Безотходные технологические процессы в химической промышленности на примере синтезе аммиака (стр. 4 из 5)
Рис. 8. Схема синтеза и выделения аммиака
В осушителях используют адсорбенты, удаляющие воду и следы СО2 до остаточного содержания менее 1 ррm об. Пока один аппарат с молекулярными ситами находится в работе, другой регенерируется продувочным газом из установки выделения продувочных газов (PGRU) (поз.160-L), нагретым насыщенным паром высокого давления до 200°С в нагревателе регенерации молекулярных сит (поз.183-С). Очищенный на молекулярных ситах продувочный газ используется как топливо для технологического нагревателя поз.104-В. [1]
2.6 Совмещенные схемы производства. Практика совмещенных процессов производства аммиака и метанола
Производство аммиака/карбамида - развитая отрасль индустрии повсюду в мире. В развитых странах потребность в этих продуктах имеет постоянный характер или падает. В результате заводы работают на сниженной мощности.
В этой ситуации необходимо рассмотреть конвертирование неиспользованных мощностей производства аммиака при их совмещении с производством метанола. Германская фирма “UHDE GmbH” разработала три технологические схемы совместного производства аммиака и метанола.
Базовая производительность по аммиаку трех проектов составляет 1200 т/сутки. При работе по схеме с производством метанола производительность по аммиаку составляет 1100 т /сутки и 200 т/сутки по метанолу (рис.9-11).
Разработан метод совместного производства метанола и аммиака из легких углеводородов, в частности СН4, под высоким давлением. Смесь СН4 и водяного пара подогревают и направляют в трубчатый реактор получения синтез-газа в соотношении Н2:СО > 3:1. После очистки от СО2 смесь СО и Н2 поступает в реактор синтеза метанола с циркуляцией газовой смеси.
Рис. 9. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант В, фирма “UHDE”
После отделения метанола выходящий газ содержит Н2 и малое количество СН4, N2 и метанола. После системы очистки получают чистый Н2, часть которого подают на сжигание в смеси с воздухом Н2 + 0,5О2 = Н2О и получением азота. Далее смесь азота и водорода поступает в реактор синтеза метанола. Данный способ позволяет получать NH3 с малыми энергетическими затратами. Суточная производительность установки 2500 т метанола и 950т NH3 в сутки.
В Англии разработан совмещенный процесс производства метанола и аммиака, первой стадией которого является получение метанола. Для получения аммиака из непрореагировавших газов синтеза метанола извлекают водород 99,999% чистоты фильтрацией через мембраны, смешивают его с азотом, полученным из воздуха. Образованную азото-воздушную смесь (АВС) направляют на синтез аммиака, который проводят под давлением, равным давлению водорода. По данному процессу может быть произведено 2547 т /сутки метанола и 771 т/сутки аммиака. Использование этого процесса позволяет снизить расход энергии в традиционной схеме производства аммиака до 6,3¸б,7 Гкал/т NH3.
Рис. 10. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант A, фирма “UHDE”
Предлагается совмещенный процесс получения метанола и аммиака – газообразное углеводородное сырье подвергается первоначальному риформингу паром для получения газа для синтеза метанола, содержащего Н2 и СО. Продувочный газ после синтеза метанола подвергается вторичному паровому риформингу воздухом для получения синтез-газа производства аммиака, содержащего H2, N2, CO2, CO. Этот газ подвергается высокотемпературной конверсии СО с целью уменьшения его содержания, а после снижения СО синтез-газ проходит ряд ступеней для удаления СО и СО2 и далее на получение аммиака.
Рис. 11. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант С, фирма “UHDE”
В США разработан способ совместного получения аммиака и метанола, исключающий образование метиламинов. Способ предусматривает:
1. Очистку углеводородного (до СН4) сырья, например природного газа, от сернистых соединений при температуре 400°С в присутствии Со-Мо катализатора и оксидцинкового поглотителя.
2. Паровую конверсию очищенного от сернистых соединений углеводородного сырья при соотношении пар : газ 2¸4 моля на 1 моль сырья на никелевом катализаторе до Н2 и СО при температуре 800¸900°С и Р = 1,5¸4,0 МПа.
3. Синтез метанола при температуре 240¸270°С, давлении 4¸10 МПа в присутствии цинкмедных (Cu - Zn) или цинкхроммедных (Cu - Zn - Cr) катализаторов.
4. Отделение метанола от газовой смеси состава, % моль.: H2 – 70¸80; CH4 – 10¸20; CO – 1¸2; CO2 – 1¸2; N2 – 0¸5; CH3OH – 0¸1.
Газовая смесь подается на паровую конверсию и используется для синтеза аммиака. При этом метанол и метан разлагают до Н2, CO и СО2 при взаимодействии с водяным паром на Ni-катализаторе при температуре 830¸900°С и давлении 4¸5 МПа с последующим частичным сжиганием H2, CO и CH4 при добавлении воздуха. Газовую смесь с температурой 1000¸1050°С и давлением 3,9¸4,9 МПа охлаждают до температуры 350¸370°С и превращают COcH2O в СО2 и Н2 на Fe-Cr-катализаторе до остаточного содержания СО 2,0¸2,5% моль.; поглощают СО2, пропуская смесь через амин или водный раствор К2СО3 (до остаточного содержания СО2 1,0¸2,0% моль.).
СО и СО2, присутствующие в газовой смеси, используются для дополнительного синтеза метанола при температуре 210¸270°С, давлении 10¸30 МПа; остаточное содержание СО и СО2 составляет, соответственно, менее 0,3 и 0,5% моль. Отходящие газы нагревают до 300°С в присутствии Ni-катализатора гидрирования СО и СО2 в СН4 и направляют на синтез аммиака, который ведут на железном катализаторе при температуре 380¸500°C, давлении 10¸30 МПа.
Отечественными исследователями усовершенствован способ совместного производства NH3 и CH3OH, он включает: очистку природного газа от соединений серы гидрированием; пароуглекислотную конверсию очищенного природного газа; очистку конвертированного газа от CO2; синтез CH3OH и NH3 с выделением продувочных газов и возврат их на стадию очистки от соединений серы.
Отличие – с целью снижения расхода природного газа и исключения выброса в атмосферу вредных примесей 65¸80% об. потока очищенного конвертированного газа направляют на синтез метанола, а продувочные газы синтеза метанола смешивают с остальной частью конвертированного газа и подвергают паровоздушной конверсии, после чего из конвертированного газа выделяют СО2 и направляют его на синтез метанола; затем конвертированный газ подвергают очистке от углекислоты, которую направляют на паро-углекислотную конверсию и после конверсии оставшийся газ подают на синтез аммиака.
Внедрение данного способа в промышленность позволит обеспечить экономию природного газа и исключить вредные выбросы в атмосферу путем максимального использования компонентов конвертированного газа. [1]
2.7 Основные преимущества совмещения производства метанола и аммиака
1. Совмещение производства аммиака и метанола позволит регулировать выработку продуктов и компенсировать сезонные циклы в спросе на удобрения.
2. Технология внедрения производства метанола в действующее производство аммиака позволит использовать существующую установку подготовки газа, компрессора, заводские сооружения, поэтому капитальные затраты на создание метанольной установки будут минимальными и выпускаемый метанол должен быть конкуренто способным на любом рынке.
3. Так как создание установки не требует дорогостоящего оборудования (компрессоров), то ее можно быстро изготовить и ввести в действие. (рис.12)
Таким образом, преимущества создания совмещенной установки метанола по сравнению с традиционными заключаются в следующем: низкие капитальные и топливно-энергетические затраты; компактность и простота в эксплуатации; сжатые сроки строительно-монтажных работ.
Рис. 12. Блок-схема совместного производства аммиака и метанола
2.8 Комбинированный автотермический риформинг (КАР)
В новом процессе парового риформинга отсутствует печь первичного риформинга с огневым обогревом. Для проведения парогазовой конверсии природного газа используется тепло технологического газа, отходящего из реактора вторичного риформинга. На рис. 13 показаны основные стадии процесса: первичный каталитический паровой риформинг; частичное окисление; адиабатический каталитический паровой риформинг (по желанию); теплообмен. Все три (или четыре) стадии совмещены в одном аппарате и из-за своей компактности он получил название “комбинированный автотермический реактор риформинга” - КАР. Новый реактор имеет следующий вид (рис. 14): 1- ввод парогазовой смеси; 2- зона теплообмена; 3- окислитель; 4- камера частичного охлаждения; 5- изоляция; 6- трубы с катализатором первичного риформинга; 7- трубы вокруг трубы риформинга (труба в трубе); 8- продукты реакции.
Рис. 13. Схема конверсии природного газа в первичном риформинге