RU2706059C2 - Способ получения аммиака - Google Patents

Способ получения аммиака Download PDF

Info

Publication number
RU2706059C2
RU2706059C2 RU2017132708A RU2017132708A RU2706059C2 RU 2706059 C2 RU2706059 C2 RU 2706059C2 RU 2017132708 A RU2017132708 A RU 2017132708A RU 2017132708 A RU2017132708 A RU 2017132708A RU 2706059 C2 RU2706059 C2 RU 2706059C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reforming
gas
synthesis
synthesis gas
ammonia
Prior art date
Application number
RU2017132708A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017132708A (ru
RU2017132708A3 (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 RU2017132708A publication Critical patent/RU2017132708A/ru
Publication of RU2017132708A3 publication Critical patent/RU2017132708A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2706059C2 publication Critical patent/RU2706059C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0417—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the synthesis reactor, e.g. arrangement of catalyst beds and heat exchangers in the reactor
    • C01C1/0441—Reactors with the catalyst arranged in tubes
    • 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
    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0476—Purge gas treatment, e.g. for removal of inert gases or recovery of H2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/06—Details of tube reactors containing solid particles
    • 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
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane 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
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • 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
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • 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
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/068—Ammonia synthesis
    • 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
    • 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
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84—Energy production
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к способу получения аммиака каталитической реакцией подпиточного синтез-газа, получаемого риформингом углеводородного сырья, и к установке для его осуществления. Способ включает: первичный риформинг углеводородного сырья с водяным паром, с получением первого риформинг-газа, вторичный риформинг первого риформинг-газа с огневым подогревом воздуха, с получением сырого синтез-газа, очистку сырого синтез-газа, с получением подпиточного синтез-газа, конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак в контуре синтеза. При этом первичный риформинг проводят при температуре, равной по меньшей мере 790°С, и давлении, равном по меньшей мере 50 бар, а вторичный риформинг проводят в основном без избытка воздуха, по сравнению с его стехиометрическим количеством. Подпиточный синтез-газ имеет молярное отношение Н2 к N2, равное 2,5 или более, но менее 3. Затем осуществляют отбор из контура синтеза продувочного потока, отделение от него потока, содержащего водород, и добавление этого содержащего водород потока к упомянутому подпиточному газу для регулирования отношения Н2 к N2. Технический результат заключается в получении более высокой производительности без превышения предельных режимов паровой турбины. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу получения аммиака каталитической реакцией подпиточного синтез-газа, получаемого риформингом углеводородного сырья.
Уровень техники
В промышленном производстве аммиака используется каталитическая реакция синтез-газа (ʺподпиточного газаʺ), содержащего водород и азот, внутри контура синтеза высокого давления (ВД), работающего обычно при давлениях примерно 80-300 бар.
Подпиточный газ получают в головной секции, перед контуром синтеза высокого давления, риформингом углеводородного сырья.
Синтез аммиака из углеводородного сырья в основном включает: первичный риформинг с водяным паром; вторичный риформинг с окислителем с получением сырого (исходного) синтез-газа; очистку этого сырого синтез-газа с получением подпиточного синтез-газа; конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак в контуре синтеза высокого давления.
Очистка может включать конверсию сдвига моноокиси углерода в двуокись углерода, удаление двуокиси углерода и, опционально, метанизацию. Очищенный синтез-газ сжимается в многоступенчатом компрессоре для подачи далее в контур синтеза. Этот компрессор газа обычно приводится в действие непосредственно от паровой турбины.
Шаг первичного риформинга проводится в пучке нагреваемых снаружи трубок, заполненных катализатором (каталитических трубок).
Для снижения максимальной рабочей температуры этих каталитических трубок, в существующих установках проводят вторичный риформинг с кислородом или обогащенным воздухом. Однако для получения кислорода или обогащенного воздуха требуются воздухоразделительная установка и затраты энергии, что увеличивает расходы.
Другой известный способ поддержания относительно низкой температуры трубок, без необходимости использования кислорода или обогащенного воздуха, состоит в проведении вторичного риформинга с огневым подогревом воздуха при значительном избытке воздуха относительно его количества по теоретическому стехиометрическому соотношению. Теоретическим стехиометрическим количеством воздуха является его количество, необходимое для получения молярного отношения Н2 к N2, равного 3 в очищенном подпиточном газе, направляемом в процесс синтеза аммиака.
Недостатком этого способа является, однако, внесение большого количества азота в головную секцию. Это вызывает большой расход воздуха, требующий более мощного и дорогого оборудования для перекачки. Кроме того, главный компрессор синтез-газа и его приводная турбина могут стать узким местом установки, оказавшись перед необходимостью перекачивания очень большого объема, например, более 3000 тонн в день.
При такой большой нагрузке, от компрессора газа потребовался бы соответствующий расход и обладание большой степенью сжатия. Для обеспечения большого расхода пара в турбине, требующегося для приведения в действие компрессора, потребовалось бы использование ротора большого диаметра, неспособного достичь высоких скоростей вращения (например, 10000 об/мин), необходимых для компрессора, в основном из-за ограничений, связанных со слишком высокой окружной скоростью конца лопастей ступеней низкого давления турбины. В результате, максимальная производительность установки синтеза аммиака, выраженная в количестве аммиака, который может быть синтезирован, в основном ограничена производительностью узла ʺкомпрессор/турбинаʺ сжатия синтез-газа.
Способы, используемые в уровне техники, не обеспечивают удовлетворительного решения этой проблемы. Например, введение редуктора между компрессором и турбиной нежелательно из-за невысокой надежности и потери КПД. Другие попытки решения этой проблемы включают: введение промежуточного реактора для получения некоторого количеств аммиака, при этом, однако, увеличиваются сложность установки и расходы; использование более низкого давления синтеза, что негативно отражается на процессе синтеза.
Также используется отведение продувочного потока из контура синтеза высокого давления для удаления инертных газов, которые, в противном случае, могут накапливаться и снижать общую эффективность. В ЕР 2316792 раскрывается выделение водорода из этого продувочного потока и использование выделенного водорода для компенсации избытка азота. Однако, благодаря большому количеству воздуха, вводимого при вторичном риформинге, требуемое количество водорода оказывается большим, что подразумевает использование дорогой технологии разделения, например, криогенной, TSA (адсорбция/десорбция при различных температурах, от англ. Temperature Swing Adsobtion) или PSA (адсорбция/десорбция при различных давлениях, от англ. Pressure Swing Adsorbtion).
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является преодоление описанных недостатков и ограничений уровня техники.
Эта задача решается процессом синтеза аммиака из углеводородного сырья, включающим:
первичный риформинг углеводородного сырья с водяным паром, с получением первого риформинг-газа;
вторичный риформинг первого риформинг-газа с огневым подогревом воздуха, с получением сырого синтез-газа;
очистку сырого синтез-газа с получением подпиточного синтез-газа;
конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак в контуре синтеза,
отличающимся тем, что первичный риформинг проводят при температуре по меньшей мере 790°С и давлении по меньшей мере 50 бар; вторичный риформинг проводят в основном без избытка воздуха, по сравнению с его стехиометрическим количеством, а подпиточный синтез-газ характеризуется молярным отношением Н2 к N2 в интервале от 2,5 до 3.
Указанные величины температуры и давления относятся к технологическому газу на выходе каталитических трубок первичного риформинга.
Предпочтительно, упомянутая выше температура по меньшей мере 790°С превышает 800°С.
Предпочтительно, указанное молярное отношение Н2 к N2 находится в интервале от 2,6 до 2,8.
Как было упомянуто выше, под стехиометрическим количеством воздуха понимается количество, необходимое для получения в подпиточном газе, подаваемом в контур синтеза, молярного отношения, равного 3, т.е., оно в основном зависит от количества водорода Н2 в подпиточном газе. Отсутствие, в основном, избытка воздуха следует понимать, как количество воздуха, обеспечивающее молярное отношение Н2 к N2, составляющее 2,5 или более.
Предпочтительно, конверсия подпиточного синтез-газа в аммиак проводится при давлении контура, превышающем в 2-3,5 раза давление технологического газа на выходе каталитических трубок первичного риформинга. Под давлением контура понимается давление нагнетания циркуляционного насоса контура. Более предпочтительно, давление контура находится в пределах 100-200 бар, еще более предпочтительно, от 120 до 150 бар.
Особенностью изобретения является увеличение температуры первичного риформинга и давления без использования избытка воздуха по сравнению с его стехиометрическим количеством. Воздух для вторичного риформинга подается в стехиометрическом количестве или с небольшим избытком, в результате чего молярное отношение Н2 к N2 равно или несколько больше 3. Для процесса не требуется избытка воздуха, либо обогащения воздуха кислородом.
В особенно предпочтительном варианте выполнения, каталитические трубки в первичном риформере выполнены из сплава, выбранного из следующих материалов:
GX45NiCrSiNbTi3525, GX40NiCrSiNb3525 (согласно классификации европейского стандарта EN 10027);
сплавы коррозионностойкие (типа HP), коррозионностойкие модифицированные (типа HP mod), коррозионностойкий модифицированный с микролегированием (типа HP mod Microalloy), коррозионностойкий с микролегированием с Nb (типа HP Nb Microalloy), коррозионностойкий с микролегированием (типа HP Microalloy), жаропрочный с микролегированием (типа НК), (по классификации стандартов Американского общества специалистов по испытаниям материалов ASTM А-608 и ASTM А-297).
Указанные материалы пригодны для работы при повышенных давлениях и температурах в соответствии с изобретением.
В некоторых вариантах выполнения, процесс, предложенный в изобретении, включает отведение из контура продувочного потока, отделения от него потока, содержащего водород, и добавление этого содержащего водород потока к подпиточному газу для регулирования соотношения между Н2 и N2. Когда молярное отношение Н2 к N2 в получаемом синтез-газе менее 3, этот содержащий водород поток используется для приближения этого отношения к величине, равной или близкой 3.
Преимуществом изобретения является то, что для корректировки отношения Н2 к N2 требуется меньше водорода благодаря близости соотношения между Н2 и N2 к 3, поэтому могут использоваться менее затратные способы отделения водорода, например, посредством мембранного узла регенерации водорода. Заявитель обнаружил, что, даже если производительность извлечения Н2 и N2 мембранным узлом регенерации ниже, чем криогенным методом, из-за высокого давления просачивания, рабочие характеристики этого метода являются приемлемыми.
Контур синтеза включает циркуляционный компрессор (также называемый циркулятором). В соответствии с вариантом выполнения изобретения, с выхода главного газового компрессора газ подается на всасывающую сторону циркуляционного компрессора контура. Благодаря этому, нагрузка на главный компрессор снижается, так как часть сжатия обеспечивается циркулятором.
В другом предпочтительном варианте выполнения, перед сжатием в главном компрессоре или между двумя ступенями сжатия, синтез-газ подвергается осушению посредством аммиачной промывки.
Главным достоинством изобретения является снижение нагрузки на главный компрессор синтез-газа. Соответственно, сокращается и потребляемая компрессором мощность, при данной производительности. Таким образом, изобретение позволяет получить более высокую производительность, например, более 3000 тонн, без превышения упомянутых выше предельных режимов паровой турбины, соединенной с компрессором синтез-газа, т.е., сохранить непосредственное приводное соединение между компрессором и турбиной. Например, изобретение позволяет достичь производительности в 4000 тонн.
В некоторых вариантах выполнения изобретения, основным потребителем мощности становится воздушный компрессор (вместо компрессора синтез газа). Соответственно, для вращения паровой турбины, соединенной с этим воздушным компрессором, используют пар с максимальным имеющимся давлением; отходящий или извлеченный из этой турбины пар, предпочтительно, используется для первичного риформинга.
Это дает преимущество с точки зрения эффективности процесса, поскольку сжатие воздуха можно осуществлять более эффективно, чем сжатие синтез-газа. Такая возможность связана с использованием компрессора со встроенным редуктором, что не подходит для работы с синтез-газом.
Более того, скорость вращения воздушного компрессора (число оборотов в минуту) ниже, чем у компрессора синтез-газа, поэтому не важны ограничения на размер паровой турбины, соединенной с воздушным компрессором.
В другом варианте выполнения изобретения предлагается потребление упомянутой паровой турбиной большего количества пара, чем требуется для компрессора технологического воздуха. Соответственно, присоединенная к воздушному компрессору турбина может также приводить в действие электрогенератор.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, процесс риформинга, включающий первичный риформинг и вторичный риформинг с огневым подогревом воздуха, проводят с общим отношением пар/углерод, равным или превышающим 2,9. Это общее отношение пар/углерод означает общее соотношение водяного пара и углерода, подаваемых в процесс риформинга.
Такое относительно высокое соотношение между водяным паром и углеродом благоприятно влияет на конверсию сырья и последующую реакцию сдвига моноокиси углерода. Здесь также имеет место синергическое взаимодействие с повышенным давлением при первичном риформинге, равным по меньшей мере 50 бар. По сравнению с обычным риформингом, увеличенное количество пара (благодаря более высокому отношению пар/углерод) предполагает, что больше тепла может быть извлечено из риформинга при высокой температуре, и может быть доступно для дальнейшего использования внутри головной секции, например, для регенерации раствора, применяемого для абсорбции СО2. В результате повышается энергетическая эффективность головной секции, например, за счет снижения необходимости подвода тепла.
Также особенностью изобретения является установка, предназначенная для проведения описанного выше процесса.
В частности, особенностью изобретения является установка для синтеза аммиака, в которой секция первичного риформинга включает трубчатый риформер с трубками, заполненными катализатором и выполненными из одного из упомянутых выше сплавов.
Преимущества изобретения будут более очевидны из приведенного далее подробного описания со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
на фигуре представлена блок-схема установки для синтеза аммиака, в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
На фигуре показана блок-схема установки 1 для синтеза аммиака, включающая головную секцию 2 и контур 3 синтеза аммиака. В головной секции 2 получают подпиточный синтез-газ 21, который сжимают в газовом компрессоре 9 и подают в контур 3 синтеза аммиака.
Головная секция 2 включает: первичный риформер 4; вторичный риформер 5; воздушный компрессор 6; секцию 7 очистки; узел 8 осушки газа. Воздушный компрессор 6 и главный компрессор 9 синтез-газа приводятся в действие непосредственно от соответствующих паровых турбин 10 и 11. Воздушный компрессор 6, предпочтительно, имеет встроенный редуктор.
Контур 3 имеет блок 12, содержащий по меньшей мере один каталитический реактор, газоохладитель и сепаратор жидкости для получения жидкого аммиака 23. Непрореагировавший газ 24 возвращается обратно в контур 3 другим компрессором 14, также называемым циркулятором.
Углеводородное сырье 15, например природный газ, и водяной пар 16 вступают в каталитическую реакцию в первичном риформере 4 при температуре, равной по меньшей мере 790°С, и давлении, равном по меньшей мере 50 бар.
Газ 17, вышедший после частичного риформинга из первичного риформера 1, далее вступает в реакцию во вторичном риформере 5 с использованием подводимого воздуха 18, нагнетаемого воздушным компрессором 6.
Турбина 10, от которой работает компрессор 6, приводится в действие паром 30 высокого давления, который, предпочтительно, вырабатывается в установке 1 получения аммиака, например, путем рекуперирования тепла выхлопных газов конвективной секции первичного риформера. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, водяной пар 16 для первичного риформинга извлекается из этой турбины 10.
В некоторых вариантах выполнения, количество пара 30 превышает количество, необходимое для приведения в действие компрессора 6. Таким образом, турбина 10 может быть соединена также с электрическим генератором.
Газ 19, подвергнутый полному риформированию, покидающий вторичный риформер 5, обрабатывается в секции 7 очистки, например, конверсией сдвига, удалением двуокиси углерода и метанизацией, в результате чего получается очищенный синтез-газ 20. Газ 20 далее направляется в узел 8 осушки для удаления содержащейся в нем воды, с получением в основном обезвоженного потока 21. Узлом 8 осушки, предпочтительно, является узел аммиачной промывки.
Согласно изобретению, молярное отношение водород/азот в потоке 21 составляет от 2,5 до 3.
Поток 21 направляется во всасывающую сторону главного компрессора 9 синтез-газа, а полученный синтез-газ 22 высокого давления, предпочтительно подается в циркулятор 14, как показано на фиг. 1.
Из контура 3 отводится продувочный поток 27, содержащий непрореагировавшие водород с азотом и инертные газы (например, аргон и метан), который, например, образует выходной поток 26 циркулятора 14. Этот продувочный поток 27 направляется в узел 13 извлечения водорода для отделения обогащенного водородом газового потока 25, который возвращается на всасывающую сторону циркулятора 14, где он смешивается с потоком 24. Этот обогащенный водородом газовый поток 25 используется для регулирования соотношения Н2 и N2, в частности, когда это соотношение в потоках 21 и 22 (вырабатываемых головной секцией 2) ниже 3. Путем добавления водорода, выделенного из продувочного потока 27, это соотношение доводится до 3 или делается близким к 3, как это требуется для синтеза аммиака.

Claims (29)

1. Способ синтеза аммиака из углеводородного сырья, включающий:
первичный риформинг углеводородного сырья с водяным паром с получением первого риформинг-газа;
вторичный риформинг первого риформинг-газа с огневым подогревом воздуха с получением сырого синтез-газа;
очистку сырого синтез-газа, с получением подпиточного синтез-газа;
конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак в контуре синтеза,
отличающийся тем, что
первичный риформинг проводят при температуре, равной по меньшей мере 790°С, и давлении, равном по меньшей мере 50 бар; вторичный риформинг проводят в основном без избытка воздуха, по сравнению с его стехиометрическим количеством; подпиточный синтез-газ имеет молярное отношение Н2 к N2, равное 2,5 или более, но менее 3, а способ включает отбор из контура синтеза продувочного потока, отделение от него потока, содержащего водород, и добавление этого содержащего водород потока к упомянутому подпиточному газу для регулирования отношения Н2 к N2.
2. Способ по п.1, в котором первичный риформинг проводят в трубках, заполненных катализатором и выполненных из сплава, выбранного из следующих материалов:
GX45NiCrSiNbTi3525 или GX40NiCrSiNb3525, согласно классификации европейского стандарта EN 10027, или
сплавы типа HP, типа HP mod, типа HP mod Microalloy, типа HP Nb Microalloy, типа HP Microalloy, типа HK Microalloy, согласно классификации стандартов Американского общества специалистов по испытаниям материалов ASTM А-608 и ASTM А-297.
3. Способ по п.1 или 2, в котором молярное отношение Н2 к N2 находится в интервале 2,6-2,8.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак проводят при давлении, в 2,0-3,5 раз превышающем давление первичного риформинга.
5. Способ по п.4, в котором конверсию подпиточного синтез-газа в аммиак проводят при давлении в интервале 100-200 бар, предпочтительно в интервале 120-150 бар.
6. Способ по п.1, в котором упомянутое отделение выполняют с использованием мембранного узла регенерации водорода.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выполняют сжатие подпиточного газа в газовом компрессоре, контур синтеза включает циркуляционный компрессор, а с выхода газового компрессора поток направляется на всасывающую сторону циркуляционного компрессора контура.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором воздух, подводимый для вторичного риформинга, сжимают в воздушном компрессоре, приводимом в действие паровой турбиной, на которую подают водяной пар высокого давления, а пар для первичного риформинга отводят из этой турбины.
9. Способ по п.8, в котором паровая турбина потребляет пар в количестве, превышающем количество, необходимое для работы воздушного компрессора, и приводит в действие электрогенератор.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором очищенный синтез-газ подвергают осушке посредством аммиачной промывки.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором процесс риформинга, включающий шаги первичного риформинга и вторичного риформинга с огневым подогревом воздуха, проводят с общим отношением "водяной пар/углерод", равным или превышающим 2,9.
12. Установка для синтеза аммиака из углеводородного сырья, включающая:
секцию первичного риформинга, предназначенную для риформинга углеводородного сырья с водяным паром, с получением первого риформинг-газа;
секцию вторичного риформинга с огневым подогревом воздуха, предназначенную для вторичного риформинга первого риформинг-газа, с получением сырого синтез-газа;
секцию очистки сырого синтез-газа, с получением подпиточного синтез-газа;
секцию конверсии, включающую контур синтеза, для конверсии подпиточного синтез-газа в аммиак,
отличающаяся тем, что
секция первичного риформинга предназначена для проведения первичного риформинга при температуре, равной по меньшей мере 790°С, и давлении, равном по меньшей мере 50 бар, и содержит трубчатый риформер с трубками, заполненными катализатором и выполненными из сплава, выбранного из следующих материалов:
GX45NiCrSiNbTi3525 или GX40NiCrSiNb3525, согласно классификации европейского стандарта EN 10027, или
сплавы типа HP, типа HP mod, типа HP mod Microalloy, типа HP Nb Microalloy, типа HP Microalloy, типа HK Microalloy, согласно классификации стандартов Американского общества специалистов по испытаниям материалов ASTM А-608 и ASTM А-297.
13. Установка по п.12, включающая компрессор для подачи воздуха в секцию вторичного риформинга, который имеет встроенный редуктор.
RU2017132708A 2015-02-20 2016-01-27 Способ получения аммиака RU2706059C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15156001.8 2015-02-20
EP15156001.8A EP3059210A1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Process for the ammonia production
PCT/EP2016/051658 WO2016131623A1 (en) 2015-02-20 2016-01-27 Process for the ammonia production

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017132708A RU2017132708A (ru) 2019-03-20
RU2017132708A3 RU2017132708A3 (ru) 2019-03-20
RU2706059C2 true RU2706059C2 (ru) 2019-11-13

Family

ID=52692367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132708A RU2706059C2 (ru) 2015-02-20 2016-01-27 Способ получения аммиака

Country Status (13)

Country Link
US (2) US10647587B2 (ru)
EP (2) EP3059210A1 (ru)
CN (1) CN107257776B (ru)
AU (1) AU2016222007B2 (ru)
BR (1) BR112017017796A2 (ru)
CA (1) CA2977239C (ru)
CL (1) CL2017002119A1 (ru)
MX (1) MX2017010500A (ru)
MY (1) MY185718A (ru)
RU (1) RU2706059C2 (ru)
SA (1) SA517382134B1 (ru)
UA (1) UA119810C2 (ru)
WO (1) WO2016131623A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808330C1 (ru) * 2023-08-30 2023-11-28 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный - 2500"

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180230009A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-16 Kwamina BEDU-AMISSAH Steam methane reformer tube outlet assembly
IT201800000620A1 (it) * 2018-01-08 2019-07-08 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Impianto di produzione di ammoniaca
CN112262106A (zh) * 2018-06-08 2021-01-22 卡萨尔公司 甲醇生产方法
EP3623343A1 (en) * 2018-09-11 2020-03-18 Casale Sa Process for the synthesis of ammonia
CN116157359A (zh) * 2020-10-30 2023-05-23 卡萨乐有限公司 在部分负载下的氨合成回路的控制
EP4313847A1 (en) * 2021-03-30 2024-02-07 Casale Sa Process for ammonia synthesis using green hydrogen

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224298A (en) * 1977-04-14 1980-09-23 Robinson Lee F Reforming of hydrocarbons
US4687498A (en) * 1986-02-24 1987-08-18 The Boc Group, Inc. Argon recovery from hydrogen depleted ammonia plant purge gas utilizing a combination of cryogenic and non-cryogenic separating means
SU1770277A1 (ru) * 1989-10-30 1992-10-23 Gni Pi Azotnoj Promy Produktov Способ производства аммиака
RU2261225C2 (ru) * 2000-03-03 2005-09-27 Проусесс Менеджмент Энтерпрайсиз Лтд. Процесс синтеза аммиака и применяемая для этого установка
US20080164442A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Shankar Nataraj Process for generating synthesis gas using catalyzed structured packing
US20100303703A1 (en) * 2007-11-27 2010-12-02 Ammonia Casale S.A. Process for Producing Ammonia Synthesis Gas

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4077780A (en) * 1976-10-20 1978-03-07 Union Carbide Corporation Recovery of hydrogen and nitrogen from ammonia plant purge gas
DE2860718D1 (en) * 1977-09-16 1981-08-27 Ici Plc Process and plant for producing ammonia
JP5552284B2 (ja) * 2009-09-14 2014-07-16 信越化学工業株式会社 多結晶シリコン製造システム、多結晶シリコン製造装置および多結晶シリコンの製造方法
EP2316792A1 (en) 2009-10-27 2011-05-04 Ammonia Casale S.A. Ammonia production process
EP2374758A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-12 Ammonia Casale S.A. Hydrogen and nitrogen recovery from ammonia purge gas

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224298A (en) * 1977-04-14 1980-09-23 Robinson Lee F Reforming of hydrocarbons
US4687498A (en) * 1986-02-24 1987-08-18 The Boc Group, Inc. Argon recovery from hydrogen depleted ammonia plant purge gas utilizing a combination of cryogenic and non-cryogenic separating means
SU1770277A1 (ru) * 1989-10-30 1992-10-23 Gni Pi Azotnoj Promy Produktov Способ производства аммиака
RU2261225C2 (ru) * 2000-03-03 2005-09-27 Проусесс Менеджмент Энтерпрайсиз Лтд. Процесс синтеза аммиака и применяемая для этого установка
US20080164442A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Shankar Nataraj Process for generating synthesis gas using catalyzed structured packing
US20100303703A1 (en) * 2007-11-27 2010-12-02 Ammonia Casale S.A. Process for Producing Ammonia Synthesis Gas

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808874C1 (ru) * 2023-08-23 2023-12-05 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный-3000"
RU2808330C1 (ru) * 2023-08-30 2023-11-28 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный - 2500"

Also Published As

Publication number Publication date
MY185718A (en) 2021-05-31
UA119810C2 (uk) 2019-08-12
EP3059210A1 (en) 2016-08-24
CL2017002119A1 (es) 2018-03-16
MX2017010500A (es) 2017-11-28
CA2977239C (en) 2022-07-19
AU2016222007B2 (en) 2020-03-26
EP3259233A1 (en) 2017-12-27
US10647587B2 (en) 2020-05-12
CN107257776B (zh) 2021-02-02
US20180044192A1 (en) 2018-02-15
CN107257776A (zh) 2017-10-17
SA517382134B1 (ar) 2021-12-08
US20190367379A1 (en) 2019-12-05
CA2977239A1 (en) 2016-08-25
AU2016222007A1 (en) 2017-09-07
EP3259233B1 (en) 2019-01-23
WO2016131623A1 (en) 2016-08-25
BR112017017796A2 (pt) 2018-04-10
RU2017132708A (ru) 2019-03-20
RU2017132708A3 (ru) 2019-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2706059C2 (ru) Способ получения аммиака
CA2762139C (en) Processes for the recovery of high purity hydrogen and high purity carbon dioxide
RU2478564C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
AU2018308586B2 (en) Method for the preparation of ammonia synthesis gas
EP2876080A1 (en) Process for comprehensively utilizing low carbon emission fischer-tropsch synthesis tail gas
JP2007500115A (ja) メタン含有ガス、特に天然ガスからの水素の製造法および該方法を実施するシステム
WO2010109107A1 (fr) Procede et installation de production d'hydrogene mettant en oeuvre un compresseur thermocinetique
JP2019500356A (ja) 二酸化炭素を供給して尿素を合成する方法
KR20130090397A (ko) 메탄올 및 암모니아의 공동 제조
RU2608766C2 (ru) Способ повышения производительности установки для получения аммиака
KR20220143246A (ko) Lng 개질 시스템
JP2001080902A (ja) 水素製造装置
WO2017075564A1 (en) Increasing hydrogen recovery from co + h2 synthesis gas
RU2719430C1 (ru) Способ получения азотной кислоты
FR2992307A1 (fr) Procede et installation pour la production combinee de gaz de synthese d'ammoniac et de dioxyde de carbone
JPWO2007114250A1 (ja) 液体燃料合成システム
US11560306B2 (en) Method for producing ammonia
JP2008179496A (ja) 水素製造装置およびその方法
JP2020066585A (ja) 有機物の合成装置および合成方法
CN220642594U (zh) 新型甲醇制氢装置
AU2012301583B2 (en) Integration of FT system and syn-gas generation
WO2023020771A1 (en) Process for the preparation of green ammonia synthesis gas
CN116768159A (zh) 用于从合成气中去除二氧化碳的方法和设备
JPS6011203A (ja) 水素含有ガスの処理法
EP2824068A1 (en) A method for producing hydrogen and carbon dioxide