способ генерирования пара при производстве аммиака

Формула изобретения

1. Способ генерирования пара при производстве аммиака из обессеренных углеводородных газов, осуществляемый путем двухступенчатого каталитического риформинга при давлении до 4,0 МПа сначала с паром в трубчатой печи с использованием теплоты отходящего дымового газа трубчатой печи для нагрева технологических потоков, поступающих на риформинг, а затем с паровоздушной смесью в шахтном реакторе, каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, включающий сатурацию воздуха, подаваемого на паровоздушный риформинг и/или углеводородного газа, подаваемого на паровой риформинг, и генерирования перегретого пара из питательной воды с использованием для привода машинного оборудования и для технологических целей, отличающийся тем, что сатурацию воздуха, подаваемого на паровоздушный риформинг и/или углеводородного газа, подаваемого на паровой риформинг, осуществляют за счет использования теплоты отходящего дымового газа трубчатой печи при температуре 160-850°С, предпочтительно 220-480°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу теплоты от дымового газа и процесс сатурации осуществляют посредством циркулирующей воды или путем ступенчатого впрыска горячей воды, а подпитку цикла сатурации осуществляют подогретым процессным конденсатом, причем для подогрева процессного конденсата используют теплоту конвертированного газа после конверсии оксида углерода или теплоту отходящего дымового газа трубчатой печи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перегретый пар, используемый для технологического процесса первичного и/или вторичного риформинга, увлажняют процессным конденсатом, подаваемым на подпитку цикла сатурации, на контактном устройстве массообменного типа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровоздушную смесь и/или парогазовую смесь после сатурации и/или увлажненный пар среднего давления в смеси или отдельно перед подачей на риформинг подогревают ступенчато сначала в теплообменнике за счет теплоты углеводородного газа после сероочистки, затем теплотой отходящего дымового газа трубчатой печи в одну или несколько ступеней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и химической промышленности и может быть использовано при производстве аммиака.

Известен способ генерирования пара в комбинированном тепловом агрегате (см. RU 2028465 С1, кл. F 01 К 13/00, 09.02.1995), включающем камеру сгорания и систему подготовки топлива, теплоиспользующий узел, блоки утилизации топочного газа, холодильную установку, блоки переработки окислов азота, серы и углерода, продувочную и ректификационную колонны, газовую турбину, компрессор и сборник кислого конденсата.

Недостатком известного способа является ограниченная возможность применения.

Известен способ генерирования пара при производстве аммиака из углеводородных газов, включающий подготовку углеводородных газов, насыщение углеводородных газов водяными парами в сатураторе с рециркуляцией воды между сатуратором и теплообменником, обеспечивающим нагрев циркуляционной воды за счет теплоты конвертированной парогазовой смеси при температуре 180-200°С, каталитическую конверсию углеводородных газов в шахтном реакторе при низком давлении и температуре 850-930°С, каталитическую конверсию оксида углерода, очистку газа, компрессию синтез-газа и синтез аммиака. В этом способе в сатураторе обеспечивается насыщение углеводородного газа парами воды до соотношения пар/газ 0,3-0,45. (см. Андреев Ф.А., Каргин С.И. и др. Технология связанного азота, Москва: Химия, 1966, с. 34 и сл.).

Недостатком известного способа является недостаточный объем сатурируемого пара и ограниченная возможность применения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ генерирования пара при производстве аммиака из обессеренных углеводородных газов, осуществляемый путем двухступенчатого каталитического риформинга при давлении до 4,0 Мпа сначала с паром в трубчатой печи с использованием теплоты отходящего дымового газа трубчатой печи для нагрева технологических потоков, поступающих на риформинг, а затем с паровоздушной смесью в шахтном реакторе, каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, включающий сатурацию воздуха, подаваемого на паровоздушный риформинг и/или углеводородного газа, подаваемого на паровой риформинг, и генерирования перегретого пара из питательной воды с использованием для привода машинного оборудования и для технологических целей (см. Справочник азотчика. М.: Химия, 1986, с.112-121, 83-85).

Известный способ обладает тем недостатком, что характеризуется недостаточно полным использованием тепла дымовых газов в блоке теплоиспользующей аппаратуры, вызванным неэффективным температурным режимом нагрева исходного газа дымовым газом, имеющим высокую температуру и дефицитом теплоотводящих сред в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи, в результате чего увеличиваются суммарные потери тепла с отходящими дымовыми газами и, как следствие этого, перерасход топливного газа.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение расхода топливного газа с одновременным увеличением тепловой нагрузки узла сатурации и объема сатурируемого пара, снижение коррозии и повышение безопасности производства.

Технический результат достигается тем, что в способе генерирования пара при производстве аммиака из обессеренных углеводородных газов, осуществляемый путем двухступенчатого каталитического риформинга при давлении до 4,0 Мпа сначала с паром в трубчатой печи с использованием теплоты отходящего дымового газа трубчатой печи для нагрева технологических потоков, поступающих на риформинг, а затем с паровоздушной смесью в шахтном реакторе, каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, включающий сатурацию воздуха, подаваемого на паровоздушный риформинг и/или углеводородного газа, подаваемого на паровой риформинг, и генерирования перегретого пара из питательной воды с использованием для привода машинного оборудования и для технологических целей, сатурацию воздуха, подаваемого на паровоздушный риформинг и/или углеводородного газа подаваемого на паровой риформинг осуществляют за счет использования теплоты отходящего дымового газа трубчатой печи при температуре 160-850°С, предпочтительно 220-480°С.

Технический результат достигается также тем, что передачу теплоты от дымового газа и процесс сатурации осуществляют посредством циркулирующей воды или путем ступенчатого впрыска горячей воды, а подпитку цикла сатурации осуществляют подогретым процессным конденсатом, причем для подогрева процессного конденсата используют теплоту конвертированного газа после конверсии оксида углерода или теплоту отходящего дымового газа трубчатой печи.

Технический результат достигается также тем, что перегретый пар, используемый для технологического процесса первичного и/или вторичного риформинга, увлажняют процессным конденсатом, подаваемым на подпитку цикла сатурации, на контактном устройстве массообменного типа.

Технический результат достигается также тем, что паровоздушную смесь и/или парогазовую смесь после сатурации и/или увлажненный пар среднего давления в смеси или отдельно, перед подачей на риформинг подогревают ступенчато сначала в теплообменнике за счет теплоты углеводородного газа после сероочистки, затем теплотой отходящего дымового газа трубчатой печи в одну или несколько ступеней.

На чертеже показан пример принципиальной схемы устройства для осуществления способа.

Устройство для осуществления способа включает в себя: сероочистку углеводородных газов 1, паровой каталитический риформинг 2 со вспомогательным котлом 3 и блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА) 4, паровоздушный каталитический риформинг 5 с котлами-утилизаторами 6, двухступенчатую каталитическую конверсию оксида углерода 7, использование теплоты конвертированной парогазовой смеси 8, очистку газа от диоксида углерода 9, глубокую доочистку синтез-газа 10, дожимающую компрессию синтез-газа 11, синтез аммиака 12, две ступени сатурации углеводородного газа 13, 14, теплообменник 15, компрессор воздуха 16 и две ступени сатурации воздуха 17, 18.

Исходный углеводородный газ по линии 19 подается на сероочистку и затем по линии 20 через теплообменник поступает на сатурацию. После сатурации насыщенная парами воды парогазовая смесь по линии 21 через теплообменник 15 подается на подогрев в БТА трубчатой печи и, далее, по линии 22 поступает на паровой риформинг и последовательно проходит все технологические стадии производства до синтеза аммиака.

Технологический воздух для 2-й ступени риформинга 23 сжимается компрессором 16 и подается на сатурацию по линии 24. После сатурации насыщенная парами воды паровоздушная смесь по линии 25 подается на подогрев в БТА трубчатой печи и по линии 26 поступает на 2-ую ступень риформинга.

Процесс сатурации осуществляется за счет теплоты дымового газа, передаваемого посредством циркулирующей воды по линиям 27 и 28. Подпитка циклов сатурации осуществляется подачей подогретого процессного конденсата и/или питательной воды на вторые ступени сатурации 14, 18 по линиям 31, 32.

Недостающее количество перегретого пара для проведения технологического процесса подается в парогазовую и паровоздушную смеси по линиям 29 и 30.

Пример.

В соответствии с предлагаемым изобретением представлен способ производства аммиака производительностью 1360 т/сутки из природного газа с риформингом при давлении 3,6 МПа и с системой генерации перегретого пара высокого давления 10 МПа, температурой 482°С в количестве 288 т/час.

Углеводородный газ в количестве 36000 нм³/час после хемосорбционно-каталитической сероочистки с температурой 370°С охлаждается в теплообменнике до температуры 178°С и подается на сатурацию, где на массообменном устройстве при противоточном орошении горячей циркуляционной водой насыщается парами воды до соотношения пар/газ 1,25. Причем количество паров воды в углеводородном газе достигает 36200 кг/час, что обеспечивает экономию эквивалентного количества перегретого пара среднего давления. Полученная парогазовая смесь в верхней части сатуратора контактирует с процессным конденсатом, подаваемым на подпитку цикла сатурации, что обеспечивает отдувку газов растворенных в процессном конденсате.

После сатурации парогазовая смесь, имеющая температуру 212°С, нагревается в теплообменнике до 345°С встречным потоком углеводородного газа и направляется в БТА трубчатой печи, где нагревается до 520°С теплотой дымового газа, после чего поступает на паровой риформинг.

По аналогии с описанным осуществляют сатурацию технологического воздуха. При этом количество паров воды в воздухе составляет 7000 кг/час, а соотношение пар/воздух 0,16. После сатурации паровоздушная смесь нагревается в БТА трубчатой печи до температуры 480°С и подается на 2-ю ступень риформинга.

Циркуляционная вода для проведения сатурации в количестве 230 м³/час для сатурации углеводородного газа и 50 м³/час для сатурации воздуха нагревается косвенным теплообменом теплотой дымового газа в БТА трубчатой печи до температуры 245°С. Температура дымового газа в зоне нагрева 220-470°С. После сатурации температура циркуляционной воды около 170°С.

Таким образом, в результате сатурации общее количество паров воды в газах, составляет 43200 кг/час, что обеспечивает экономию расхода эквивалентного количества перегретого пара среднего давления или 4760 м³/час природного газа сжигаемого в системе генерации пара производства аммиака. Кроме того, использование процессного конденсата в циклах сатурации в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает экономию расхода 43200 кг/час дорогостоящей питательной воды, а отдувка газов, растворенных в процессном конденсате, позволяет их утилизировать, снизить коррозию в циклах сатурации и повысить безопасность производства.