RU2780578C2 - Method for production of hydrogen-containing synthesis gas - Google Patents
Method for production of hydrogen-containing synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780578C2 RU2780578C2 RU2020123159A RU2020123159A RU2780578C2 RU 2780578 C2 RU2780578 C2 RU 2780578C2 RU 2020123159 A RU2020123159 A RU 2020123159A RU 2020123159 A RU2020123159 A RU 2020123159A RU 2780578 C2 RU2780578 C2 RU 2780578C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- hydrogen
- fuel
- synthesis gas
- stream
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 title claims abstract description 67
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 147
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 121
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 21
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 53
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 16
- 230000001052 transient Effects 0.000 claims description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 7
- 238000002453 autothermal reforming Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000036961 partial Effects 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003009 desulfurizing Effects 0.000 claims description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000001603 reducing Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 40
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 8
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide Substances O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- -1 CH 4 Chemical compound 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N Nitrogen-16 Chemical compound [16NH3] QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к способу получения водородосодержащего синтез-газа из углеводородного сырья. В частности, изобретение относится к способу получения водородосодержащего синтез-газа, отличающемуся малыми выбросами CO2 в атмосферу.The present invention relates to a process for producing hydrogen-containing synthesis gas from a hydrocarbon feedstock. In particular, the invention relates to a process for producing hydrogen-containing synthesis gas, characterized by low emissions of CO 2 into the atmosphere.
Уровень техникиState of the art
Для получения водородосодержащего синтез-газа из углеводородного сырья обычно используется комбинированный риформинг-процесс, в котором в первичный реактор риформинга (риформер) подаются десульфурированные углеводороды и водяной пар, а во вторичный риформер подается газ из первичного риформера, частично подвергнутый риформингу, и поток подходящего окислителя (например, воздуха или кислорода). Для получения водородосодержащего синтез-газа из углеводородного сырья также может использоваться автотермический риформинг (АТР) в соответствующем риформере, с предварительным нагревом в печи подаваемого на обработку материала, т.е., газообразного углеводородного сырья.To obtain hydrogen-containing synthesis gas from hydrocarbon feedstocks, a combined reforming process is usually used, in which the primary reformer reactor (reformer) is supplied with desulfurized hydrocarbons and steam, and the secondary reformer is supplied with gas from the primary reformer, partially reformed, and a stream of a suitable oxidizer (for example, air or oxygen). To obtain hydrogen-containing synthesis gas from hydrocarbon feedstocks, autothermal reforming (ATR) in a suitable reformer can also be used, with preheating in a furnace of the material supplied for processing, i.e., gaseous hydrocarbon feedstock.
Полученный в результате риформинга (конвертированный) газ далее обычно проходит через следующие друг за другом стадии обработки для получения газообразного продукта, например, водорода или синтез-газа, состав которого подходит для получения аммиака (т.е., содержащего Н2 и N2 в нужном соотношении примерно 3:1), или для получения метанола (т.е., содержащего оксиды углерода и водород со стехиометрическим числом SN≥2, где SN=(Н2-CO2)/(СО+CO2)).The reformed (converted) gas is then typically passed through successive processing steps to produce a gaseous product, such as hydrogen or synthesis gas, the composition of which is suitable for the production of ammonia (i.e., containing H 2 and N 2 in the desired ratio of about 3:1), or to obtain methanol (ie, containing oxides of carbon and hydrogen with a stoichiometric number SN≥2, where SN=(H 2 -CO 2 )/(CO+CO 2 )).
Для получения водородосодержащего синтез-газа требуется сжигание по меньшей мере первого количества топлива для выделения теплоты риформинга; также обычно расходуется второе количество топлива для вырабатывания пара и работы паровых турбин, которые приводят в действие механизмы, например насосы и компрессоры.To obtain hydrogen-containing synthesis gas requires the combustion of at least the first amount of fuel to release the heat of reforming; a second amount of fuel is also typically consumed to generate steam and operate steam turbines that drive machinery such as pumps and compressors.
Для этой цели обычно используют часть углеводородного сырья в качестве топлива. Это, однако, сопровождается значительными выбросами CO2 в атмосферу. Одним из основных источников выбросов CO2 является топочный газ первичного риформера и других огневых печей, при их использовании, например дополнительных нагревателей.For this purpose, a portion of the hydrocarbon feedstock is usually used as fuel. This, however, is accompanied by significant emissions of CO 2 into the atmosphere. One of the main sources of CO 2 emissions is flue gas from the primary reformer and other fired furnaces, when used, such as booster heaters.
Для защиты окружающей среды необходимо снизить выбросы CO2 топочного газа.To protect the environment, CO 2 emissions from the flue gas must be reduced.
Существующие способы снижения выбросов CO2 включают процессы очистки дымовых газов, в которых улавливается CO2 из топочного газа, например, промывкой подходящими растворителями (например, растворителем KS-1™ производства компании Mitsubishi). Эти растворители, однако, дороги, а соответствующие установки отличаются высокой стоимостью и энергопотреблением.Existing methods for reducing CO 2 emissions include flue gas cleaning processes that capture CO 2 from the flue gas, such as by washing with suitable solvents (eg Mitsubishi's KS-1™ solvent). These solvents, however, are expensive and the associated installations are expensive and energy intensive.
Выбросы CO2 также создают проблемы на период запуска химической установки, который может длиться по несколько дней или недель и сопровождаться значительными выбросами CO2.CO 2 emissions also create problems during the start-up period of a chemical plant, which can last days or weeks and be accompanied by significant CO 2 emissions.
Известные способы извлечения CO2 из дымовых газов включают абсорбцию в растворителе (например амине); адсорбцию при переменной температуре (TSA - от англ. temperature swing adsorption), адсорбцию с перепадом давления (PSA - от англ. pressure swing adsorption), вакуумную короткоцикловую адсорбцию (VSA - от англ. vacuum swing adsorption) и разделение на мембранах. Эти способы требуют подвода тепла, например, для регенерации в системе TSA, и/или подвода механической энергии, например, для сжатия подводимого газа в системе PSA, или для вакуумного извлечения CO2 в системе VSA. В нормальном режиме работы, этот приток тепла или механической энергии может быть рекуперирован в системе, например из отходящего тепла. Однако, во время пуска, рекуперация тепла или механической энергии отсутствует, поскольку установка еще не работает. Генерация требуемого тепла посредством дополнительного устройства, например, топливным вспомогательным парогенератором, сопровождалась бы выбросами диоксида углерода. Получение из внешнего источника, например, получение электрической энергии из сети, обычно слишком дорого.Known methods for extracting CO 2 from flue gases include absorption in a solvent (eg amine); temperature swing adsorption (TSA), pressure swing adsorption (PSA), vacuum swing adsorption (VSA) and separation on membranes. These methods require heat input, for example for regeneration in a TSA system, and/or mechanical energy input, for example for compressing the feed gas in a PSA system, or for vacuum removal of CO 2 in a VSA system. During normal operation, this input of heat or mechanical energy can be recovered in the system, for example from waste heat. However, during start-up, there is no recovery of heat or mechanical energy because the plant is not yet in operation. Generation of the required heat by an additional device, such as a fuel-fired auxiliary steam generator, would be accompanied by emissions of carbon dioxide. Getting from an external source, for example, getting electricity from the grid, is usually too expensive.
Соответственно, задача снижения выбросов CO2 во время пуска химической установки, в частности, установки синтеза аммиака, все еще остается нерешенной. Вообще говоря, эта же проблема может возникнуть в переходном режиме, когда отсутствует внутренняя рекуперация тепла и/или механической энергии, необходимой для системы удаления CO2.Accordingly, the task of reducing CO 2 emissions during the start-up of a chemical plant, in particular an ammonia synthesis plant, still remains unresolved. Generally speaking, the same problem can occur in transient mode when there is no internal heat and/or mechanical energy recovery needed for the CO 2 removal system.
В US 2011/0206594 описываются уровень техники системы и способа получения синтез-газа.US 2011/0206594 describes the state of the art of a system and method for producing synthesis gas.
В US 4728506 описан способ пуска установки получения аммиака, в котором аммиак используется в качестве пусковой среды путем введения аммиака в стадию риформинга для формирования пускового синтез-газа, содержащего аммиак, и используется нагревание и рециркуляция этого газа, пока установка не будет доведена до рабочей температуры. При этом, однако, не решается проблема выбросов CO2 от устройства с огневым нагревом на этапе пуска.US 4,728,506 describes a start-up process for an ammonia plant that uses ammonia as a start-up medium by introducing ammonia into a reformer to form a start-up synthesis gas containing ammonia, and heating and recirculating this gas until the plant is brought up to operating temperature. . However, this does not solve the problem of CO 2 emissions from the fired device during the start-up phase.
В US 4668494 раскрывается способ использования солнечной энергии в химическом процессе синтеза, в котором, в качестве источника тепла может использоваться каталитическое окисление аммиака в нагревателе аммиака без огневого подвода тепла, в котором аммиак окисляется на каталитической сетке для формирования оксидов азота для последующего синтеза азотной кислоты.US 4,668,494 discloses a method of using solar energy in a chemical synthesis process, in which, as a heat source, catalytic oxidation of ammonia in an ammonia heater without fire supply of heat can be used, in which ammonia is oxidized on a catalytic grid to form nitrogen oxides for the subsequent synthesis of nitric acid.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения водородосодержащего синтез-газа из углеводородного сырья, в котором выбросы CO2 в атмосферу значительно снижены по сравнению с уровнем техники. Другой задачей изобретения является сокращение выбросов CO2 в переходных режимах, в частности, во время пуска установки.The objective of the present invention is to provide a method for producing hydrogen-containing synthesis gas from hydrocarbon feedstock, in which CO 2 emissions into the atmosphere are significantly reduced compared to the prior art. Another object of the invention is to reduce CO 2 emissions in transient conditions, in particular during plant start-up.
Эта задача решается способом в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.This problem is solved by the method in accordance with
Способ в соответствии с изобретением имеет теплоприток (подвод тепла), обеспечиваемый сжиганием нескольких потоков технологического топлива, и отличается тем, что из них по меньшей мере одним потоком является топливный поток аммиака, и тем, что сжигание этого по меньшей мере одного топливного потока аммиака осуществляется без использования катализатора в по меньшей мере одном устройстве (оборудовании) с огневым нагревом.The method according to the invention has a heat gain (heat input) provided by the combustion of several process fuel streams, and is characterized in that at least one of them is an ammonia fuel stream, and in that the combustion of this at least one ammonia fuel stream is carried out without the use of a catalyst in at least one device (equipment) with fire heating.
Сжигание указанного по меньшей мере одного топливного потока аммиака осуществляется без использования катализатора (т.е., в отсутствие какого-либо катализатора, способствующего окислению аммиака). Термин "устройство/оборудование с огневым нагревом" означает, что сжигание осуществляется с образованием пламени.The combustion of said at least one ammonia fuel stream is carried out without the use of a catalyst (ie, in the absence of any catalyst to promote the oxidation of ammonia). The term "device/equipment with fire heating" means that combustion is carried out with the formation of a flame.
Некаталитическое пламенное сжигание аммиака преобразует аммиак в молекулярный азот N2 и воду, с незначительными количествами оксидов азота. Соответственно, продукты сжигания состоят преимущественно из N2 и воды. Обычно оксиды азота, образующиеся в описываемом некаталитическом сжигании аммиака, составляют менее 1000 ppmv (миллионных частей от объема топочного газа) и, предпочтительно, менее 100 ppmv.Non-catalytic flame combustion of ammonia converts ammonia into molecular nitrogen N 2 and water, with minor amounts of nitrogen oxides. Accordingly, the combustion products consist predominantly of N 2 and water. Typically, the nitrogen oxides produced in the described non-catalytic combustion of ammonia are less than 1000 ppmv (parts per million of flue gas) and preferably less than 100 ppmv.
Поскольку при сжигании аммиака получается N2 и H2O, никакого CO2 при сжигании топливного потока аммиака в атмосферу не выбрасывается.Since burning ammonia produces N 2 and H 2 O, no CO 2 is released into the atmosphere when the ammonia fuel stream is burned.
Топливный поток аммиака также называют аммиачным топливом.The ammonia fuel stream is also referred to as ammonia fuel.
По меньшей мере одним устройством с огневым нагревом является, например, пламенный нагреватель. Это по меньшей мере одно устройство с огневым нагревом может относиться, например, к секции риформинга, секции частичного окисления или секции очистки.At least one fire heating device is, for example, a flame heater. This at least one fired apparatus may be, for example, a reforming section, a partial oxidation section, or a purification section.
Некаталитическое сжигание аммиака может осуществляться в обычных газовых горелках, специально не предназначенных для сжигания аммиака.Non-catalytic combustion of ammonia can be carried out in conventional gas burners not specifically designed for combustion of ammonia.
По меньшей мере одним топливным потоком аммиака, предпочтительно, является в основном чистый аммиак. В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере один топливный поток аммиака, предпочтительно, содержит по меньшей мере 90% аммиака, более предпочтительно, по меньшей мере 95%.The at least one ammonia fuel stream is preferably substantially pure ammonia. In some embodiments, the at least one ammonia fuel stream preferably contains at least 90% ammonia, more preferably at least 95%.
Сжигание топливного потока аммиака может проводиться непосредственно, либо после смешивания с другим газом. В некоторых вариантах выполнения, топливный поток аммиака, или несколько топливных потоков аммиака, перед сжиганием смешиваются с другим газом для формирования смешанного топлива. Этим другим газом может быть, например, водород. Некоторые варианты выполнения могут, например, включать смешивание потока аммиака с потоком водорода для получения топливного потока, включающего аммиак и водород в подходящем соотношении, например каждого по 50%.The combustion of the ammonia fuel stream can be carried out directly or after mixing with another gas. In some embodiments, the ammonia fuel stream, or multiple ammonia fuel streams, are mixed with another gas prior to combustion to form a blended fuel. This other gas may be, for example, hydrogen. Some embodiments may, for example, include mixing an ammonia stream with a hydrogen stream to produce a fuel stream comprising ammonia and hydrogen in a suitable ratio, such as 50% each.
Предпочтительно, углеводородным сырьем является природный газ. Приводимые далее в описании ссылки на природный газ не имеют ограничительного характера.Preferably, the hydrocarbon feed is natural gas. References hereinafter to natural gas are non-limiting.
Конверсия газообразного углеводородного сырья может включать риформинг или частичное окисление природного газа в конвертированный газ или частично окисленный газ, соответственно. Предпочтительно, эта конверсия углеводородного сырья включает стадию риформинга, включающую по меньшей один процесс из: первичного риформинга с огневым нагревом, риформинга с газовым подогревом (GHR - от англ. gas heated reforming), вторичного риформинга с огневым нагревом в атмосфере воздуха или кислорода, и автотермического риформинга (АТР).The conversion of the gaseous hydrocarbon feed may include the reforming or partial oxidation of natural gas to converted gas or partially oxidized gas, respectively. Preferably, this conversion of the hydrocarbon feedstock includes a reforming step comprising at least one of: fired primary reforming, gas heated reforming (GHR), fired secondary reforming in an air or oxygen atmosphere, and autothermal reforming (ATR).
Стадия риформинга проводится в секции риформинга. В соответствии с разными вариантами выполнения, секция риформинга включает по меньшей мере один из реакторов: первичный паровой риформер с огневым подогревом и риформер с газовым подогревом (GHR) и, в некоторых случаях (опционально), вторичный риформер, снабжаемый воздухом, кислородом или обогащенным воздухом. В соответствии с другими вариантами выполнения, секция риформинга включает автотермический риформер (АТР). В любой из упомянутых выше вариантов выполнения может быть также включен реактор предриформинга. Кроме того, для предварительного нагревания загрузки предриформера или автотермического риформера может быть установлен подогреватель.The reforming step is carried out in a reforming section. According to various embodiments, the reformer section includes at least one of a primary fired steam reformer and a gas heated (GHR) reformer and, in some cases (optionally), a secondary reformer supplied with air, oxygen or enriched air . According to other embodiments, the reforming section includes an autothermal reformer (ATR). In any of the embodiments mentioned above, a pre-reformer reactor may also be included. In addition, a preheater may be installed to preheat the pre-reformer or autothermal reformer feed.
Подводимое тепло может включать технологическое тепло, например, из первичного риформера или тепло подогревателя подаваемого для обработки материала, и/или тепло для получения водяного пара для приведения в действие паровых турбин для компрессоров, насосов и др.Heat input may include process heat, such as from a primary reformer or process feed preheater heat, and/or heat to generate steam to drive steam turbines for compressors, pumps, etc.
Соответственно, подводимое тепло подается в по меньшей мере одно из следующих устройств/оборудования: первичный риформер с огневым подогревом, подогреватель загрузки смеси углеводородов и водяного пара, вспомогательный парогенератор, подогреватель десульфурирования, пароперегреватель, парогенератор-рекуператор (HRSG - от англ. heat recovery steam generator), охлаждающий выхлоп газовой турбины, газовую турбину (для генерирования мощности или для приведения в действие механизмов, например компрессора). Эти устройства, работающие со сжиганием топлива, обозначаются термином "огневые нагреватели".Accordingly, the input heat is supplied to at least one of the following devices/equipment: a fired primary reformer, a hydrocarbon-steam mixture charge heater, an auxiliary steam generator, a desulfurization heater, a superheater, a heat recovery steam generator (HRSG). generator), the cooling exhaust of a gas turbine, a gas turbine (to generate power or to drive machinery such as a compressor). These fuel-burning devices are referred to as "fired heaters".
При сжигании по меньшей мере одного топливного потока аммиака, предпочтительно вырабатывается до 50% общего количества тепла, поступающего в процесс, предпочтительно до 30%, более предпочтительно до 15%. Эти процентные отношения могут быть выражены как произведение расхода (кг/с или моль/с) и теплотворной способности (Дж/кг или Дж/моль).Combustion of at least one ammonia fuel stream preferably generates up to 50% of the total heat input to the process, preferably up to 30%, more preferably up to 15%. These percentages can be expressed as the product of flow rate (kg/s or mol/s) and calorific value (J/kg or J/mol).
Предпочтительно, по меньшей пере один топливный поток аммиака подводится в форме потока газа или потока пара к одному или более пламенному нагревателю для сжигания. Это дает преимущество возможности использования газовых горелок; кроме того, сжигание топлива газообразного или парообразного топлива обеспечивает более высокие температуры пламени, чем сжигание жидкого топлива.Preferably, at least one ammonia fuel stream is supplied in the form of a gas stream or a vapor stream to the one or more combusted combustion heaters. This has the advantage of being able to use gas burners; in addition, combustion of gaseous or vapor fuels provides higher flame temperatures than combustion of liquid fuels.
Предпочтительно, по меньшей мере один топливный поток аммиака подогревается перед его подачей в пламенный нагреватель(-и). Преимуществом этого способа является то, что при сжигании может быть получено дополнительное тепло. Кроме того, подогретый аммиак может подводиться в виде газа в пламенный нагреватель(-и) под давлением более 1 атм.Preferably, the at least one ammonia fuel stream is preheated before being fed to the combustion heater(s). The advantage of this method is that additional heat can be obtained during combustion. In addition, preheated ammonia can be supplied as a gas to the combustion heater(s) at a pressure of more than 1 atm.
В предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере один топливный поток аммиака испаряется перед подачей в пламенный нагреватель(-и). В другом предпочтительном варианте выполнения, аммиак испаряется за счет охлаждения другого потока, в процессе которого от аммиака отбираются фригории (единицы холода, соответствующие калориям). Например, аммиак испаряется, охлаждая поток всасывающей ступени компрессора, снижая, тем самым, энергопотребление самого компрессора.In a preferred embodiment, the at least one ammonia fuel stream is vaporized prior to being fed to the combustion heater(s). In another preferred embodiment, the ammonia is evaporated by cooling another stream, during which frigoria (cold units corresponding to calories) are taken from the ammonia. For example, ammonia evaporates, cooling the compressor suction stage flow, thereby reducing the energy consumption of the compressor itself.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения упомянутые выше несколько технологических топливных потоков включают обогащенный водородом топливный поток с низким содержанием углерода, в дополнение к по меньшей мере одному топливному потоку аммиака.According to a preferred embodiment, the above-mentioned multiple process fuel streams comprise a low carbon, hydrogen rich fuel stream in addition to at least one ammonia fuel stream.
При сжигании обогащенного водородом потока, предпочтительно получается по меньшей мере 50% полного поступающего в процесс тепла, предпочтительно, по меньшей мере 70%, более предпочтительно, по меньшей мере 85%. Эти процентные отношения могут быть выражены как произведение расхода (кг/с или моль/с) и теплотворной способности (Дж/кг или Дж/моль).Combustion of the hydrogen-rich stream preferably produces at least 50% of the total heat input to the process, preferably at least 70%, more preferably at least 85%. These percentages can be expressed as the product of flow rate (kg/s or mol/s) and calorific value (J/kg or J/mol).
Аммиак может храниться при температуре минус 33°С в охлаждаемом резервуаре при атмосферном давлении, либо при небольших давлении и температуре окружающей среды (например, 15 бар при 30°С), имея высокую объемную удельную энергоемкость, составляющую примерно 3 Гкал/м3, вычисляемую как произведение массовой плотности и низшей теплотворной способности (НТС).Ammonia can be stored at minus 33°C in a refrigerated tank at atmospheric pressure, or at low pressure and ambient temperature (for example, 15 bar at 30°C), having a high volumetric energy density of about 3 Gcal/m 3 calculated as the product of mass density and net calorific value (NTC).
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения эти несколько технологических топливных потоков включают по меньшей мере один топливный поток аммиака, получаемый из резервуара-хранилища. Если в способе имеется производство аммиака, часть товарного аммиака может сохраняться в резервуаре в качестве топлива согласно изобретению. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, топливный поток аммиака из резервуара с аммиаком подается как регулирующее топливо в упомянутые выше пламенные нагреватели.According to a preferred embodiment, these multiple process fuel streams include at least one ammonia fuel stream derived from a storage tank. If the process involves the production of ammonia, part of the commercial ammonia can be stored in the tank as fuel according to the invention. According to a preferred embodiment, the ammonia fuel stream from the ammonia reservoir is fed as a control fuel to the flame heaters mentioned above.
Термином "регулирующее топливо" обозначается топливо, подводимое специально для быстрого регулирования теплогенерации, позволяющее быстро управлять огневыми нагревателями и работать с максимальной эффективностью. Предпочтительно, на регулирующее топливо приходится не более 15%, предпочтительнее, не более 10%, общей теплоты сжигания в процессе. Подведение регулирующего топлива может производиться по отдельной топливной линии.The term "regulating fuel" refers to fuel supplied specifically for the rapid control of heat generation, allowing the fired heaters to be quickly controlled and operate at maximum efficiency. Preferably, the control fuel accounts for no more than 15%, more preferably no more than 10%, of the total heat of combustion in the process. Control fuel can be supplied via a separate fuel line.
Преимуществом подачи регулирующего топлива из резервуара-хранилища является независимость этого топлива от процесса. Это особенно желательно в переходных режимах работы, например, при пуске, поскольку позволяет обеспечить быструю подачу топлива.The advantage of supplying control fuel from a storage tank is that this fuel is independent of the process. This is particularly desirable during transient operation, such as during start-up, as it allows fast fuel delivery.
Регулирующим аммиачным топливом, подаваемым из резервуара-хранилища, может быть все используемое в процессе топливо, или только его часть.The control ammonia fuel supplied from the storage tank may be all of the fuel used in the process, or only a portion of it.
Преимущество подачи аммиачного регулирующего топлива обусловлено возможностью управления огневой нагрузкой пламенных нагревателей без выделения CO2 в атмосферу, вне зависимости от технологического процесса. Это крайне важно, особенно во время переходных режимов, например пуска, чтобы обеспечить практически полное устранение углеродных выбросов без отрицательного воздействия на работоспособность установки. Например, при работе установки можно управлять расходом регулирующего топлива, увеличивая его или уменьшая, для компенсации изменений расхода потока обогащенного водородом топлива.The advantage of supplying ammonia control fuel is due to the ability to control the fire load of combustion heaters without emitting CO 2 to the atmosphere, regardless of the process. This is critical, especially during transients such as start-ups, to ensure that carbon emissions are virtually eliminated without adversely affecting plant performance. For example, during operation of the plant, the flow rate of the control fuel can be controlled by increasing or decreasing it to compensate for changes in the flow rate of the hydrogen-rich fuel stream.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, благодаря сжиганию регулирующего топлива обеспечивается полное поступление тепла, необходимое для переходного режима, например при пуске установки.According to a preferred embodiment, the combustion of the control fuel provides the full heat input required for the transient, for example when starting up the plant.
Часть аммиака из регулирующего топлива, предпочтительно, разлагается или расщепляется на составляющие, а именно, азот (N2) и водород (Н2), в соответствии со следующей реакцией:Part of the ammonia from the control fuel is preferably decomposed or split into its constituents, namely nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ), according to the following reaction:
2 NH3 ↔ N2 + 3 H2.2 NH 3 ↔ N 2 + 3 H 2 .
Этим обусловлено дополнительное преимущество упрощения сжигания пускового топливного потока, поскольку водород (Н2) по кинетике горения превосходит аммиак и выступает в роли активатора горения для аммиака. Заявителем обнаружено, что водород способствует горению топливного потока аммиака и обеспечивает лучшую стабильность пламени.This has the additional benefit of simplifying the combustion of the start-up fuel stream, since hydrogen (H 2 ) is superior in combustion kinetics to ammonia and acts as a combustion activator for ammonia. The Applicant has found that hydrogen assists in the combustion of the ammonia fuel stream and provides better flame stability.
Реакция разложения является эндотермической и ограничивается установившимся равновесием, и требует высоких температур для достижения конверсии более 50%. Предпочтительно, часть топливного потока аммиака, подвергшаяся реакции разложения, не превышает 50% от всего потока, более предпочтительно, не более 30%. В результате, для разложения такой части аммиака, проходящего при невысоких температурах, требуется небольшое количество энергии. Для проведения реакции разложения аммиака может быть использована электроэнергия.The decomposition reaction is endothermic and equilibrium limited, and requires high temperatures to achieve a conversion of over 50%. Preferably, the portion of the ammonia fuel stream that has undergone decomposition reaction does not exceed 50% of the total stream, more preferably not more than 30%. As a result, a small amount of energy is required to decompose such a portion of the ammonia at low temperatures. Electricity can be used to carry out the ammonia decomposition reaction.
Аммиак имеет преимущество по части его хранения по сравнению с другими топливами, например, водородом. Хранение потока, обогащенного водородом, для его использования в качестве регулирующего топлива нецелесообразно, поскольку водород сжижается при очень низкой температуре (примерно минус 253°С), а сжижение требует высоких затрат энергии. Хранение водорода в сжатом виде также нецелесообразно из-за высокого давления, необходимого для получения высокой плотности энергии. При давлении 200 бар, газообразный водород имеет удельную энергоемкость всего 0,4 Гкал/м3.Ammonia has a storage advantage over other fuels such as hydrogen. Storing a hydrogen-rich stream for use as a control fuel is impractical because hydrogen liquefies at a very low temperature (approximately minus 253°C) and liquefaction requires high energy costs. Storing hydrogen in a compressed form is also impractical due to the high pressure required to obtain a high energy density. At a pressure of 200 bar, gaseous hydrogen has a specific energy content of only 0.4 Gcal/m 3 .
В частном варианте выполнения изобретения, при конверсии углеводородного сырья получается сырой газообразный продукт, содержащий водород, СО и CO2, и этот сырой продукт подвергается очистке удалением CO2 с получением, в результате, обедненного по CO2 синтез-газа. В предпочтительном варианте, удаление CO2 выполняется после реакции сдвига, в которой происходит конверсия моноксида углерода (СО) в диоксид углерода. Предпочтительно, упомянутый выше топливный поток, обогащенный водородом, содержит или состоит из упомянутой части обедненного по CO2 синтез-газа, причем оставшаяся часть этого обедненного по CO2 газа направляется для конкретного использования, например, для синтеза аммиака.In a particular embodiment of the invention, the conversion of the hydrocarbon feed produces a crude gaseous product containing hydrogen, CO and CO 2 and this crude product is subjected to purification by removal of CO 2 to obtain, as a result, depleted in CO 2 synthesis gas. Preferably, the removal of CO 2 is carried out after a shift reaction in which carbon monoxide (CO) is converted to carbon dioxide. Preferably, the aforementioned hydrogen-rich fuel stream contains or consists of said part of the CO 2 depleted synthesis gas, the remainder of this CO 2 depleted gas being directed to a particular use, for example, for ammonia synthesis.
Использование по меньшей мере одного топливного потока аммиака вместе с топливным потоком, обогащенным водородом, имеет следующие преимущества: сниженное потребление аммиака и сниженное общее энергопотребление, при сохранении низкого уровня выбросов CO2 в атмосферу. Другим преимуществом является упрощение сжигания топливного потока аммиака; это обусловлено тем, что кинетике горения водорода соответствует более высокая скорость горения, сгорание водорода действует активатором горения аммиака, кинетике горения которого соответствует меньшая скорость горения.The use of at least one ammonia fuel stream together with a hydrogen rich fuel stream has the following advantages: reduced ammonia consumption and reduced overall energy consumption while maintaining low CO 2 emissions to the atmosphere. Another advantage is the simplification of combustion of the ammonia fuel stream; this is due to the fact that the kinetics of hydrogen combustion corresponds to a higher combustion rate, the combustion of hydrogen acts as an activator of the combustion of ammonia, the combustion kinetics of which corresponds to a lower combustion rate.
Предпочтительное применение настоящего изобретения включает процесс производства аммиака. В соответствии с настоящим изобретением, водородосодержащий синтез-газ содержит водород (Н2) и азот (N2) в молярном соотношении примерно 3:1, которые реагируют в присутствии катализатора в контуре синтеза высокого давления с получением аммиачного продукта.A preferred application of the present invention includes an ammonia production process. In accordance with the present invention, the hydrogen-containing synthesis gas contains hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) in a molar ratio of about 3:1, which react in the presence of a catalyst in a high pressure synthesis loop to produce an ammonia product.
Предпочтительно, часть полученного аммиака возвращается в процесс в качестве топливного потока аммиака. Более предпочтительно, другой топливный поток аммиака поступает в качестве регулирующего топлива из резервуара-хранилища. Преимуществом использования этого регулирующего топлива является простота управления огневой нагрузкой, без вмешательства в процесс производства.Preferably, a portion of the ammonia produced is returned to the process as an ammonia fuel stream. More preferably, the other ammonia fuel stream is supplied as a control fuel from the storage tank. The advantage of using this regulating fuel is the ease of controlling the fire load, without interfering with the production process.
Аммиачный продукт получается в виде жидкости под высоким давлением примерно 100-200 бар. Отделение упомянутого по меньшей мере одного топливного потока аммиака от аммиачного продукта имеет некоторые преимущества. Во-первых, жидкий аммиак может быть подогрет регенерированным отходящим теплом процесса; соответственно, больше тепла может быть выделено при горении. Кроме того, по меньшей мере один топливный поток аммиака может быть подвергнут расширению в механизме до давления сгорания, с регенерацией энергии.The ammonia product is obtained as a liquid under high pressure of about 100-200 bar. Separating said at least one ammonia fuel stream from the ammonia product has several advantages. First, liquid ammonia can be heated by reclaimed waste heat from the process; accordingly, more heat can be released during combustion. In addition, the at least one ammonia fuel stream may be expanded in the mechanism to combustion pressure, with energy recovery.
Помимо аммиачного продукта, в контуре синтеза получается продувочный газ, который далее подвергается обработке в специальном блоке, для извлечения содержащегося в нем водорода. Этот блок извлечения водорода вырабатывает поток газа, обогащенного водородом, и хвостовой газ. В некоторых вариантах выполнения, эти несколько технологических топливных потоков также могут включать любой из: по меньшей мере части хвостового газа; по меньшей мере части газа, обогащенного водородом; по меньшей мере части продувочного газа перед извлечением из него водорода. Эти потоки могут добавляться к по меньшей мере одному топливному потоку аммиака. В некоторых вариантах выполнения, дополнительный топливный поток содержит также часть упомянутого ранее газа, обедненного по CO2.In addition to the ammonia product, a purge gas is obtained in the synthesis loop, which is further processed in a special unit to extract the hydrogen it contains. This hydrogen recovery unit generates a hydrogen-rich gas stream and tail gas. In some embodiments, these multiple process fuel streams may also include any of: at least a portion of the tail gas; at least a portion of the hydrogen-rich gas; at least a portion of the purge gas before extracting hydrogen therefrom. These streams may be added to at least one ammonia fuel stream. In some embodiments, the additional fuel stream also contains a portion of the previously mentioned CO 2 depleted gas.
Другое применение изобретения включает способ производства метанола. Согласно настоящему изобретению, синтез-газ, представляющий собой смесь оксидов углерода и водорода, подвергается каталитической реакции в контуре синтеза для получения метанола.Another application of the invention includes a process for the production of methanol. According to the present invention, synthesis gas, which is a mixture of oxides of carbon and hydrogen, is subjected to a catalytic reaction in the synthesis loop to produce methanol.
Продувочный поток, содержащий непрореагировавший синтез-газ, также непрерывно удаляется из контура синтеза метанола. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения изобретения, из этого продувочного потока может извлекаться водород в соответствующем блоке извлечения водорода (HRU - от англ. hydrogen recovery unit) с получением газа, обогащенного водородом, и хвостового газа. Продувочный поток, а также газ, обогащенный водородом, и/или хвостовой газ из HRU, могут образовывать один или более топливных потоков в некоторых вариантах выполнения.A purge stream containing unreacted synthesis gas is also continuously removed from the methanol synthesis loop. In accordance with some embodiments of the invention, hydrogen can be recovered from this purge stream in a suitable hydrogen recovery unit (HRU) to produce hydrogen-rich gas and tail gas. The purge stream, as well as the hydrogen-rich gas and/or tail gas from the HRU, may form one or more fuel streams in some embodiments.
Предпочтительно, указанный ряд технологических топливных потоков также включает топливный поток, обогащенный водородом, который содержит часть продувочного потока или состоит из нее. Предпочтительно, по меньшей мере часть продувочного потока предварительно подвергается удалению по меньшей мере части углеродосодержащих соединений. Эти углеродосодержащие соединения могут включать CO2 и соединения, образующие CO2 при сжигании, например, СО, CH4, метанол.Preferably, said series of process fuel streams also includes a hydrogen-rich fuel stream that contains or consists of a portion of the purge stream. Preferably, at least a portion of the purge stream is previously subjected to the removal of at least a portion of the carbonaceous compounds. These carbonaceous compounds may include CO 2 and compounds that form CO 2 when burned, eg CO, CH 4 , methanol.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, по меньшей мере один топливный поток аммиака вырабатывается совместно с метанолом, с тем, чтобы избежать привлечения аммиачного топливного потока со стороны.According to a preferred embodiment, at least one ammonia fuel stream is co-produced with methanol so as to avoid drawing in an ammonia fuel stream from outside.
Другой вариант применения изобретения включает процесс для производства водорода. Предпочтительно, по меньшей мере один топливный поток аммиака производится совместно с водородом.Another application of the invention includes a process for producing hydrogen. Preferably, at least one ammonia fuel stream is co-produced with hydrogen.
Однако при горении аммиака образуются NOx (например, NO, NO2), являющиеся известными загрязнителями, выбросы которых регулируются строгими нормами. Для выпускаемого в атмосферу газа могут потребоваться очень низкие пределы на содержание NOx, например, максимальное содержание 100 миллионных долей (ppm) или даже меньше.However, combustion of ammonia produces NOx (eg NO, NO 2 ), which are known pollutants whose emissions are regulated by strict regulations. The vented gas may require very low NOx limits, such as a maximum of 100 parts per million (ppm) or even less.
Способ в соответствии с изобретением, предпочтительно, содержит стадию снижения концентрации с использованием селективного катализатора (SCR - от англ. selective catalytic reduction) для уменьшения выбросов NOx. Предпочтительно, SCR включает каталитическое снижение содержание NOx с использованием потока аммиака в качестве агента-восстановителя. Предпочтительно, этот поток аммиака отделяется от по меньшей мере одного топливного потока аммиака. Таким образом, нет необходимости отдельно вырабатывать или привлекать со стороны аммиак в качестве агента-восстановителя.The process according to the invention preferably comprises the step of reducing the concentration using selective catalytic reduction (SCR) to reduce NOx emissions. Preferably, the SCR comprises catalytic NOx reduction using an ammonia stream as a reducing agent. Preferably, this ammonia stream is separated from at least one ammonia fuel stream. Thus, there is no need to separately develop or use ammonia as a reducing agent.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ модернизации (переоборудования) установки для синтеза аммиака, в соответствии с приложенной формулой. В способе в соответствии с изобретением, часть вырабатываемого аммиака используется для сжигания в по меньшей мере одном устройстве с огневым нагревом (например, первичном риформере) установки.In another aspect of the present invention, a method is provided for upgrading (refurbishing) an ammonia synthesis plant, in accordance with the attached formula. In the process according to the invention, part of the ammonia produced is used for combustion in at least one fired device (eg primary reformer) of the plant.
Аммиачное топливо может быть направлено непосредственно в по меньшей мере одно устройство с огневым нагревом, или, более предпочтительно, может храниться в подходящем резервуаре для аммиачного топлива. Способ модернизации может, таким образом, включать установку такого топливного резервуара для аммиака.The ammonia fuel may be sent directly to at least one fired apparatus, or more preferably may be stored in a suitable ammonia fuel tank. The retrofit method may thus include the installation of such an ammonia fuel tank.
Установка для получения аммиака может быть модернизирована для повышения ее производительности, с тем, чтобы за счет дополнительной производительности вырабатывалось требуемое аммиачное топливо, т.е., аммиак для использования в качестве топлива в по меньшей мере одном устройстве с огневым подогревом.The ammonia plant can be upgraded to increase its capacity so that the additional capacity produces the required ammonia fuel, i.e., ammonia for use as fuel in at least one fired device.
Еще одна особенность изобретения включает использование по меньшей мере одного топливного потока аммиака во время переходного режима или пусковой фазы. Термин "переходной режим" означает состояние, в котором рабочие параметры отклоняются от параметров стандартных условий работы и, следовательно, внутренняя регенерация энергии для введения в систему снижения содержания углерода (например, регенерированное тепло для системы снижения выбросов TSA) временно отсутствует.Another feature of the invention includes the use of at least one ammonia fuel stream during the transient or startup phase. The term "transient mode" means a state in which the operating parameters deviate from the parameters of standard operating conditions and, therefore, internal energy recovery for input into the carbon reduction system (for example, recovered heat for the TSA emission reduction system) is temporarily not available.
Аммиачное топливо для использования в переходной фазе или пусковой фазе может храниться в подходящем резервуаре.Ammonia fuel for use in the transition phase or start-up phase may be stored in a suitable tank.
В этом аспекте изобретения предлагается способ пуска химической установки, включающий использование аммиака в качестве топлива для по меньшей мере одного устройства с огневым подогревом, входящего в установку, во время пусковой фазы этой установки.In this aspect of the invention, a method for starting up a chemical plant is provided, comprising using ammonia as a fuel for at least one fired device included in the plant, during the start-up phase of this plant.
Такой способ пуска может быть применим к установке синтеза аммиака или другой химической установке, например, установке синтеза метанола. В случае установки синтеза аммиака, аммиачное топливо, сжигаемое во время пускового режима, может быть частью аммиака, вырабатываемого внутри установки. Аммиачное топливо, предпочтительно, хранится в специальном резервуаре для аммиачного топлива.This start-up method may be applicable to an ammonia synthesis plant or other chemical plant such as a methanol synthesis plant. In the case of an ammonia synthesis plant, the ammonia fuel burned during start-up may be part of the ammonia produced within the plant. The ammonia fuel is preferably stored in a dedicated ammonia fuel tank.
Во всех вариантах выполнения аммиачное топливо сжигается с образованием пламени без использования катализатора.In all embodiments, the ammonia fuel is burned to form a flame without the use of a catalyst.
Преимущества изобретения будут представлены более полно при рассмотрении приведенного далее описания предпочтительных вариантов выполнения, не имеющих ограничительного характера.The advantages of the invention will be more fully presented by considering the following description of the preferred embodiments, which are not of a restrictive nature.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Below the invention is discussed in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 представлен первый вариант выполнения изобретения;figure 1 shows the first embodiment of the invention;
на фиг.2 представлен второй вариант выполнения изобретения.figure 2 shows the second embodiment of the invention.
Подробное описание осуществления изобретенияDetailed description of the invention
На фиг.1 изображена блок-схема установки 100 для синтеза аммиака, содержащего, в основном, секцию 1 риформинга, секцию 2 очистки, многоступенчатый компрессор 3, секцию 4 синтеза и узел 5 извлечения водорода. Секция 1 риформинга и секция 2 очистки являются частью головной секции 6.Figure 1 shows a block diagram of the
Поток 10 природного газа подается в секцию 1 риформинга, в которой он преобразуется в присутствии потока 11 и окислителя 12 (например, воздуха или обогащенного воздуха), с образованием сырого синтез-газа 13, в основном состоящего из водорода и содержащего небольшие количества других компонентов, включая, например, моноксид углерода, диоксид углерода, воду, метан.The
Сырой синтез-газ 13 подается в секцию 2 очистки, где моноксид углерода преобразуется в диоксид углерода для получения газа после конверсии сдвига, который подвергается реакции удаления диоксида углерода, с получением очищенного газа 14, содержащего преимущественно водород, и потока 15 хвостового газа, содержащего CO2. Например, процессом удаления диоксида углерода является процесс адсорбции с перепадом давления (PSA) с использованием молекулярных сит.
При необходимости, очищенный газ 14 смешивается с азотом 16 из секции разделения воздуха (не показана) для получения аммиачного подпиточного газа 17. Подпиточный газ 17 далее сжимается в многоступенчатом компрессоре 3 до давления секции 4 синтеза.If necessary, the purified
Полученный таким образом газ 17, вместе с потоком водорода 18, регенерированного из блока 5 извлечения водорода, подается в секцию 4 синтеза. В секции синтеза вырабатывается аммиак 19 и поток 20 продувочного газа, подвергаемого обработке в блоке 5 для регенерации содержащегося в нем водорода.The
Аммиак 19 разделяется на первую часть 21 и вторую часть 22. Первая часть используется, вместе с хвостовым газом 23, выходящим из блока 5 извлечения водорода, в качестве топлива одной или более печей секции 1 риформинга, например, в горелках первичного риформера и/или в подогревателе (не показан) подаваемого на обработку материала. Вторая часть 22 отводится из установки. В некоторых случаях, требуемое небольшое количество природного газа 24 также может быть использовано в качестве топлива в секции 1 риформинга, однако для снижения выбросов CO2, эту возможность желательно не использовать.The
На фиг.2 изображена блок-схема установки 100, в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения. В этом примере, часть 14а очищенного газа, преимущественно содержащая водород, смешивается с хвостовым газом 23 блока 5 извлечения водорода и, таким образом, используется в качестве топлива в секции 1 риформинга.Figure 2 shows a block diagram of the
ПримерExample
Приведенная далее таблица 1 относится к способу получения аммиака, осуществляемому в головной секции и секции синтеза. Внутри головной секции природный газ конвертируется в синтез-газ и от синтез-газа отделяется CO2. В секции синтеза вырабатывается товарный аммиак и продувочный поток, подвергаемый регенерации для использования в качестве топлива в головной секции. Головная секция требует дополнительного топлива, поступающего из других источников, согласно представленным далее примерам.Table 1 below refers to the ammonia production process carried out in the head section and the synthesis section. Inside the head section, natural gas is converted to synthesis gas and CO 2 is separated from the synthesis gas. The synthesis section produces salable ammonia and a purge stream, which is regenerated for use as fuel in the head section. The head section requires additional fuel from other sources, as shown in the examples below.
В таблице 1 приводится сравнение общего потребления природного газа, структуры потребления топлива и производительности выработки аммиака в следующих процессах, в которых:Table 1 compares total natural gas consumption, fuel consumption patterns, and ammonia production rates for the following processes where:
1.1 Потребность в топливе в основном удовлетворяется природным газом (уровень техники);1.1 The need for fuel is mainly met by natural gas (state of the art);
1.2 Потребность в топливе в основном удовлетворяется аммиаком, получаемым в процессе производства аммиака (вариант выполнения согласно фиг.1 изобретения);1.2 The need for fuel is mainly satisfied by ammonia obtained in the ammonia production process (an embodiment according to figure 1 of the invention);
1.3 Потребность в топливе в основном удовлетворяется аммиаком и синтез-газом с низким содержанием CO2, которые получают в процессе производства аммиака (вариант выполнения согласно фиг.2 изобретения).1.3 The fuel demand is mainly met by ammonia and low CO 2 synthesis gas, which are obtained from the ammonia production process (an embodiment according to figure 2 of the invention).
В способах в соответствии с вариантами выполнения изобретения (а именно, 1.2 и 1.3) исключено использование природного газа в качестве топлива. Соответственно, исключены выбросы дымовых газов от сжигания топлива в виде природного газа.In the methods in accordance with the embodiments of the invention (namely, 1.2 and 1.3), the use of natural gas as a fuel is excluded. Accordingly, flue gas emissions from the combustion of fuel in the form of natural gas are excluded.
Все процессы 1.1, 1.2 и 1.3 имеют одинаковую производительность по получению аммиака в качестве конечного продукта, составляющую 83 т/ч. Однако, в способах в соответствии с изобретением (способы 1.2 и 1.3) производится избыток аммиака для использования в качестве топлива. В частности, в способе 1.2 получают аммиака примерно на 32% больше, чем в процессе 1.1, а в способе 1.3 аммиака получают на 12% больше, чем в способе 1.1.All processes 1.1, 1.2 and 1.3 have the same ammonia output of 83 t/h. However, in the processes according to the invention (methods 1.2 and 1.3) an excess of ammonia is produced for use as a fuel. In particular, process 1.2 produces about 32% more ammonia than process 1.1, and process 1.3 produces 12% more ammonia than process 1.1.
Расход природного газа в процессах в соответствии с изобретением (1,2 и 1.3), неожиданно оказался только незначительно больше, чем в уровне техники, несмотря на низкие выбросы дымовых газов и увеличенную производительность получения аммиака. В частности, процесс 1.2 имеет расход ПГ больше на 11%, а процесс 1.3 на 7%.The consumption of natural gas in the processes according to the invention (1.2 and 1.3) surprisingly turned out to be only marginally higher than in the prior art, despite the low flue gas emissions and the increased productivity of ammonia production. In particular, process 1.2 has GHG consumption more by 11%, and process 1.3 by 7%.
Использование аммиачного топлива в комбинации с обедненным по CO2 синтез-газом согласно способу 1.3 оказывается предпочтительнее, как в отношении общего потребления газа, так и в отношении общей потребности в производстве аммиака. Соответственно, способ 1.3 потребляет меньше газа и требует установку меньших размеров (т.е., менее материалоемкую), чем способ 1.2.The use of ammonia fuel in combination with the CO 2 depleted synthesis gas according to process 1.3 proves to be preferable, both in terms of total gas consumption and in terms of total ammonia production requirement. Accordingly, method 1.3 consumes less gas and requires a smaller (ie, less material intensive) plant than method 1.2.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17209315.5 | 2017-12-21 | ||
EP17209315 | 2017-12-21 | ||
PCT/EP2018/083580 WO2019120999A1 (en) | 2017-12-21 | 2018-12-05 | Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020123159A RU2020123159A (en) | 2022-01-21 |
RU2020123159A3 RU2020123159A3 (en) | 2022-04-15 |
RU2780578C2 true RU2780578C2 (en) | 2022-09-27 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU920324A1 (en) * | 1980-06-26 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я Р-6603 | Ammonium burning method |
US4668494A (en) * | 1984-12-24 | 1987-05-26 | Foster Wheeler Energy Corporation | Method of using solar energy in a chemical synthesis process |
US4728506A (en) * | 1986-05-16 | 1988-03-01 | Catalyst Services, Inc. | Start-up method for ammonia plants |
SU1770277A1 (en) * | 1989-10-30 | 1992-10-23 | Gni Pi Azotnoj Promy Produktov | Method of ammonia production |
RU2225356C2 (en) * | 1999-03-31 | 2004-03-10 | Уреа Касале С.А. | Method of joint modification of ammonia producing plant and carbamide producing plant |
RU2495327C2 (en) * | 2011-12-29 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of local energy supply to air flow that flows around object |
RU2502670C2 (en) * | 2008-06-06 | 2013-12-27 | Эвоник Рем ГмбХ | Method of hydrogen cyanide synthesis on cyclically moving as transport fluidised bed heat carrier in form of particles |
WO2015117737A1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for producing and purifying a synthesis gas |
RU2621671C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-06-07 | Андрей Владиславович Курочкин | Installation of low-temperature production of methanol |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU920324A1 (en) * | 1980-06-26 | 1982-04-15 | Предприятие П/Я Р-6603 | Ammonium burning method |
US4668494A (en) * | 1984-12-24 | 1987-05-26 | Foster Wheeler Energy Corporation | Method of using solar energy in a chemical synthesis process |
US4728506A (en) * | 1986-05-16 | 1988-03-01 | Catalyst Services, Inc. | Start-up method for ammonia plants |
SU1770277A1 (en) * | 1989-10-30 | 1992-10-23 | Gni Pi Azotnoj Promy Produktov | Method of ammonia production |
RU2225356C2 (en) * | 1999-03-31 | 2004-03-10 | Уреа Касале С.А. | Method of joint modification of ammonia producing plant and carbamide producing plant |
RU2502670C2 (en) * | 2008-06-06 | 2013-12-27 | Эвоник Рем ГмбХ | Method of hydrogen cyanide synthesis on cyclically moving as transport fluidised bed heat carrier in form of particles |
RU2495327C2 (en) * | 2011-12-29 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of local energy supply to air flow that flows around object |
WO2015117737A1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for producing and purifying a synthesis gas |
RU2621671C1 (en) * | 2016-07-25 | 2017-06-07 | Андрей Владиславович Курочкин | Installation of low-temperature production of methanol |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2759379C2 (en) | Method for ammonia synthesis characterized in low level of co2 emissions into atmosphere | |
US11891950B2 (en) | Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen | |
AU2018389971B2 (en) | Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas | |
US7634915B2 (en) | Systems and methods for power generation and hydrogen production with carbon dioxide isolation | |
US20230264955A1 (en) | Process for producing a gas stream comprising carbon monoxide | |
EP3169879B1 (en) | Integrated calcium looping combined cycle for sour gas applications | |
JP2007254270A (en) | Method of treating gaseous mixture comprising hydrogen and carbon dioxide | |
US8163046B2 (en) | Start-up process for a unit for producing highly thermally-integrated hydrogen by reforming a hydrocarbon feedstock | |
JP2007254180A (en) | Self-sustained lower hydrocarbon direct decomposition process and process system thereof | |
CN117177936A (en) | Blue ammonia production method | |
AU2010300123B2 (en) | Method for operating an IGCC power plant process having integrated CO2 separation | |
RU2780578C2 (en) | Method for production of hydrogen-containing synthesis gas | |
US20240051827A1 (en) | Integration of hydrogen fueled gas turbine with a hydrocarbon reforming process | |
EP4089185A1 (en) | Blast furnace operation method, and blast furnace ancillary facilities | |
EP4421027A1 (en) | Method for producing ammonia with reduced emissions and system thereof | |
WO2024156797A1 (en) | Method for production of blue ammonia |