CS240829B1 - Způsob výroby amoniaku z koksárenského plynu a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Podstata způsobu a zařízení Je v tom, že se koksárenský plyn stlačí nejprvé na tlak 0,3 až 1,2 MPa, načež se z něj odstraní praním metanolem sirovodík a další nečistoty. Po dalším stlačení se tlak 1,5 až 4 MPa se koksárenský plyn podrobí soolu se vzduchem samostatně stlačeným katalytické konverzi uhlovodíků, konverzi oxidu uhelnatého, načež se po odstranění oxidu uhličitého praním metanolem, přebytku dusíku částečnou kondenzací a zbytku oxidu uhelnatého metanizací takto vzniklá dusíkovodíková směs stlačí na tlak syntézy amoniaku.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízeni ne výrobu amoniaku z keksárenského plynu s úplnou přeměnou součástí koksárenskébo plynu na vodík.

Kofcsárenský plyn je k dispozici za atmosférického tlaky a obsahuje kolen 60 obj.Z vodíku, 25 Z metanu, 2,5 Z vyšších uhlovodíků, 6 Z oxidu ubelnatábo a dále dusík, kyslík, oxid uhličitý, sirovodík a řadu dalších příměsi jako fenol, nafta len, organickou siru, kyanovodík, acetylen a amoniak.

Je známá řada způsobů zpracováni koksárenského plynu na amoniak. Průmyslově dosud nejuživanějši způsob spočívá v kom presl koksárenského plynu na tlak 1 aí 2 NPa, v odstraněni nežádoucích nečistot /CO?, H?S, (fCN/ praním různými absorbenty a v odděleni vodíku od ostatních příměsi ochlazením na nízké teploty s následujícím praním vodíku kapalným dusíkem. Čistá dusikovodiková směs se stlačuje na tlak kolem 3 HPa, přičemž dochází k syntéze amoniaku. Byly snahy zjedno dušit čištěni a nízkoteplotní děleni nahrazením selektivního čištěni praním plynu metanolem. Je též známo čištěni koksárenského plynu v regenerátorech, které navic omezuje potíže při kompresi koksárenského plynu. Kofcsárenský plyn totiž obsahuje součásti, které při vyšších teplotách polymeruji.

Hlavni nevýhoda všech nízkoteplotních dělení koksárenského plynu však spočívá v tom, že se s vodíkem komprimuje velké množství dalších plynů, které z děleni odcházejí za nízkého tlaku. Spotřeba energie na výrobu amoniaku je tedy vysoká.

Je známé též oddělováni nečistot koksárenského plynu od vodíku adsorpci. Z hlediska spotřebyeenergie není tento způsob výhodnější než nizkotoplotní děleni, protože stejně jako

240 829

- 2 «ι nízkoteplotního děleni odcházejí příměsi vodíku za nízkého tlaku· Navio výtěžek vodíku jo podstatně nižši, nož u nízkoteplotního děleni.

Z energetického hlediska je výhodné přeměnit netán a dalši uhlovodíky a oxid uhelnatý vo stloěenén stavu na vodik. Jo znéný způsob, kdy so koksérenský plyn po stlačeni podrobí hydrogenaci s nésledujicin odstraněním sirovodíku, načež po předehřátí spolu s pérou s s kyslíkem obohaceným vzduchem vstupuje do reaktoru, kdo za teploty kolen 1000 °C probíhá reakce nozi uhlovodíky, pérou a kysliken za vzniku vodíku, oxidu uholnatého a oxidu uhličitého. Po odstraněni oxidu uholnatého konverzi vodni pérou a po odstraněni oxidu uhličitého vbodnýn absorbenten sa poslední zbytky oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého odstraňuji metanizaci. Dušikovodiková směs s obsahem Inertú do 1 Z se poton stlačuje na tlak syntézy amoniaku. Toto řešeni né však ještě tyto nevýhody : nusi být k dispozici pokud nožno lovný kyslík, déle zůstávají potíže s kompresi koksérenského plynu a vyrobené dusikovodikové sněs obsahuje velké množství inertú.

Déle je znán způsob zpracováni koksérenského plynu na amoniak, který pozůstává z komprese na 0,4 MPa, z práni Čpavkovou vodou a olejen, z odstraňováni sirovodíku absorpci a adsorpcí na aktivním uhlí, déle z komprese na 0,62 MPa, z parního reforningu, sekundárního reformingu vzduchem, z konverze oxidu uhelnatého, z práni oxidu uhličitého vodou, z komprese na 11 MPa, dopiréni oxidu uhelnatého a uhličitého, z konprese na tlak syntézy amoniaku a z vlastni syntézy amoniaku. Tento způsob mé tu nevýhodu, že vyžaduje otépěni trubek reformingu, k němuž koksérenský plyn bez předběžné úpravy, s ohledem na vysoký obsah sirných sloučenin, neni vhodný. Odsířeni znamená značné zdraženi provozu. Použiti jiného paliva pro otépěni znamená závislost na dalším energetickém zdroji a s tím jsou spojeny vicenéklady. Dalši nevýhodou je, že dusikovodikové směs obsahuje velké množství inertú. Při velkém obsahu inertú se musí odfuky syntézy amoniaku buď spalovat nebo dělit ve zvláštním zařízení.

- 3 240 829

Nevýhody znáaých způsobů výroby aaonlaku z koksárenského plynu, spočívajících v konpresi plynu, praní plynu absorbentea, například aetanolea, v katalytická konverzi uhlovodíků a oxidu uhelnatého, n1zkoteplotnla děleni, aetanlzad e v katalytické syntéze aaénlaku, odstraňuje řešeni podle vynálezu, které spočívá v toa, že se koksérenský plyn stlačí nejprve na tlak 0,3 až 1,2 NPa, načež se z néj odstraní prenla aetanolea za teploty -20 °C až -50 °C sirovodík, organické sira, kyanovodík, benzeé a saelotvorné uhlovodíky, načež se koksérenský plyn stlačuje na tlak 1,5 NPa až 4 NPa, při které· se po ohřátí na teplotu 400 ®C až 600 °C spolu se vzduchea saaostatně stlačeným a obřétýa na stejnou teplotu, přlčeaž se spolu s koksérenskýa plynea a popřípadě se vzducbea ohřeje přidaná péra nebo se odpaří a ohřeje přidané voda, podrobí při teplotě 800 °C až 1200 °C katalytické konverzi uhlovodíků za vzniku vodíku, oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého, načež se při teplotě 250 °C až 500 °C podrobí konverzi oxidu uhelnatého a po ochlazeni na teplotu -30 °C až -60 °C se prenla aetanolea odstraní oxid uhličitý, načež se ocblazenia na teplotu -170 °C až -185 °C odstraní částečnou kondenzaci přebytek dusíku a takto vzniklé dustkovodlkové saěs se po ohřátí, aetanlzaci zbylého oxidu uhelnatého a po stlačeni na tlak 10 NPa až 40.NPa podrobí katalytické syntéze na aaon1ak, přičemž rozdělováni směsi aetanolu a vody z praní sirovodíku 1 z práni oxidu uhličitého se provádí v regeneraci aetanolu z praní sirovodíku a odfuky syntézy aaonlaku se vrací před katalytickou konverzi uhlovodíků nebo ež za praní oxidu uhličitého.

Zařízeni k prováděni uvedeného způsobu, sestávající z koapresorů, praček, reaktorů, regeneračních kolon a výměníků tepla se vyznačuje tia, že koapresor koksárenského plynu je spojen s pračkou koksérenskébo plynu, propojenou s regenerační kolonou čištěni koksérenskébo plynu a déle s dotlačovada kompresorem koksárenského plynu, který je dále spojen s konvertorem uhlovodíků, na nějž je současně napojen koapresor vzduchu, přičeaž konvertor uhlovodíků je dále spojen s konvertorea oxidu uhelnatého a déle s pračkou oxidu

- 4 240 829 uhličitého spojenou současně s regenerační kolonou praní oxidu uhličitého, načež pračka oxidu uhličitého jo dálo spojeno s nízkoteplotní· děleni·, reaktor·· otanlzaco, konpresore· dusikovodikové aněal a o reaktore· syntézy anonlaku, příčeni regenerační kolena čistění koksárenského plynu a regenerační kalena praní oxidu uhličitého jsou navzájen propojeny·

Výhodou způsobu a zařízeni na výrobu anonlaku z koksáron skébo plynu podle vynálezu jo jednoduché zařízeni s nízkou spotřebou energie· Obtížná konprese plynu s ohlede· na polyne rad zůstává jen v první· stupni konprese na tlak 0,4 až 1,2 HPa· Další konprese je již těchto potíži po praní Metanole· zbavená.

Způsob podle vynálezu dále nevyžaduje děleni vzduchu, pro něž nuselo být u dosavadních zařízeni nalezeno využiti kyslíku, aby nohl být čistý dusík vyráběn jako vedlejší produkt. Pro praní sírných sloučenin a oxidu uhličitého je použito jednoho absorbentu. Regenerace absorbentu nůže být částečně společná. Př1 odstraňováni přebytečného dusíku nízkoteplotní· děleni· se odstraní současně všechen netán, dvě třetiny argonu a téměř polovina oxidu uhelnatého. Po netanlzad oxidu uhelnatého, na niž se spotřebuje néně vodíku než u běžného zařízeni, zůstane v dusikovodikové sněsi jen aa1 0,3 Z Inertních plynů. Vraceni· odfuků syntézy před nízkoteplotní zařízeni, tj. před praní oxidu uhličitého «etanol··, nebo před katalytické procesy, lze využit vodíku z odfuků, aniž by bylo zapotřebí další ponocné zařízeni.

Při použiti způsobu výroby anonlaku z koksárenského plynu podle vynálezu v popsané· zařízeni se sníží spotřeba koksárenského plynu na jednotku vyrobeného anonlaku na néně než polovinu /asi 45 Z/ proti zařízeni s nízkoteplotní· oddělováni· vodíku a práni· plynu kapalný· dusíken. Spotřeba tepla obsažená ve výchozím koksárenské· plynu se sice zvýši asi o 10 Z, avšak spotřeba energie na kompresi koksárenského plynu a vzduchu proti kompresi koksárenského plynu a dusíku u nízkoteplotního oddělováni vodíku se sníží asi o 30 Z a navíc se vyrobí značné množství páry, která nůže být využita napři5

240 829 klad pro výrobu čpavkového chladu v praní plynu Metanole·.

Tím dojde k další· úsporám energie·

Použiti· způsobu a zařízeni na výrobu anoniaku z koksárenského plynu podle vynálezu lze vyrábět čistý oxid uhličitý, který «ůže být vítanou surovinou pro výrobu Močoviny.

Provedeni způsobu a zařízeni na výrobu enonlaku z koksárenskébo plynu je scheaaticky znázorněno na výkresech· Na obr.1 je znázorněno základní blokové schena výroby anoniaku z koksárenského plynu podle vynálezu a na obr.2 je toto sehena doplněno o nožné vazby nezi regeneracemi metanolu a o vraceni některých odpadů zpět do výroby.

Zařízeni na obr.1 sestává z kompresoru 2. ^oksárenského plynu, spojeného s pračkou 2 koksárenského plynu, která je dále propojena s regenerační kolonou 4 čištěni koksárenského plynu a s dotlačovacim konpresoren 4 koksárenského plynu. Konpresor 4 koksárenského plynu a konpresor 2 vzduchu jsou napojeny na konvertor 6 uhlovodíků, který je spojen s konvertore· £ oxidu uhelnatého a dále s pračkou 8 oxidu uhličitého spojenou současně s regenerační kolonou 9 práni oxidu uhličitého. Pračka £ oxidu uhličitého je dále spojena s nizkoteplot nin děleni· plynu 10, reaktore· 11 netanizace, konpresoren 12 dusikovodikové směsi a s reaktore· 13 syntézy anoniaku. Označeni se týkají význačných aparátů. Výněniky tepla, chladiče, vařáky, odlučovače a pod. nejsou na obr. zachyceny.

Koksárenský plyn se stlačuje z atmosférického tlaku konpresoren 2 koksárenského plynu na tlak 1,0 MPa /0,3 až

1,2 MPa/. Za tohoto tlaku prochází koksárenský plyn pračkou 2, kde se při teplotě -20 °C až -50 °C odstraní metanole· sirovodík a organická sira. Přitom se odstraní i benzol, voda, kyanovodík, vyšši uhlovodíky a část oxidu uhličitého. Takto vyčištěný plyn se stlačuje v dotlačovacim kompresoru 4 koksárenského plynu na tlak 3 MPa /1,5 až 4 MPa/. Za tohoto tlaku se koksárenský plyn ohřeje na teplotu 400 až 600 °C, načež se zavede do konvertoru 6 uhlovodíků spolu se vzduchen stlačeným na stejný tlak v kompresoru 2 ^a ohřátý· rovněž na teplotu 400 až 600 °C. Koksárenský plyn, popřípadě 1 vzduch,

240 obsahuji os vstupu do konvertoru 6 vodní páru, která se přidává jeko vodní pára nebo vznikne odpařeni· vody přiváděná de plynu, resp. vzduchu před ohřátí·. Na katalyzátoru dojde k che •leká reakci nez1 uhlovodíky, jejichž převážnou část tvoři Metan, vodní párou e kysllke· za vzniku vodíku, oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého. Takto vzniklá sněs plynů ae po ochlazeni zavádlj do konvertoru 7 oxidu uhelnatého, kde při teplotě 250 až 500; ®C reaguje na katalyzátoru oxid uhelnatý s vodní párou za vzniku vodíku a oxidu uhličitého. Po ochlazeni se takto upravený plyn vypírá za teploty -20 ®c až -60 ®C metanolem v pračce 8 oxidu uhličitého. Takto ochlazený a vyčištěný plyn, obsahující jen kolem 10 ppP C0₂ vstupuje do nízkoteplotního děleni plynu 10, kde ochlazeni· na teplotu -170 ®C až -185 ®C /v závislosti na tlaku/ vykondenzuje přebytečný dusík e s nim prakticky všechen netán, dvě třetiny argonu a téněř polovina oxidu uhelnatého. Takto vzniklá duslkovodlková sněs, obsahující 75 Z vodíku a 25 Z dusíku, znečištěná ještě malým množstvím oxidu uhelnatého a argonu, po ohřátí na teplotu 100 ®C až 200 ®C prochází reaktore· 11 netanlzace, kde na katalyzátoru reaguje oxid uhličitý s vodíkem za vzniku netánu a vodní páry.

Po ochlazeni na nornálnl teplotu se takto vzniklá syntéznl sněs stlačuje v kompresoru 12 duslkovodlková směsi na tlak syntézy anonlaku /10 až 40 MPa/. V reaktoru 13 syntézy amoniaku vzniká na katalyzátoru amoniak jako konečný produkt. V syntéze anonlaku se koncentruji Inertní plyny obsažené v přiváděné syntéznl směsi tím, že nevstupuji do reakce. Aby se koncentrace Inertů příliš nezvýšila, část plynu se z kruhu syntézy anonlaku odpouští. Praní plynu metanolem, které probíhá v práč ce 2 koksárenského plynu, má samostatnou regeneraci metanolu v regenerační koloně 3 čištěni koksárenského plynu, reprezentující celou řadu kolon, výměníků tepla, chladičů a vařáků.

Pří regeneraci se z metanolu oddělí benzšS, voda a kyselé plyny, které mohou být zpracovány na elementární siru nebo kyselinu sirovou. Praní plynu metanolem, probíhající v pračce ,8 oxidu uhličitého, má samostatnou regeneraci metanolu v regenerační koloně £· Při regeneraci se z metanolu oddělí voda, topný plyn a téměř čistý oxid uhličitý.

- 7 240 829

Na ©br.2 je znázorněno základní blokové schena výroby aooniaku z koksárenského plynu jako na obr.1 se stejný· označeni· jednotlivých zařízeni, avšak s dalšími nožnými vazbani, které přispívají k zjednodušeni a k zvýšeni efektivnosti výroby· Metanol s vodou z pračky 8 oxidu uhličitého se zavádí k regeneraci do regenerační kolony 3 čištění koksárenského plynu, kde ee regeneruje současně se sněsi aetanol - voda z pračky 2 koksárenského plynu. Část tepelně úplně zregenerovaného netanolu z regenerační kolony £ čištěni koksárenského plynu se vrací do pračky 8 oxidu uhličitého. Nabitý netanol z pračky 8 oxidu uhličitého se škrti v regenerační koloně £ nejprve na tlak odpovídající tlaku v sáni dotlačovaciho kompresoru 4 koksárenského plynu. Škrcení· uvolněný plyn, obsahující kroně oxidu uhličitého značné anožstvl vodíku, se vrací do sáni zaíněného dotlačovaciho konpresoru 4. Tim lze podstatně snížit ztrátu vodíku při praní plynu Metanole·. Podobně lze vracet plyn uvolněný při škrceni Metanolu z pračky £ koksárenského plynu do sáni prvního nebo druhého stupně konpresoru 2 koksárenského plynu /na obr.2 není zakresleno/· Pro praní koksárenského plynu v pračce £ lze též použit netanol nasycený oxide· uhličitý· v pračce 8 a úplně zregenerovaný netanol z regenerační kolony 2 vracet na pračku 8. Odfuky z reaktoru 13 syntézy anonlaku se vrací do výtlaku dotlačovaciho konpresoru £ koksárenského plynu, popřípadě až za pračku £ oxidu uhličitého. T1n lze vrátit do syntézy nejen vodík obsažený v odfuclch, ale přeměnit 1 v nich obsažený netán na vodík /v případě vraceni do výtlaku dotlačovaciho konpresoru £/, zatímco takto vracený argon se odstraní v nízkoteplotní· děleni plynu 10«

Použiti· způsobu a zařízeni na výrobu anonlaku z koksárenského plynu podle vynálezu lze vyrábět čistý oxid uhličitý, který může být vítanou surovinou pro výrobu močoviny.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT V ϊ N I L E Z ϋ

   240 829

   1. Způsob výroby amoniaku z koksárenského plynu, spočívající v kompresi plynu, praní plynu absorbentem, například Metanole·, v katalytické konverzi uhlovodíků a oxidu uhelnatého, nízkoteplotní· děleni, metanlzad a v katalytické syntéze anonlaku, vyznačený tím, že se koksérenský plyn stlačí nejprve ne tlak 0,3 až 1,2 MPa, načež se z něj odstraní praní· Metanole· za teploty -20 °C až -50 °C sirovodík, organické sira, kyanovodík, benz££ a smolotvorné uhlovodíky, načež se koksérenský plyn stlačuje na tlak 1,5 až 4 MPa, při které· se po ohřátí na teplotu 400 °C až 600 °C spolu se vzduchem samostatně stlačený· a ohřátý· na stejnou teplotu, přičemž se spolu s koksérenský· plynem a popřípadě se vzduchem ohřeje přidané pára nebo se odpaří a ohřeje přidané voda, podrobí při teplotě 800 °C až 1200 °C katalytické konverzi uhlovodíků za vzniku vodíku, oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého, načež se při teplotě 250 °C až 500 °C podrobí konverzi oxidu uhelnatého a po ochlazeni na teplotu -30 °C až -60 °C se praní· Metanole· odstraní oxid uhličitý, načež se ochlazeni· na teplotu -170 °C až -185 °C odstraní částečnou kondenzaci přebytek dusíku a takto vzniklé duslkovodlkové směs se po ohřátí, netanlzacl zbylého oxidu uhelnatého a po stlačeni na tlak 10 až 40 MPa podrobí katalytické syntéze na amoniak, příčenž rozdělováni směsi metanolu a vody z praní sirovodíku 1 z praní oxidu uhličitého se provádí v regeneraci metanolu z praní sirovodíku a odluky syntézy amoniaku se vrací před katalytickou konverzi uhlovodíků nebo až za praní oxidu uhličitého.
2. 2. Zařízeni k prováděni způsobu podle bodu 1, sestávající z kompresorů, praček, reaktorů, regeneračnich kolon a výměníků tepla, vyznačené tím, že kompresor /1/ koksárenského plynu je spojen s pračkou /2/ koksárenského plynu, propojenou s regenerační kolonou /3/ čištěni koksárenského plynu a dále s dotlačovacim kompresorem /4/ koksárenského plynu, který je dále spojen s konvertorem /6/ uhlovodíků,

   - 9 240 829 na nějž je současně napojen kompresor /5/ vzduchu, přičemž konvertor /6/ uhlovodíků je dále spojen s konvertorem /7/ oxidu uhelnatého a dále s pračkou /8/ oxidu uhličitého, spojenou současné s regenerační kolonou /9/ praní oxidu uhličitého, načež pračka /8/ oxidu uhličitého je dále spojena s nízkoteplotním dělením plynu /10/, reaktorem /11/ metanizace, kompresorem /12/ dusikovodikové směsi a reaktorem /13/ syntézy amoniaku, přičemž regenerační kolona /3/ čištěni kok sárenského plynu a regenerační kolona /9/ praní oxidu uhliči tého jsou navzájem propojeny.