RU2847803C1 - Method of obtaining ammonia and installation for its implementation - Google Patents
Method of obtaining ammonia and installation for its implementationInfo
- Publication number
- RU2847803C1 RU2847803C1 RU2025103306A RU2025103306A RU2847803C1 RU 2847803 C1 RU2847803 C1 RU 2847803C1 RU 2025103306 A RU2025103306 A RU 2025103306A RU 2025103306 A RU2025103306 A RU 2025103306A RU 2847803 C1 RU2847803 C1 RU 2847803C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- ammonia
- stage
- line
- synthesis gas
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники Field of technology
Группа изобретений относится к способу и установке получения аммиака и может быть использована в химической промышленности и в производстве удобрений.The group of inventions relates to a method and installation for producing ammonia and can be used in the chemical industry and in the production of fertilizers.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Классический способ получения аммиака из природного газа включает очистку природного газа от соединений серы, двухступенчатую паровую (I ступень) и паровоздушную (II ступень) конверсию природного газа соответственно в трубчатой печи и в шахтном реакторе, двухступенчатую конверсию оксида углерода, очистку конвертированного газа от диоксида углерода, метанирование оксида и диоксида углерода, компрессию азотоводородной смеси, синтез аммиака при давлении свыше 30 МПа (Справочник азотчика. - М., Химия, 1986, т.1, с.83, 84, 113, 213, 222, 360-364).The classical method of obtaining ammonia from natural gas includes purification of natural gas from sulfur compounds, two-stage steam (stage I) and steam-air (stage II) reforming of natural gas in a tubular furnace and a shaft reactor, respectively, two-stage reforming of carbon monoxide, purification of the reformed gas from carbon dioxide, methanation of carbon monoxide and dioxide, compression of the nitrogen-hydrogen mixture, and synthesis of ammonia at a pressure above 30 MPa (Azotchik Handbook. - M., Chemistry, 1986, Vol. 1, pp. 83, 84, 113, 213, 222, 360-364).
Однако полученный синтез-газ содержит примеси (CH4, Ar, He), высокое содержание которых отрицательно сказывается на ведении технологического процесса синтеза аммиака. В связи с этим возникает необходимость очистки синтез-газа от примесей.However, the resulting syngas contains impurities ( CH4 , Ar, He), high levels of which negatively impact the ammonia synthesis process. Therefore, it is necessary to purify the syngas of impurities.
В патенте РФ RU2558579C2, опубликованном 10.08.2015, раскрывается способ получения кондиционного синтез-газа для производства аммиака, включающий стадии, на которых осуществляют: конверсию углеводородного исходного сырья с последующими стадиями конверсии СО, удаления СО2 и метанирования с получением потока сырого кондиционного синтез-газа для производства аммиака, содержащего водород и азот; обработку сырого синтез-газа в секции криогенной очистки с получением потока очищенного синтез-газа; подачу жидкого потока, обогащенного азотом, при криогенной температуре в секцию криогенной очистки; обеспечение косвенного теплообмена между синтез-газом и жидким потоком, обогащенным азотом, в криогенной секции, причем поток, обогащенный азотом, по меньшей мере частично испаряют для обеспечения охлаждения криогенной секции, и дополнительно включающий стадию обработки воздушного потока в устройстве разделения воздуха с получением жидкого потока, обогащенного азотом, и потока, обогащенного кислородом.Russian: Russian patent RU2558579C2, published on 10.08.2015, discloses a method for producing conditioned synthesis gas for the production of ammonia, comprising the following stages: conversion of hydrocarbon feedstock followed by stages of CO conversion, CO2 removal and methanation to obtain a stream of crude conditioned synthesis gas for the production of ammonia containing hydrogen and nitrogen; processing of the crude synthesis gas in a cryogenic purification section to obtain a stream of purified synthesis gas; feeding a liquid stream enriched in nitrogen at a cryogenic temperature to the cryogenic purification section; providing indirect heat exchange between the synthesis gas and a nitrogen-enriched liquid stream in a cryogenic section, wherein the nitrogen-enriched stream is at least partially evaporated to provide cooling of the cryogenic section, and further comprising the step of processing the air stream in an air separation device to obtain a nitrogen-enriched liquid stream and an oxygen-enriched stream.
Недостатком вышеуказанного способа является использование металлоемкой и энергозатратной воздухоразделительной установки (устройства разделения воздуха). Кроме того, в вышеуказанном способе сбросовая жидкость, получаемая на выходе из колонны-скруббера, не очищается с целью использования полученного очищенного потока азота в синтезе аммиака. Следовательно, значительное количество ценного сырья используется неэффективно, что снижает энергоэффективность и производительность процесса получения аммиака.A disadvantage of the above method is the use of a metal- and energy-intensive air separation unit (air separation device). Furthermore, in this method, the waste liquid obtained at the outlet of the scrubber column is not purified to allow the resulting purified nitrogen stream to be used in ammonia synthesis. Consequently, a significant amount of valuable raw material is used inefficiently, reducing the energy efficiency and productivity of the ammonia production process.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является известный из патента РФ на изобретение RU2331575C2, опубликованного 20.08.2008, способ получения аммиака, где очистка сингаза включает введение потока исходного сингаза, содержащего избыток азота, в зону питания в колонне-скруббере, расширение потока жидких остатков из колонны-скруббера с помощью расширителя жидкости с извлечением работы для образования потока охлажденной сбросовой жидкости, ректифицирование газа из зоны питания в колонне-скруббере для образования верхнего потока газа со сниженным содержанием азота и инертных газов, охлаждение верхнего потока газа в непрямом теплообмене с потоком охлажденной сбросовой жидкости для образования частично конденсированного верхнего потока и потока частично нагретой сбросовой жидкости, разделение частично конденсированного верхнего потока на поток конденсата и поток очищенного сингаза со сниженным содержанием азота и инертных газов, и орошение колонны-скруббера потоком конденсата.The closest analogue (prototype) of the invention is the method for producing ammonia known from the Russian Federation patent for invention RU2331575C2, published on 20.08.2008, where the purification of syngas includes introducing a stream of initial syngas containing excess nitrogen into the feed zone in a scrub column, expanding the stream of liquid residues from the scrub column using a liquid expander with the extraction of work to form a stream of cooled waste liquid, rectifying the gas from the feed zone in the scrub column to form an overhead gas stream with a reduced content of nitrogen and inert gases, cooling the overhead gas stream in indirect heat exchange with a stream of cooled waste liquid to form a partially condensed overhead stream and a stream of partially heated waste liquid, separating the partially condensed overhead stream into a condensate stream and a stream of purified syngas with a reduced content of nitrogen and inert gases, and irrigating the scrub column with the condensate stream.
В вышеуказанном способе на этапе вторичного риформинга подается избыточное количество воздуха по отношению к количеству, необходимому для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. Избыток воздуха подается в таком количестве, чтобы молярное соотношение между водородом и азотом составляло 2,1 (избыток воздуха 43 мол.%). При этом избыток азота удаляется на этапе криогенной очистки. Для достижения криогенной температуры необходимо осуществить резкое охлаждение, что достигается за счет расширения газового потока. Поскольку для последующего синтеза аммиака синтез-газ должен находиться под высоким давлением, давление, потерянное при расширении, должно быть впоследствии восстановлено на этапе сжатия.In the above-mentioned method, an excess amount of air is supplied during the secondary reforming stage relative to the amount required to achieve the stoichiometric ratio required for ammonia production. The excess air is supplied in such a quantity that the hydrogen-to-nitrogen molar ratio is 2.1 (43 mol% excess air). The excess nitrogen is removed during the cryogenic purification stage. To achieve cryogenic temperature, rapid cooling is required, which is achieved by expanding the gas stream. Since the syngas must be under high pressure for subsequent ammonia synthesis, the pressure lost during expansion must be subsequently restored during the compression stage.
На современных производствах, например при реконструкции существующих установок, часто необходимо увеличить расход синтез-газа и, следовательно, производительность установки. Расширенный поток проходит через теплообменники в криогенной секции, поэтому значительное увеличение расхода при большом избытке воздуха (43 мол.%) потребует установку нового и более крупного детандера, что существенно увеличит металлоемкость установки для получения аммиака. Кроме того, в вышеуказанном способе сбросовая жидкость содержит большое количество азота (74,2 мол.%) и водорода (6,6 мол.%), исходных реагентов для синтеза аммиака. Следовательно, значительное количество ценного сырья используется неэффективно, что снижает энергоэффективность и производительность процесса получения аммиака.In modern production facilities, such as when upgrading existing plants, it is often necessary to increase the syngas flow rate and, consequently, the plant's productivity. The expanded flow passes through heat exchangers in the cryogenic section, so a significant increase in flow rate with a large excess air (43 mol%) would require the installation of a new and larger expander, which would significantly increase the metal consumption of the ammonia plant. Furthermore, in the above-mentioned method, the waste liquid contains large amounts of nitrogen (74.2 mol%) and hydrogen (6.6 mol%), the starting reagents for ammonia synthesis. Consequently, a significant amount of valuable raw materials is used inefficiently, reducing the energy efficiency and productivity of the ammonia production process.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей и техническим результатом предложенного изобретения является повышение энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака при снижении металлоемкости, и избытке воздуха, подаваемого на стадию риформинга, не превышающем 40 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. The objective and technical result of the proposed invention is to increase the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in an ammonia production plant while reducing metal consumption and with an excess of air supplied to the reforming stage not exceeding 40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required for producing ammonia.
Дополнительно, остаточное мольное содержание инертов в синтез-газе составляет 10-10000 ppm.Additionally, the residual molar content of inerts in the synthesis gas is 10-10000 ppm.
Дополнительно, повышение экологичности процесса получения аммиака.Additionally, the environmental friendliness of the ammonia production process is improved.
Дополнительно, понижение мольного содержания азота в потоке примесей, представляющим собой сбросовую жидкость криогенного блока, достигающее 53% относительно прототипа.Additionally, the reduction in the molar content of nitrogen in the impurity stream, which is the discharge liquid of the cryogenic unit, reaches 53% relative to the prototype.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается способ получения аммиака, включающийTo solve the problem and achieve the technical result, a method for producing ammonia is proposed, including
a) стадию риформинга углеводородсодержащего газа с получением конвертированного газа;a) a stage of reforming hydrocarbon-containing gas to obtain converted gas;
b) стадию конверсии монооксида углерода и выделения диоксида углерода из конвертированного газа с получением синтез-газа;b) a stage of converting carbon monoxide and separating carbon dioxide from the converted gas to produce synthesis gas;
c) стадию криогенной очистки синтез-газа, полученного на стадии b), с получением потока F1 синтез-газа, обедненного азотом, и потока F2 газа, содержащего азот и примеси;c) a stage of cryogenic purification of the synthesis gas obtained in stage b), to obtain a stream F 1 of synthesis gas depleted in nitrogen and a stream F 2 of gas containing nitrogen and impurities;
d) стадию очистки потока F2 с получением очищенного потока азота;d) a stage of purifying the F2 stream to obtain a purified nitrogen stream;
e) стадию смешения потока F1 и по меньшей мере части очищенного потока азота с получением потока очищенного синтез-газа;e) a step of mixing the F 1 stream and at least a portion of the purified nitrogen stream to obtain a purified synthesis gas stream;
f) стадию получения аммиака из очищенного синтез-газа, полученного на стадии e),f) a stage of obtaining ammonia from the purified synthesis gas obtained in stage e),
при этомat the same time
на стадию а) подают избыток воздуха, составляющий 5-40 мол.% от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.At stage a), an excess of air is supplied, amounting to 5-40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required to produce ammonia.
Под углеводородсодержащим газом понимается газ, содержащий по меньшей мере один углеводород, например, природный газ; газ, содержащий метан и водород (водородсодержащий газ (ВСГ), образующийся в различных технологических процессах – в частности, за счет дегидрирования углеводородов).Hydrocarbon-containing gas means a gas containing at least one hydrocarbon, such as natural gas; gas containing methane and hydrogen (hydrogen-containing gas (HCG), formed in various technological processes, in particular, through the dehydrogenation of hydrocarbons).
Под криогенной очисткой синтез-газа понимается очистка синтез-газа от по меньшей мере одной примеси, например, метана и инертных газов. Криогенная очистка осуществляется при низкой температуре, за счет чего происходит переход примесей неочищенного синтез-газа в жидкое состояние и их последующее отделение.Cryogenic purification of syngas refers to the removal of at least one impurity, such as methane and inert gases, from syngas. Cryogenic purification is performed at low temperatures, which causes the impurities in the raw syngas to liquefy and subsequently separate.
Под примесями понимаются любые компоненты синтез-газа кроме азота и водорода, например, благородные газы, метан и т.д.Impurities are any components of synthesis gas other than nitrogen and hydrogen, such as noble gases, methane, etc.
Под синтез-газом, обедненным азотом, понимается синтез-газ, в котором мольное соотношение водорода к азоту больше 3.Nitrogen-depleted syngas is syngas in which the molar ratio of hydrogen to nitrogen is greater than 3.
Под риформингом понимается любой тип риформинга, в частности, первичный и/или вторичный риформинг углеводородсодержащего газа, сочетание предриформинга и вторичного риформинга и т.д.Reforming refers to any type of reforming, in particular, primary and/or secondary reforming of hydrocarbon-containing gas, a combination of pre-reforming and secondary reforming, etc.
Вторичный риформинг представляет собой, например, паровоздушный риформинг - получение газа с высоким содержанием Н2 и СО конверсией углеводородов окислителями: воздухом и паром. Специалисту будет очевидно, что паровоздушный риформинг является частным случаем автотермического риформинга (АТР) – в случае, когда в АТР в качестве окислителя используется воздух.Secondary reforming is, for example, steam-air reforming—the production of gas with a high H2 and CO content through the conversion of hydrocarbons using oxidizing agents: air and steam. It will be obvious to a specialist that steam-air reforming is a special case of autothermal reforming (ATR)—in which air is used as the oxidizing agent in ATR.
Стадия криогенной очистки синтез-газа позволяет увеличить энергоэффективность и производительность блока компримирования синтез-газа и блока синтеза аммиака в сравнении со способами получения аммиака без применения криогенного блока за счет высокой степени очистки синтез-газа от метана и инертных газов (остаточное содержание инертов в синтез-газе поддерживается в интервале 10-10000 ppm). В случае строительства новых агрегатов это позволяет использовать менее металлоемкое оборудование в блоке компримирования синтез-газа и блоке синтеза аммиака, а в случае модернизации существующих установок – минимизировать требуемый объем модификаций.The cryogenic purification stage of syngas increases the energy efficiency and productivity of the syngas compression unit and ammonia synthesis unit compared to ammonia production methods without a cryogenic unit due to the high degree of purification of the syngas from methane and inert gases (the residual inert content in the syngas is maintained in the range of 10-10,000 ppm). When constructing new units, this allows for the use of less metal-intensive equipment in the syngas compression unit and ammonia synthesis unit, and when upgrading existing units, it minimizes the required modifications.
Использование меньшего избытка воздуха (5-40 мол.%) на стадии вторичного риформинга по сравнению с прототипом (43 мол.%) позволяет уменьшить нагрузку на весь технологический тракт конвертированного газа установки получения аммиака до криогенного блока. Возможность обеспечения остаточного содержания инертов в контуре синтеза аммиака не более 4000 ppm также позволяет добиться увеличенной энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака как в случае реконструкции существующих установок, так и при строительстве новых агрегатов. The use of lower excess air (5-40 mol%) in the secondary reforming stage compared to the prototype (43 mol%) reduces the load on the entire process flow of the converted gas from the ammonia plant to the cryogenic unit. The ability to maintain a residual inert content in the ammonia synthesis loop of no more than 4000 ppm also enables increased energy efficiency and productivity of the syngas compression and ammonia synthesis units, both in the case of revamping existing units and in the construction of new ones.
Стадия очистки потока F2, содержащего азот, водород и примеси, позволяет эффективно использовать целевые компоненты, сконденсированные вместе с примесями, а именно исключить потери водорода со сбросовой жидкостью, а также обеспечить рекуперацию и возврат в технологический процесс значительной части азота, содержащегося в потоке F2, что, в том числе, позволяет достичь стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. The stage of purification of the F2 stream containing nitrogen, hydrogen and impurities allows for the efficient use of the target components condensed together with the impurities, namely, eliminating the loss of hydrogen with the discharge liquid, as well as ensuring the recovery and return to the technological process of a significant portion of the nitrogen contained in the F2 stream, which, among other things, allows for achieving the stoichiometric ratio required for the production of ammonia.
Таким образом, вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает повышение энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака при снижении металлоемкости, и избытке воздуха, подаваемого на стадию риформинга, не превышающем 40 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.Thus, the above-mentioned set of features ensures an increase in the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in the ammonia production unit with a reduction in metal consumption and an excess of air supplied to the reforming stage that does not exceed 40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required for the production of ammonia.
Вышеуказанная совокупность признаков является достаточной для достижения заявленного технического результата. При этом указанные далее признаки, присущие частным вариантам осуществления, позволяют достичь заявленный технический результат наиболее эффективным образом.The above combination of features is sufficient to achieve the stated technical result. Furthermore, the following features, inherent in specific embodiments , enable the stated technical result to be achieved most effectively.
Предпочтительно, на стадию а) подают избыток воздуха, составляющий 8-30 мол.%, предпочтительно 9-20 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.Preferably, an excess of air of 8-30 mol.%, preferably 9-20 mol.%, of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required to produce ammonia is fed to stage a).
Вышеуказанные значения для избытка воздуха являются оптимальными, поскольку при большем избытке воздуха понадобится более металлоемкое оборудование, при меньшем будет снижаться эффективность очистки синтеза-газа от инертов. Таким образом, подача воздуха на стадию риформинга в избытке, составляющем 8-30 мол.%, предпочтительно 9-20 мол.%, дополнительно обеспечивает повышение энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака.The above excess air values are optimal, as higher excess air values require more metal-intensive equipment, while lower excess air values will reduce the efficiency of syngas purification from inerts. Therefore, supplying excess air to the reforming stage in excess of 8-30 mol%, preferably 9-20 mol%, further improves the energy efficiency and productivity of the syngas compression and ammonia synthesis units in the ammonia plant.
Предпочтительно, мольное содержание инертов в потоке очищенного синтез-газа, полученного на стадии e), составляет 10-10000 ppm, предпочтительно 1000-3000 ppm.Preferably, the molar content of inerts in the purified synthesis gas stream obtained in step e) is 10-10000 ppm, preferably 1000-3000 ppm.
Под инертами понимаются благородные газы (в частности, аргон) и метан.Inert gases include noble gases (in particular, argon) and methane.
Вышеуказанные значения для содержания инертов являются оптимальными, поскольку при большем содержании очистка синтез-газа будет менее эффективной, что снизит энергоэффективность и производительность блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака. При меньшем содержании реакционная способность реагентов будет слишком высокой, что затруднит контроль реакции синтеза аммиака и снизит энергоэффективность и производительность блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака.The above values for inert content are optimal, as higher content will result in less effective syngas purification, which will reduce the energy efficiency and productivity of the syngas compression and ammonia synthesis units in the ammonia plant. Lower content will result in excessive reactivity of the reactants, which will complicate ammonia synthesis reaction control and reduce the energy efficiency and productivity of the syngas compression and ammonia synthesis units in the ammonia plant.
Предпочтительно, мольное соотношение азота к водороду в потоке F1 составляет от 1:3,1 до 1:10.Preferably, the molar ratio of nitrogen to hydrogen in the F 1 stream is from 1:3.1 to 1:10.
Поток F1 обеднен азотом, следовательно, на стадии криогенной очистки синтез-газа азот конденсируется в количестве большем, чем значение избытка азота, подаваемого на стадию риформинга. Вышеуказанные значения для мольного соотношения азота к водороду являются оптимальными, поскольку они обеспечивают конденсацию азота в количестве, необходимом для более эффективной очистки синтез-газа.The F1 stream is depleted of nitrogen; therefore, during the cryogenic purification stage of the syngas, nitrogen condenses in an amount greater than the excess nitrogen fed to the reforming stage. The above values for the nitrogen-to-hydrogen molar ratio are optimal, as they ensure nitrogen condensation in the amount necessary for more efficient syngas purification.
Предпочтительно, на стадии f) получения аммиака из контура синтеза аммиака отводят продувочный газ, по меньшей мере часть которого подают на стадию с) криогенной очистки синтез-газа.Preferably, in step f) of obtaining ammonia, purge gas is removed from the ammonia synthesis circuit, at least part of which is fed to step c) of cryogenic purification of synthesis gas.
Отведение продувочного газа из контура синтеза на стадию криогенной очистки способствует уменьшению потерь азота и водорода, исходных реагентов в синтезе аммиака, что дополнительно повышает энергоэффективность и производительность блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака.Removing purge gas from the synthesis circuit to the cryogenic purification stage helps reduce the loss of nitrogen and hydrogen, the initial reagents in ammonia synthesis, which further increases the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in the ammonia production plant.
Предпочтительно, количество отводимого продувочного газа регулируют таким образом, чтобы содержание инертов в контуре синтеза аммиака не превышало 10 мол.%.Preferably, the amount of purge gas removed is adjusted so that the inert gas content in the ammonia synthesis circuit does not exceed 10 mol%.
При большем содержании инертов в контуре синтеза снизится энергоэффективность и производительность блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака.With a higher content of inerts in the synthesis circuit, the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in the ammonia production unit will decrease.
Предпочтительно, углеводородсодержащий газ представляет собой природный газ.Preferably, the hydrocarbon-containing gas is natural gas.
Использование природного газа в качестве углеводородсодержащего газа позволяет увеличить энергоэффективность процесса получения аммиака ввиду его доступности.The use of natural gas as a hydrocarbon-containing gas allows for increased energy efficiency in the ammonia production process due to its availability.
Предпочтительно, углеводородсодержащий газ содержит метан и водород.Preferably, the hydrocarbon-containing gas comprises methane and hydrogen.
Предпочтительно, углеводородсодержащий газ получен путем дегидрирования углеводородов на нефте- или газоперерабатывающих предприятиях.Preferably, the hydrocarbon-containing gas is obtained by dehydrogenation of hydrocarbons in oil or gas processing plants.
Использование в качестве сырья отходов производств газо- и нефтехимии ведет к повышению экологичности техпроцессов. ВСГ, получающийся в качестве побочного продукта процессов дегидрирования, не сжигается с образованием токсичных выбросов, а эффективно используется для получения ценных продуктов, таких как аммиак.Using waste from gas and petrochemical production as feedstock leads to more environmentally friendly processes. The hydrogen sulfide gas (H2S), a byproduct of dehydrogenation processes, is not burned, creating toxic emissions, but is effectively used to produce valuable products such as ammonia.
Предпочтительно, дегидрирование углеводородов на нефте- или газоперерабатывающих предприятиях включает пиролиз этан-пропановой фракции и/или пиролиз бензиновой фракции и/или пиролиз лигроиновой фракции (нафты) и/или каталитический риформинг бензиновой фракции и/или каталитический риформинг лигроиновой фракции (нафты).Preferably, the dehydrogenation of hydrocarbons in oil or gas refining plants includes pyrolysis of the ethane-propane fraction and/or pyrolysis of the gasoline fraction and/or pyrolysis of the ligroin fraction (naphtha) and/or catalytic reforming of the gasoline fraction and/or catalytic reforming of the ligroin fraction (naphtha).
При пиролизе протекает реакция:During pyrolysis the following reaction occurs:
C2nH4n+2 →nC2H4 + H2 C 2n H 4n+2 →nC 2 H 4 + H 2
В процессе ароматизации (каталитического риформинга) протекает реакция: During the aromatization process (catalytic reforming), the following reaction occurs:
C2nH2n+2 → CnH2n-6 + 4H2 C 2n H 2n+2 → C n H 2n-6 + 4H 2
Пиролиз этан-пропановой фракции протекает с выделением основных продуктов – этилена и пропилена, а также побочного продукта – водородсодержащего газа, который помимо водорода также содержит метан и в некоторых случаях – примесные количества углеводородов С2+.Pyrolysis of the ethane-propane fraction occurs with the release of the main products – ethylene and propylene, as well as a by-product – hydrogen-containing gas, which, in addition to hydrogen, also contains methane and, in some cases, impurity amounts of C2 + hydrocarbons.
Под бензиновыми фракциями (бензином) понимаются фракции нефти с температурой кипения до 140°С. Преимущественно, смесь углеводородов С5-С11.Gasoline fractions (petrol) are fractions of oil with a boiling point of up to 140°C. Mainly, a mixture of hydrocarbons C 5 -C 11 .
Под лигроиновой фракцией (лигроином, нафтой) понимаются фракции нефти с температурой кипения 140-180°С. Преимущественно, смесь углеводородов С8-С14.The ligroin fraction (naphtha) refers to fractions of petroleum with a boiling point of 140-180°C. Mainly, a mixture of hydrocarbons C 8 -C 14 .
Каталитический риформинг и пиролиз бензиновых и лигроиновых фракций протекает с выделением основных продуктов – непредельных углеводородов, в частности ароматических, а также с образованием побочного продукта – водородсодержащего газа, который помимо водорода также содержит метан и в некоторых случаях примесные количества углеводородов С2+.Catalytic reforming and pyrolysis of gasoline and ligroin fractions occurs with the release of the main products - unsaturated hydrocarbons, in particular aromatic ones, as well as with the formation of a by-product - hydrogen-containing gas, which, in addition to hydrogen, also contains methane and, in some cases, impurity quantities of C2 + hydrocarbons.
Процессы пиролиза и каталитического риформинга протекают с выделением непредельных углеводородов – основного продукта, а также с выделением в качестве побочного продукта большого количества ВСГ, который может быть эффективно использован для получения аммиака. Это ведет к повышению экологичности технологических процессов получения аммиака.Pyrolysis and catalytic reforming processes produce unsaturated hydrocarbons as the primary product, as well as a large amount of hydrogen sulfide as a byproduct, which can be effectively used to produce ammonia. This leads to improved environmental friendliness in ammonia production processes.
Предпочтительно, стадия b) выделения диоксида углерода включает аминовую очистку.Preferably, step b) of separating carbon dioxide comprises amine scrubbing.
Аминовая очистка осуществляется при давлении процесса, что позволяет дополнительно снизить энергозатраты технологии. Кроме того, проведение процесса под давлением выше атмосферного позволяет снизить расход абсорбента на очистку.Amine purification is carried out at process pressure, which further reduces energy consumption. Furthermore, conducting the process at pressures above atmospheric pressure reduces the consumption of absorbent for purification.
Предпочтительно, на стадию а) риформинга природный газ подают при температуре не менее 450°С и давлении 2-5 МПа; воздух подают при температуре 350-550°С и давлении 2-5 МПа; и получают конвертированный газ с температурой 900-1050°С при давлении 2-5 МПа.Preferably, natural gas is fed to stage a) of reforming at a temperature of at least 450°C and a pressure of 2-5 MPa; Air is supplied at a temperature of 350-550°C and a pressure of 2-5 MPa; and converted gas is obtained at a temperature of 900-1050°C and a pressure of 2-5 MPa.
Вышеуказанные параметры являются наиболее предпочтительными для протекания процессов риформинга в случае, когда углеводородсодержащий газ является природным газом.The above parameters are the most preferable for the reforming processes in the case where the hydrocarbon-containing gas is natural gas.
Предпочтительно, на стадию а) риформинга газ, содержащий метан и водород, подают при температуре не менее 650°С и давлении 2-5 МПа; воздух подают при температуре 450-650°С и давлении 2-5 МПа; и получают конвертированный газ с температурой 900-1050°С при давлении 2-5 МПа.Preferably, gas containing methane and hydrogen is fed to stage a) of reforming at a temperature of at least 650°C and a pressure of 2-5 MPa; air is fed at a temperature of 450-650°C and a pressure of 2-5 MPa; and converted gas is obtained at a temperature of 900-1050°C at a pressure of 2-5 MPa.
Вышеуказанные параметры являются наиболее предпочтительными для протекания процессов риформинга в случае, когда углеводородсодержащий газ содержит метан и водород.The above parameters are the most preferable for the reforming processes in the case where the hydrocarbon-containing gas contains methane and hydrogen.
Предпочтительно, криогенную очистку синтез-газа осуществляют при температуре от -200 до -150°С.Preferably, cryogenic purification of synthesis gas is carried out at a temperature of -200 to -150°C.
Вышеуказанный интервал значений температуры является оптимальным для повышения эффективности криогенной очистки синтез-газа, что дополнительно повышает энергоэффективность и производительность блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака.The above temperature range is optimal for increasing the efficiency of cryogenic purification of synthesis gas, which further improves the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in the ammonia production plant.
Предпочтительно, на стадии d) получают поток примесей, который направляют на стадию адсорбционной осушки синтез-газа.Preferably, in step d) a stream of impurities is obtained, which is sent to the stage of adsorption drying of the synthesis gas.
Направление потока примесей на стадию адсорбционной осушки синтез-газа дополнительно повышает энергоэффективность и производительность процесса получения аммиака, поскольку примеси эффективно используются в качестве продувочного газа.Directing the impurity flow to the adsorption drying stage of the synthesis gas further increases the energy efficiency and productivity of the ammonia production process, since the impurities are effectively used as a purge gas.
Предпочтительно, после стадии адсорбционной осушки синтез-газа поток примесей направляют на сжигание в виде топлива.Preferably, after the stage of adsorption drying of the synthesis gas, the flow of impurities is sent for combustion in the form of fuel.
Направление потока примесей на сжигание в виде топлива дополнительно повышает энергоэффективность и производительность процесса получения аммиака, поскольку примеси эффективно используются в качестве топлива.Directing the flow of impurities for combustion as fuel further increases the energy efficiency and productivity of the ammonia production process, since the impurities are effectively used as fuel.
Также для решения вышеуказанной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается установка получения аммиака, включающая Also, to solve the above problem and achieve the stated technical result, an ammonia production plant is proposed, including
блок риформинга, соединенный с линией подачи углеводородсодержащего газа, линией подачи воздуха и линией отведения конвертированного газа,a reforming unit connected to a hydrocarbon-containing gas supply line, an air supply line and a converted gas discharge line,
блок конверсии монооксида углерода и выделения диоксида углерода, соединенный с линией подачи конвертированного газа и линией L1 отведения синтез-газа,a carbon monoxide conversion and carbon dioxide extraction unit connected to the converted gas supply line and the synthesis gas discharge line L 1 ,
криогенный блок очистки синтез-газа, соединенный с линией L1 подачи синтез-газа и линией L2 отведения очищенного синтез-газа,a cryogenic synthesis gas purification unit connected to the synthesis gas supply line L 1 and the purified synthesis gas discharge line L 2 ,
блок получения аммиака, соединенный с линией L2 подачи очищенного синтез-газа и линией отведения аммиака,an ammonia production unit connected to the L 2 line for supplying purified synthesis gas and the ammonia removal line,
при этомat the same time
криогенный блок очистки синтез-газа включаетcryogenic synthesis gas purification unit includes
колонну-скруббер, соединенную с линией L1 подачи синтез-газа, линией L3 отведения потока синтез-газа, обедненного азотом, и линией L4 отведения потока газа, содержащего азот и примеси,a scrubber column connected to line L 1 for feeding synthesis gas, line L 3 for removing a stream of synthesis gas depleted in nitrogen, and line L 4 for removing a stream of gas containing nitrogen and impurities,
ректификационную колонну, соединенную с линией подачи L4, и линией отведения очищенного потока азота L5,a rectification column connected to the feed line L 4 and the purified nitrogen flow outlet line L 5 ,
причем линия L3 соединена с линией L5 таким образом, чтобы обеспечить возможность образования потока очищенного синтез-газа, отводимого по линии L2,wherein line L 3 is connected to line L 5 in such a way as to ensure the possibility of forming a stream of purified synthesis gas discharged through line L 2 ,
при этомat the same time
линия подачи воздуха выполнена с возможностью подачи избытка воздуха, составляющего 5-40 мол.% от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.the air supply line is configured to supply excess air amounting to 5-40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required to produce ammonia.
Под колонной-скруббером понимается аппарат, предназначенный для очистки газообразных сред (например, синтез-газа) от примесей (например, аргона, метана и т.д.) в различных химико-технологических процессах.A scrubber column is a device designed to purify gaseous media (e.g., synthesis gas) from impurities (e.g., argon, methane, etc.) in various chemical engineering processes.
Под ректификационной колонной понимается аппарат, предназначенный для разделения жидкой смеси, составляющие которой имеют различную температуру кипения (например, смеси, содержащей азот, метан и аргон). A distillation column is a device designed to separate a liquid mixture whose components have different boiling points (for example, a mixture containing nitrogen, methane and argon).
Под линией понимается средство для подачи потока из одного места в другое, которое, в частности, включает в себя необходимые для этого трубы и соединительные элементы, а также при необходимости средства регулирования и устройства. A line is understood to be a means for delivering a flow from one place to another, which, in particular, includes the pipes and connecting elements necessary for this, as well as, if necessary, control means and devices.
Под блоком понимается устройство или совокупность устройств, которые обеспечивают реализацию указанной для данного блока функции.A block is understood to be a device or a set of devices that ensure the implementation of the function specified for a given block.
В качестве криогенного блока может быть использован криогенный блок, в частности, раскрытый в патенте Китая CN104986734B (опубликован 21.10.2015).The cryogenic unit may be a cryogenic unit, in particular, one disclosed in Chinese patent CN104986734B (published on 21.10.2015).
Наличие ректификационной колонны позволяет очищать азот, сконденсированный вместе с примесями в колонне-скруббере, и эффективно его использовать для восполнения недостатка азота в потоке синтез-газа, обедненного азотом, и обеспечения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. Кроме того, наличие ректификационной колонны позволяет эффективно использовать сконденсированный с примесями водород в синтезе аммиака.The presence of a distillation column allows for the purification of nitrogen condensed along with impurities in the scrubber column and its effective use to replenish the nitrogen deficiency in the nitrogen-depleted syngas stream and ensure the stoichiometric ratio required for ammonia production. Furthermore, the presence of a distillation column allows for the efficient use of hydrogen condensed along with impurities in ammonia synthesis.
Вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает повышение энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака при снижении металлоемкости, и избытке воздуха, подаваемого на стадию риформинга, не превышающем 40 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.The above-mentioned set of features ensures an increase in the energy efficiency and productivity of the synthesis gas compression and ammonia synthesis units in the ammonia production unit with a reduction in metal consumption and an excess of air supplied to the reforming stage that does not exceed 40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required for the production of ammonia.
Все преимущества настоящего изобретения, указанные в отношении способа получения аммиака, в равной мере применимы для заявленной установки и не повторяются здесь, чтобы избежать излишнего дублирования.All advantages of the present invention stated in relation to the method for producing ammonia are equally applicable to the claimed installation and are not repeated here in order to avoid unnecessary duplication.
Предпочтительно, линия подачи воздуха выполнена с возможностью подачи избытка воздуха, составляющего 8-30 мол.%, предпочтительно 9-20 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака.Preferably, the air supply line is configured to supply an excess of air amounting to 8-30 mol.%, preferably 9-20 mol.%, of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required to produce ammonia.
Предпочтительно, линия L2 выполнена с возможностью поддержания мольного содержания инертных газов в потоке очищенного синтез-газа, составляющего 10-10000 ppm, предпочтительно 1000-3000 ppm.Preferably, line L 2 is configured to maintain the molar content of inert gases in the purified synthesis gas stream at 10-10000 ppm, preferably 1000-3000 ppm.
Предпочтительно, линия L3 выполнена с возможностью поддержания мольного соотношения азота к водороду в интервале от 1:3,1 до 1:10.Preferably, line L 3 is configured to maintain the molar ratio of nitrogen to hydrogen in the range from 1:3.1 to 1:10.
Предпочтительно, блок получения аммиака соединен с линией отведения потока продувочного газа из контура синтеза аммиака, при этом криогенный блок очистки синтез-газа аммиака соединен с линией подачи потока продувочного газа из контура синтеза аммиака.Preferably, the ammonia production unit is connected to a line for removing a purge gas flow from the ammonia synthesis circuit, while the cryogenic ammonia synthesis gas purification unit is connected to a line for feeding a purge gas flow from the ammonia synthesis circuit.
Предпочтительно, линия отведения потока продувочного газа из контура синтеза аммиака выполнена с возможностью регулирования количества отводимого продувочного газа таким образом, что содержание инертов в контуре синтеза аммиака не превышает 10 мол.%.Preferably, the line for removing the purge gas flow from the ammonia synthesis circuit is designed with the possibility of regulating the amount of removed purge gas in such a way that the content of inerts in the ammonia synthesis circuit does not exceed 10 mol%.
Предпочтительно, линия подачи углеводородсодержащего газа выполнена с возможностью подачи природного газа.Preferably, the hydrocarbon-containing gas supply line is configured to supply natural gas.
Предпочтительно, линия подачи углеводородсодержащего газа выполнена с возможностью подачи газа, содержащего метан и водород.Preferably, the hydrocarbon-containing gas supply line is configured to supply gas containing methane and hydrogen.
Предпочтительно, линия подачи углеводородсодержащего газа выполнена с возможностью подачи в блок риформинга продукта из блока дегидрирования углеводородов на нефте- или газоперерабатывающих предприятиях.Preferably, the hydrocarbon-containing gas supply line is configured to supply the product from the hydrocarbon dehydrogenation unit at oil or gas processing plants to the product reforming unit.
Предпочтительно, блок дегидрирования углеводородов на нефте- или газоперерабатывающих предприятиях включает блок пиролиза этан-пропановой фракции и/или блок пиролиза бензиновой фракции и/или блок пиролиза лигроиновой фракции (нафты) и/или блок каталитического риформинга бензиновой фракции и/или блок каталитического риформинга лигроиновой фракции (нафты).Preferably, the hydrocarbon dehydrogenation unit at oil or gas refining plants includes an ethane-propane fraction pyrolysis unit and/or a gasoline fraction pyrolysis unit and/or a ligroin fraction (naphtha) pyrolysis unit and/or a gasoline fraction catalytic reforming unit and/or a ligroin fraction (naphtha) catalytic reforming unit.
Предпочтительно, блок выделения диоксида углерода включает блок аминовой очистки.Preferably, the carbon dioxide separation unit includes an amine purification unit.
Предпочтительно, криогенный блок очистки синтез-газа выполнен с возможностью поддержания температуры в интервале от -200°С до -150°С.Preferably, the cryogenic synthesis gas purification unit is designed to maintain a temperature in the range from -200°C to -150°C.
Предпочтительно, ректификационная колонна соединена с линией L6 отведения потока примесей, при этом линия L6 соединена с блоком адсорбционной осушки синтез-газа.Preferably, the distillation column is connected to the line L 6 for removing the impurity flow, wherein the line L 6 is connected to the synthesis gas adsorption drying unit.
Предпочтительно, блок адсорбционной осушки синтез-газа соединен с линией отведения потока примесей L7, при этом линия L7 соединена с блоком сжигания топлива.Preferably, the synthesis gas adsorption drying unit is connected to the impurity flow discharge line L 7 , wherein the line L 7 is connected to the fuel combustion unit.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Чертежи представлены для лучшего понимания изобретения, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытое изобретение не ограничивается вариантом, представленным на них.The drawings are presented for a better understanding of the invention, however, it will be obvious to a person skilled in the art that the disclosed invention is not limited to the embodiment shown in them.
На фиг.1 показан блок схемы лучшего варианта осуществления изобретения.Fig. 1 shows a block diagram of the best embodiment of the invention.
На фиг.2 показано схематичное изображение криогенного блока очистки синтез-газа согласно настоящему изобретению.Fig. 2 shows a schematic representation of a cryogenic synthesis gas purification unit according to the present invention.
На фиг.3 показано схематичное изображение криогенного блока очистки синтез-газа согласно прототипу.Fig. 3 shows a schematic representation of a cryogenic synthesis gas purification unit according to the prototype.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Описанный пример осуществления приведен исключительно в целях иллюстрации. Специалисту будет очевидно, что возможны и иные варианты осуществления без изменения сущности изобретения.The described embodiment is provided for illustrative purposes only. It will be obvious to those skilled in the art that other embodiments are possible without changing the essence of the invention.
ПримерExample
На фиг.1 в блок 1 компримирования и сероочистки по линии 100 подается углеводородсодержащий газ. Далее, углеводородсодержащий газ подается в блок 2 первичного риформинга (в случае, когда углеводородсодержащий газ представляет собой природный газ) или предриформинга (в случае, когда углеводородсодержащий газ представляет собой ВСГ) по линии 102, куда также подается пар по линии 200. Полученный поток частично конвертированного газа по линии 203 поступает в блок 3 автотермического риформинга (АТР), куда также подается воздух по линии 300, при этом избыток воздуха составляет 5-40 мол.% от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. Полученный конвертированный газ по линии 304 поступает в блок 4 конверсии монооксида углерода, где монооксид углерода конвертируется в диоксид углерода. Полученный в блоке 4 газ по линии 405 поступает в блок 5 аминовой очистки, диоксид углерода из блока 5 отводится по линии 509 в виде готового продукта, а также может быть направлен в блок 9 получения карбамида. Очищенный от диоксида углерода синтез-газ по линии 506 поступает в блок 6 метанирования. Далее, газ из блока 6 по линии 607 (L 1 ) поступает в криогенный блок 7 очистки синтез-газа. Затем газ из криогенного блока 7 по линии 708 (L 2 ) поступает в блок 8 компримирования, а затем в блок 10 синтеза аммиака. Из блока 10 синтеза аммиака по линии 101 отводится продуктовый поток аммиака, который направляется потребителю, или по линии 109 в блок 9 синтеза карбамида.In Fig. 1, hydrocarbon-containing gas is fed to compression and desulfurization unit 1 via line 100. Next, the hydrocarbon-containing gas is fed to primary reforming unit 2 (in the case where the hydrocarbon-containing gas is natural gas) or pre-reforming unit (in the case where the hydrocarbon-containing gas is HCG) via line 102 , where steam is also fed via line 200. The resulting partially converted gas stream is fed via line 203 to autothermal reforming (ATR) unit 3 , where air is also fed via line 300 , with an excess of air of 5-40 mol.% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required to produce ammonia. The resulting converted gas is fed via line 304 to carbon monoxide conversion unit 4 , where carbon monoxide is converted into carbon dioxide. The gas obtained in block 4 is fed via line 405 to amine purification block 5 , carbon dioxide from block 5 is removed via line 509 as a finished product and can also be sent to urea production block 9. The synthesis gas purified from carbon dioxide is fed via line 506 to methanation block 6. Next, the gas from block 6 is fed via line 607 ( L 1 ) to cryogenic synthesis gas purification block 7. Then, the gas from cryogenic block 7 is fed via line 708 ( L 2 ) to compression block 8 and then to ammonia synthesis block 10. From ammonia synthesis block 10 , the product ammonia stream is removed via line 101 and sent to the consumer, or via line 109 to urea synthesis block 9 .
Линия 506 оснащена средством измерения I 1 количеств водорода и азота в потоке для контроля мольного соотношения водорода к азоту 3:1. Линии 509 и 109 оснащены средствами измерения I 2 и I 3 диоксида углерода и аммиака соответственно. Сигналы со средств измерения поступают в блок управления, где, в случае, когда конечным продуктом является карбамид, рассчитывается недостающее (для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения карбамида) количество диоксида углерода. Диоксид углерода, выделенный из дымовых газов, поступает в блок 9 получения карбамида по линии 900, оснащенной регулятором R 1 , сигнал на который поступает из блока управления. Line 506 is equipped with a means for measuring I 1 the amounts of hydrogen and nitrogen in the flow to control the molar ratio of hydrogen to nitrogen of 3:1. Lines 509 and 109 are equipped with means for measuring I 2 and I 3 of carbon dioxide and ammonia, respectively. The signals from the measuring means are sent to the control unit, where, in the case where the end product is urea, the missing amount of carbon dioxide (to achieve the stoichiometric ratio required for obtaining urea) is calculated. Carbon dioxide separated from the flue gases is sent to the urea production unit 9 via line 900 , equipped with a regulator R 1 , the signal to which is sent from the control unit.
Внутри криогенного блока (см. фиг.2) поток синтез-газа по линии 607 (L 1 ) поступает в колонну-скруббер S, где избыточный азот конденсируется вместе с примесями, включающими инертные газы и метан, и отводится из нижней части колонны S по линии 711 (L 4 , поток F 2 ). Поток F 1 синтез-газа, обедненного азотом, отводится из верхней части колонны S по линии 712 (L 3 ). Поток F 2 газа, содержащего азот и примеси, поступает в ректификационную колонну P, где поток примесей отводится из нижней части колонны P по линии 701 и далее используется в виде топлива. Очищенный поток азота отводится из верхней части колонны P по линии 713 (L 5 ). Затем линии 712 (L 3 ) и 713 (L 5 ) соединяются, образуя поток очищенного синтез-газа, отводимый из криогенного блока 7 по линии 708 (L 2 ).Inside the cryogenic block (see Fig. 2) the flow of synthesis gas along the line607(L 1 ) enters the scrubber columnS, where excess nitrogen is condensed together with impurities including inert gases and methane and is removed from the bottom of the columnSalong the line711(L 4 , flowF 2 ). StreamF 1 nitrogen-depleted synthesis gas is withdrawn from the top of the columnSalong the line712(L 3 ). StreamF 2 gas containing nitrogen and impurities enters the distillation columnP, where the flow of impurities is removed from the bottom of the columnPalong the line701and is then used as fuel. The purified nitrogen stream is removed from the top of the column.Palong the line713 (L 5 ). Then the lines712(L 3 ) And 713 (L 5 )are combined to form a stream of purified synthesis gas, which is removed from the cryogenic unit7along the line708(L 2 ).
ПрототипPrototype
В прототипе процесс получения аммиака осуществляется согласно схеме, представленной на фиг.1. Однако избыток воздуха, подаваемый в блок 3 автотермического риформинга по линии 300 составляет 43 мол.% от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. Кроме того, в криогенном блоке 7’ очистки синтез-газа (см. фиг.3) отсутствует ректификационная колонна P. Таким образом, внутри криогенного блока поток синтез-газа по линии 607 поступает в колонну-скруббер S, где избыточный азот конденсируется вместе с примесями, включающими инертные газы и метан, отводится из нижней части колонны S и используется в виде топлива. Далее поток очищенного синтез-газа отводится из верхней части колонны S по линии 708 в блок 8 компримирования и затем в блок 10 синтеза аммиака.In the prototype, the process of obtaining ammonia is carried out according to the scheme shown in Fig. 1. However, the excess air supplied to the autothermal reforming unit 3 via line 300 is 43 mol.% of the amount necessary to achieve the stoichiometric ratio required for obtaining ammonia. In addition, in the cryogenic unit 7' for synthesis gas purification (see Fig. 3), the rectification column P is missing. Thus, inside the cryogenic unit, the synthesis gas stream via line 607 enters the scrub column S , where the excess nitrogen is condensed together with impurities including inert gases and methane, is removed from the bottom of column S and is used as fuel. Next, the stream of purified synthesis gas is removed from the top of column S via line 708 to the compression unit 8 and then to the ammonia synthesis unit 10 .
В Таблицах 1-2 далее приведены результаты эксперимента. Tables 1-2 below show the experimental results.
Таблица 1. Варианты используемого углеводородсодержащего газа.Table 1. Options for hydrocarbon-containing gas used.
H2: 67%
CH4: 33%VSG
H 2 : 67%
CH 4 : 33%
H2: 77%
CH4: 23%VSG
H 2 : 77%
CH 4 : 23%
H2: 82%
CH4: 18%VSG
H 2 : 82%
CH 4 : 18%
Таблица 2. Параметры осуществления процессов получения аммиака и карбамида (значение объемного расхода дано для условий 1 атм, 0 °С).Table 2. Parameters for the implementation of ammonia and urea production processes (volume flow rate value is given for conditions of 1 atm, 0 °C).
(пример 1)Meaning
(example 1)
(пример 2)Meaning
(example 2)
(пример 3)Meaning
(example 3)
(пример 4)Meaning
(example 4)
Как видно из табл.2, мольное содержание азота в потоке 701 примесей, представляющим собой сбросовую жидкость криогенного блока, составляет 61 мол.% (пример 1), 34,8 мол.% (пример 2), 54,1 мол.% (пример 3) и 67 мол.% (пример 4). Из этих данных можно сделать вывод, что уменьшение мольного содержания азота в сбросовой жидкости по сравнению с прототипом достигает 53% в случае, когда углеводородсодержащий газ представляет собой ВСГ, и 10% в случае, когда углеводородсодержащий газ представляет собой природный газ. Следовательно, в способе и установке по настоящему изобретению азот используется эффективнее, чем в способе и установке согласно прототипу.As can be seen from Table 2, the molar content of nitrogen in the impurity stream 701 , which is the discharge liquid of the cryogenic unit, is 61 mol.% (example 1), 34.8 mol.% (example 2), 54.1 mol.% (example 3) and 67 mol.% (example 4). From these data, it can be concluded that the reduction in the molar content of nitrogen in the discharge liquid, compared to the prototype, reaches 53% in the case where the hydrocarbon-containing gas is HCG, and 10% in the case where the hydrocarbon-containing gas is natural gas. Consequently, in the method and apparatus of the present invention, nitrogen is used more efficiently than in the method and apparatus according to the prototype.
Таким образом, предложенная группа изобретений позволила обеспечить повышение энергоэффективности и производительности блоков компримирования синтез-газа и синтеза аммиака в установке получения аммиака при снижении металлоемкости, и избытке воздуха, подаваемого на стадию риформинга, не превышающем 40 мол.%, от количества, необходимого для достижения стехиометрического соотношения, требуемого для получения аммиака. Дополнительно, предложенная группа изобретений позволила обеспечить остаточное мольное содержание инертов в синтез-газе 10-10000 ppm, повышение экологичности процесса получения аммиака и понижение мольного содержания азота в потоке примесей, представляющим собой сбросовую жидкость криогенного блока, достигающее 53% по сравнению с прототипом.Thus, the proposed group of inventions has enabled increased energy efficiency and productivity of the syngas compression and ammonia synthesis units in an ammonia production plant, while reducing metal consumption and maintaining an excess of air supplied to the reforming stage of no more than 40 mol% of the amount required to achieve the stoichiometric ratio required for ammonia production. Additionally, the proposed group of inventions has enabled a residual molar content of inerts in the syngas of 10-10,000 ppm, improved environmental friendliness of the ammonia production process, and a reduction in the molar content of nitrogen in the impurity stream, which is the discharge liquid from the cryogenic unit, by up to 53% compared to the prior art.
Claims (49)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2847803C1 true RU2847803C1 (en) | 2025-10-15 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006114108A1 (en) * | 2004-03-19 | 2006-11-02 | Lurgi | Method for coproducing methanol and ammonia from natural gas |
| RU2331575C2 (en) * | 2003-07-17 | 2008-08-20 | Келлогг Браун Энд Рут, Инк. | Installation of cleaning with low δ p for the removal of nitrogen, methane and argon from syngas |
| RU2558579C2 (en) * | 2009-09-02 | 2015-08-10 | Касале Са | Producing standard-quality synthesis gas for ammonia synthesis with cryogenic purification |
| RU2832478C1 (en) * | 2024-05-29 | 2024-12-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method of producing ammonia from natural gas |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2331575C2 (en) * | 2003-07-17 | 2008-08-20 | Келлогг Браун Энд Рут, Инк. | Installation of cleaning with low δ p for the removal of nitrogen, methane and argon from syngas |
| WO2006114108A1 (en) * | 2004-03-19 | 2006-11-02 | Lurgi | Method for coproducing methanol and ammonia from natural gas |
| RU2558579C2 (en) * | 2009-09-02 | 2015-08-10 | Касале Са | Producing standard-quality synthesis gas for ammonia synthesis with cryogenic purification |
| RU2832478C1 (en) * | 2024-05-29 | 2024-12-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method of producing ammonia from natural gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6248794B1 (en) | Integrated process for converting hydrocarbon gas to liquids | |
| US9321639B2 (en) | Process for methanol and ammonia co-production | |
| US3828474A (en) | Process for producing high strength reducing gas | |
| US8247463B2 (en) | Method of coproducing methanol and ammonia | |
| US6527980B1 (en) | Reforming with intermediate reactant injection | |
| US6048508A (en) | Process for obtaining carbon monoxide and hydrogen | |
| CA2052452C (en) | Process for producing high purity hydrogen | |
| EP3378832B1 (en) | Methof for enhancing the production of urea | |
| NO312026B1 (en) | Integrated process and integrated plant for the production of methanol and ammonia | |
| CN105820036B (en) | Method and system for producing methanol using partial oxidation | |
| US4464483A (en) | Process for the preparation of methanol | |
| KR20140111677A (en) | Co-production of methanol and urea | |
| US5102645A (en) | Method for manufacture of high purity carbon monoxide | |
| EP2944606A1 (en) | Process for generating hydrogen from a fischer-tropsch off-gas | |
| US5935544A (en) | Moderate excess nitrogen Braun Purifier™ process and method for retrofitting non-Braun Purifier™ ammonia plants | |
| WO2016073046A1 (en) | Methods and systems for producing and processing syngas in a pressure swing adsorption unit and making ammonia therefrom | |
| US3361534A (en) | Hydrogen production by steam reforming | |
| AU774093B2 (en) | Natural gas conversion to hydrocarbons and ammonia | |
| JP2007536347A (en) | Methanol synthesis system and method | |
| RU2847803C1 (en) | Method of obtaining ammonia and installation for its implementation | |
| US4592903A (en) | Low severity hydrocarbon steam reforming process | |
| US3584998A (en) | Process for making ammonia | |
| GB2084973A (en) | An integrated process for the production of methanol and ammonia | |
| AU2023328428A1 (en) | Method and device for generating ammonia synthesis gas with low release of carbon dioxide | |
| EP0145288A2 (en) | Improved low severity hydrocarbon steam reforming process |