RU2784219C1 - Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода - Google Patents

Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода Download PDF

Info

Publication number
RU2784219C1
RU2784219C1 RU2022108492A RU2022108492A RU2784219C1 RU 2784219 C1 RU2784219 C1 RU 2784219C1 RU 2022108492 A RU2022108492 A RU 2022108492A RU 2022108492 A RU2022108492 A RU 2022108492A RU 2784219 C1 RU2784219 C1 RU 2784219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outlet
inlet
surface heat
coolant
ammonia
Prior art date
Application number
RU2022108492A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Дмитриевич Рогалев
Владимир Олегович Киндра
Иван Игоревич Комаров
Ольга Владимировна Злывко
Владимир Юрьевич Наумов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2784219C1 publication Critical patent/RU2784219C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение может быть использовано в производстве аммиака из углеводородного сырья. В установке производства аммиака первый выход блока очистки природного газа 1 соединен с первым входом камеры сгорания 7, а второй выход с компрессором 2, выход которого соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3. Выход насоса 16 последовательно соединен с входами холодных водяных контуров теплоносителя 14 и 12 третьего 13 и второго 10 поверхностных теплообменников. Выход холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с первым входом парового риформера 6, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовым контурами теплоносителя 4 и 11 первого 3 и второго 10 поверхностных теплообменников, охладителем 19, высокотемпературным реактором конверсии 20, конденсатором 21 и короткоцикловым адсорбером 22, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака 23, а второй выход соединен со вторым входом камеры сгорания 7. Выход воздушного компрессора 9 соединен с входом воздухоразделительной установки 8, первый выход которой соединен с третьим входом камеры сгорания 7, а второй выход соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Выход камеры сгорания 7 соединен со вторым входом парового риформера 6, второй выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13, который соединен с охладителем-сепаратором 17, первый выход которого выполнен с возможностью отвода воды. Второй выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18 и четвертым входом в камеру сгорания 7. Выход установки синтеза аммиака 23 соединен с входом установки сжижения аммиака 24. Изобретение позволяет снизить выбросы CO2 и углеродный след при производстве аммиака. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано при производстве аммиака из углеводородного сырья с малыми выбросами токсичных веществ и парниковых газов.
Известные установки производства аммиака раскрыты в статье (Сосна М., Касым О. Основные тенденции в развитии технологии производства аммиака // Нефтегазохимия. - 2017. - №4. - р. 17-21) и включают установку очистки природного газа от серы, установку первичного риформинга, автотермический риформер, высокотемпературный и низкотемпературный реакторы конверсии, охладитель потока с отводом конденсата, блок очистки газа от СО2, блок очистки синтез-газа, компрессор синтез-газа, колонну синтеза аммиака и установку сжижения аммиака.
Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, поглощающего диоксид углерода, а также наличие выбросов углекислого газа.
Также известна установка для производства аммиака, раскрытая в патенте РФ №2597920, МПК С01С 1/04, опубл. 20.09.2016 и содержащая установку первичного риформинга, автотермический риформер, реакторы конверсии, блок очистки газа от СО2, реактор метанирования, компрессор синтез-газа, блок очистки синтез-газа, колонну синтеза аммиака и блок извлечения водорода.
Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, а также наличие выбросов углекислого газа.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка производства аммиака, описанная в статье (Ilg J., Kaedziora B. Linde Ammonia Concept: AMMONIA TECHNICAL MANUAL. Wiesbaden, Germany: Linde AG. - 1997. - p. 12) и содержащая блок очистки природного газа, паровой риформер, изотермический реактор конверсии, короткоцикловой адсорбер, воздухоразделительную установку, колонну синтеза и установку сжижения аммиака.
Недостатком данного технического решения является наличие выбросов углекислого газа.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении выбросов диоксида углерода при производстве аммиака.
Технический результат заключается в снижении углеродного следа при производстве аммиака.
Это достигается тем, что известная установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовыми контурами теплоносителя первого и второго поверхностного теплообменника, охладителем, высокотемпературным реактором конверсии, конденсатором, короткоцикловым адсорбером, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака, второй выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, насос, последовательно соединенный с холодными водяными контурами теплоносителя третьего и второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, который последовательно соединен с воздухоразделительной установкой, установкой синтеза аммиака и установкой сжижения аммиака, снабжена охладителем-сепаратором, вход которого соединен с выходом горячего газового контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, вход которого соединен с выходом охладителя-сепаратора, причем третий вход камеры сгорания соединен с другим выходом воздухоразделительной установки, а выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема установки производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода.
Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода содержит блок очистки природного газа 1, компрессор 2, первый поверхностный теплообменник 3, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 4 и холодный газовый контур теплоносителя 5, паровой риформер 6, камеру сгорания 7, воздухоразделительную установку 8, воздушный компрессор 9, второй поверхностный теплообменник 10, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 11 и холодный водяной контур теплоносителя 12, третий поверхностный теплообменник 13, содержащий холодный водяной контур теплоносителя 14 и горячий газовый контур теплоносителя 15, насос 16, охладитель-сепаратор 17, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 18, охладитель 19, высокотемпературный реактор конверсии 20, конденсатор 21, короткоцикловой адсорбер 22, установку синтеза аммиака 23, установку сжижения аммиака 24.
Вход блока очистки природного газа 1 выполнен с возможностью подачи природного газа, первый выход соединен с первым входом камеры сгорания 7, а второй выход с компрессором 2, выход которого соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3. Вход насоса 16 выполнен с возможностью подачи воды, а выход соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10. Выход холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с первым входом парового риформера 6, первый выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3. Выход горячего газового контура теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 соединен с входом горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10. Выход горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 соединен с входом охладителя 19. Выход охладителя 19 соединен с входом высокотемпературного реактора конверсии 20, выход которого соединен с входом конденсатора 21. Выход конденсатора 21 соединен с входом короткоциклового адсорбера 22, первый выход которого, выполненный с возможностью отвода произведенного водорода, соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Второй выход короткоциклового адсорбера 22 соединен со вторым входом камеры сгорания 7. Вход воздушного компрессора 9 выполнен с возможностью подачи воздуха, а выход соединен с входом воздухоразделительной установки 8, первый выход которой, выполненный с возможностью отвода кислорода, соединен с третьим входом камеры сгорания 7, а второй выход воздухоразделительной установки 8, выполненный с возможностью отвода азота, соединен с входом установки синтеза аммиака 23. Выход камеры сгорания 7 соединен со вторым входом парового риформера 6, второй выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13. Выход горячего газового контура теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13 соединен с охладителем-сепаратором 17, первый выход которого выполнен с возможностью отвода воды. Второй выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18 и четвертым входом в камеру сгорания 7. Выход установки синтеза аммиака 23 соединен с входом установки сжижения аммиака 24, выход которой выполнен с возможностью отвода жидкого аммиака.
Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода работает следующим образом.
На вход блока очистки природного газа 1 подается природный газ, часть которого затем направляется в камеру сгорания 7, а другая часть на вход компрессора 2, в котором после сжатия осуществляется нагрев в холодном газовом контуре теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 за счет физической теплоты синтез-газа, который затем поступает в паровой риформер 6. Параллельно на вход насоса 16 поступает вода для нагнетания необходимого давления. Затем вода поступает в холодный водяной контур теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, в котором испаряется за счет утилизации теплоты уходящих газов парового риформера 6. Далее пар поступает в холодный контур теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10, в котором происходит перегрев пара за счет утилизации физической теплоты синтез-газа. После перегрева пар смешивается с потоком природного газа и поступает в паровой риформер 6, в котором за счет теплоты, выделившейся в камере сгорания 7, протекают химические реакции, в ходе которых происходит образование синтез-газа, состоящего в основном из угарного газа, водорода и углекислого газа. Затем синтез-газ проходит через горячий контур теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 и горячий контур теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 для охлаждения. Далее синтез-газ охлаждается в охладителе 19, после чего поступает в высокотемпературный реактор конверсии 20, где протекает реакция, в ходе которой образуются водород и угарный газ. Затем синтез-газ направляется в конденсатор 21 для удаления оставшихся водяных паров. В короткоцикловом адсорбере 22 осуществляется выделение водорода из газовой смеси, после чего оставшаяся часть синтез-газа подается в камеру сгорания 7 параллельно подаче природного газа. Воздух после сжатия в воздушном компрессоре 9 поступает в воздухоразделительную установку 8, где разделяется на кислород и азот. Азот подается на вход установки синтеза аммиака 23, в то время как кислород направляется в камеру сгорания 7, в которой осуществляется кислородное сжигание смеси природного газа и синтез-газа. Далее выхлопные газы после камеры сгорания 7 поступают в паровой риформер 6. Затем уходящие газы, проходя горячий газовый контур теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13, отдают свою теплоту нагнетаемой воде. Далее газы направляются в охладитель-сепаратор 17 для охлаждения и удаления остатком водяных паров. Избыток углекислого газа, образовавшийся в результате сжигания синтез-газа и метана в кислороде удаляется с помощью многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 18. Оставшиеся газы снова направляются в камеру сгорания 7. Полученный в короткоцикловом адсорбере 22 водород поступает на вход установки синтеза аммиака 23, где смешивается с потоком азота из воздухоразделительной установки 8. Далее происходит синтез аммиака из смеси газов в установке синтеза аммиака 23, после чего из потока отделяется аммиак, а водород с азотом снова подаются для синтеза. Полученный в установке синтеза аммиака 23 аммиак подается в установку сжижения аммиака 24, где охлаждается и сжимается до жидкого состояния.
Результаты моделирования работы установки производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода показали, что по сравнению с прототипом выбросы углекислого газа снижаются на 0,28-0,36 тонн углекислого газа на тонну производимого аммиака в связи с использованием кислородного сжигания топлива, которое позволяет удалять углекислый газ из основного потока с помощью охладителя-сепаратора и отправлять на захоронение, а также рециркуляции оставшейся части углекислого газа в камеру сгорания.
Использование изобретения позволяет снизить углеродный след при производстве аммиака за счет применения кислородно-топливного сжигания и удаления диоксида углерода с помощью подачи кислорода из воздухоразделительной установки 8 в камеру сгорания 7, рециркуляции потока углекислого газа после охлаждения и отделения воды в охладителе-сепараторе 17 в камеру сгорания 7 и удаления диоксида углерода из процесса многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18.

Claims (1)

  1. Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячими газовыми контурами теплоносителя первого и второго поверхностных теплообменников, охладителем, высокотемпературным реактором конверсии, конденсатором, короткоцикловым адсорбером, первый выход которого соединен с входом установки синтеза аммиака, второй выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, насос, последовательно соединенный с холодными водяными контурами теплоносителя третьего и второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, который последовательно соединен с воздухоразделительной установкой, установкой синтеза аммиака и установкой сжижения аммиака, отличающаяся тем, что снабжена охладителем-сепаратором, вход которого соединен с выходом горячего газового контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, вход которого соединен с выходом охладителя-сепаратора, причем третий вход камеры сгорания соединен с другим выходом воздухоразделительной установки, а выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.
RU2022108492A 2022-03-30 Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода RU2784219C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784219C1 true RU2784219C1 (ru) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011150253A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Gtlpetrol Llc Producing ammonia using ultrapure, high pressure hydrogen
RU2597920C2 (ru) * 2009-10-27 2016-09-20 Касале Са Способ производства аммиака
CN205980836U (zh) * 2016-07-06 2017-02-22 中化重庆涪陵化工有限公司 合成氨换热式转化炉和二段炉夹套水循环利用系统
RU2724051C2 (ru) * 2015-06-18 2020-06-19 Касале Са Способ модернизации установки синтеза аммиака
RU2759379C2 (ru) * 2017-02-15 2021-11-12 Касале Са Способ синтеза аммиака, отличающийся низким уровнем выбросов co2 в атмосферу

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597920C2 (ru) * 2009-10-27 2016-09-20 Касале Са Способ производства аммиака
WO2011150253A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Gtlpetrol Llc Producing ammonia using ultrapure, high pressure hydrogen
RU2724051C2 (ru) * 2015-06-18 2020-06-19 Касале Са Способ модернизации установки синтеза аммиака
CN205980836U (zh) * 2016-07-06 2017-02-22 中化重庆涪陵化工有限公司 合成氨换热式转化炉和二段炉夹套水循环利用系统
RU2759379C2 (ru) * 2017-02-15 2021-11-12 Касале Са Способ синтеза аммиака, отличающийся низким уровнем выбросов co2 в атмосферу

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7297775B2 (ja) 水素および二酸化炭素の生成および分離のためのシステムおよび方法
US6957539B2 (en) Power generator with low CO2 emissions and associated method
RU2570659C2 (ru) Производство аммиака с использованием ультрачистого водорода высокого давления
RU2479484C2 (ru) Способ получения синтез-газа для синтеза аммиака
RU2394754C1 (ru) Способ получения водорода из углеводородного сырья
US7739875B2 (en) Syngas power systems and method for use thereof
CA2472326A1 (en) Process for the production of hydrocarbons
RU2519940C2 (ru) Способ синтеза метанола
US4797141A (en) Method for obtaining CO2 and N2 from internal combustion engine or turbine generated gases
US11834333B2 (en) Nitrogen process for production of ammonia and liquid hydrogen
TW201529477A (zh) 使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法
RU2784219C1 (ru) Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода
RU2664526C2 (ru) Энергосберегающий унифицированный способ генерации синтез-газа из углеводородов
WO2024011780A1 (zh) Lng动力船低温碳捕集耦合冷能与余热梯级利用系统
RU176510U1 (ru) Малотоннажная установка получения метанола
RU2283272C2 (ru) Способ получения текучего теплоносителя, используемого в качестве косвенного источника тепла при проведении эндотермических реакций, и способ проведения реакций риформинга углеводородов
BE1013378A6 (fr) Methode et dispositif autonome de production de gaz de synthese par oxydation partielle.
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
CN101566103A (zh) 一种以氢为燃料的动力循环方法
RU2772204C1 (ru) Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода
KR20210075093A (ko) 스팀 개질 과정에서 탄소 재순환
RU2180889C1 (ru) Способ переработки природного газа
RU2808330C1 (ru) Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный - 2500"
Moioli et al. Study of different configurations for CO2 removal in SMR plant for hydrogen production
JPH03115117A (ja) 稀ガス装置の残ガスを物質利用する方法