холодном газовом контуре теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 за счет физической теплоты синтез-газа, который затем поступает в паровой риформер 6. Параллельно на вход насоса 16 поступает вода для нагнетания необходимого давления. Затем вода поступает в холодный водяной контур теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, в котором испаряется за счет утилизации теплоты уходящих газов парового риформера 6. Далее пар поступает в холодный контур теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10, в котором происходит перегрев пара за счет утилизации физической теплоты синтез-газа. После перегрева пар смешивается с потоком природного газа и поступает в паровой риформер 6, в котором за счет теплоты, выделившейся в камере сгорания 7, протекают химические реакции, в ходе которых происходит образование синтез-газа, состоящего в основном из угарного газа, водорода и углекислого газа. Затем синтез-газ проходит через горячий контур теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 и горячий контур теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 для охлаждения. Далее синтез-газ охлаждается в охладителе 19, после чего поступает в высокотемпературный реактор конверсии 20, где протекает реакция, в ходе которой образуются водород и угарный газ. Затем синтез-газ направляется в конденсатор 21 для удаления оставшихся водяных паров. В короткоцикловом адсорбере 22 осуществляется выделение водорода из газовой смеси, после чего оставшаяся часть синтез-газа подается в камеру сгорания 7 параллельно подаче природного газа. Воздух после сжатия в воздушном компрессоре 9 поступает в воздухоразделительную установку 8, где разделяется на кислород и азот. Азот подается на вход установки синтеза аммиака 23, в то время как кислород направляется в камеру сгорания 7, в которой осуществляется кислородное сжигание смеси природного газа и синтез-газа. Далее выхлопные газы после камеры сгорания 7 поступают в паровой риформер 6. Затем уходящие газы, проходя горячий газовый контур теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13, отдают свою теплоту нагнетаемой воде. Далее газы направляются в охладитель-сепаратор 17 для охлаждения и удаления остатком водяных паров. Избыток углекислого газа, образовавшийся в результате сжигания синтез-газа и метана в кислороде удаляется с помощью многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 18. Оставшиеся газы снова направляются в камеру сгорания 7. Полученный в короткоцикловом адсорбере 22 водород поступает на вход установки синтеза аммиака 23, где смешивается с потоком азота из воздухоразделительной установки 8. Далее происходит синтез аммиака из смеси газов в установке синтеза аммиака 23, после чего из потока отделяется аммиак, а водород с азотом снова подаются для синтеза. Полученный в установке синтеза аммиака 23 аммиак подается в установку сжижения аммиака 24, где охлаждается и сжимается до жидкого состояния.

Результаты моделирования работы установки производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода показали, что по сравнению с прототипом выбросы углекислого газа снижаются на 0,28-0,36 тонн углекислого газа на тонну производимого аммиака в связи с использованием кислородного сжигания топлива, которое позволяет удалять углекислый газ из основного потока с помощью охладителя-сепаратора и отправлять на захоронение, а также рециркуляции оставшейся части углекислого газа в камеру сгорания.

Использование изобретения позволяет снизить углеродный след при производстве аммиака за счет применения кислородно-топливного сжигания и удаления диоксида углерода с помощью подачи кислорода из воздухоразделительной установки 8 в камеру сгорания 7, рециркуляции потока углекислого газа после охлаждения и отделения воды в охладителе-сепараторе 17 в камеру сгорания 7 и удаления диоксида углерода из процесса многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18.

Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовыми контурами теплоносителя первого и второго поверхностных теплообменников, охладителем, высокотемпературным реактором конверсии, конденсатором, короткоцикловым адсорбером, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака, второй выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, насос, последовательно соединенный с холодными водяными контурами теплоносителя третьего и второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, который последовательно соединен с воздухоразделительной установкой, установкой синтеза аммиака и установкой сжижения аммиака, отличающаяся тем, что снабжена охладителем-сепаратором, вход которого соединен с выходом горячего газового контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, вход которого соединен с выходом охладителя-сепаратора, причем третий вход камеры сгорания соединен с другим выходом воздухоразделительной установки, а выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола и аммиака и к системе для совместного получения метанола и аммиака в соответствии с данным способом. Предлагаемый способ включает следующие стадии: (a) формирование первого потока синтез-газа путем взаимодействия первой части углеводородного сырья и пара в установке парового риформинга, (b) формирование второго потока синтез-газа параллельно первому потоку синтез-газа путем взаимодействия второй части углеводородного сырья с кислородсодержащим газом и паром в установке автотермического риформинга, (c) синтез метанола в контуре синтеза из первого технологического газа, содержащего первый поток синтез-газа, и (d) синтез аммиака из второго технологического газа, полученного из второго потока синтез-газа.

Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола и аммиака и к системе для совместного получения метанола и аммиака в соответствии с данным способом. Предлагаемый способ включает следующие стадии: (a) формирование первого потока синтез-газа путем взаимодействия первой части углеводородного сырья и пара в установке парового риформинга, (b) формирование второго потока синтез-газа параллельно первому потоку синтез-газа путем взаимодействия второй части углеводородного сырья с кислородсодержащим газом и паром в установке автотермического риформинга, (c) синтез метанола в контуре синтеза из первого технологического газа, содержащего первый поток синтез-газа, и (d) синтез аммиака из второго технологического газа, полученного из второго потока синтез-газа.

Изобретение относится к способу получения газообразного продукта (SNG), включающему следующие этапы: a) получение первой части (PF1) сырьевого потока (FDS), b) получение второй части (PF2) сырьевого потока (FDS), c) объединение указанной первой части (PF1) указанного сырьевого потока (FDS) с указанной второй частью (PF2) указанного сырьевого потока (FDS) с получением указанного сырьевого потока (FDS), d) нагревание по меньшей мере одной из i.

В заявке описан кожухотрубный аппарат (1), включающий: внешний кожух (2), первый трубный пучок (3) и второй трубный пучок (4), проходящие коаксиально друг с другом; первый внутренний кожух (5) и второй внутренний кожух (6); причем первый внутренний кожух окружает первый трубный пучок и расположен между указанными двумя трубными пучками; второй внутренний кожух окружает второй трубный пучок и расположен в пространстве между вторым трубным пучком и внешним кожухом (2); первый трубный пучок (3) работает в качестве парогенератора; второй трубный пучок (4) работает в качестве устройства предварительного нагрева; коаксиальные внутренние кожухи (5, 6) формируют проход для противотока горячей текучей среды, которая проходит в межтрубном пространстве.

В заявке описан кожухотрубный аппарат (1), включающий: внешний кожух (2), первый трубный пучок (3) и второй трубный пучок (4), проходящие коаксиально друг с другом; первый внутренний кожух (5) и второй внутренний кожух (6); причем первый внутренний кожух окружает первый трубный пучок и расположен между указанными двумя трубными пучками; второй внутренний кожух окружает второй трубный пучок и расположен в пространстве между вторым трубным пучком и внешним кожухом (2); первый трубный пучок (3) работает в качестве парогенератора; второй трубный пучок (4) работает в качестве устройства предварительного нагрева; коаксиальные внутренние кожухи (5, 6) формируют проход для противотока горячей текучей среды, которая проходит в межтрубном пространстве.

Настоящее изобретение относится к способу совместного синтеза метанола, аммиака и монооксида углерода, а также к установке для его осуществления. Предлагаемый способ включает следующие стадии: а) синтез метанола посредством каталитической конверсии первого синтез-газа (12), содержащего водород и оксиды углерода, б) синтез аммиака посредством каталитической конверсии второго синтез-газа (25), представляющего собой аммиачный подпиточный газ, содержащий водород и азот, и в) синтез монооксида углерода посредством окисления содержащего метан потока.

Предложен слой катализатора для химического реактора, имеющий радиально-цилиндрическую геометрию и включающий по меньшей мере один коллектор, выполненный в виде газопроницаемой цилиндрической стенки, содержащий по меньшей мере первый катализатор и второй катализатор, причем размер частиц второго катализатора меньше, чем у первого катализатора, и из первого катализатора сформирован слой катализатора, прилегающий к коллектору и соприкасающийся с ним.

Изобретение относится к реакторам с подвижным или неподвижным слоем с радиальным течением обрабатываемого технологического потока в процессах каталитического риформинга бензинов, скелетной изомеризации бензинов, обменного диспропорционирования олефинов, олигокрекинга, дегидрирования парафинов или ароматических соединений, производства аммиака.

Изобретение относится к реакторам с подвижным или неподвижным слоем с радиальным течением обрабатываемого технологического потока в процессах каталитического риформинга бензинов, скелетной изомеризации бензинов, обменного диспропорционирования олефинов, олигокрекинга, дегидрирования парафинов или ароматических соединений, производства аммиака.

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.

Изобретение относится к получению гранулированного СО2, используемого в процессах очистки поверхностей деталей промышленного оборудования и в процессах охлаждения промышленных и непромышленных объектов и изделий. Устройство получения гранулированного СО2 содержит корпус, имеющий камеру для твердого СО2, выполненную с возможностью формирования в ней твердого СО2, прессующий элемент, выполненный с возможностью прессования твердого СО2 в камере для твердого СО2 с обеспечением перехода по меньшей мере части твердого СО2 в состояние высоковязкого текучего СО2.
Наверх