Курсовая работа: Безотходные технологические процессы в химической промышленности на примере синтезе аммиака
Рис. 5. Схема предриформинга
Предриформинг. Адиабатический предриформинг может применяться для парового риформинга углеводородного сырья, включая широкий спектр его разновидности - от природного газа до тяжелой нафты. Процесс проводится в адиабатическом реакторе со стационарным слоем катализатора, который устанавливается до печи первичного риформинга. В реакторе предриформинга все высшие углеводороды полностью превращаются в смесь оксида углерода, водорода и метана. За этой эндотермической реакцией следуют экзотермические реакции метанирования и конверсии СО, которые обеспечивают химическое равновесие между оксидами углерода, метана, водорода и воды. В целом реакция является эндотермической в случае использования в качестве сырья природного газа, а в случае использования нафты она становится слабо экзотермической.
На новых агрегатах предриформинг используется, если имеются ограничения на экспорт пара, для решения проблем, связанных с непостоянным составом сырья, а также для дополнительной защиты от серы катализатора первичного риформинга. В результате разогрева сырья после реактора предриформинга до 650°С расход тепла в трубчатой печи риформинга снижается на 25%. [1]
2.4 Установка синтеза аммиака мощностью 1850 т/сутки. Проект фирмы “Kellogg”
2.4.1 Описание технологии производства
Технология включает конверсию природного газа под высоким давлением с теплообменом в сочетании с контуром синтеза низкого давления, основанном на высокоактивном, не содержащем железа катализаторе синтеза аммиака. Процесс состоит из следующих стадий: подготовка сырого синтез-газа; очистка синтез-газа; компремирование синтез-газа и синтез аммиака; система охлаждения аммиака; отпарная колонна высокого давления для технологического конденсата. Упрощенная блок-схема аммиачной установки приведена на рис. 6.
Рис. 6. KAAP, KRES и отпарная колонна высокого давления
2.4.2 Подготовка сырого синтез-газа
Сырой синтез-газ производится из природного газа в четыре основных этапа (рис. 7): сжатие, подогрев и обессеривание подаваемого природного газа; паровая конверсия углеводородного сырья в конверторе-теплообменнике; паровая конверсия углеводородного сырья в автотермическом конверторе с подачей необходимого количества воздуха для обеспечения требуемого количества азота для синтеза аммиака; конверсия оксида углерода в полученном синтез-газе и генерирование пара до стадии конверсии СО.
Природный газ принимается на входе в установку и расходуется в качестве сырья и топлива. Сначала газ проходит стадию очистки, находящуюся за пределами установки аммиака, где удаляются попутные взвешенные твердые частицы и капли. После очистки природный газ сжимается, проходит входной сепаратор поз.144-F и подается на сероочистку после подогрева в технологическом подогревателе поз.104-В.
Рис. 7. Схема подготовки сырого синтез-газа
Очищенное от серы сырье затем разделяется на два потока, причем 70% потока направляется в автотермический риформинг поз.103-D, а остаток - в риформинг с теплообменником поз.100-С. Каждый входящий поток смешивается с паром среднего давления, часть которого ранее использовалась для отпаривания технологического конденсата. Количество пара, смешиваемого с сырьем таково, чтобы общее количество пара, включая пар, добавленный в обогащенный воздух и добавляемый непосредственно в очищенный от серы газ, поддерживало бы соотношение пар : углерод на уровне около 3,6:1. Потоки подаваемой смеси (смесь пара с подаваемым газом) направляются и в автотермический конвертор поз.103-D, и в конвертор с теплообменником поз.100-С, предварительно подогретыми в технологическом нагревателе поз.104-В.
Подогретое сырье для автотермического реактора смешивается с обогащенным воздухом, содержащим около 29% кислорода (по сухому воздуху), для обеспечения стехиометрического соотношения азот : водород в цикле синтеза аммиака. Эти два потока смешиваются в камере смешивания (порция) автотермического реактора. Тепло, выделяемое при частичном окислении сырья, обеспечивает необходимое поступление энергии для реакции конверсии.
Технологический конденсат из сепаратора сырого газа поз.102-F1 перекачивается в отпарную колонну поз.150-G для удаления растворенных газов и побочных продуктов реакции конверсии СО (рис. 7), чтобы снова использовать воду для подпитки котла-утилизатора. [1]
2.5 Очистка синтез-газа
Тонкая очистка от остаточного содержания СО и СО2 осуществляется на стадии метанирования. Десорбер СО2 выполнен в виде трех секций, наверху находится секция кипения под низким давлением, внизу – секция отпаривания. Насыщенный раствор aМДЭА из абсорбера СО2 поступает в секцию кипения низкого давления, давая СО2 , выделившемуся при понижении давления, легко покинуть раствор. Раствор перетекает вниз через насадочную колонну. Насос “полубедного” раствора поз.117-J/JА перекачивает раствор из секции кипения низкого давления в верхнюю часть секции отпаривания через теплообменник для “бедного”/“полубедного” раствора поз.112-С, который утилизирует тепло “бедного” раствора, выходящего снизу десорбера. Секция отпаривания работает при температуре около 110°С под давлением 1,34 кгс/см2 абс. Тепло, необходимое для кипения раствора aМДЭА обеспечивается газами, покидающими НТК (газовый кипятильник поз.105-С).
Тепло отходящих газов метанатора утилизируется теплообменом с поступающими в метанатор газами. Затем они доохлаждаются до 30°С в холодильнике поз.130-С на всасывающей линии компрессора синтез-газа поз.103-J. Сконденсировавшаяся вода удаляется в сепараторе поз.104-F на всасе компрессора поз.103-J, вода возвращается в сепаратор поз.102-F1 насосом поз.140-J/JA для конденсата из отходящих газов метанатора. Часть синтез-газа на выходе из поз.104-F возвращается в линию подачи сырьевого газа для использования водорода на стадии сероочистки. Синтез-газ, питающий контур синтеза аммиака, проходит через осушитель на молекулярных ситах (поз.109-ДА/ДВ рис. 8).
Рис. 8. Схема синтеза и выделения аммиака
В осушителях используют адсорбенты, удаляющие воду и следы СО2 до остаточного содержания менее 1 ррm об. Пока один аппарат с молекулярными ситами находится в работе, другой регенерируется продувочным газом из установки выделения продувочных газов (PGRU) (поз.160-L), нагретым насыщенным паром высокого давления до 200°С в нагревателе регенерации молекулярных сит (поз.183-С). Очищенный на молекулярных ситах продувочный газ используется как топливо для технологического нагревателя поз.104-В. [1]
2.6 Совмещенные схемы производства. Практика совмещенных процессов производства аммиака и метанола
Производство аммиака/карбамида - развитая отрасль индустрии повсюду в мире. В развитых странах потребность в этих продуктах имеет постоянный характер или падает. В результате заводы работают на сниженной мощности.
В этой ситуации необходимо рассмотреть конвертирование неиспользованных мощностей производства аммиака при их совмещении с производством метанола. Германская фирма “UHDE GmbH” разработала три технологические схемы совместного производства аммиака и метанола.
Базовая производительность по аммиаку трех проектов составляет 1200 т/сутки. При работе по схеме с производством метанола производительность по аммиаку составляет 1100 т /сутки и 200 т/сутки по метанолу (рис.9-11).
Разработан метод совместного производства метанола и аммиака из легких углеводородов, в частности СН4 , под высоким давлением. Смесь СН4 и водяного пара подогревают и направляют в трубчатый реактор получения синтез-газа в соотношении Н2 :СО > 3:1. После очистки от СО2 смесь СО и Н2 поступает в реактор синтеза метанола с циркуляцией газовой смеси.
Рис. 9. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант В, фирма “UHDE”
После отделения метанола выходящий газ содержит Н2 и малое количество СН4 , N2 и метанола. После системы очистки получают чистый Н2 , часть которого подают на сжигание в смеси с воздухом Н2 + 0,5О2 = Н2 О и получением азота. Далее смесь азота и водорода поступает в реактор синтеза метанола. Данный способ позволяет получать NH3 с малыми энергетическими затратами. Суточная производительность установки 2500 т метанола и 950т NH3 в сутки.
В Англии разработан совмещенный процесс производства метанола и аммиака, первой стадией которого является получение метанола. Для получения аммиака из непрореагировавших газов синтеза метанола извлекают водород 99,999% чистоты фильтрацией через мембраны, смешивают его с азотом, полученным из воздуха. Образованную азото-воздушную смесь (АВС) направляют на синтез аммиака, который проводят под давлением, равным давлению водорода. По данному процессу может быть произведено 2547 т /сутки метанола и 771 т/сутки аммиака. Использование этого процесса позволяет снизить расход энергии в традиционной схеме производства аммиака до 6,3¸б,7 Гкал/т NH3 .
Рис. 10. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант A, фирма “UHDE”