Безотходные технологические процессы в химической промышленности на примере синтезе аммиака

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 мет

анатора. 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 = Н2О 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”

Предлагается совмещенный процесс получения метанола и аммиака – газообразное углеводородное сырье подвергается первоначальному риформингу паром для получения газа для синтеза метанола, содержащего Н2 и СО. Продувочный газ после синтеза метанола подвергается вторичному паровому риформингу воздухом для получения синтез-газа производства аммиака, содержащего H2, N2, CO2, CO. Этот газ подвергается высокотемпературной конверсии СО с целью уменьшения его содержания, а после снижения СО синтез-газ проходит ряд ступеней для удаления СО и СО2 и далее на получение аммиака.

Рис. 11. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант С, фирма “UHDE”

В США разработан способ совместного получения аммиака и метанола, исключающий образование метиламинов. Способ предусматривает:

1. Очистку углеводородного (до СН4) сырья, например природного газа, от сернистых соединений при температуре 400°С в присутствии Со-Мо катализатора и оксидцинкового поглотителя.

2. Паровую конверсию очищенного от сернистых соединений углеводородного сырья при соотношении пар : газ 2¸4 моля на 1 моль сырья на никелевом катализаторе до Н2 и СО при температуре 800¸900°С и Р = 1,5¸4,0 МПа.

3. Синтез метанола при температуре 240¸270°С, давлении 4¸10 МПа в присутствии цинкмедных (Cu - Zn) или цинкхроммедных (Cu - Zn - Cr) катализаторов.

4. Отделение метанола от газовой смеси состава, % моль.: H2 – 70¸80; CH4 – 10¸20; CO – 1¸2; CO2 – 1¸2; N2 – 0¸5; CH3OH – 0¸1.

Газовая смесь подается на паровую конверсию и используется для синтеза аммиака. При этом метанол и метан разлагают до Н2, CO и СО2 при взаимодействии с водяным паром на Ni-катализаторе при температуре 830¸900°С и давлении 4¸5 МПа с последующим частичным сжиганием H2, CO и CH4 при добавлении воздуха. Газовую смесь с температурой 1000¸1050°С и давлением 3,9¸4,9 МПа охлаждают до температуры 350¸370°С и превращают CO c H2O в СО2 и Н2 на Fe-Cr-катализаторе до остаточного содержания СО 2,0¸2,5% моль.; поглощают СО2, пропуская смесь через амин или водный раствор К2СО3 (до остаточного содержания СО2 1,0¸2,0% моль.).

СО и СО2, присутствующие в газовой смеси, используются для дополнительного синтеза метанола при температуре 210¸270°С, давлении 10¸30 МПа; остаточное содержание СО и СО2 составляет, соответственно, менее 0,3 и 0,5% моль. Отходящие газы нагревают до 300°С в присутствии Ni-катализатора гидрирования СО и СО2 в СН4 и направляют на синтез аммиака, который ведут на железном катализаторе при температуре 380¸500°C, давлении 10¸30 МПа.

Отечественными исследователями усовершенствован способ совместного производства NH3 и CH3OH, он включает: очистку природного газа от соединений серы гидрированием; пароуглекислотную конверсию очищенного природного газа; очистку конвертированного газа от CO2; синтез CH3OH и NH3 с выделением продувочных газов и возврат их на стадию очистки от соединений серы.

Отличие – с целью снижения расхода природного газа и исключения выброса в атмосферу вредных примесей 65¸80% об. потока очищенного конвертированного газа направляют на синтез метанола, а продувочные газы синтеза метанола смешивают с остальной частью конвертированного газа и подвергают паровоздушной конверсии, после чего из конвертированного газа выделяют СО2 и направляют его на синтез метанола; затем конвертированный газ подвергают очистке от углекислоты, которую направляют на паро-углекислотную конверсию и после конверсии оставшийся газ подают на синтез аммиака.

 Скачать реферат