RU2680047C1 - Способ получения синтез-газа для производства аммиака - Google Patents

Способ получения синтез-газа для производства аммиака Download PDF

Info

Publication number
RU2680047C1
RU2680047C1 RU2016129514A RU2016129514A RU2680047C1 RU 2680047 C1 RU2680047 C1 RU 2680047C1 RU 2016129514 A RU2016129514 A RU 2016129514A RU 2016129514 A RU2016129514 A RU 2016129514A RU 2680047 C1 RU2680047 C1 RU 2680047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conversion
water vapor
amount
specified
primary
Prior art date
Application number
RU2016129514A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016129514A (ru
Inventor
Эрманно Филиппи
Раффаэле ОСТУНИ
Original Assignee
Касале Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Касале Са filed Critical Касале Са
Publication of RU2016129514A publication Critical patent/RU2016129514A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2680047C1 publication Critical patent/RU2680047C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/0059—Sequential processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
    • B01J2219/00756—Compositions, e.g. coatings, crystals, formulations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C01B2203/143—Three or more reforming, decomposition or partial oxidation steps in series

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Получение синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья 20 включает стадии первичной конверсии 21 с водяным паром, вторичной конверсии 23 с потоком оксиданта и очистку потока, выходящего со стадии вторичной конверсии. Часть сырья обходит секцию первичной конверсии по байпасу, величина отношения количества водяного пара к количеству углерода при первичной конверсии составляет от 2,5 до 3. Водяной пар добавляют на нескольких стадиях способа. Очистка включает стадию конверсии 13 моноксида углерода, на которой синтез-газ 25, полученный путем вторичной конверсии, подвергают среднетемпературной CO-конверсии в присутствии катализатора на основе меди. Общая величина отношения количества водяного пара к количеству углерода, введенного с сырьем, в этом способе не выше 2. Предложенные изобретения обеспечивают более полное и оптимальное использование разных секций установки благодаря возможности локального изменения отношения количества водяного пара к количеству углерода. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к конверсии углеводородов для получения синтез-газа, называемого также синтетический газ, с целью
производства аммиака.
Уровень техники
Для синтеза аммиака (NH3) требуется синтез-газ, содержащий водород (H2) и азот (N2) в соответствующем соотношении примерно 3:1. Термин "синтез-газ для производства аммиака" используется относительно синтез-газа с вышеуказанным составом.
Известен способ получения указанного синтез-газа на основе конверсии углеводородного (НС) сырья, содержащего метан. Конверсия осуществляется на установке для первичной конверсии, а затем на установке для вторичной конверсии. Обычно сырье и соответствующее количество водяного пара подают на установку для первичной конверсии, на которой метан при прохождении в присутствии соответствующего катализатора превращается в смесь моноксида углерода, диоксида углерода и водорода; установка для вторичной конверсии получает газообразный продукт, выпускаемый установкой для первичной конверсии, и поток воздуха. Затем подвергнутый конверсии газ, выходящий с установки для вторичной конверсии, очищают в секции CO-конверсии, секции удаления CO2 и секции метанирования.
US 4296085 раскрывает способ получения аммиака из содержащего десульфурированные углеводороды сырья, используемого под давлением по меньшей мере 30 бар, включающий разделение указанного сырья на две части; осуществление реакции первичной конверсии с водяным паром только для первой его части; соединение газообразного потока, выходящего из секции указанной первичной конверсии с водяным паром, со второй частью сырья; реакцию смеси в реакторе для вторичной конверсии. Очистку осуществляют в конвертере для высокотемпературной CO-конверсии с катализатором на основе железа, а затем в конвертере для низкотемпературной конверсии.
Кроме того, известный способ получения синтез-газа для производства аммиака можно найти в EP 2065337.
Важным параметром способа конверсии является молярное отношение водяного пара к углероду, то есть, отношение молей углерода, вводимого с углеводородным сырьем, и молей водяного пара.
Наиболее распространенный известный способ заключается в том, что установка для первичной конверсии работает при высокой величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, то есть - выше 2,6, а обычно - в пределах 2,8-3,5, во избежание разрушения катализатора на основе железа в конвертере для высокотемпературной CO-конверсии (англ. HTS).
EP 2404869 раскрывает способ получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья, включающий стадии первичной конверсии указанного сырья с водяным паром, вторичной конверсии с потоком оксиданта и последующей очистки синтез-газа, включающей по меньшей мере (CO)-конверсию, удаление диоксида углерода и метанирование, в котором синтез-газ, полученный путем указанной вторичной конверсии подвергают среднетемпературной конверсии при температуре от 200° до 350°C, а указанную первичную конверсию осуществляют при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода ниже 2.
Путем уменьшения величины отношения количества водяного пара к количеству углерода, можно увеличить количество газа, подвергаемого конверсии на установке для первичной конверсии. Однако необходимость компенсации путем ввода на установку для вторичной конверсии воздуха с повышенной концентрацией кислорода или кислорода может уменьшить вышеуказанное преимущество из-за более высоких затрат на капиталовложения в соответствующую установку разделения воздуха. Как правило, имеется постоянный стимул к уменьшению размеров и затрат на дорогостоящее оборудование, подобное установке для вторичной конверсии и установке разделения воздуха.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков.
Указанная цель достигнута при использовании способа по п. 1. Этот способ включает стадии первичной конверсии указанного сырья с водяным паром, вторичной конверсии с потоком оксиданта, а затем очистки синтез-газа, включающей по меньшей мере CO-конверсию и удаление диоксида углерода, и отличается тем, что синтез-газ, полученный путем указанной вторичной конверсии, по усмотрению, с добавлением водяного пара, подвергают среднетемпературной CO-конверсии в присутствии катализатора на основе меди, причем общая величина отношения количества водяного пара к количеству углерода в этом способе не выше 2.
Общая величина отношения количества водяного пара к количеству углерода определяется общим количеством молей водяного пара в сравнении с количеством молей углерода, введенного с сырьем.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения водяной пар добавляют на разных стадиях способа. Первое количество водяного пара добавляют до первичной конверсии (возможно включающей стадию предварительной конверсии), а второе количество водяного пара добавляют до среднетемпературной CO-конверсии.
Среднетемпературная CO-конверсия предпочтительно является изотермической, это означает, что тепло удаляется посредством подходящего теплообменника, погруженного в катализатор. Катализатор предпочтительно представляет собой медно-цинковый катализатор. Температура CO-конверсии предпочтительно находится в диапазоне 200°-300°, а более предпочтительно равна примерно 250°.
Поток оксиданта для вторичной конверсии может включать воздух, воздух с повышенной концентрацией кислорода или в основном чистый кислород. Термин "в основном чистый кислород" означает кислород, полученный с установки разделения воздуха, предпочтительно имеющий степень чистоты не ниже 95%.
В некоторых вариантах осуществления изобретения секция первичной конверсии работает при низкой величине отношения количества пара к количеству углерода 0,5-1,5. Низкую величину отношения, т.е. ниже 1 и, возможно, около 0,5, можно принять главным образом в вариантах осуществления изобретения с использованием установки для предварительной конверсии. В таком случае последующий ввод водяного пара до CO-конверсии способствует превращению моноксида углерода и получению желаемого водорода.
В отдельных вариантах осуществления изобретения часть углеводородного сырья направляют по байпасу в обход стадии первичной конверсии или стадии предварительной конверсии (если таковая предусмотрена). Указанный байпас обеспечивает дополнительную степень свободы в определении локальной величины отношения количества водяного пара к количеству углерода, например, стадию первичной конверсии, которую обходит часть сырья, переводят на режим работы при высокой величине отношения, например, 2,5-3, тогда как общую величину отношения поддерживают не выше 2.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения соответствуют прилагаемым пунктам формулы изобретения.
Настоящее изобретение имеет варианты осуществления изобретения с предварительной конверсией или без предварительной конверсии. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения часть сырья обходит по байпасу секцию первичной конверсии, или с предварительной конверсией, или без предварительной конверсии.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, включающих предварительную конверсию, сырье разделяют на две части. Первую часть направляют на стадию предварительной конверсии и стадию первичной конверсии, а вторую часть направляют по байпасу в обход и стадии предварительной конверсии, и стадии первичной конверсии и подают на стадию вторичной конверсии вместе с потоком, выходящим со стадии первичной конверсии. В ряде других вариантов осуществления изобретения поток, выходящий со стадии предварительной конверсии, разделяют на две части, первую часть направляют на стадию первичной конверсии, а вторая часть проходит в обход указанной стадии предварительной конверсии и вновь соединяется с потоком, выходящим с этой стадии. К указанной первой части, по усмотрению, можно добавить дополнительное количество водяного пара.
Стадия первичной конверсии предпочтительно работает при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, равной 1-1,5. В вариантах осуществления изобретения с использованием установки для предварительной конверсии указанная установка для предварительной конверсии может работать при более низкой величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, равной 0,5.
Более подробно некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже.
В первом варианте осуществления изобретения установка для предварительной конверсии и установка для первичной конверсии работают при низкой величине отношения количества водяного пара к количеству углерода (англ. S/C), равной 1-1,5. На стороне входа на стадию среднетемпературной CO-конверсии (англ. MTS) вводят водяной пар для получения общей величины S/C, равной примерно 2, и улучшения CO-конверсии в присутствии катализатора MTS.
Во втором варианте осуществления изобретения часть сырья проходит по байпасу около установки для предварительной конверсии и установки для (первичной) конверсии. Сырье из байпаса вводят на входе установки для вторичной конверсии или установки для автотермической конверсии с небольшим количеством водяного пара или без водяного пара для снижения величины отношения S/C в зоне конверсии. Для улучшения конверсии СО на стороне входа на стадию MTS вводят дополнительный водяной пар, но до получения низкой общей величины S/C, равной примерно 2. Количество дополнительного водяного пара зависит от количества природного газа, проходящего по байпасу около установки для конверсии.
В третьем варианте осуществления изобретения часть сырья, предпочтительно по меньшей мере 40-50% пропускают по байпасу около установки для первичной конверсии в присутствии водяного пара, работающей при величине отношения S/C, равной примерно 2,7-3, что можно выполнить без установки для предварительной конверсии. Водяной пар добавляют на стороне входа на стадию MTS, но до получения низкой общей величины отношения S/C, равной примерно 2.
В четвертом варианте осуществления изобретения все количество поступающего сырья подвергают предварительной конверсии при низкой величине отношения S/C, равной 0,5-1,5, затем часть газа, подвергнутого предварительной конверсии, обходит по байпасу установку для первичной конверсии. Водяной пар добавляют на стороне входа установки для первичной конверсии и на стороне входа на стадию MTS, но до получения низкой общей величины отношения S/C ниже 2.
Все варианты осуществления изобретения могут включать стадии удаления диоксида углерода и, по усмотрению, метанирования.
Могут быть предусмотрены дополнительные технологические стадии для очистки синтез-газа, в частности, для удаления метана, непрореагировавших углеводородов или инертных газов. К указанным дополнительным стадиям могут относиться любые: криогенное разделение, короткоцикловая адсорбция или эквивалентные им стадии. В некоторых вариантах осуществления изобретения инертные газы и метан можно удалять из продувочного газа, отбираемого из контура синтеза, с использованием известного способа очистки, например, такого как криогенный способ.
К преимуществам изобретения относятся уменьшение размеров дорогостоящего оборудования, включая установки для конверсии, соответствующую систему трубопроводов, которая работает в условиях высокой температуры и давления, а также установку для разделения воздуха, которая обеспечивает подачу воздуха с повышенной концентрацией кислорода или чистого кислорода. Настоящее изобретение обеспечивает более полное и оптимальное использование разных секций благодаря тому, что имеется возможность локального изменения величины отношения количества водяного пара к количеству углерода, например, обеспечивая на установке для предварительной конверсии низкую величину отношения или на установке для первичной конверсии - более высокую величину отношения, тогда как требуемую общую величину отношения поддерживают посредством добавления водяного пара до стадии среднетемпературной CO-конверсии.
Настоящее изобретение включает также установку для получения синтез-газа для производства аммиака и способ модернизации установки для производства аммиака в соответствии с прилагаемыми пунктами формулы изобретения.
Особенностью изобретения является способ модернизации установки для производства аммиака, включающей входную часть для получения синтез-газа для производства аммиака и контур синтеза для осуществления реакции указанного синтез-газа до получения аммиака; указанная входная часть включает по меньшей мере установку для первичной конверсии в присутствии водяного пара, установку для вторичной конверсии, конвертер для высокотемпературной CO-конверсии, причем указанный способ модернизации включает по меньшей мере стадии замены указанного CO-конвертера конвертером для среднетемпературной CO-конверсии с использованием катализатора на основе меди или модификации имеющегося конвертера для высокотемпературной CO-конверсии для работы при средней температуре и с использованием катализатора на основе меди; регулирования работы указанного трубопровода для водяного пара и других паропроводов установки, если таковые имеются, таким образом, чтобы модернизированная установка работала при общей величине отношения количества пара к количеству углерода не выше 2.
Предпочтительно, указанный способ модернизации включает также обеспечение по меньшей мере одного трубопровода для водяного пара, смонтированного для подачи водяного пара в поток, выходящий с установки для вторичной конверсии, до впуска в CO-конвертер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ модернизации включает также обеспечение обводной линии для части сырья около секции первичной конверсии. В ряде других вариантов осуществления изобретения способ модернизации включает обеспечение обводной линии около установки для первичной конверсии для части потока, выходящего с установки для предварительной конверсии на стороне входа установки для первичной конверсии.
Способ модернизации, предлагаемый в изобретении, включает переход от высокотемпературной конверсии (HTS) к среднетемпературной конверсии (MTS). Это можно выполнить путем замены имеющегося HTS-реактора реактором для среднетемпературной конверсии или путем модификации HTS-реактора для работы при средней температуре и с соответствующим катализатором.
Реактор для среднетемпературной конверсии предпочтительно является изотермическим. Тогда модернизация может включать, например, один из следующих вариантов:
i) сохранение имеющегося реакционного сосуда HTS-реактора, замена катализатора, используемого при высоких температурах, катализатором, используемым при средних температурах, например, Cu-Zn-катализатором, и обеспечение реакционного сосуда внутренним теплообменником, погруженным в катализатор, или
ii) установка нового MTS-реактора с подходящим катализатором и внутренним теплообменником.
В обоих вышеуказанных вариантах теплообменник предпочтительно представляет собой пластинчатый теплообменник.
В некоторых вариантах осуществления изобретения на стороне входа имеющейся установки для первичной конверсии в присутствии водяного пара добавлена также секция предварительной конверсии.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения способ модернизации, кроме того, может включать увеличение количества кислорода, направляемого на установку для вторичной конверсии, любым из следующих способов: а) подача избыточного количества воздуха на указанную установку для вторичной конверсии; б) обеспечение повышения концентрации кислорода в воздухе, подаваемом на установку для вторичной конверсии; в) подача в основном чистого кислорода на установку для вторичной конверсии. Для реализации вышеуказанных способов при модернизации установки можно обеспечить: а) модификацию имеющегося устройства для подачи воздуха на установку для вторичной конверсии с целью обеспечения увеличения количества вводимого воздуха или б) монтаж соответствующего устройства для повышения концентрации кислорода в воздухе, или в) монтаж соответствующей установки для поставки в основном чистого кислорода, если таковой нет в распоряжении. Указанные действия могут включать модификацию или замену системы трубопроводов, трубопроводной арматуры, вспомогательных устройств и т.д. в соответствии с известным уровнем техники.
В соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения могут быть установлены дополнительные устройства для очистки синтез-газа с целью обеспечения любых нижеперечисленных действий: криогенное отделение избыточного количества метана и/или азота в синтез-газе для производства аммиака; отделение избыточного количества азота, если таковой имеется, путем адсорбционного процесса, например, путем короткоцикловой адсорбции (англ. PSA); увеличение контура продувки из контура синтеза для обеспечения удаления инертных газов и остаточного метана.
Повышение производительности можно обеспечить без изменения внутренних устройств установки для первичной конверсии, если в дополнение к установке MTS-реактора вместо первоначального HTS-реактора принять какие-либо из нижеперечисленных мер:
- увеличение подачи кислорода на установку для первичной конверсии путем подачи избыточного количества воздуха или воздуха с повышенной концентрацией кислорода, или чистого кислорода на указанную установку для первичной конверсии;
- улучшение очистки синтез-газа каким-либо из перечисленных выше способов, т.е., путем криогенного отделения избыточного количества метана и/или азота в синтез-газе для производства аммиака, отделения избыточного количества азота путем адсорбции, увеличения продувки контура синтеза.
Таким образом, способ модернизации может включать, при необходимости, монтаж соответствующих устройств, таких как установка для разделения воздуха для повышения концентрации кислорода в воздухе или подачи кислорода, криогенный сепаратор, секция отделения путем PSA. Этот способ может включать также модернизацию основного компрессора для синтез-газа, реактора для синтеза и других устройств для переработки увеличенного расхода синтез-газа, подаваемого через входную часть установки.
Следует также отметить, что поток синтез-газа, подаваемый через модернизированную входную часть установки, может содержать меньшее количество азота, чем требуется для стехиометрического отношения 3:1 в реакции синтеза NH3. В этом случае недостающее количество азота можно подавать в виде отдельного потока, который вводят в синтез-газ предпочтительно на стороне впуска или на стороне подачи основного компрессора для синтез-газа. Указанный поток азота может быть получен на установке для разделения воздуха.
Краткое описание чертежей
фиг. 1 - схема первого варианта осуществления изобретения,
фиг. 2 - схема второго варианта осуществления изобретения,
фиг. 3 - схема третьего варианта осуществления изобретения,
фиг. 4 - схема четвертого варианта осуществления изобретения,
фиг. 5 - схема пятого варианта осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Фиг. 1 раскрывает схему входной части установки для получения синтез-газа для производства аммиака, включающей: секцию первичной конверсии, в которой имеется установка 10 для предварительной конверсии и установка 11 для первичной конверсии; установку 12 для вторичной конверсии; CO-конвертер 13 для среднетемпературной конверсии (MTS). Установка для предварительной конверсии, установка для первичной конверсии и установка для вторичной конверсии также имеют обозначения PRE, REF_1 и REF 2.
Синтез-газ 14, выходящий из указанного конвертера 13 для MTS, обычно очищают в секции удаления диоксида углерода. В некоторых вариантах осуществления изобретения указанный газ 14 до стадии удаления диоксида углерода можно дополнительно обрабатывать в монтируемой по усмотрению секции низкотемпературной (LTS) конверсии для максимизации превращения моноксида углерода в CO2. После удаления диоксида углерода синтез-газ можно дополнительно очищать метанированием или криогенным способом. Эти стадии не описаны, так как их можно осуществлять известными способами.
Исходное газообразное углеводородное сырье 20, например, обессеренный природный газ, смешивают с первым количеством 21 водяного пара и впускают на установку 10 для предварительной конверсии. Поток, выходящий с указанной установки 10 для предварительной конверсии, проходит на установку 11 для первичной конверсии, а затем поток 22, выходящий с указанной установки 11 для первичной конверсии, соединяют с содержащим кислород потоком 23 для образования потока 24, поступающего на установку 12 для вторичной конверсии.
В поток 25, выходящий с указанной установки 12 для вторичной конверсии, добавляют второе количество 26 водяного пара для образования потока 27, поступающего в CO-конвертер 13 для MTS.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения содержащий кислород поток 23 может представлять собой воздух, воздух с повышенной концентрацией кислорода или в основном чистый кислород. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанный поток 23 представляет собой кислород, имеющий степень чистоты не ниже 95%.
Поток, выходящий с установки 12 для вторичной конверсии, который обычно имеет температуру около 1000°C, до впуска в CO-конвертер 13 для MTS охлаждают в рекуператоре (не показан).
Конвертер 13 для MTS может включать не менее чем один изотермический каталитический реактор, содержащий слой катализатора на основе меди, и пластинчатый теплообменник, погруженный в слой катализатора.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, предлагаемом на фиг. 1, количество сырья 20 и первое количество водяного пара 21 должны обеспечивать работу установки 10 для предварительной конверсии и установки 11 для первичной конверсии при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, равной 1-1,5. Дополнительный ввод 26 водяного пара доводит общую величину отношения количества водяного пара к количеству углерода до более высокого значения, которое однако согласно изобретению не выше 2.
На фиг. 2 показан вариант осуществления изобретения, в котором поступающее сырье 20 разделяют на первую часть 28 и вторую часть 29. Указанная вторая часть 29 по байпасу обходит секцию первичной конверсии, т.е., установку 10 для предварительной конверсии и установку 11 для первичной конверсии. Затем указанная вторая часть 29 сырья до впуска на установку 12 для вторичной конверсии вновь соединяется с потоком 22, выходящим с установки 11 для первичной конверсии.
Количество 26 дополнительного водяного пара в настоящем варианте осуществления изобретения зависит от количества 29 природного газа, перепускаемого по байпасу около секции первичной конверсии: чем больше поток 29 по байпасу, тем больше количество 26 водяного пара.
На фиг. 3 показан другой вариант осуществления изобретения с предварительной конверсией, в котором все количество 20 свежего сырья и 21 водяного пара подают на установку 10 для предварительной конверсии; поток 30, выходящий с установки для предварительной конверсии, разделяют на две части 31 и 32. На установку 11 для первичной конверсии подают только первую часть 31, в то время как вторая часть 32 обходит установку для первичной конверсии по байпасу и вновь соединяется с потоком, выходящим с этой установки.
Для регулирования величины отношения количества водяного пара к количеству углерода в первую часть 31 до впуска на установку 11 для первичной конверсии, по усмотрению, можно добавить количество 33 водяного пара. Таким образом, в настоящем варианте осуществления изобретения установка 10 для предварительной конверсии может работать при очень низкой величине отношения количества водяного пара к количеству углерода. Величина отношения количества водяного пара к количеству углерода на установке 11 для первичной конверсии регулируется количеством 32, проходящим по байпасу, и количеством 33 водяного пара, тогда как общая величина отношения регулируется еще количеством 26 водяного пара.
На фиг. 4 показан вариант осуществления изобретения без предварительной конверсии. Часть 29 сырья 20 обходит установку 11 для первичной конверсии по байпасу и соединяется с выходящим потоком 22. В некоторых вариантах осуществления изобретения часть 29 составляет существенную часть от всего количества сырья 20, например, не менее 40%. Таким образом, установка 11 для первичной конверсии работает при высокой величине отношения количества водяного пара к количеству углерода (например, около 2,7), тогда как общая величина отношения, принимая в расчет также часть 29 и другие вводимые количества водяного пара, например, трубопровод 26 для водяного пара, - не выше 2.
На фиг. 5 показан вариант осуществления изобретения без дополнительного ввода 26 водяного пара. Таким образом, все количество водяного пара поступает по трубопроводу 21 в смеси с сырьем 20. Часть сырья 20 обходит по байпасу установку 11 для первичной конверсии.
Следует отметить, что трубопровод 26 для водяного пара является необязательным элементом также в вариантах осуществления изобретения на фиг. 2, 3 и 4. Общая величина отношения количества водяного пара к количеству углерода - не выше 2, хотя величина отношения количества водяного пара к количеству углерода на установке для первичной конверсии (возможно с установкой для предварительной конверсии) может быть выше, что связано с наличием обводных трубопроводов 29 или 32 для углерода.

Claims (32)

1. Способ получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводород сырья (20), включающий стадии первичной конверсии (21) с водяным паром, вторичной конверсии (23) с потоком оксиданта и очистки потока, выходящего с указанной стадии вторичной конверсии, причем указанная очистка включает стадию конверсии (13) моноксида углерода, отличающийся тем, что:
синтез-газ (25), полученный путем указанной вторичной конверсии, подвергают среднетемпературной СО-конверсии в присутствии катализатора на основе меди и
часть сырья обходит секцию первичной конверсии по байпасу, величина отношения количества водяного пара к количеству углерода при первичной конверсии составляет от 2,5 до 3, и/или водяной пар добавляют на многих стадиях способа,
причем в этом способе общая величина отношения количества водяного пара к количеству углерода, т.е. общее количество молей водяного пара по сравнению с количеством молей углерода, введенного с сырьем, не выше 2.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в синез-газ (25), полученный путем указанной вторичной конверсии, добавляют водяной пар (26) и полученный таким образом поток (27) синтез-газа с добавленным в этот поток водяным паром (26) подвергают указанной среднетемпературной СО-конверсии.
3. Способ по п. 1, причем указанную стадию среднетемпературной СО-конверсии осуществляют в основном в изотермических условиях.
4. Способ по п. 3, причем указанную стадию среднетемпературной СО-конверсии осуществляют при температуре в диапазоне 200-300°С.
5. Способ по п. 1, причем указанный поток оксиданта представляет собой поток воздуха, воздуха с повышенной концентрацией О2 или в основном поток чистого кислорода.
6. Способ по п. 1, причем указанный поток оксиданта представляет собой поток кислорода со степенью чистоты не ниже 95%.
7. Способ по п. 1, причем указанная первичная конверсия включает стадию предварительной конверсии.
8. Способ по п. 7, причем указанная секция первичной конверсии со стадией предварительной конверсии работает при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, равной 1-1,5.
9. Способ по п. 7 или 8, в котором сырье разделяют на первую часть и вторую часть, причем указанную первую часть (28) направляют на стадию предварительной конверсии и первичной конверсии, а указанная вторая часть (29) по байпасу обходит стадию первичной конверсии и до подачи на стадию вторичной конверсии вновь соединяется с потоком, выходящим со стадии первичной конверсии.
10. Способ по п. 7, в котором поток (30), выходящий со стадии предварительной конверсии, разделяют на две части, первую часть (31) направляют на стадию первичной конверсии, а вторая часть (32) обходит указанную стадию первичной конверсии по байпасу и вновь соединяется с потоком, выходящим с указанной стадии первичной конверсии.
11. Способ по п. 10, в котором к указанной первой части (31) добавляют некоторое количество (33) водяного пара.
12. Способ по п. 10 или 11, причем указанная стадия предварительной конверсии работает при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода, равной 0,5-1,5.
13. Способ по любому из пп. 1-6, причем указанную стадию первичной конверсии осуществляют без стадии предварительной конверсии.
14. Способ по п. 13, в котором часть сырья (29) обходит по байпасу указанную стадию первичной конверсии, указанная часть предпочтительно составляет не менее 40% от количества сырья.
15. Способ по п. 14, причем указанную стадию первичной конверсии осуществляют при величине отношения количества водяного пара к количеству углерода не ниже 2,7, предпочтительно в пределах 2,7-3.
16. Способ по п. 1, включающий, кроме того, стадию очистки синтез-газа после среднетемпературной СО-конверсии, включающую не менее одного из нижеуказанных действий: низкотемпературную СО-конверсию, удаление диоксида углерода, криогенное разделение или стадию адсорбционной очистки, предпочтительно путем короткоцикловой адсорбции.
17. Установка для получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья (20), включающая секцию (10, 11) первичной конверсии с водяным паром, секцию (12) вторичной конверсии и секцию (13) СО-конверсии, отличающаяся:
по меньшей мере первым трубопроводом (21) для водяного пара, смонтированным для ввода первого количества водяного пара в сырье на стороне входа указанной секции первичной конверсии;
указанной секцией СО-конверсии, включающей конвертер для среднетемпературной СО-конверсии с катализатором на основе меди, смонтированный для приема потока, выходящего из указанной секции вторичной конверсии, и
установкой, включающей устройство подачи углеводородов с конфигурацией для подачи указанного сырья (20) и трубопровод(ы) (21, 26, 33) для водяного пара, в которую водяной пар вводят посредством ряда паропроводов, и/или часть сырья подают в обводной трубопровод секции первичной конверсии, так чтобы общее количество водяного пара, которое определяет общую величину отношения количества водяного пара к количеству углерода на указанной установке, которая не выше 2.
18. Установка по п. 17, отличающаяся тем, что включает:
ряд трубопроводов для водяного пара, включающий по меньшей мере первый трубопровод (21) для водяного пара, смонтированный для ввода первого количества водяного пара в сырье на стороне входа указанной секции первичной конверсии, и второй трубопровод (26) для водяного пара, смонтированный для ввода второго количества водяного пара в поток, выходящий из указанной секции вторичной конверсии;
указанную секцию СО-конверсии, включающую конвертер для среднетемпературной СО-конверсии с катализатором на основе меди, смонтированный для приема потока, выходящего из указанной секции вторичной конверсии, с добавленным в него указанным вторым количеством водяного пара, и
указанные трубопроводы для водяного пара, смонтированные для подачи общего количества водяного пара, которое определяет общую величину отношения количества водяного пара к количеству углерода, соответствующую указанному сырью, которая не выше 2.
19. Установка по п. 17 или 18, причем установка включает байпасную линию (29) для указанной секции (10, 11) первичной конверсии, так что часть сырья обходит указанную секцию по байпасу.
20. Установка по п. 17 или 18, на которой указанная секция первичной конверсии включает установку (10) для предварительной конверсии и установку (11) для первичной конверсии; кроме того, установка включает байпасную линию (32) указанной установки для первичной конверсии для части потока (30), выходящего с указанной установки для предварительной конверсии, причем указанную часть подают непосредственно в секцию вторичной конверсии.
21. Способ модернизации установки для производства аммиака, включающий входную часть для получения синтез-газа для производства аммиака и контур синтеза для осуществления реакции указанного синтез-газа до получения аммиака; указанная входная часть включает по меньшей мере установку для первичной конверсии в присутствии водяного пара, установку для вторичной конверсии, конвертер для высокотемпературной СО-конверсии, причем указанный способ модернизации включает по меньшей мере стадии
- замены указанного конвертера для СО-конверсии конвертером для среднетемпературной СО-конверсии с катализатором на основе меди или модификации имеющегося конвертера для высокотемпературной СО-конверсии для работы при средней температуре и с катализатором на основе меди;
- регулирования работы указанного трубопровода для водяного пара и других трубопроводов для водяного пара на установке таким образом, чтобы модернизированная установка работала при общей величине отношения количества водяного пара к количеству углерода не выше 2.
RU2016129514A 2013-12-20 2014-12-16 Способ получения синтез-газа для производства аммиака RU2680047C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13198994.9A EP2886513A1 (en) 2013-12-20 2013-12-20 Process for producing ammonia synthesis gas
EP13198994.9 2013-12-20
PCT/EP2014/077882 WO2015091430A1 (en) 2013-12-20 2014-12-16 Process for producing ammonia synthesis gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016129514A RU2016129514A (ru) 2018-01-25
RU2680047C1 true RU2680047C1 (ru) 2019-02-14

Family

ID=49880540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016129514A RU2680047C1 (ru) 2013-12-20 2014-12-16 Способ получения синтез-газа для производства аммиака

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9950928B2 (ru)
EP (2) EP2886513A1 (ru)
CN (1) CN105829240B (ru)
AU (1) AU2014364748A1 (ru)
CA (1) CA2933736C (ru)
CL (1) CL2016001505A1 (ru)
MX (1) MX2016007638A (ru)
MY (1) MY188858A (ru)
RU (1) RU2680047C1 (ru)
SA (1) SA516371363B1 (ru)
WO (1) WO2015091430A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AR107702A1 (es) 2016-02-29 2018-05-23 Haldor Topsoe As Renovación con baja cantidad de vapor / carbono
EP3592702B1 (en) 2017-03-07 2022-05-04 Haldor Topsøe A/S Ammonia process using advanced shift process
KR20240005207A (ko) 2017-07-13 2024-01-11 토프쉐 에이/에스 암모니아 합성 가스의 제조를 위한 방법 및 촉매

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4296085A (en) * 1980-01-07 1981-10-20 Banquy David L Process for the production of ammonia and the corresponding synthesis gas
EA200501735A1 (ru) * 2003-05-02 2006-06-30 Джонсон Мэтти Плс Получение углеводородов путём риформинга с водяным паром и реакции фишера-тропша
WO2010020309A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Haldor Topsøe A/S Process for production of synthesis gas
US20100199682A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Ifp Process for the production of hydrogen with total recovery of co2 and reduction of unconverted methane
EP2404869A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-11 Ammonia Casale S.A. Process for producing ammonia synthesis gas
RU2497748C1 (ru) * 2012-05-03 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ получения водорода

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006023248C5 (de) 2006-05-18 2018-01-25 Air Liquide Global E&C Solutions Germany Gmbh Verfahren und Anlage zur Herstellung von Synthesegas
EP2065337A1 (en) 2007-11-27 2009-06-03 Ammonia Casale S.A. Process for producing ammonia synthesis gas

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4296085A (en) * 1980-01-07 1981-10-20 Banquy David L Process for the production of ammonia and the corresponding synthesis gas
EA200501735A1 (ru) * 2003-05-02 2006-06-30 Джонсон Мэтти Плс Получение углеводородов путём риформинга с водяным паром и реакции фишера-тропша
WO2010020309A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Haldor Topsøe A/S Process for production of synthesis gas
US20100199682A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Ifp Process for the production of hydrogen with total recovery of co2 and reduction of unconverted methane
EP2404869A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-11 Ammonia Casale S.A. Process for producing ammonia synthesis gas
RU2497748C1 (ru) * 2012-05-03 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ получения водорода

Also Published As

Publication number Publication date
CA2933736A1 (en) 2015-06-25
MY188858A (en) 2022-01-10
EP3083490B1 (en) 2020-03-11
MX2016007638A (es) 2016-10-13
CL2016001505A1 (es) 2016-12-02
RU2016129514A (ru) 2018-01-25
EP3083490A1 (en) 2016-10-26
CA2933736C (en) 2021-10-12
CN105829240B (zh) 2019-03-01
SA516371363B1 (ar) 2019-09-24
CN105829240A (zh) 2016-08-03
AU2014364748A1 (en) 2016-06-23
US9950928B2 (en) 2018-04-24
EP2886513A1 (en) 2015-06-24
US20160311680A1 (en) 2016-10-27
WO2015091430A1 (en) 2015-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2565321C2 (ru) Способ получения синтез-газа для производства аммиака
RU2478564C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
RU2479484C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
RU2666897C2 (ru) Способ получения синтез-газа для производства аммиака с использованием высокотемпературной конверсии и низкой величины отношения количества водяного пара к количеству углерода
RU2617772C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака и соответствующая внешняя секция установки для получения аммиака
RU2558579C2 (ru) Производство кондиционного синтез-газа для синтеза аммиака с криогенной очисткой
EA027871B1 (ru) Способ получения аммиака и мочевины
KR101717121B1 (ko) 메탄올 및 암모니아의 공동 제조
CA2771491A1 (en) Ammonia production process
RU2680047C1 (ru) Способ получения синтез-газа для производства аммиака
US10287174B2 (en) Method for revamping a front-end of an ammonia plant
US20210246021A1 (en) Method and device for carrying out a water-gas shift reactor
RU2751855C2 (ru) Способ синтеза аммиака
CN107001200A (zh) 联产氨和甲醇的方法
JPH03103302A (ja) アンモニア―水素回収―稀ガス複合系のメタンと稀ガスの含量を個々に調節する方法
US20130255803A1 (en) Systems and methods for converting gases to liquids
EA044421B1 (ru) Способ и установка для получения и обработки смеси синтез-газа
CA2882170A1 (en) Method for operating a steam reforming plant
KR101426698B1 (ko) 액상 개질 반응기를 포함하는 수소 제조 장치