RO116185B1 - Procedeu de obtinere a amoniacului - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un procedeu de obtinere a amoniacului din gaz de sinteza prin reformarea catalitica in doua trepte a metanului, urmata de conversia cu abur a monoxidului de carbon la dioxid de carbon, eliminarea dioxidului de carbon, metanareaoxizilor de carbon si sinteza propriu-zisa, cu marirea capacitatii fazei de conversie a gazelor naturale, coloana de sinteza preluand un debit mai mare de gaze. Surplusul de gaze naturale sau produse reziduale se introduce direct in reformerul secundar, unde are loc reformarea prin transfer termic direct, raportul in greutate c/abur fiind de 1:2,5....3,5, iar continutul de gaz metan rezidual situat intre 0,5 si 2%.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a amoniacului cu mărirea capacității fazei de conversie a gazelor naturale, unde, prin modernizarea coloanei de sinteză a amoniacului, aceasta poate prelua un debit mai mare de gaz de sinteză.

Este cunoscut faptul că mai multe firme (Uhde, Mannesmann, Krebs, Amonia Casala etc) au prezentat oferte de modernizare a fazelor de preparare a gazului de sinteză. Cele mai importante soluții se referă la:

-înlocuirea tuburilor de reformare, existente, cu tuburi din materiale înalt aliate, cu pereți subțiri (D_ert = const), în vederea creșterii volumului de catalizatori;

- optimizarea fluxurilor termice, în zona de convecție a reformerului primar, la capacitate mărită, realizată prin schimbarea destinației unor serpentine existente și suplimentarea lor;

- reducerea raportului abur/carbon la reformarea primară;

- reactoarele de conversie a CO de înaltă și joasă temperatură, transformate în reactoare cu circulație radială;

- schimbarea umpluturii la coloanele de absorbție și regenerare, cu umplutură metalică (șei Pali);

- utilizarea în toate reactoarele a unor catalizatori cu performanțe ridicate;

- modernizarea turbocompresoarelor de aer, metan și gaz de sinteză prin înlocuirea ansamblelor interioare (rotoare, ajutaje, cuplaje, lagăre), în vederea măririi capacității.

Aceste procedee prezintă următoarele dezavantaje:

- modificarea parametrilor de funcționare a reformerului primar, în special, raportul abur/carbon;

- necesitatea înlocuirii tuburilor din reformerul primar, cu tuburi înalt aliate, cu pereți subțiri;

-înlocuirea serpentinelor din zona de convecție;

- micșorarea raportului abur/carbon în reformerul primar, care are ca efect creșterea cantității de metan, netransformată precum și scăderea duratei de viață a catalizatorului.

Este cunoscut, de asemenea, un procedeu de obținere a amoniacului (RO 93719), prin care se modifică procesul de reformare a gazelor naturale, în sensul că se deplasează o parte a conversiei din reformerul primar (endotermă), în reformerul secundar (autotermă). Prin realizarea unui by-pass, la reformerul primar, o parte din gazul metan se introduce direct în reformerul secundar, împreună cu un exces de aer, coroborat cu recuperarea H₂ din gazele de purjă și reintroducerea acestuia în bucla de sinteză. Astfel raportul abur/carbon nu se modifică la reformerul primar (favorizându-se transformarea CH₄), reducându-se doar la reformerul secundar unde temperatura ridicată (datorată excesului de aer) diminuează creșterea CH₄ rezidual. Creșterea încărcării reformerului secundar implică scăderea încărcării reformerului primar, astfel încât debitul de gaze de sinteză să rămână constant.

Acest procedeu prezintă dezavantajul că scade încărcarea reformerului primar, astfel încât debitul gazelor de sinteză rămâne constant.

Problema pe care o rezolvă invenția este obținerea amoniacului, prin mărirea capacității fazei de conversie a gazelor naturale, ca urmare a modificării coloanei de sinteză a amoniacului, în sensul preluării unui debit mai mare de gaz de sinteză.

RO 116185 Bl

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că surplusul de gaze naturale sau produse reziduale se introduce direct în reformerul secundar, unde are loc reformarea autotermă, prin transfer termic direct, raportul în greutate carbon/abur fiind 1/2,5...3,5, iar conținutul de gaz metan rezidual, situat între 50 0,5. ..2%, iar în locul gazului natural pot fi utilizate resurse energetice secundare, gaze de rafinărie, gaze de purjă, produse petroliere secundare, care se găsesc pe platforma respectivă.

Prin aplicarea procesului conform invenției, se obțin următoarele avantaje:

- reformerul primar, rămânând la încărcarea actuală nu mai este necesară 55 schimbarea tuburilor cu tuburi înalt aliate, cu pereți subțiri și nici a serpentinelor din zona de convecție;

- nu se micșorează valoarea efectivă a raportului abur/carbon în reformerul primar, micșorare care ar fi condus la creșterea metanului netransformat, precum și la scăderea duratei de viață a catalizatorului de reformare; eo

- se permite utilizarea, în reformerul secundar, a unor produse reziduale (gaze de rafinărie, gaze de purjă de la metanol, produse petroliere secundare, etc) existente pe platformă sau în apropierea platformei;

- crearea posibilității de aplicăre pe instalații existente de obținere a amoniacului, a unor alte operații tehnologice. 65

Se dau, în continuare, trei exemple de realizare a procedeului conform invenției, în legătură și cu figura care reprezintă schema tehnologică propriu-zisă.

Exemplul 1. în instalații de obținere a amoniacului, prevăzute cu coloane de sinteză a amoniacului, modernizate, se mărește capacitatea fazelor de preparare a gazului de sinteză, cu până la 25% în felul următor: se mărește capacitatea 70 compresorului de gaze naturale, care sunt supuse unei faze de desulfurare. La reformerul primar se efectuează un by-pass. Debitul de gaze naturale și abur, care alimentează reformerul primar, precum și parametrii de funcționare ai acestuia nu se modifică, iar surplusul de gaze naturale sau produse reziduale se introduce direct în reformerul secundar. Pentru a avea loc reformarea autotermă a surplusului de metan, 75 se introduce un exces de aer de până la 40% peste cantitatea stoichiometrică necesară (mărindu-se debitul compresorului de aer), ceea ce va conduce la creșterea temperaturii. Aceasta diminuează cantitatea reziduală de CH₄, datorită reducerii raportului carbon/abur, de la 1:3...4 în reformerul primar la 1:2,5...3,5 în reformerul secundar. Conținutul de gaz metan rezidual, situat între 0,5 și 2% se corelează cu debitul de gaze 80 de purjă de la sinteza amoniacului (crește debitul de gaze de purjă). De asemenea, la reformerul secundar, în locul gazului natural, pot fi utilizate resurse energetice secundare (gaze de rafinărie, gaze de purjă, produse petroliere secundare), care se găsesc pe platforma respectivă, sau în apropierea platformei. Acestea se preîncălzesc pe seama căldurii reziduale din instalația de amoniac, se desulfurează și se introduc în reformerul 85 secundar unde, datorită temperaturii ridicate, hidrocarburile superioare se descompun termic.

La faza de conversie a CO la C0₂, cu vapori de apă, prin scăderea raportului abur/carbon, se utilizează catalizatori speciali (pe bază de cupru), iar pentru mărirea capacității, se folosesc reactoare cu circulație radială. 9o

La absorbția C0₂ din gazul de sinteză, pentru mărirea capacității de absorbție, se mărește concentrația soluției de absorbție și se utilizează umplutură metalică (șei Pali).

RO 116185 Bl

După metanarea oxizilor de carbon, gazul de sinteză se răcește înainte de a fi aspirat de compresoarele de sinteză, la care, de asemenea, se mărește capacitatea.

La sinteza amoniacului, modificările care apar sunt determinate de creșterea conținutului de azot și gaz metan rezidual, în gazul de sinteză. Aceasta conduce la creșterea debitului de gaze de purjă, din care amoniacul se elimină, prin absorbție în apă, iar gazul se usucă și se introduce într-o instalație uzuală de recuperare a hidrogenului, argonului și a gazelor nobile. Separarea hidrogenului din gazul de purjă se face prin difuzie (sistem MEDAL) în mai multe module sau prin criogenie, pentru a fi separate și gazele nobile, având astfel posibilitatea preluării unor debite variabile.

Hidrogenul astfel recuperat se reintroduce în bucla de sinteză pentru corectarea raportului H₂/N₂ la 3/1, iar gazele nobile obținute se valorifică ca producție marfă.

Exemplul 2. La reformerul secundar, în locul excesului de aer, se introduce o sursă de oxigen existentă pe platforma respectivă. Oxigenul astfel disponibil este introdus fie pe conducta de aspirație a unui compresor, fie între treptele de compresie ale acestuia, dacă are suficientă presiune. Prin urmare, gazul de sinteză, obținut, nu mai prezintă azot în exces, fapt care conduce la scăderea debitului gazelor de purjă, precum și la reducerea numărului modulelor de recuperare a hidrogenului.

Exemplul 3. La reformerul secundar, se poate utiliza și aer îmbogățit în oxigen, rezultat din diverse procedee. întrucât debitul de aer de proces este foarte mare, pentru îmbogățirea lui în oxigen, ar fi necesar un număr mare de module separatoare. Din acest motiv, se adoptă o variantă de trecere a unei părți din aerul de proces prin module separatoare. Din considerente economice, numărul de module necesare se determină corelând capacitatea instalației de amoniac cu conținutul de oxigen din aerul îmbogățit. Cantitatea de aer îmbogățit în oxigen, astfel obținută, se introduce între treptele compresorului de aer. în funcție de conținutul de oxigen din aer și de surplusul de gaze naturale introduse în reformerul secundar, se calculează debitul de aer îmbogățit în oxigen.

Claims (2)

1. Procedeu de obținere a amoniacului din gaz de sinteză, prin reformarea catalitică, în două trepte, a metanului, urmată de conversia cu abur a monoxidului de carbon, la dioxid de carbon, eliminarea dioxidului de carbon, metanarea oxizilor de carbon și sinteza propriu-zisă, cu mărirea capacității fazei de conversie a gazelor naturale, coloana de sinteză preluând un debit mai mare de gaz, caracterizat prin aceea că surplusul de gaze naturale sau produse reziduale se introduce direct în reformerul secundar, unde are loc reformarea autotermă, prin transfer termic direct, raportul în greutate, carbon/abur fiind 1/2,5...3,5, iar conținutul de gaz metan rezidual situat între 0,5...2%.

2. Procedeu de obținere a amoniacului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în locul gazului natural pot fi utilizate resurse energetice secundare, gaze de rafinărie, gaze de purjă, produse petroliere secundare, care se găsesc pe platforma respectivă.