RU2480410C1

RU2480410C1 - Method of producing ammonia

Info

Publication number: RU2480410C1
Application number: RU2011136891/05A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Долгов; Юрий Александрович Марик; Александр Николаевич Семагин
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-04-27
Also published as: RU2011136891A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention can be used in chemical industry. The method of producing ammonia involves compressing steam, hydrocarbon material and air. Before the air compression step, the air is cooled, while ensuring stoichiometric ratio of nitrogen and hydrogen in the process. The material is cleaned from sulphur compounds. Steam and steam-air conversion of methane and carbon oxide conversion steps then follow. The obtained nitrogen-hydrogen mixture is cleaned from oxygen-containing compounds, compressed and fed for ammonia synthesis in a closed cycle from which the ammonia product is separated in liquid form.

EFFECT: invention increases efficiency of the process and increases output of the end product.

2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к получению аммиака, который является одним из важнейших продуктов химической промышленности и используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды и других продуктов химической промышленности, используется он также в холодильной технике и в медицине.The invention relates to the production of ammonia, which is one of the most important products of the chemical industry and is used for the production of nitrogen fertilizers (ammonium nitrate and sulfate, urea), explosives and polymers, nitric acid, soda and other chemical products, it is also used in refrigeration and in medicine.

В основном синтетический аммиак получают из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха. Способ включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, выделение аммиака в жидком виде (Справочник азотчика. М., Химия, 1986 г., с.83-84, 213, 222, 360-364).Synthetic ammonia is mainly obtained from hydrocarbons, water vapor, and air. The method includes compression and purification of raw materials from sulfur compounds, steam and steam-air catalytic conversion of methane, conversion of carbon monoxide, purification of the obtained nitrogen-hydrogen mixture from oxygen-containing compounds, compression, synthesis of ammonia in a closed cycle, the separation of ammonia in liquid form (Reference book of Nitrogen. M., Chemistry , 1986, p. 83-84, 213, 222, 360-364).

На основе этого способа разработаны способы получения аммиака, которые позволяют, например, снизить расход углеводородного сырья и снизить количество выбрасываемых дымовых газов в атмосферу. Так, в способе получения аммиака, защищенном патентом №2184702, кл. С01С 1/04, от 2002 г., для достижения этого технического результата часть сырья от количества углеводородного сырья, прошедшего очистку от соединений серы, дросселируют до атмосферного давления, сжигают в смеси с воздухом, а полученные газы в количестве 0,0146-1,685 от количества воздуха, направляемого на паровоздушную конверсию метана, после утилизации их тепла компримируют и направляют на паровоздушную каталитическую конверсию метана.Based on this method, methods have been developed for the production of ammonia, which, for example, can reduce the consumption of hydrocarbons and reduce the amount of flue gas emitted into the atmosphere. So, in the method for producing ammonia, protected by patent No. 2184702, class. С01С 1/04, from 2002, to achieve this technical result, part of the feedstock from the amount of hydrocarbon feed that has been purified from sulfur compounds is throttled to atmospheric pressure, burned in a mixture with air, and the resulting gases in the amount of 0.0146-1.685 from the amount of air sent to the steam-air conversion of methane, after utilizing their heat, is compressed and sent to the steam-air catalytic conversion of methane.

На такой же технический результат направлен и способ получения аммиака по патенту №2196733, кл. С01С 1/04, от 2003 г.The method of producing ammonia according to patent No. 2196733, cl. С01С 1/04, 2003

В способе получения аммиака по патенту №2216514, кл. С01С 1/04 от 2003 г. для снижения расхода углеводородного сырья к воздуху добавляют азот в количестве, необходимом для получения смеси с соотношением азот: воздух, равном 0,001-1,121, и эту смесь направляют на паровоздушную каталитическую конверсию метана.In the method for producing ammonia according to patent No. 2216514, class. С01С 1/04 from 2003, to reduce the consumption of hydrocarbon raw materials, nitrogen is added to the air in the amount necessary to obtain a mixture with a nitrogen: air ratio of 0.001-1.121, and this mixture is sent to the steam-air catalytic conversion of methane.

Различные приемы, позволяющие снизить удельный расход углеводородного сырья, описаны также в патентах: №221653, кл. С01С 1/04, от 2003 г.; №2216515, кл. С01С 1/04 от 2003 г.Various techniques to reduce the specific consumption of hydrocarbons are also described in patents: No. 221653, class. С01С 1/04, from 2003; No. 2216515, class С01С 1/04 of 2003

Однако все ранее известные способы обладают одним основным недостатком - это зависимость производительности технологической схемы от внешних условий, что делает процесс нестабильным и снижает выход готового продукта.However, all previously known methods have one main drawback - this is the dependence of the performance of the technological scheme on external conditions, which makes the process unstable and reduces the yield of the finished product.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения производительности процесса и, следовательно, увеличения выхода готовой продукции. Технический результат изобретения заключается в исключении зависимости производительности процесса от внешних условий.The present invention solves the problem of increasing the productivity of the process and, consequently, increasing the yield of finished products. The technical result of the invention is to eliminate the dependence of process performance on external conditions.

Достижение указанного технического результата достигается тем, что в используемом способе получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включающем компримирование и очистку сырья от соединения серы, паровую и паровоздушную конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, выделения из цикла продукционного аммиака в жидком виде, проводят до компримирования охлаждение воздуха, обеспечивая при этом стехиометрическое соотношение азота и водорода в процессе.The achievement of the specified technical result is achieved by the fact that in the used method for producing ammonia from hydrocarbon feedstocks, water vapor, air, including compression and purification of the feedstock from sulfur compounds, steam and vapor-air conversion of methane, conversion of carbon monoxide, purification of the obtained nitrogen-hydrogen mixture from oxygen-containing compounds, compression , the synthesis of ammonia in a closed cycle, the allocation of production ammonia in liquid form from the cycle, air cooling is performed before compression, providing at this is the stoichiometric ratio of nitrogen to hydrogen in the process.

Целесообразно воздух охлаждать либо испарением жидкого аммиака, либо использовать дополнительно холодный конденсат, полученный на стадии охлаждения.It is advisable to cool the air either by evaporation of liquid ammonia, or use additionally cold condensate obtained in the cooling stage.

Сущность способа заключается в следующем. Воздух, используемый в процессе, должен поступать в таком количестве, чтобы обеспечить стехиометрическое количество азота и водорода. Количество вещества - это физическая величина, прямо пропорциональная числу частиц, составляющих данное вещество и входящее во взятую порцию этого вещества. Требуемое количество воздуха зависит также и от его плотности. При повышении температуры и неизменном давлении скорость молекул газа увеличивается, расстояние между молекулами увеличивается, и число молекул во взятом для определения объеме уменьшается. Соответственно, количество вещества и его плотность уменьшается. Поэтому необходимо для процесса иметь такую температуру воздуха, входящего на стадию компримирования, чтобы подать необходимое количество его для достижения стехиометрического соотношения азота и водорода в процессе. Охлаждение воздуха до компримирования позволяет, не изменяя производительности компрессора в м³/ч, в то же время увеличить его производительность кг/ч.The essence of the method is as follows. The air used in the process must be supplied in such a quantity as to provide a stoichiometric amount of nitrogen and hydrogen. The amount of a substance is a physical quantity directly proportional to the number of particles that make up a given substance and which is included in a taken portion of this substance. The amount of air required also depends on its density. With increasing temperature and constant pressure, the velocity of the gas molecules increases, the distance between the molecules increases, and the number of molecules in the volume taken for determination decreases. Accordingly, the amount of substance and its density decreases. Therefore, it is necessary for the process to have such a temperature of the air entering the compression stage in order to supply the required amount to achieve a stoichiometric ratio of nitrogen and hydrogen in the process. Air cooling before compression allows, without changing the compressor capacity in m ³ / h, at the same time to increase its productivity kg / h.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Принимаем производительность технологической схемы в летнее теплое время 1450 т/сутки. Углеводородное сырье компримируют, очищают от соединений серы, вначале путем их гидрирования, а затем поглощения их окисью цинка. В очищенный газовый поток добавляют водяной пар и подают его на паровую конверсию метана. Так как на данной стадии метан конвертируется не полностью (в парогазовой смеси остается примерно 10% метана), то парогазовую смесь направляют на паровоздушную конверсию метана. Сюда же направляют воздух. Первоначальные показатели воздуха - количество потребляемого воздуха - 60392 м³/ч (67881 кг/час) относительная влажность 76%, температура 39°С, плотность воздуха 1,124 кг/м³. Воздух был охлажден до температуры 0°С. Плотность этого воздуха составляет 1,293 кг/м³, что на 15% выше, чем у воздуха, взятого при температуре 39°С. При этом количество воздуха для получения стехиометрической смеси водород: азот=3:1. Следовательно, при заданной производительности количество воздуха, подаваемого после охлаждения, составляет 60392 нм³/час (78087 кг/час). Охлажденный воздух компримируют. После стадии паровоздушной конверсии метана в газовой смеси остается примерно 0,3% об. метана. Далее проводят следующие стадии технологического процесса: конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородосодержащих соединений. Все эти операции проводят под давлением 4,2-2,5 МПа, поэтому перед стадией синтеза аммиака полученную на предыдущих стадиях азотоводородную смесь компримируют до давления синтеза 25-30 МПа и направляют на синтез аммиака в замкнутом цикле, из которого выделяют продукционный аммиак в жидком виде. Расход жидкого аммиака для охлаждения воздуха - 6,5 т/час.Example 1. We take the performance of the technological scheme in the summer warm time 1450 t / day. Hydrocarbon raw materials are compressed, purified from sulfur compounds, first by hydrogenating them, and then absorbing them with zinc oxide. Water vapor is added to the purified gas stream and fed to the methane steam reforming. Since methane is not completely converted at this stage (approximately 10% of methane remains in the gas-vapor mixture), the gas-vapor mixture is sent to the steam-air conversion of methane. Air is also directed here. Initial indicators of air - the amount of consumed air - 60392 m ³ / h (67881 kg / h), relative humidity 76%, temperature 39 ° С, air density 1,124 kg / m ³ . The air was cooled to 0 ° C. The density of this air is 1.293 kg / m ³ , which is 15% higher than that of air taken at a temperature of 39 ° C. The amount of air to obtain a stoichiometric mixture of hydrogen: nitrogen = 3: 1. Therefore, for a given performance, the amount of air supplied after cooling is 60392 nm ³ / h (78087 kg / h). The cooled air is compressed. After the stage of steam-air conversion of methane in the gas mixture, approximately 0.3% vol. methane. Next, the following stages of the process are carried out: carbon monoxide conversion, purification of the obtained nitrogen-hydrogen mixture from oxygen-containing compounds. All these operations are carried out under a pressure of 4.2-2.5 MPa, therefore, before the stage of ammonia synthesis, the nitrogen-hydrogen mixture obtained in the previous stages is compressed to a synthesis pressure of 25-30 MPa and sent to the synthesis of ammonia in a closed cycle, from which production ammonia is isolated in liquid form. The consumption of liquid ammonia for cooling the air is 6.5 t / h.

Производительность технологической схемы составляет 1650 т/сутки и не зависит от внешних условий, что позволяет увеличить выход готовой продукции аммиака на 13,8%.The performance of the technological scheme is 1650 t / day and does not depend on external conditions, which allows to increase the finished ammonia output by 13.8%.

Пример 2. Технологическая схема получения аммиака и ее параметры аналогичны схеме, приведенной в примере 1. Охлаждаем воздух с относительной влажностью 76%, используемый в качестве сырья для получения аммиака, с температуры 39°С до температуры 0°С. При охлаждении воздуха из него конденсируется примерно 1,4 т/час воды. Температура конденсата около 1°С. Если перед охлаждением воздуха за счет испарения жидкого аммиака осуществить охлаждение воздуха за счет испарения холодного водного конденсата, выделенного из воздуха при его охлаждении, то расход жидкого аммиака можно снизить до 3,3 т/час.Example 2. The technological scheme for the production of ammonia and its parameters are similar to the scheme shown in example 1. We cool the air with a relative humidity of 76%, used as raw material for the production of ammonia, from a temperature of 39 ° C to a temperature of 0 ° C. When air is cooled, about 1.4 t / h of water condenses from it. The condensate temperature is about 1 ° C. If before cooling the air due to the evaporation of liquid ammonia, to carry out the cooling of air due to the evaporation of cold water condensate released from the air during its cooling, the flow rate of liquid ammonia can be reduced to 3.3 t / h.

Производительность технологической схемы увеличивается до мощности агрегата в зимнее время - 1650 т/сутки.The performance of the technological scheme is increased to the capacity of the unit in the winter - 1650 t / day.

Claims

1. A method of producing ammonia from water vapor, hydrocarbon raw materials, air, including compressing them, purifying the raw materials from sulfur compounds, steam and steam-air conversion of methane, converting carbon monoxide, purifying the obtained nitrogen-hydrogen mixture from oxygen-containing compounds, compressing, closed-loop ammonia synthesis, isolation of production ammonia in liquid form from the cycle, characterized in that it is cooled before air is compressed, while providing a stoichiometric ratio of nitrogen and hydrogen in p process.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air temperature before compression is controlled either by evaporation of liquid ammonia, or using additionally cold water condensate obtained in the cooling stage.