RO114590B1

RO114590B1 - Procedeu de obținere a amoniacului

Info

Publication number: RO114590B1
Application number: RO9800517A
Authority: RO
Inventors: Marin Valceanu; Minodor Florea
Original assignee: Marin Valceanu; Minodor Florea
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-06-30

Abstract

Invenția se referă la un procedeu de obținere a amoniacului, produs utilizat în industria îngrășămintelor chimice, a coloranților. Gazul natural se saturează cu vapori de apă și se amestecă cu gazele recirculate sau cu gazele rezultate la faza deseparare a hidrogenului din gazele de purjă și/sau reziduale, de la sinteza metanolului, sau din procese termocatalitice. Se reduce raportul în greutate abur: carbon până la 2,8/1 și se micșorează temperatura la conversia primară, până la o temperatură de 63O°C. Conversia finală a gazului neconvertit la reformarea primară și a gazelor reziduale se realizează prin introducerea de aer cu conținut mărit de oxigen, preîncălzit și saturat cu vapori de apă, iar în cazul unui conținut de hidrogen suplimentar sau de gaze de purjă și/sau reziduale, cu un conținut de hidrogen de minimum 20% volum, se introduce în reformerul secundar aer, cu conținut normal de oxigen. Hidrogenul suplimentar sau gazele ce conțin hidrogen se introduc, după o saturare cu vapori de apă și o eventuală injectare cu abur, direct în reformerul secundar sau/și în reformerul primar, dar numai după o spălare prealabilă cu condens.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a amoniacului, produs utilizat în industria îngrășămintelor chimice, a coloranților.

Sunt cunoscute procedee de obținere a amoniacului, din hidrocarburi, cuprinzând următoarele faze: comprimarea gazului natural sau a altor hidrocarburi, preîncălzirea materiei prime, pe seama căldurii gazelor arse de la reformarea primară, desulfurarea hidrocarburilor prin reținerea sulfului pe oxid de zinc, realizarea amestecului hidrocarburiabur, conversia amestecului hidrocarburi-abur pe catalizator de nichel, în tuburile reformerului primar, conversia secundară a gazului rămas, neconvertit la conversia primară, realizată pe catalizator de nichel, prin adăugare de aer comprimat, într-o cantitate care să asigure conversia avansată a materiei prime și obținerea gazului de sinteză, recuperarea căldurii gazului convertit, conversia CO la CO₂, pe catalizator de FeCr, conversia CO la C0₂ la temperaturi mai coborâte, folosind catalizator pe bază de cupru, spălarea C0₂ din gazul convertit cu soluție de carbonat de potasiu, metanizarea urmelor de CO și C0₂ rămase în gazul de sinteză după spălarea C0₂, comprimarea gazului de sinteză rezultat, sinteza amoniacului, separarea și condensarea amoniacului.

Aceste procedee prezintă unele dezavantaje, cum ar fi: consumuri specifice energetice ridicate, temperaturi de lucru ridicate, la faza de conversie primară, randamente mai reduse la valorificarea aburului energetic, recuperarea redusă a căldurii fizice a gazelor arse, care se eșapează în atmosferă.

Problema tehnică, pe care o rezolvă procedeul conform invenției, este reducerea avansată a consumului specific energetic prin: scăderea temperaturii la conversia primară, utilizarea avansată a energiei mecanice și termice a aburului, reducerea consumului de abur de proces prin saturarea cu vapori de apă a reactanților.

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate prin aceea că gazul natural se saturează cu vapori de apă, se amestecă cu gazele recirculate, bogate în hidrocarburi rezultate la faza de separare a gazelor de purjă de la sinteza amoniacului sau cu gazele rezultate la faza de separare a hidrogenului din gazele de purjă și/sau reziduale de la sinteza metanolului sau din procese termo-catalitice, se reduce raportul în greutate abur: carbon până la 2,8/1, se reduce temperatura la conversia primară până la 63O°C, rezultând un procent de conversie pentru gazul metan de minimum 20%, iar pentru hidrocarburile superioare de 1OO%, conversia finală a gazului neconvertit la reformarea primară și a gazelor reziduale bogate în hidrocarburi în cazul introducerii directe la reformarea secundară, realizându-se la temperaturi de 800 ... 1OOO°C, prin introducerea de aer cu conținut de oxigen de până la 35% volum, preîncălzit, pe seama căldurii gazelor arse de coș și saturat cu vapori de apă, iar în cazul unui conținut de hidrogen suplimentar sau de gaze de purjă și/sau reziduale cu un conținut de hidrogen de minimum 20% volum, se introduce în reformerul secundar aer cu un conținut normal de oxigen preîncălzit și saturat cu vapori de apă, în proporția necesară asigurării în gazul de sinteză a unui raport molar N_a/H₂ de 1/3, recuperarea căldurii neconsumate materializându-se prin producția de abur energetic supraîncălzit și abur saturat precum și a apei calde de termoficare.

Hidrogenul suplimentar sau gazele ce conțin hidrogen cum sunt gazele de purjă și/sau gazele reziduale de la instalații de metanol, reformare catalitică, dezalchilare, piroliză, cracări termo-catalitice diverse sau din orice sursă, se introduc după o saturare cu vapori de apă și o eventuală injectare cu abur, direct în reformerul secundar sau/și

RO 114590 Bl în reformerul primar, dar numai după o spălare prealabilă cu condens. Se separă hidrogen de înaltă puritate, într-o instalație adecvată, în sine cunoscută, de unde hidrogenul separat se introduce în gazul de sinteză a amoniacului, înaintea fazei de metanizare a urmelor de CO și C0₂, iar gazele rămase după separarea hidrogenului, bogate în hidrocarburi, se introduc după o saturare cu vapori de apă și, eventual, o injectare cu abur, direct în reformerul secundar, alături de alte gaze recirculate, unde are loc conversia finală, utilizându-se aer cu un conținut normal de oxigen, preîncălzit și saturat cu vapori de apă și/sau în reformerul primar, dar numai după o spălare prealabilă cu condens, iar în cazul în care condițiile de puritate ale hidrogenului nu permit introducerea în gazul de sinteză înaintea fazei de metanizare a urmelor de CO și CO₂ sau direct în circuitul de sinteză a amoniacului, se introduce hidrogen în reformerul primar, după o spălare prealabilă cu condens sau/și în reformerul secundar.

Aburul energetic supraîncălzit cu o presiune de până la 120 at și o temperatură de 400 ... 53O°C, obținut prin recuperarea căldurii neconsumate, se destinde în trepte, pentru antrenarea unor turbine cu contrapresiune sau cu contrapresiune și condensație numai pe partea de abur folosit pentru reglaj, turbine ce acționează turbocompresoare de gaz de sinteză și de recirculare, turbocompresoare de aer și de amoniac, eventual turbocompresorul de gaz natural, rezultând în final după destinderea aburului energetic un abur reutilizabil cu o presiune de 9 ... 25 at și temperaturi de 200 ... 300°C și respectiv de 4 ... 8 at și 170... 220°C.

Se preia din tamburul cazanului de abur energetic de înaltă presiune o cantitate mai mare de apă de cazan decât purjă necesară, care se destinde în trepte corespunzătoare treptelor de presiune ale aburului supraîncălzit, în care se introduce aburul saturat rezultat, sau se destinde în trepte de presiune, din care să rezulte abur saturat, necesar fazelor de proces, urmând ca din apa de cazan, rezultată după ultima destindere să se efectueze purja prevăzută, iar restul de apă rămasă să fie reintrodusă în circuitul apei de alimentare a cazanului de înaltă presiune.

Resursele suplimentare de bioxid de carbon, de la instalația de amoniac, se constituie după uscarea acestora ca surse de gaz inert pentru suflări de trasee și echipamente din instalație.

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- prin saturarea gazului metan și a aerului cu vapori de apă, se realizează o diminuare a consumului de abur tehnologic și valorificarea superioară a unor resurse energetice secundare;

- prin posibilitatea introducerii în reformerul primar și secundar și a altor gaze decât gazul natural tehnologic, se asigură o încărcare controlată a acestora, creând posibilitatea unor condiții de operare mai favorabile, la capacitatea optimă a echipamentelor și traseelor;

- prin introducerea hidrogenului separat din sursa suplimentară de gaze de purje și/sau gaze reziduale, direct înaintea fazei de metanizare, iar restul de gaz rezultat după separarea hidrogenului în reformerul secundar sau/și în reformerul primar, se crează condiții mai favorabile pentru reducerea pierderilor de presiune în zonă;

- prin destinderea în trepte a aburului energetic de înaltă presiune și temperatură în turbine cu contrapresiune, se asigură o recuperare avansată a energiei termice concomitent cu reducerea corespunzătoare a consumului de apă de răcire.

RO 114590 Bl

Se prezintă, în continuare, două exemple de realizare a procedeului conform invenției, în legătură cu fig. 1 și 2 care reprezintă schemele, pe faze, ale fluxului tehnologic de obținere a amoniacului.

Exemplul 1. Gazul natural (sau alte hidrocarburi mai grele utilizate ca materie primă), după ce se comprimă la o presiune de 25 și 45 at și se saturează cu vapori de apă, se preîncălzește la 360 ... 39O°C, după care se desulfurează pe un catalizator de ZnO.

Gazul natural desulfurat, la care se adaugă și gazele recirculate (în situația când acestea nu au fost introduse direct în reformerul secundar), se amestecă cu aburul de proces în vederea constituirii amestecului abur-carbon (gaz natural) în raport de 2,8 ... 3,2:1.

Amestecul abur-gaz natural intră în tuburile reformerului primar, unde are loc conversia primară a gazului metan în proporție de 20 ... 60% și conversia hidrocarburilor superioare de 100%, la temperaturi de 630 ... 76O°C pe un catalizator de Ni. Gazul parțial convertit, în care se introduce și gazul recirculat (după o injecție de abur prealabilă), se introduce în reformerul secundar unde, la temperaturi de 800 ... 1OOO°C, în prezența aerului îmbogățit în oxigen, respectiv cu un conținut de oxigen de 22 ... 35% voi, are loc conversia finală tot pe un catalizator pe bază de Ni.

Aerul îmbogățit în oxigen, fie prin adaos de oxigen dintr-o sursă existentă, fie prin trecerea aerului peste zeoliți naturali sau sintetici ori prin membrane separatoare, se preîncălzește pe seama căldurii gazelor arse și se saturează cu vapori de apă ca și gazul natural, folosindu-se în acest scop o sursă de condens sau de apă demineralizată încălzită la 250 ... 320°C.

Gazul convertit după reformerul secundar, intră într-un sistem de recuperare a căldurii, apoi la conversia CO la C0₂ la înaltă temperatură, utilizându-se un catalizator pe bază de Fe-Cr, când se reduce conținutul de CO până la 3 ...5% voi., după care gazul intră pentru conversia CO la C0₂ la joasă temperatură, folosindu-se un catalizator pe bază de Cu, când conținutul de CO se reduce la 0,3 ... 0,5% voi.

După reținerea C0₂, prin utilizarea unor soluții de spălare cunoscute, încât conținutul de C0₂ în gaz după spălare este de 0,1 ... 0,3% voi, urmează metanizarea urmelor de CO și C0₂ pe un catalizator pe bază de Ni.

Gazul de sinteză după metanizare, conținând H₂ și N₂ în raport stoeochiometric de 3 :1, se comprimă la 80 ... 300 at și intră în reactorul de sinteză, unde la o temperatură de 380 ... 520°C, pe un catalizator pe bază de FeO + Fe₂0₃ are loc sinteza amoniacului, ce se livrează sub formă lichidă și gazoasă.

Gazele de purjă extrase din circuitul de sinteză al amoniacului se introduc într-o instalație de separare a componenților, rezultând următoaorele produse:

- apă amoniacală (25% NH₃), produs finit;

- argon tehnic și alte gaze nobile, produse finite;

- hidrogen ce se recirculă la sinteza amoniacului;

- amestec hidrocarburi bogate în CH₄, care se recirculă după saturare cu vapori de apă la reformerul primar sau secundar pentru a fi convertite, iar la nevoie pot fi utilizate ca agent combustibil.

Aburul energetic, supraîncălzit, cu o presiune de până la 120 at și o temperatură de 400 ... 530°C, obținut prin recuperarea căldurii din fazele procesului tehnologic, se

RO 114590 Bl

140 utilizează pentru antrenarea unor turbine de mare capacitate și randament, cu contrapresiune, care acționează compresorul de gaz de sinteză și recirculare (compresorul de aer fiind cuplat după caz cu un generator electric), compresorul de amoniac și, opțional compresorul de gaz metan. Aburul rezultat după destinderea în turbine este colectat în trei rețele cu următorii parametri: o rețea cu presiunea de 35 ... 45 at și temperatura de 350 ... 460°C în care intră aburul rezultat de la turbina de antrenare a turbocompresorului de gaz de sinteză și recirculație, o rețea cu presiunea de 9 ... 25 at și temperatura de 200 ... 300°C, și o altă rețea cu presiunea de 4 ... 8 at și temperatura de 170 ... 220°C, în care intră aburul rezultat de la turbinele de acționare a turbocompresoarelor de aer și de amoniac.

Aburul de 9 ... 25 at și de 4 ... 8 at se livrează la consumatorii din instalație sau de pe platformă.

Energia electrică rezultată de la generatorul electric, antrenat de turbina compresorului de aer, se utilizează de către consumatorii din instalație sau de pe platformă.

Energiile reziduale cu potențial termic scăzut se recuperează sub formă de apă caldă pentru termoficare cu temperatura de 100... 150°C și presiunea de 5 ... 15 at la livrare, și 50 ... 60°C, la preluarea de la consumatori.

Apa caldă cu temperaturi de 60 ... 95°C se poate utiliza și pentru încălzirea unor sere de legume sau flori.

încălzirea apei de termoficare se face prin răcirea fracției de C0₂ de la spălarea cu carbonat de potasiu și prin răcirea gazelor arse de la coșul de dispersie.

Purjarea cazanului de abur de înaltă presiune se face prin preluarea unei cantități mai mari de apă de cazan, decât cea prevăzută ca strict necesară pentru purjare, care se va destinde în trei trepte de presiune (reperele 1, 2, 3 din fig. 1 și 2), respectiv de la 60 ... 120 at, la 35 ... 45 at, aburul saturat rezultat introducându-se în aburul supraîncălzit de proces, înaintea reformerului primar, în vederea participării acestuia la formarea amestecului abur-gaz natural. Urmează, apoi, o a doua treaptă de destindere de la presiunea de 35 ... 45 at la 9 ... 25 at, aburul saturat rezultat introducându-se în bara de abur supraîncălzit de 9 ... 25 at.iar din a treia treaptă de destindere la presiunea de 4 ... 8 at, aburul saturat obținut, se introduce în bara de abur supraîncălzit de 4 ... 8 at, condensul rezultat după ultima destindere fiind reintrodus în circuitul de apă de alimentare cazan, după efectuarea purjei prevăzute.

încălzirea cantității suplimentare de apă de cazan preluată pentru destinderea în treptele de presiune, menționate mai sus, se face parțial pe seama căldurii gazelor arse din zona de convecție a reformerului primar și a căldurii gazelor rezultate după reactorul de sinteză a amoniacului.

Exemplul 2. Se procedează ca la exemplul 1, dar se utilizează o sursă suplimentară de hidrogen sau de gaze conținând hidrogen: gaze de purjă și/sau reziduale rezultate din instalația de mentol, reformare catalitică, dezalchilare, hidrotratare, pirolize, cracări termo-catalitice diverse sau din alte surse.

In acest caz, gazul natural (sau alte hidrocarburi mai grele, utilizate ca materie primă) urmează fluxul tehnologic din exemplul 1, ca și aerul de proces preîncălzit și saturat cu vapori de apă, fără a mai fi însă îmbogățit în oxigen (eventual, într-o proporție mică în funcție de conținutul în hidrogen al gazelor de purjă și/sau reziduale disponibile).

145

150

155

160

165

170

5

180

RO 114590 Bl

In cazul în care se dispune de rezervă de capacitate la reformerul secundar și primar și pe traseele aferente, aceste gaze se introduc fie direct în reformerul secundar după operația de saturare cu vapori de apă, sau/și în reformerul primar, dar numai după o spălare prealabilă a acestora cu condens.

Dacă capacitatea reformerului primar și secundar și a traseelor aferente nu permite acest lucru, atunci se realizează separarea hidrogenului din gazele de purjă și/sau reziduale, într-o instalație adecvată, de unde hidrogenul de înaltă puritate, astfel separat, se introduce în gazul de sinteză a amoniacului înaintea fazei de metanizarea urmelor de CO și COg, iar gazele rămase după separarea hidrogenului, bogate în hidrocarburi, se introduc direct în reformerul secundar, după o saturare prealabilă a acestora cu vapori de apă și injecție de abur sau/și în reformerul primar, dar numai după o spălare prealabilă a acestora cu condens.

In cazul în care puritatea hidrogenului nu este satisfăcătoare, acesta se introduce în reformerul primar, împreună cu aburul de proces, dar numai după o spălare prealabilă a acestuia cu condens.

Dacă se dispune de o sursă separată de hidrogen se procedează ca mai sus, când puritatea hidrogenului este corespunzătoare. în caz contrar, hidrogenul se introduce fie direct în reformerul secundar, fie în reformerul primar dar numai după o spălare prealabilă cu condens și numai dacă nu conține substanțe ce constituie otrăvuri pentru catalizatorii de reformare.

Claims

Revendicări

1. Procedeu de obținere a amoniacului prin comprimare de gaz natural, constând, în special, din gaz metan, preîncălzire gaz natural comprimat, desulfurare gaz natural, amestecare gaz natural-abur, conversie primară a amestecului gaz natural-abur pe catalizator de Ni, conversie finală a gazului neconvertit după conversia primară, adăugare de aer comprimat și încălzit pe baza căldurii gazelor arse rezultate la faza de conversie primară și sinteza propriu-zisă a amoniacului, caracterizat prin aceea că gazul natural se saturează cu vapori de apă, se amestecă cu gazele recirculate, bogate în hidrocarburi rezultate la faza de separare a gazelor de purjă de la sinteza amoniacului sau cu gazele rezultate la faza de separare a hidrogenului din gazele de purjă și/sau reziduale de la sinteza metanolului sau din procese termo-catalitice se reduce raportul în greutate abur : carbon până la 2,8/1, se reduce temperatura la conversia primară până la 63O°C, rezultând un procent de conversie pentru gazul metan de minimum 20%, iar pentru hidrocarburile superioare de 1 DO%, conversia finală a gazului neconvertit la reformarea primară și a gazelor reziduale bogate în hidrocarburi în cazul introducerii directe la reformarea secundară, realizându-se la temperaturi de 800 ... 1OOO°C, prin introducerea de aer cu conținut de oxigen de până la 35% volum, preîncălzit pe seama căldurii gazelor arse de coș și saturat cu vapori de apă, iar în cazul unui conținut de hidrogen suplimentar sau de gaze de purjă și/sau reziduale cu un conținut de hidrogen de minimum 20% volum, se introduce în reformerul secundar aer cu un conținut normal de oxigen preîncălzit și saturat cu vapori de apă, în proporția necesară asigurării în gazul de sinteză a unui raport molar N_a/H₂ de 1/3, recuperarea căldurii neconsumate materializându-se prin producția de abur energetic supraîncălzit și abur saturat precum și a apei calde de termoficare.

RO 114590 Bl
2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că hidrogenul suplimentar sau gazele ce conțin hidrogen, cum sunt gazele de purjă și/sau gazele reziduale de la instalații de metanol, reformare catalitică, dezalchilare, piroliză, cracări termo-catalitice diverse sau din orice sursă, se introduc după o saturare cu vapori de 230 apă și o eventuală injectare cu abur, direct în reformerul secundar sau/și în reformerul primar dar numai după o spălare prealabilă cu condens.
3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că se separă hidrogen de înaltă puritate, într-o instalație adecvată, în sine cunoscută, de unde hidrogenul separat se introduce în gazul de sinteză a amoniacului, înaintea fazei de 235 metanizare a urmelor de CO și C0₂, iar gazele rămase după separarea hidrogenului, bogate în hidrocarburi, se introduc după o saturare cu vapori de apă și, eventual, o injectare cu abur, direct în reformerul secundar alături de alte gaze recirculate, unde are loc conversia finală, utilizându-se aer cu un conținut normal de oxigen, preîncălzit și saturat cu vapori de apă și/sau în reformerul primar dar numai după o spălare prealabilă 240 cu condens, iar în cazul în care condițiile de puritate ale hidrogenului nu permit introducerea în gazul de sinteză înaintea fazei de metanizare a urmelor de CO și CO₂ sau direct în circuitul de sinteză a amoniacului, se introduce hidrogen în reformerul primar după o spălare prealabilă cu condens sau/și în reformerul secundar.
4. Procedeu conform revendicărilor 1 ... 3, caracterizat prin aceea că aburul 245 energetic supraîncălzit cu o presiune de până la 120 at și o temperatură de 400 ... 530°C, obținut prin recuperarea căldurii neconsumate se destinde în trepte, pentru antrenarea unor turbine cu contrapresiune sau cu contrapresiune și condensație numai pe partea de abur folosit pentru reglaj, turbine ce acționează turbocompresoare de gaz de sinteză și de recirculare și turbocompresoare de aer și de amoniac, eventual 250 turbocompresorul de gaz natural, rezultând în final după destinderea aburului energetic un abur reutilizabil cu o presiune de 9 ... 25 at și temperaturi de 200 ... 300°C și respectiv de 4 ... 8 at și 170 ... 22O°C.
5. Procedeu conform revendicărilor 1 ... 4, caracterizat prin aceea că se preia din tamburul cazanului de abur energetic de înaltă presiune o cantitate mai mare de apă 255 de cazan, decât purjă existentă, care se destinde în trepte corespunzătoare treptelor de presiune ale aburului supraîncălzit, în care se introduce aburul saturat rezultat sau se destinde în trepte de presiune, din care să rezulte abur saturat necesar fazelor de proces, urmând ca din apa de cazan rezultată după ultima destindere să se efectueze purjă prevăzută, iar restul de apă rămasă să fie reintrodusă în circuitul apei de 260 alimentare a cazanului de înaltă presiune.
6. Procedeu conform revendicărilor 1 ... 5, caracterizat prin aceea că resursele suplimentare de bioxid de carbon de la instalația de amoniac, se constituie după uscarea acestora, ca surse de gaz inert pentru suflări de trasee și echipamente din instalație. 2 65