[go: up one dir, main page]

WO2025048671A1 - Process for producing low-carbon ammonia from natural gas - Google Patents

Process for producing low-carbon ammonia from natural gas Download PDF

Info

Publication number
WO2025048671A1
WO2025048671A1 PCT/RU2024/000022 RU2024000022W WO2025048671A1 WO 2025048671 A1 WO2025048671 A1 WO 2025048671A1 RU 2024000022 W RU2024000022 W RU 2024000022W WO 2025048671 A1 WO2025048671 A1 WO 2025048671A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ammonia
gas
synthesis
steam
sent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/RU2024/000022
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Юрьевич УГЛОВ
Станислав Александрович НИКУЛИН
Сергей Владимирович РУДЕНКО
Дмитрий Николаевич СЕДАВНЫХ
Владимир Николаевич ЛЕПСКИЙ
Анна Александровна ДУРОВА
Алексей Рафаильевич АХМЕТШИН
Игорь Александрович ШЛЯПИН
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novatek PAO
Original Assignee
Novatek PAO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023122587A external-priority patent/RU2808330C1/en
Application filed by Novatek PAO filed Critical Novatek PAO
Publication of WO2025048671A1 publication Critical patent/WO2025048671A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase

Definitions

  • the invention relates to technologies for producing low-carbon ammonia by converting natural gas into synthesis gas containing hydrogen and nitrogen, followed by catalytic synthesis of ammonia at high pressure.
  • a method for producing ammonia from conventional natural gas includes a stage of converting natural gas into synthesis gas containing hydrogen and nitrogen, and a stage of synthesizing ammonia, in which said synthesis gas reacts at high pressure to form ammonia.
  • natural gas is sent to preparation, where gas is obtained that is purified from undesirable impurities.
  • the prepared natural gas is sent to the reforming stage, where converted gas is obtained, mainly containing nitrogen, hydrogen, carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2.
  • the synthesis gas is sent to the CO conversion stage, where carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide CO2.
  • Carbon dioxide CO2 is removed from the resulting gas mixture and the synthesis gas is sent to the final purification stage - methanation.
  • the synthesis gas is compressed and sent to the synthesis stage, where converted synthesis gas is obtained, mainly containing ammonia, nitrogen and hydrogen.
  • the resulting mixture is sent to the ammonia extraction stage.
  • a method for producing ammonia from natural gas including compression, heating and purification of natural gas from sulfur compounds, two-stage catalytic conversion of methane under pressure, including steam conversion in the first stage and steam-air conversion in the second stage, using the heat of the gas converted in the second stage, as well as a portion of the natural gas, purge and tank gases additionally burned on a burner to carry out the conversion in the first stage of the conversion process, catalytic conversion of carbon monoxide contained in the converted gas to obtain a nitrogen-hydrogen mixture, its purification from carbon dioxide, purification from oxygen-containing compounds by methanation, compression of the purified nitrogen-hydrogen mixture, synthesis of ammonia in a closed cycle and separation of the obtained ammonia with its subsequent delivery to the consumer, as well as the utilization of the heat of flue gases and their release into the environment (RU 2445262 C 1 , published 20.03.2012).
  • the disadvantage of this method is the use of heat from natural gas burned in a burner, which causes the emission of carbon dioxide into the atmosphere.
  • the closest to the proposed method is the production of ammonia from natural gas, characterized by a low level of CO2 emissions into the atmosphere, which consists in the fact that natural gas and steam are heated in a furnace (VSP) and in preparatory (primary) reforming (PDR) and autothermal (secondary) reforming (ATR) units they are converted into synthesis gas containing H2, CO and CO2; ATR operates using a flow of air enriched with oxygen or oxygen; the synthesis gas is converted in the conversion reaction section (RCS) and then CO2 is removed in the decarbonization section (DCS) to obtain lean synthesis gas; part of the lean synthesis gas is used as fuel in the VSP furnace; the remaining part of the synthesis gas depleted in carbon dioxide is processed in the methanation unit (MET); the nitrogen leaving the air separation section (ASS) is added to the synthesis gas fraction leaving the MET and sent to the ammonia synthesis section (ASS), where ammonia and purge gas are obtained; hydrogen is extracted from the purge gas (
  • This method does not use natural gas as a fuel, so the method is characterized by low levels of carbon dioxide emissions into the atmosphere.
  • the known method has the following disadvantages. Part of the synthesis gas, which can be sent to the ammonia synthesis stage in order to increase the yield of the marketable product, is sent for combustion as fuel. In addition, the potential energy of the pressure of the purge gas flow, also sent for combustion as fuel, is not used to produce cold, electricity. In addition, production is provided with water, necessary for the process, only from external sources.
  • the technical problem solved by the proposed method is to increase the overall efficiency of the method for producing low-carbon ammonia.
  • the technical result achieved by using the proposed method consists in ensuring the possibility of using the entire volume of synthesis gas on the process line for the synthesis of ammonia and self-sufficiency of the stage of ammonia isolation by cold.
  • the technical result is achieved by a method for producing ammonia, which consists in the fact that natural gas and water vapor are heated and subjected to primary reforming, the resulting converted gas is subjected to secondary reforming using a steam-air-oxygen mixture, after which the resulting converted gas is sent for carbon monoxide conversion, the resulting synthesis gas is purified from carbon dioxide, then the purified synthesis gas is methanated, after which ammonia is synthesized and isolated, which is removed as a finished product, and the purge gas after the isolation of ammonia is used as fuel for heating natural gas and water vapor, wherein
  • the synthesis gas after methanation, the synthesis gas is compressed and sent to ammonia synthesis, after the ammonia is released, the pressure of the purge gas is reduced by expanding it, the ammonia is released using a heat carrier cooled as a result of the expansion of the purge gas, and the ammonia condensed from the purge gas during its expansion is removed as a finished product.
  • condensate is separated from the flue gases obtained during combustion of fuel by heating natural gas and water vapor, which is sent to generate water vapor, which is carried out using the heat of the converted gas after secondary reforming, and the resulting water vapor is used in primary reforming and to obtain a steam-air-oxygen mixture for secondary reforming.
  • the technical result is achieved by the fact that the entire volume of synthesis gas produced by the process line is sent to the synthesis stage, and only the purge gas is used as a low-carbon fuel that ensures a reduction in CO2 emissions. Since a large flow of purge gas is sent for combustion, after the release of ammonia it is necessary to reduce it pressure by expanding it, and the cold obtained during expansion is used in the release of ammonia.
  • Fig. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method for producing low-carbon ammonia.
  • the method for producing low-carbon ammonia from natural gas which has received the conventional name “Decarbonized Ammonia-2500” (“AmDek-2500”), is carried out as follows.
  • Raw natural gas 101 with a pressure of about 5.0-7.5 MPa enters the sulfur compound removal line 1, where gas purified from undesirable impurities is obtained.
  • Water vapor 103 is added to purified natural gas 102 and sent to the fire heater 2.
  • Water vapor 103 is a mixture of high-pressure steam 104 coming from outside the process unit and high-pressure steam 114 from the process steam generation unit 6.
  • Steam-gas mixture 107 heated to the temperature of the start of the steam reforming reaction enters the reaction tubes of the primary reforming reactor 3, where the process occurs due to the heat of the converted gas 110 leaving the secondary reforming stage 4. Then the converted gas 108 enters the secondary reforming reactor 4.
  • Atmospheric air 106 enters the process air compression line 5, where it is pumped to a pressure of about 5.0-7.0 MPa. Water vapor 104 and oxygen 105 are added to the compressed air and sent to the fire heater 2. High-pressure steam 114 from the process steam generation unit 6 (not shown in the diagram) can also be added to the water vapor 104. The heated steam-air-oxygen mixture 109 enters the secondary reactor reforming 4, where a converted gas is obtained, containing mainly nitrogen, hydrogen, water vapor, carbon monoxide and carbon dioxide.
  • the heat of the outgoing converted gas PO is used to carry out the primary reforming reaction 3.
  • the converted gas 111 from the tubular reactor enters the process steam generation unit 6, where the heat of the flow is used, among other things, to generate process steam 114 from the flue gas condensate 113.
  • the converted gas stream 112 enters the carbon monoxide conversion line 7, where in the presence of water vapor, catalytic conversion of carbon monoxide into carbon dioxide occurs with the formation of hydrogen.
  • the synthesis gas 115 obtained as a result of the conversion, containing carbon dioxide, is sent to the stage of purification from carbon dioxide 8 by the amine purification method. Carbon dioxide 116 separated from the synthesis gas is sent for disposal.
  • Carbon dioxide-depleted synthesis gas 117 is sent to methanation reactor 9, where catalytic conversion of traces of carbon dioxide remaining after the carbon dioxide removal stage occurs.
  • synthesis gas flow 118 enters synthesis gas compression unit 10, where the synthesis gas pressure is increased to 20-22 MPa.
  • Compressed synthesis gas 119 is sent to ammonia synthesis reactor unit 11.
  • the converted gas 120 is cooled to a temperature below zero degrees Celsius, whereby the ammonia contained in the converted gas 120 is partially condensed and discharged into as a product - stream 121.
  • a coolant stream 124 is used, which transfers cold from the pressure reduction unit 13 to the ammonia recovery unit 12.
  • ammonia-depleted converted gas from the ammonia separation unit 12 is divided into two streams of the same composition: recycle gas 122 is returned to the compression unit 10 for mixing with fresh synthesis gas and subsequent use as a feedstock for ammonia synthesis, and purge gas 123 is fed to the pressure reduction unit 13.
  • the pressure of the purge gas 123 in the pressure reduction unit 13 is reduced by means of a Joule-Thompson valve or an expander to a level of about 0.2 MPa.
  • a Joule-Thompson valve or an expander As a result of the gas expansion, cooling to a temperature below minus fifty degrees Celsius occurs, wherein the ammonia contained in the purge gas 123 condenses and is removed as a product - stream 126.
  • the cold obtained in the pressure reduction unit is removed by the heat carrier 125.
  • the resulting low-pressure purge gas 127 is intended for use as fuel in the fire heater 2. Part of the purge gas - stream 128, if necessary, is directed outside the installation for use as fuel in auxiliary production.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

The invention relates to technologies for producing low-carbon ammonia by converting natural gas by primary and secondary reforming into a synthesis gas containing hydrogen and nitrogen. The obtained synthesis gas is purified of carbon dioxide, and the purified synthesis gas is methanated, followed by the high-pressure catalytic synthesis of ammonia. The technical result is that the entire volume of the synthesis gas from the process line is used for the synthesis of ammonia and the process produces sufficient cold to support the ammonia recovery stage.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕВОДНОГО АММИАКА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА METHOD FOR PRODUCING LOW-CARBON AMMONIA FROM NATURAL GAS

Область техники Field of technology

Изобретение относится к технологиям получения низкоуглеродного аммиака путём конверсии природного газа в синтез- газ, содержащий водород и азот, с последующим каталитическим синтезом аммиака при высоком давлении. The invention relates to technologies for producing low-carbon ammonia by converting natural gas into synthesis gas containing hydrogen and nitrogen, followed by catalytic synthesis of ammonia at high pressure.

Уровень техники State of the art

Способ производства аммиака из природного газа обычного типа включает стадию конверсии природного газа в синтез-газ, содержащий водород и азот, и стадию синтеза аммиака, на которой указанный синтез- газ вступает в реакцию при высоком давлении с образованием аммиака. A method for producing ammonia from conventional natural gas includes a stage of converting natural gas into synthesis gas containing hydrogen and nitrogen, and a stage of synthesizing ammonia, in which said synthesis gas reacts at high pressure to form ammonia.

На стадии конверсии природный газ направляют на подготовку, где получают газ, очищенный от нежелательных примесей. Далее, подготовленный природный газ направляют на стадию риформинга, где получают конвертированный газ, в основном содержащий азот, водород, монооксид углерода СО и диоксид углерода СО2. Затем, синтез-газ направляют на стадию конверсии СО, где монооксид углерода окисляется до диоксида углерода СОг. Из полученной газовой смеси удаляют диоксид углерода СОг и направляют синтез-газ на финальную стадию очистки - метанирование. At the conversion stage, natural gas is sent to preparation, where gas is obtained that is purified from undesirable impurities. Then, the prepared natural gas is sent to the reforming stage, where converted gas is obtained, mainly containing nitrogen, hydrogen, carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2. Then, the synthesis gas is sent to the CO conversion stage, where carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide CO2. Carbon dioxide CO2 is removed from the resulting gas mixture and the synthesis gas is sent to the final purification stage - methanation.

На стадии синтеза аммиака синтез-газ компримируют и направляют на стадию синтеза, где получают конвертированный синтез- газ, в основном содержащий аммиак, азот и водород. Полученную смесь направляют на стадию выделения аммиака. At the ammonia synthesis stage, the synthesis gas is compressed and sent to the synthesis stage, where converted synthesis gas is obtained, mainly containing ammonia, nitrogen and hydrogen. The resulting mixture is sent to the ammonia extraction stage.

При использовании способа производства аммиака из природного газа обычного типа наиболее распространён способ риформинга, который проходит в два этапа: предварительная паровая конверсия (первичный риформинг) и вторичная конверсия образовавшегося газа с добавлением паро-кислородной или паро-воздушно-кислородной смеси (вторичный риформинг). В этом способе тепло, необходимое для реакции первичного риформинга, получают путём сжигания части природного газа в печи риформинга. При этом предусмотрено использование огневого подогревателя для нагрева технологических сред и/или генерации пара высокого давления для собственных нужд установки производства аммиака. When using the method of producing ammonia from natural gas of the conventional type, the most common method is reforming, which takes place in two stages: preliminary steam reforming (primary reforming) and secondary reforming of the resulting gas with by adding a steam-oxygen or steam-air-oxygen mixture (secondary reforming). In this method, the heat required for the primary reforming reaction is obtained by burning part of the natural gas in a reforming furnace. This involves the use of a fire heater to heat the process media and/or generate high-pressure steam for the ammonia production plant's own needs.

Вышеописанные печи и огневые подогреватели в составе установок производства аммиака из природного газа обычного типа являются источником выбросов углекислого газа (СОг) в атмосферу из- за использования в качестве топлива природного газа. The above-described furnaces and fired heaters in conventional natural gas ammonia production plants are a source of carbon dioxide (CO2) emissions into the atmosphere due to the use of natural gas as fuel.

Известен способ получения аммиака из природного газа, включающий компримирование, подогрев и очистку природного газа от соединений серы, двухступенчатую каталитическую конверсию метана под давлением, в том числе паровую конверсию в первой ступени и паровоздушную конверсию во второй ступени, с использованием тепла газа, конвертированного во второй ступени, а также дополнительно сжигаемых на горелке части природного газа, продувочных и танковых газов для проведения конверсии в первой ступени процесса конверсии, каталитическую конверсию содержащегося в конвертированном газе оксида углерода с получением азотоводородной смеси, очистку ее от диоксида углерода, очистку от кислородсодержащих соединений путем метанирования, компримирование очищенной азотоводородной смеси, синтез аммиака в замкнутом цикле и выделение полученного аммиака с последующей выдачей его потребителю, а также утилизацию тепла дымовых газов и их выделение в окружающую среду (RU 2445262 С 1 , опуб. 20.03.2012). Недостатком способа является использование тепла сжигаемого на горелке природного газа, являющееся причиной выброса углекислого газа в атмосферу. A method is known for producing ammonia from natural gas, including compression, heating and purification of natural gas from sulfur compounds, two-stage catalytic conversion of methane under pressure, including steam conversion in the first stage and steam-air conversion in the second stage, using the heat of the gas converted in the second stage, as well as a portion of the natural gas, purge and tank gases additionally burned on a burner to carry out the conversion in the first stage of the conversion process, catalytic conversion of carbon monoxide contained in the converted gas to obtain a nitrogen-hydrogen mixture, its purification from carbon dioxide, purification from oxygen-containing compounds by methanation, compression of the purified nitrogen-hydrogen mixture, synthesis of ammonia in a closed cycle and separation of the obtained ammonia with its subsequent delivery to the consumer, as well as the utilization of the heat of flue gases and their release into the environment (RU 2445262 C 1 , published 20.03.2012). The disadvantage of this method is the use of heat from natural gas burned in a burner, which causes the emission of carbon dioxide into the atmosphere.

Наиболее близким к предложенному является способ получения аммиака из природного газа, отличающийся низким уровнем выбросов СОг в атмосферу, который заключается в том, что природный газ и пар нагревают в печи (ВСП) и в аппаратах подготовительного (первичного) риформинга (ПДР) и автотермического (вторичного) риформинга (АТР) превращают в синтез-газ, содержащий Нг, СО и СОг; АТР работает с использованием потока воздуха, обогащенного кислородом, или кислорода; синтез-газ подвергают конверсии в секции реакции конверсии (РКВ) и затем удаляют СОг в секции декарбонизации (ДКБ) с получением обедненного синтез-газа; часть обедненного синтез-газа используют в качестве топлива в печи ВСП; оставшуюся часть обедненного диоксидом углерода синтез- газа обрабатывают в аппарате для метанирования (МЕТ); выходящий из секции разделения воздуха (РВЗ) азот добавляют в выходящий из МЕТ фракции синтез-газа и направляют в секцию синтеза аммиака (СИН), в которой получают аммиак и продувочный газ; из продувочного газа извлекают водород (ИЗВ) и добавляют его в поток азота и синтез-газа перед подачей в СИН; отходящий газ, полученный в ИЗВ, добавляют к части потока обедненного диоксидом углерода синтез-газа, направляемого в качестве топлива в ВСП; в секции РВЗ получают также поток воздуха, обогащенного кислородом, или кислорода, который используют в АТР (RU 2759379 С2, опуб. 12.11.2021). The closest to the proposed method is the production of ammonia from natural gas, characterized by a low level of CO2 emissions into the atmosphere, which consists in the fact that natural gas and steam are heated in a furnace (VSP) and in preparatory (primary) reforming (PDR) and autothermal (secondary) reforming (ATR) units they are converted into synthesis gas containing H2, CO and CO2; ATR operates using a flow of air enriched with oxygen or oxygen; the synthesis gas is converted in the conversion reaction section (RCS) and then CO2 is removed in the decarbonization section (DCS) to obtain lean synthesis gas; part of the lean synthesis gas is used as fuel in the VSP furnace; the remaining part of the synthesis gas depleted in carbon dioxide is processed in the methanation unit (MET); the nitrogen leaving the air separation section (ASS) is added to the synthesis gas fraction leaving the MET and sent to the ammonia synthesis section (ASS), where ammonia and purge gas are obtained; hydrogen is extracted from the purge gas (H2O) and added to the nitrogen and synthesis gas stream before being fed to the ASS; the off-gas obtained in the H2O is added to a portion of the carbon dioxide-depleted synthesis gas stream sent as fuel to the VSP; the ASS section also produces a stream of oxygen-enriched air or oxygen, which is used in the ATR (RU 2759379 C2, published 12.11.2021).

В этом способе природный газ не используется в качестве топлива, поэтому способ характеризуется низким уровнем выбросов углекислого газа в атмосферу. Известный способ имеет следующие недостатки. Часть синтез- газа, который может быть направлен на стадию синтеза аммиака с целью увеличения выхода товарного продукта, направляется на сжигание в качестве топлива. Кроме того, потенциальную энергию давления потока продувочного газа, также направляемого на сжигание в качестве топлива, не используют для производства холода, электроэнергии. Кроме того, производство обеспечивается водой, необходимой для проведения процесса, только из внешних источников. This method does not use natural gas as a fuel, so the method is characterized by low levels of carbon dioxide emissions into the atmosphere. The known method has the following disadvantages. Part of the synthesis gas, which can be sent to the ammonia synthesis stage in order to increase the yield of the marketable product, is sent for combustion as fuel. In addition, the potential energy of the pressure of the purge gas flow, also sent for combustion as fuel, is not used to produce cold, electricity. In addition, production is provided with water, necessary for the process, only from external sources.

Сущность изобретения The essence of the invention

Технической проблемой, решаемой предлагаемым способом, является повышение общей эффективности способа получения низкоуглеродного аммиака. The technical problem solved by the proposed method is to increase the overall efficiency of the method for producing low-carbon ammonia.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного способа, заключается в обеспечении возможности использования всего объема синтез-газа на технологической линии для синтеза аммиака и самообеспечении стадии выделения аммиака холодом. The technical result achieved by using the proposed method consists in ensuring the possibility of using the entire volume of synthesis gas on the process line for the synthesis of ammonia and self-sufficiency of the stage of ammonia isolation by cold.

Технический результат достигается способом получения аммиака, который заключается в том, что природный газ и водяной пар нагревают и подвергают первичному риформингу, полученный конвертированный газ подвергают вторичному риформингу с использованием паро- воздушно-кислородной смеси, после которого полученный конвертированный газ направляют на конверсию оксида углерода, полученный синтез-газ подвергают очистке от диоксида углерода, затем проводят метанирование очищенного синтез-газа, после чего проводят синтез и выделение аммиака, который отводят в качестве готового продукта, а продувочный газ после выделения аммиака используют в качестве топлива для нагрева природного газа и водяного пара, при этом согласно изобретению, после метанирования синтез-газ компримируют и направляют на синтез аммиака, после выделения аммиака снижают давление продувочного газа путем его расширения, выделение аммиака осуществляют с использованием теплоносителя, охлажденного в результате расширения продувочного газа, а сконденсированный из продувочного газа при его расширении аммиак отводят в качестве готового продукта. The technical result is achieved by a method for producing ammonia, which consists in the fact that natural gas and water vapor are heated and subjected to primary reforming, the resulting converted gas is subjected to secondary reforming using a steam-air-oxygen mixture, after which the resulting converted gas is sent for carbon monoxide conversion, the resulting synthesis gas is purified from carbon dioxide, then the purified synthesis gas is methanated, after which ammonia is synthesized and isolated, which is removed as a finished product, and the purge gas after the isolation of ammonia is used as fuel for heating natural gas and water vapor, wherein According to the invention, after methanation, the synthesis gas is compressed and sent to ammonia synthesis, after the ammonia is released, the pressure of the purge gas is reduced by expanding it, the ammonia is released using a heat carrier cooled as a result of the expansion of the purge gas, and the ammonia condensed from the purge gas during its expansion is removed as a finished product.

Кроме того, часть продувочного газа целесообразно направить в качестве рецикла на компримирование и на последующую подачу на синтез аммиака вместе с синтез-газом. In addition, it is advisable to recycle part of the purge gas for compression and subsequent feeding to ammonia synthesis together with synthesis gas.

Также целесообразно первичный риформинг проводить с использованием тепла конвертированного газа после вторичного риформинга. It is also advisable to carry out primary reforming using the heat of the converted gas after secondary reforming.

Кроме того, из дымовых газов, полученных при сжигании топлива при нагреве природного газа и водяного пара, выделяют конденсат, который направляют на генерацию водяного пара, которую проводят с использованием тепла конвертированного газа после вторичного риформинга, а полученный водяной пар используют при проведении первичного риформинга и для получения паро-воздушно-кислородной смеси для вторичного риформинга. In addition, condensate is separated from the flue gases obtained during combustion of fuel by heating natural gas and water vapor, which is sent to generate water vapor, which is carried out using the heat of the converted gas after secondary reforming, and the resulting water vapor is used in primary reforming and to obtain a steam-air-oxygen mixture for secondary reforming.

Кроме того, продувочный газ после выделения аммиака и снижения давления целесообразно использовать также в качестве топлива для нагрева паро-воздушно-кислородной смеси. In addition, it is advisable to use the purge gas after the release of ammonia and the reduction of pressure as fuel for heating the steam-air-oxygen mixture.

Технический результат достигается тем, что весь объем производимого синтез-газ технологической линии направляется на стадию синтеза, а в качестве низкоуглеродного топлива, обеспечивающего снижение выбросов СОг, используют только продувочный газ. Поскольку на сжигание направляется большой поток продувочного газа, после выделения аммиака необходимо снизить его давление путем его расширения, а холод, полученный при расширении, используют при выделении аммиака. The technical result is achieved by the fact that the entire volume of synthesis gas produced by the process line is sent to the synthesis stage, and only the purge gas is used as a low-carbon fuel that ensures a reduction in CO2 emissions. Since a large flow of purge gas is sent for combustion, after the release of ammonia it is necessary to reduce it pressure by expanding it, and the cold obtained during expansion is used in the release of ammonia.

Перечень чертежей List of drawings

На фиг. 1 изображена схема осуществления предложенного способа получения низкоуглеродного аммиака. Fig. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method for producing low-carbon ammonia.

Примеры осуществления изобретения Examples of implementation of the invention

Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа, получивший условное наименование «Аммиак Декарбонизированный- 2500» («АмДек-2500»), осуществляют следующим образом. The method for producing low-carbon ammonia from natural gas, which has received the conventional name “Decarbonized Ammonia-2500” (“AmDek-2500”), is carried out as follows.

Сырьевой природный газ 101 с давлением порядка 5, 0-7, 5 МПа поступает на линию очистки от сернистых соединений 1, где получают газ, очищенный от нежелательных примесей. В очищенный природный газ 102 добавляют водяной пар 103 и направляют в огневой подогреватель 2. Водяной пар 103 представляет собой смесь пара высокого давления 104, поступающего из-за границ технологической установки, и пара высокого давления 114 с блока генерации технологического пара 6. Нагретая до температуры начала реакции парового риформинга парогазовая смесь 107 поступает в реакционные трубы реактора первичного риформинга 3, где процесс протекает за счет тепла конвертированного газа 110, выходящего со стадии вторичного риформинга 4. Далее конвертированный газ 108 поступает в реактор вторичного риформинга 4. Raw natural gas 101 with a pressure of about 5.0-7.5 MPa enters the sulfur compound removal line 1, where gas purified from undesirable impurities is obtained. Water vapor 103 is added to purified natural gas 102 and sent to the fire heater 2. Water vapor 103 is a mixture of high-pressure steam 104 coming from outside the process unit and high-pressure steam 114 from the process steam generation unit 6. Steam-gas mixture 107 heated to the temperature of the start of the steam reforming reaction enters the reaction tubes of the primary reforming reactor 3, where the process occurs due to the heat of the converted gas 110 leaving the secondary reforming stage 4. Then the converted gas 108 enters the secondary reforming reactor 4.

Атмосферный воздух 106 поступает на линию компримирования технологического воздуха 5, где нагнетается до давления порядка 5, 0-7,0 МПа. В компримированный воздух добавляют водяной пар 104 и кислород 105 и направляют в огневой подогреватель 2. В водяной пар 104 также могут добавлять пар высокого давления 114 с блока генерации технологического пара 6 (на схеме не показано). Нагретая паро- воздушно-кислородная смесь 109 поступает в реактор вторичного риформинга 4, где получают конвертированный газ, содержащий в основном азот, водород, водяной пар, монооксид углерода и диоксид углерода. Atmospheric air 106 enters the process air compression line 5, where it is pumped to a pressure of about 5.0-7.0 MPa. Water vapor 104 and oxygen 105 are added to the compressed air and sent to the fire heater 2. High-pressure steam 114 from the process steam generation unit 6 (not shown in the diagram) can also be added to the water vapor 104. The heated steam-air-oxygen mixture 109 enters the secondary reactor reforming 4, where a converted gas is obtained, containing mainly nitrogen, hydrogen, water vapor, carbon monoxide and carbon dioxide.

Тепло выходящего конвертированного газа ПО используется для проведения реакции первичного риформинга 3. Конвертированный газ 111 от трубчатого реактора поступает в блок генерации технологического пара 6, где тепло потока используется, в том числе, для генерации технологического пара 114 из конденсата дымовых газов 113. The heat of the outgoing converted gas PO is used to carry out the primary reforming reaction 3. The converted gas 111 from the tubular reactor enters the process steam generation unit 6, where the heat of the flow is used, among other things, to generate process steam 114 from the flue gas condensate 113.

Поток конвертированного газа 112 поступает в линию конверсии оксида углерода 7, где в присутствии водяного пара происходит каталитическая конверсия монооксида углерода в диоксид углерода с образованием водорода. Полученный в результате конверсии синтез-газ 115, содержащий диоксид углерода, направляется на стадию очистки от диоксида углерода 8 методом аминовой очистки. Выделенный из синтез- газа диоксид углерода 116 отправляют на утилизацию. The converted gas stream 112 enters the carbon monoxide conversion line 7, where in the presence of water vapor, catalytic conversion of carbon monoxide into carbon dioxide occurs with the formation of hydrogen. The synthesis gas 115 obtained as a result of the conversion, containing carbon dioxide, is sent to the stage of purification from carbon dioxide 8 by the amine purification method. Carbon dioxide 116 separated from the synthesis gas is sent for disposal.

Обеднённый диоксидом углерода синтез-газ 117 направляют в реактор метанирования 9, где происходит каталитическая конверсия следов углекислого газа, оставшегося после стадии удаления диоксида углерода. Далее, поток синтез-газа 118 поступает в блок компримирования 10 синтез-газа, где давление синтез-газа повышают до 20-22 МПа. Компримированный синтез-газ 119 направляют в реакторный блок синтеза аммиака 11. Carbon dioxide-depleted synthesis gas 117 is sent to methanation reactor 9, where catalytic conversion of traces of carbon dioxide remaining after the carbon dioxide removal stage occurs. Next, synthesis gas flow 118 enters synthesis gas compression unit 10, where the synthesis gas pressure is increased to 20-22 MPa. Compressed synthesis gas 119 is sent to ammonia synthesis reactor unit 11.

Конвертированный газ 120 от реакторного блока синтеза аммиака 11, содержащий в основном азот, водород и аммиак, направляют в блок выделения аммиака 12. В блоке выделения аммиака 12 конвертированный газ 120 охлаждают до температуры ниже нуля градусов по Цельсию, при этом аммиак, содержащийся в конвертированном газе 120, частично конденсируется и отводится в качестве продукта - поток 121. Для охлаждения конвертированного газа 120 в блоке выделения аммиака 12 используют поток теплоносителя 124, который переносит холод от узла снижения давления 13 к блоку выделения аммиака 12. Поток теплоносителя 125, нагретый в блоке выделения аммиака 12, возвращается в узел снижения давления для охлаждения. Converted gas 120 from the ammonia synthesis reactor unit 11, containing mainly nitrogen, hydrogen and ammonia, is sent to the ammonia recovery unit 12. In the ammonia recovery unit 12, the converted gas 120 is cooled to a temperature below zero degrees Celsius, whereby the ammonia contained in the converted gas 120 is partially condensed and discharged into as a product - stream 121. To cool the converted gas 120 in the ammonia recovery unit 12, a coolant stream 124 is used, which transfers cold from the pressure reduction unit 13 to the ammonia recovery unit 12. The coolant stream 125, heated in the ammonia recovery unit 12, returns to the pressure reduction unit for cooling.

Обеднённый аммиаком конвертированный газ от блока выделения аммиака 12 разделяется на два потока одинакового состава: рецикловый газ 122 возвращается в блок компримирования 10 для смешения со свежим синтез-газом и последующим использованием в качестве сырья синтеза аммиака, продувочный газ 123 поступает в узел снижения давления 13. The ammonia-depleted converted gas from the ammonia separation unit 12 is divided into two streams of the same composition: recycle gas 122 is returned to the compression unit 10 for mixing with fresh synthesis gas and subsequent use as a feedstock for ammonia synthesis, and purge gas 123 is fed to the pressure reduction unit 13.

Снижение давления продувочного газа 123 в узле снижения давления 13 проводят посредством клапана Джоуля-Томпсона или детандера до уровня около 0,2 МПа. В результате расширения газа происходит охлаждение до температуры ниже минус пятидесяти градусов по Цельсию, при этом аммиак, содержащийся в продувочном газе 123, конденсируется и отводится в качестве продукта - поток 126. Холод, полученный в узле снижения давления, снимается теплоносителем 125. The pressure of the purge gas 123 in the pressure reduction unit 13 is reduced by means of a Joule-Thompson valve or an expander to a level of about 0.2 MPa. As a result of the gas expansion, cooling to a temperature below minus fifty degrees Celsius occurs, wherein the ammonia contained in the purge gas 123 condenses and is removed as a product - stream 126. The cold obtained in the pressure reduction unit is removed by the heat carrier 125.

Полученный продувочный газ низкого давления 127 предназначен для использования в качестве топлива в огневом подогревателе 2. Часть продувочного газа - поток 128, при необходимости, направляется за пределы установки для использования в качестве топлива на вспомогательных производствах. The resulting low-pressure purge gas 127 is intended for use as fuel in the fire heater 2. Part of the purge gas - stream 128, if necessary, is directed outside the installation for use as fuel in auxiliary production.

Дымовые газы 129 от огневого подогревателя 2 с температурой порядка 100-120 градусов по Цельсию поступают в линию выделения водного конденсата дымового газа 14. После выделения водного конденсата дымовые газы 130, которые состоят из азота, остаточной воды и примесей воздуха, направляют в атмосферу. Flue gases 129 from the fire heater 2 with a temperature of about 100-120 degrees Celsius enter the flue gas water condensate extraction line 14. After the extraction of water condensate flue gases 130, which consist of nitrogen, residual water and air impurities, are sent into the atmosphere.

Извлечение диоксида углерода 116 для последующей утилизации в совокупности с отсутствием диоксида углерода в дымовых газах обеспечивает низкий уровень выбросов СОг, составляющий менее 0,2 т/т (количество тонн СОг в пересчете на 1 тонну полученного аммиака), что соответствует уровню улавливания СОг более 90%. Extraction of carbon dioxide 116 for subsequent disposal, together with the absence of carbon dioxide in the flue gases, ensures a low level of CO2 emissions, amounting to less than 0.2 t/t (the number of tons of CO2 per 1 ton of ammonia produced), which corresponds to a CO2 capture level of more than 90%.

Claims

Формула изобретения Invention formula 1. Способ получения аммиака из природного газа, заключающийся в том, что природный газ и водяной пар нагревают и подвергают первичному риформингу, полученный конвертированный газ подвергают вторичному риформингу с использованием паро-воздушнокислородной смеси, после которого полученный конвертированный газ направляют на конверсию оксида углерода, полученный синтез-газ подвергают очистке от диоксида углерода, затем проводят метанирование очищенного синтез-газа, после чего проводят синтез и выделение аммиака, который отводят в качестве готового продукта, а продувочный газ после выделения аммиака используют в качестве топлива для нагрева природного газа и водяного пара, отличающийся тем, что после метанирования синтез-газ компримируют и направляют на синтез аммиака, после выделения аммиака снижают давление продувочного газа путем его расширения, выделение аммиака осуществляют с использованием теплоносителя, охлажденного в результате расширения продувочного газа, а сконденсированный из продувочного газа при его расширении аммиак отводят в качестве готового продукта. 1. A method for producing ammonia from natural gas, which consists in that natural gas and steam are heated and subjected to primary reforming, the resulting converted gas is subjected to secondary reforming using a steam-air-oxygen mixture, after which the resulting converted gas is sent for carbon monoxide conversion, the resulting synthesis gas is purified to remove carbon dioxide, then the purified synthesis gas is methanated, after which ammonia is synthesized and isolated, which is removed as a finished product, and the purge gas after the isolation of ammonia is used as fuel for heating the natural gas and steam, characterized in that after methanation the synthesis gas is compressed and sent for ammonia synthesis, after the isolation of ammonia the pressure of the purge gas is reduced by expanding it, the ammonia is isolated using a heat carrier cooled as a result of the expansion of the purge gas, and the ammonia condensed from the purge gas during its During expansion, ammonia is removed as a finished product. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть продувочного газа направляют в качестве рецикла на компримирование и на последующую подачу на синтез аммиака вместе с синтез-газом. 2. The method according to paragraph 1, characterized in that part of the purge gas is sent as recycle for compression and subsequent feeding to ammonia synthesis together with synthesis gas. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первичный риформинг проводят с использованием тепла конвертированного газа после вторичного риформинга. 3. The method according to paragraph 1, characterized in that the primary reforming is carried out using the heat of the converted gas after secondary reforming. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из дымовых газов, полученных при сжигании топлива при нагреве природного газа и водяного пара, выделяют конденсат, который направляют на генерацию водяного пара, которую проводят с использованием тепла конвертированного газа после вторичного риформинга, а полученный водяной пар используют при проведении первичного риформинга и для получения паро-воздушно-кислородной смеси для вторичного риформинга. 4. The method according to paragraph 1, characterized in that condensate is separated from the flue gases obtained during combustion of fuel by heating natural gas and water vapor, which is sent to generate water vapor, which is carried out using heat. converted gas after secondary reforming, and the resulting water vapor is used in primary reforming and to obtain a steam-air-oxygen mixture for secondary reforming. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продувочный газ после выделения аммиака и снижения давления используют также в качестве топлива для нагрева паро-воздушно-кислородной смеси. 5. The method according to paragraph 1, characterized in that the purge gas after the release of ammonia and the reduction in pressure is also used as fuel for heating the steam-air-oxygen mixture.
PCT/RU2024/000022 2023-08-30 2024-01-31 Process for producing low-carbon ammonia from natural gas Pending WO2025048671A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023122587A RU2808330C1 (en) 2023-08-30 Method for producing low-carbon ammonia from natural gas decarbonized ammonia-2500
RU2023122587 2023-08-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025048671A1 true WO2025048671A1 (en) 2025-03-06

Family

ID=94820080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2024/000022 Pending WO2025048671A1 (en) 2023-08-30 2024-01-31 Process for producing low-carbon ammonia from natural gas

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025048671A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0032096B1 (en) * 1980-01-07 1984-08-08 Foster Wheeler Energy Corporation Process for producing ammonia and corresponding synthesis gas
RU2445262C1 (en) * 2011-01-11 2012-03-20 Дмитрий Львович Астановский Method of producing ammonia
CN203833625U (en) * 2014-04-28 2014-09-17 上海国际化建工程咨询公司 Device for preparing synthesis ammonia by gas state hydrocarbon self-thermal-reforming through pressure swing adsorption
RU2597920C2 (en) * 2009-10-27 2016-09-20 Касале Са Method for production of ammonia
RU2706059C2 (en) * 2015-02-20 2019-11-13 Касале Са Ammonia production method
RU2759379C2 (en) * 2017-02-15 2021-11-12 Касале Са Method for ammonia synthesis characterized in low level of co2 emissions into atmosphere

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0032096B1 (en) * 1980-01-07 1984-08-08 Foster Wheeler Energy Corporation Process for producing ammonia and corresponding synthesis gas
RU2597920C2 (en) * 2009-10-27 2016-09-20 Касале Са Method for production of ammonia
RU2445262C1 (en) * 2011-01-11 2012-03-20 Дмитрий Львович Астановский Method of producing ammonia
CN203833625U (en) * 2014-04-28 2014-09-17 上海国际化建工程咨询公司 Device for preparing synthesis ammonia by gas state hydrocarbon self-thermal-reforming through pressure swing adsorption
RU2706059C2 (en) * 2015-02-20 2019-11-13 Касале Са Ammonia production method
RU2759379C2 (en) * 2017-02-15 2021-11-12 Касале Са Method for ammonia synthesis characterized in low level of co2 emissions into atmosphere

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2023203880B2 (en) Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen
US11286168B2 (en) Process for the synthesis of ammonia with low emissions of CO2IN atmosphere
AU2018389971B2 (en) Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas
US20240101417A1 (en) Method for preparing a synthesis gas
RU2808330C1 (en) Method for producing low-carbon ammonia from natural gas decarbonized ammonia-2500
WO2025048671A1 (en) Process for producing low-carbon ammonia from natural gas
RU2808874C1 (en) Method for producing low-carbon ammonia from natural gas decarbonized ammonia-3000
WO2025042306A1 (en) Method for producing low-carbon ammonia from natural gas
RU2838907C1 (en) Method of producing low-carbon ammonia from natural and associated gas by steam-oxygen catalytic conversion
KR20250172851A (en) Method for producing low-carbon ammonia from natural gas
RU2829070C1 (en) Method and apparatus for producing ammonia
EP4375235A2 (en) Integration of hydrogen fueled gas turbine with a hydrocarbon reforming process
KR20250170111A (en) Method for producing low-carbon ammonia from natural gas
WO2023249492A1 (en) Ammonia production with co2 capture
SU1590432A1 (en) Method of producing nitrogen-hydrogen mixture for ammonia synthesis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24860554

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 1020257037398

Country of ref document: KR

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-0-1-A10-A15-NAP-PA0105 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: KR1020257037398

Country of ref document: KR