Способ получения аммиака

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН щ)ЯОцв 1386 504 С 01 С 1/О ада ,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 Ц ан 852,нгез амми 11-17.МИАКАся к технои может быть ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Патент СССР Мф 1001кл. С 01 С 1/04, 1979.Кузнецов Л.Д, и дрфка. - М.: Химия, 1982,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМ(57) Изобретение относилогии получения аммиака использовано в химическои промьппленности. Целью изобретения являетсяснижение расхода природного газа иповышение производительности. Цельдостигается тем, что в способе получения аммиака продувочные газы послепостоянной продувки и выделения аммиака направляют .на дополнительную сепарацию и полученный газ с содержанием аммиака 1,6-3,5 об.7 подают насмешение с газом после воздушногоохлаждения стадии метанирования.1 ил., 1 табл,Изобретение относится к технологииполучения аммиака и может быть использовано в химической промышпен"ности,5Цель изобретения - снижение содержания примеси углекислого газа в азо"товодородной смеси и повышения производительности процесса.На чертеже приведена схема получе" 1 Ония аммиака по предлагаемому способу.На схеме изображены компрессор 1природного газа, подогреватель 2, ап"парат 3 гидрирования, адсорбер 4 сероводорода, трубчатая печь 5, конвертор 6 метана конвертор 7 оксидауглерода первой ступени, конвертор 8оксида углерода второй ступени, абсорбер 9, метанатор 10, аппараты 1116 воздушного охлаждения, сепараторы 17 - 20 ступени 21-24 компрес-.сора азотоводородной смеси, конденсационная колонна 25, теплообменник 26,колонна 27 синтеза, подогреватель 28воды, аппарат 29 воздушного охлаждения и сепаратор, аммиачный сепаратор 30, сборник 31 жидкого аммиака,циркуляционное колесо 32 компрессора, испаритель 33 жидкого аммиака,конденсационная колонна 34 продувочных газов, испаритель 35 аммиака,блок 36 мембранного выделения аммиака и водорода.П р и м е р 1. Природный газ(пр. Г), сжатый компрессором 1 додавления 4.,2 МПа, направляют в количестве 35000 нмз /ч в подогревательо2, откуда при температуре -390 С онпоступает на очистку от сероорганических соединений в аппарат 3 гидрирования и адсорбер 4 сероводорода.После сероочистки в природный газдозируют пар до соотношения пар;газ==3,7: 1,0, парогазовую смесь, имеющую температуру -520 С, направляют 45в трубчатую печь 5. Конвертированныйгаз, содержащий 117 СН, из трубчатойпечи 5 подают в шахтный конвертор 6метана. Далее газ поступает на кон-версию оксида углерода в конвертор 7первой ступени и конвертор 8 второйступени, а потом под давлением2,7 МПа и температуре 40 С - в абсорбер 9 для очистки от диоксида угле"рода.55Очищенный свежий газ, содержащий"0,5 об.М оксида углерода и -О, 1 об. диоксида углерода, подают после нагрева до 280 С в метанатор 10, где проводят тонкую очистку его от указанных примесей гидрированием их до метана, На выходе из метанатора 10 газ содержит 20 млн долей оксида углерода и 10 млн долей диоксида углерода. После охлаждения до 60 С азото" водородная смесь поступает на аппарат 11 воздушного охлаждения и сепаратор 17.Из аппарата 11 воздушного охлаждения газовую смесь после отделения газового конденсата в сепараторе 17 направляют на первую ступень 21 четырехступенчатого центробежного компрессора (совмещенного с циркуляционным колесом 32). Нагретый при компримировании до 150 С после каждой ступени охлаждают в аппаратах 12 - 15 воздушного охлаждения соответственно,сконденсировавшуюся влагу отделяютв сепараторах 18 - 20.Сжатую до 32 МПа свежую азотоводородную смесь направляют в нижнюю часть конденсационной колонны 25, где барботируют через слой жидкого аммиака для дополнительной очистки от следов влаги и диоксида углерода, после чего смешивают с циркуляционным газом.Смесь свежего и циркуляционного газов из конденсационной колонны направляют в теплообменник 26, а затемв колонну 27 синтеза аммиака. Газовая смесь, содержащая 15-16 Хаммиака, после колонны синтеза прохо;дит подогреватель 28 воды, теплообменник 26 и.поступает в аппарат 29 воздушного охлаждения, где ее охлажодают до 40 С. Сконденсировавшийся аммиак отделяют в сепараторе и направляют в сборник 31 аммиака, а газовую смесь, содержащую 117. аммиа ка, в . на циркуляционное колесо 32 компрессора, где ее дожимают до 32 МПа.Циркуляционный газ, пройдя аппа-, рат 16 воздушного охлаждения, поступает в систему вторичной конденсации, состоящую из конденсационной 25 колонны и испарителя 33 жидкого аммиака. Из трубного пространства испарителя смесь охлажденного до -5 С (циркуляционного газа, содержащего 4-5 Х аммиака, и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной колонны, где жидкий аммиак отделяют от газа, идущего в теп- лообменник конденсационной колонны, 1386564Жидкий аммиак, выделенный в сепараторах, дросселируют и направляют в, сборник 3 1 жидкого аммиака.Для поддержания в циркуляционном газе содержания инертов в пределах 14-18 об,/ производят постоянную продувку газа после аппарата 29 воздушного охлаждения и аммиачного сепаратора 30. Продувочные газы, в состав которых после выделения из них аммиака в конденсационной колонне 34 и испарителе 35 аммиака входит, об;/: водород 58, азот 20, аргон 9, метан 12, аммиак 1, подают в количестве ЬООО нм /ч при давлении 30 МПа и температуре 35 С в блок 36 мембранного выделения водорода и аммиака. Выделенную на мембранах (в виде полых волокон на основе полиметилпенте на) газовую смесь, в состав которой входит, об/: водород 84,4; азот 6; аргон 3; метан 5; аммиак 1,Ь, подают при давлении 26 МПа в количестве 3000 нм /ч в линию свежего газа после 25 аппарата 11 воздушного охлаждения перед сепаратором 17.При указанном содержании оксида углерода в свежем газе, равном 0,5 об.7, а диоксида углерода 0,1 об.й, количество выделяющейся в сепараторе 17 воды равно 483 кг/ч. Часть содержащегося в возвращаемом газе в количестве 36 кг/ч аммиака, равная)8,2 кг/ч, взаимодействует с остаточным количеством (0,00010 об,7.3, 1 кг/ч) диоксида углерода и водой с образованием карбоната аммония, а остальной аммиак поглощается водой, Минимальное, не ниже 1,6 об/. Содер жание аммиака в подаваемой в линию свежего газа смеси позволяет гарантировать требуемую чистоту поступающего на синтез газа в тех случаях, когда имеют место проскоки диоксида уг лерода, проводящие к повышению его содержания до 40-44 ррт (32,8-36 кг/ч) .Давление водорода, вЫделенного из продувочных газов, позволяет увеличить производительнбсть агрегата синтеза (при наличии резервной мощности компрессора АВС) от 1360 до 1384 т ИН/сут. При отсутствии резервной мощности компрессора АВС и сохранении производительности агрегата синтеза на/уровне 1360 т ИН, /сут можно снизить расходный коэффициент по свежему газу от первоначального 2800 до 2777 нм/т ИН т.е, на 23 нм/т ИН 23 нм/ИН Непрошедшую через мембраны газовую смесь, содержащую, об.7; водород 31,6; азот 34; аргон 15; метан 19; аммиак 0,4, направляют в блок низко- температурного выделения аргона или на сжигание.П р и м е р 2, При наличии резервной мощности компрессора синтез-газа (13- 16 ,- 19Л 2) можно увеличить объем продувки и тем самым увеличить за счет снижения концентрации инертов эффективность цикла синтеза аммиака, производительность которого еще в большей мере возрастает, 11 одготовка синтез-газа - по схеме примера 1. Синтез осуществляют при давлении 10 МПа.11 родувочные газы, в состав которых после выделения иэ них аммиака в конденсационной колонне 34 и испарителе 35 аммиака, входит, об.7,; водород 66, азот 22, аргон 4, метан 6, аммиак 2, подают в количестве 12000 нмз/ч при давлении 10 МПа и 35 С в блок 36 мембранного выделения водорода и аммиака, Выделенную на мембранах в виде полых волокон на основе поли-метилпенте-, на газовую смесь, в состав которой входит, об,Ы: водород 85; азот 6,5; аргон 2; метан 3; аммиак 3,5, подают при давлении 2,6 МПа в количестве 6000 нм /ч в линию свежего газа после аппарата 11 воздушного охлаждения перед аппаратом 17.Указанную смесь, содержащую 159 кг/ч аммиака, используют по схеме примера 1.В известных процессах в азотоводородной смеси после стадии метанирования содержится постоянно 20 ррш оксида углерода и 10 ррш диоксида углерода, и периодически в процессе длительной эксплуатации содержание диоксидов увеличивается до 100- 200 ррш, Указанные примеси являются сильньви каталитическими ядами для процесса синтеза аммиака, поэтому необходима надежная очистка синтез- газа.В предлагаемом способе связывание диоксидав углерода осуществляют, вводя в основной технологический поток газообразный аммиак, распределенный в водородной среде, в отличие от известных, где аммиак вводят в жидком виде путем впрыскивания.Хорошее распределение газообразного аммиака в большом количестве1386564 50 азотоводородной газовой смеси (в основной поток, составляющий 160 тыс.м / /ч, подают 3-6 тыс.м /ч прошедшего мембраны газа, в основном водороде,5 содержащего 1,6-3,5% аммиака) позволяет создать значительно лучшие условия Смешения, чем при подаче небольших количеств (23 кг/ч или 33 м/ч) жидкого аммиака в капельном виде, 10 когда имеют место пристеночные эффекты и неравномерность распределения, обуславливающие проскоки несвязанных оксида и диоксида углерода, что и происходит на практике, 15Полученные данные показывают. что если общее количество продувочных газов составляет 6000 м /ч, а количество возвращаемой в систему после мембран газовой смеси 3000 м /ч, то 20 для надежного связывания диоксидов углерода при их проскоках достаточно содержания в указанной газовой смеси 1,6% аммиака. При уменьшении количества продувочных газов до 2700 м /ч 25 (что имеет место в начале кампании, когда концентрация инертов в свежем газе составляет 0,7-0,8%) для связывания диоксидов углерода требуется 3,5% аммиака в возвращаемой в систе" му водородной фракции. Таким образом, концентрация аммиака в подаваемом на смешение с технологическим потоком водорода должна составлять 1,6- 3,5%. Заграничные условия приводят к ухудшению очистки или нежелательно 35 му накоплению инертов. Продувочный газ, преимущественно водород, прошедший мембраны, выпол нив свою роль носителя газообразного аммиака, связывающего диоксиды углерода, возвращается в цикл синтеза.Таким образом, наряду с обеспечением высокой степени очистки способ позволяет повысить производительность агрегата. В действующих производствах связывание оксидов и диоксидов углерода осуществляют после второй ступени компрессии, подавая в линию основного потока азотоводородной смеси жидкий аммиак. В предлагаемом способе принята точка ввода - до компримирования, перед сепарацией влаги стадии метанирования, и не связывание, как сказано выше, подают газообразный аммиак в потоке водорода. Достаточно полное и надежное извлечение оксидов и диоксидов углерода до компримирования позволяет снизить температуру газа на входе в компрессор, не опасаясь забивки карбоматами первых ступеней, где ввиду больших скоростей потока появление твердых карбаматов особенно опасно. В известном способе из-за опасности поломки карбоматами лопаток первых ступеней компрессора вынуждены держать на входе в компрессор повышенную температуору газа (больше 45 С). Проведенные материально-тепловыерасчеты цикла синтеза аммиака показывают, что снижение температуры газа на входе вокомпрессор на 25-30 С позволяет существенно увеличить производитель. ность агрегата производства аммиака (на 5-10%).Выбранная точка ввода распреде.ь,.ленного в водороде газообразного аммиака позволяет оптимальным образом использовать и водород, и аммиак, в то время как в известной схеме, когда "хвостовые" продувочные газы сжигают в трубчатой печи, содержащийся в них аммиак, играет только вредную роль, вызывая коррозию труб, и, превращаясь частично в оксиды азота, отравляет окружающую среду.В таблице показаны условия надежного связывания оксидов углерода и повышение производительности. Таким образом, осуществление способа позволит снизить расход природного газа, идущего на производство аммиака на 23-34 нм /т, .увеличить производительность агрегата синтеза аммиака, например, производительностью 1360 т/сут на 24-48 т/сут, увеличить надежность узла тонкой очистки свежего газа от оксидов углерода. формула изобретения Способ получения аммиака, включающий очистку природного газа от сернистых соединений, паровоздушную конверсию метана, конверсию оксидауглерода, абеорбционную очистку конвертированного газа от диоксида углерода, очистку от кислородсодержащих примесей путем гидрирования, воздушное охлаждение газа и его сепарацию, сжатие азотоводородной смеси до давления синтеза, смешение с циркули1386564 рующим потоком непрореагировавшейазотоводородной смеси, синтез аммиака, выделение продукта, возврат непрореагировавшей азотоводороднойсмеси на смешение, вывод продувочныхгазов из циркулирующего контура споследующим выделением из них аммиака, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения содержания Содержание аммиакав возвращаемойсмеси, об.% Выбросы оксидовазота в окружающую среду, т/г Степень надежности системы связывания оксидовуглерода и обоснованиеэффективности варианта Изменение производительностиагрегата, аммиака, т(г(по известнойсхеме)0,9 Не надежна, посколькувозможен проскок оксидовуглерода, забивка арматуры,отравление катализатора и уменьшение производительности 0-3500 Надежна, поскольку невозможен проскок оксидов углерода+8000 Надежна, поскольку невозможен проскок оксидов углерода Нет выбросов 0-7000 4,0 Не надежна, посколькувозможно накоплениеинертов, увеличениеколичества и концентрации аммиачной воды,уменьшение производительности примеси углекислого газа в азотоводородной смеси и повышения производительности процесса, продувочные газы 5после выделения аммиака до содержания последнего 1-2 об.% пропускаютчерез мембрану из поли-метилпентена и газовый поток, прошедший мембрану, подают на смешение с газомпосле воздушного охлаждения.11386564 Составитель Р.ГерасимовТехред Л.Олийныкрректор Л.Пилипенк Н.Бобко едак аз 14 5 Ужгород, ул зводственно-полиграфическое предприятие 26 Тираж 446 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Г 1 осква, Ж, Подписноого комитета СССРий и открытийаушская наб., д, 4/