способ генерирования пара при производстве аммиака

Формула изобретения

1. Способ генерирования пара при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемого путем сероочистки углеводородных газов, получения парогазовой смеси, проведения каталитического риформинга парогазовой смеси в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, очистки газа от диоксида углерода, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем, водоаммиачной холодильной установкой и системой генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающем поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующем перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающем пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и выдающей перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), и использования затем части этого пара во второй конденсационной ступени турбины компрессора синтез-газа и в приводных турбинах других компрессоров, дымососов и насосов, как в конденсационных турбинах, так и в турбинах, работающих с противодавлением 0,4-0,8 МПа, и другой части пара среднего давления - для технологического процесса парового риформинга, отличающийся тем, что пар среднего давления и/или парогазовая смесь, используемые для технологического процесса, перед подачей на каталитический риформинг подвергают увлажнению путем контактирования с процессным конденсатом или питательной водой и перегревают теплотой дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи риформинга.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение пара или парогазовой смеси процессным конденсатом проводят в массообменном устройстве, обеспечивая дополнительную очистку процессного конденсата, утилизацию растворенных в нем газов и снижение коррозионной активности процессного конденсата.

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 природного газа, включающий: сероочистку углеводородных газов, паровой каталитический риформинг в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессию воздуха с приводом от электродвигателя, паровоздушную каталитическую конверсию в шахтном реакторе, двухступенчатую каталитическую конверсию оксида углерода, использование теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, очистку газа от диоксида углерода, дожимающую компрессию полученного синтез-газа с приводом от электродвигателя, синтез аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем и систему генерации перегретого водяного пара давлением 3,8-4,2 МПа в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи с отходом дымового газа при температуре не ниже 220°С; часть полученного водяного пара используют для технологического процесса парового риформинга и других потребностей производства, другую часть пара выдают на сторону. (См. Проект производства аммиака мощностью 600 т/сутки, вторая очередь, объект 19418-С для Ровенского ЗАУ, Предприятие п/я А-7531, г. Северодонецк, 1968 г., с. 138 - схема пара и конденсата).

Известный способ обладает следующими существенными недостатками:

- получаемый пар имеет недостаточно высокий энергетический потенциал для привода основных компрессорных машин;

- значительная часть полученного пара выводится на сторону;

- все основные приводы компрессорных машин и насосов электрические, что существенно увеличивает расход электрической энергии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ генерирования пара при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемого путем сероочистки углеводородных газов, получения парогазовой смеси, проведения каталитического риформинга парогазовой смеси в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, очистки газа от диоксида углерода, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем, водоаммиачной холодильной установкой и системой генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающем поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующем перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающем пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и выдающей перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), и использования затем части этого пара во второй конденсационной ступени турбины компрессора синтез-газа и в приводных турбинах других компрессоров, дымососов и насосов, как в конденсационных турбинах, так и в турбинах, работающих с противодавлением 0,4-0,8 МПа, и другой части пара среднего давления - для технологического процесса парового риформинга. (см. Технический проект производства аммиака АМ-70 мощностью 1360 т/сутки для Кирово-Чепецкого химкомбината, объект № 25040, ГИАП, Москва, 1974 г., с.111, 117, 118).

Известный способ обладает тем недостатком, что ограничивает количество получаемого пара суммарной тепловой нагрузкой системы генерации пара, а также недостаточной степенью использования теплоты дымового газа в БТА трубчатой печи, что снижает энергетический коэффициент полезного действия и приводит к увеличению общих энергозатрат.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является оптимизация производства и распределения пара и снижение расхода энергии.

Технический результат достигается тем, что в способе генерирования пара при производстве аммиака из углеводородных газов, осуществляемого путем сероочистки углеводородных газов, получения парогазовой смеси, проведения каталитического риформинга парогазовой смеси в трубчатой печи при давлении 2,9-3,8 МПа, компрессии воздуха, паровоздушной каталитической конверсии в шахтном реакторе, двухступенчатой каталитической конверсии оксида углерода, использования теплоты конвертированной парогазовой смеси с получением и отводом сконденсировавшегося процессного конденсата, очистки газа от диоксида углерода, дожимающей компрессии полученного синтез-газа, синтеза аммиака по циркуляционной схеме с циркуляционным нагнетателем, водоаммиачной холодильной установкой и системой генерации перегретого водяного пара высокого давления (9,7-10,6 МПа) в котлах-утилизаторах за счет использования теплоты технологических процессов, теплоты дымовых газов печи риформинга в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи, во вспомогательном котле, обеспечивающем поддержание баланса пара, а также в пусковом котле, генерирующем перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа) и обеспечивающем пусковые и переходные режимы работы, использования полученного водяного пара высокого давления в первой ступени турбины компрессора синтез-газа, работающей с противодавлением и выдающей перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), и использования затем части этого пара во второй конденсационной ступени турбины компрессора синтез-газа и в приводных турбинах других компрессоров, дымососов и насосов, как в конденсационных турбинах, так и в турбинах, работающих с противодавлением 0,4-0,8 МПа, и другой части пара среднего давления - для технологического процесса парового риформинга, пар среднего давления или парогазовая смесь, используемые для технологического процесса, перед подачей на каталитический риформинг подвергают увлажнению путем контактирования с процессным конденсатом или питательной водой и перегревают теплотой дымового газа в блоке теплоиспользующей аппаратуры трубчатой печи риформинга.

Технический результат достигается также тем, что контактирование пара или парогазовой смеси с процессным конденсатом проводят в массообменном устройстве, обеспечивая дополнительную очистку процессного конденсата, утилизацию растворенных в нем газов и снижение коррозионной активности процессного конденсата.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для осуществления способа.

Устройство для осуществления способа включает в себя: сероочистку углеводородных газов 1, паровой каталитический риформинг 2 со вспомогательным котлом и системой генерации перегретого пара 3, блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА) трубчатой печи 4, паровоздушную каталитическую конверсию 5 с котлами-утилизаторами 6, двухступенчатую каталитическую конверсию оксида углерода 7, использование теплоты конвертированной парогазовой смеси 8, очистку газа от диоксида углерода 9, дожимающую компрессию синтез-газа 10, синтез аммиака 11 с циркуляционным нагнетателем 12, пусковой котел 13, две ступени паровой турбины дожимающего компрессора синтез-газа: первая ступень 14, работающая с противодавлением и выдающая перегретый пар среднего давления (3,8-4,2 МПа), вторая конденсационная ступень 15, работающая на перегретом паре среднего давления, узел контактирования (увлажнения) перегретого пара среднего давления и парогазовой смеси с процессным конденсатом 16, паровые турбины других компрессоров, дымососов, насосов, конденсационные 17, 18 и работающие с противодавлением 0,4-0,8 МПа 19, 20, потребители пара низкого давления (0,4-0,8 МПа) 21.

Исходный углеводородный газ по линии 22 подается на сероочистку и последовательно проходит все технологические стадии производства до синтеза аммиака. Полученный перегретый пар высокого давления по линии 23 проходит первую ступень турбины 14, работающую с противодавлением и выдающую перегретый пар среднего давления. После турбины 14 перегретый пар среднего давления распределяется: по линии 26 в конденсационную ступень турбины компрессора синтез-газа 15, через коллектор 24 на приводные паровые турбины других компрессоров, дымососов и насосов 17, 18, 19 и 20, по линии 25 перегретый пар среднего давления, используемый для технологического процесса, поступает в узел контактирования 16, где на массообменном устройстве он увлажняется процессным конденсатом, подаваемым по линии 32 из узла использования теплоты конвертированного газа 8. Другим возможным вариантом осуществления способа может быть подача питательной воды из установки приготовления питательной воды по линии 33 взамен процессного конденсата или в дополнение к нему.

В результате контакта с перегретым паром обеспечивается генерация дополнительного количества пара и очистка процессного конденсата от растворенных в нем газов, их утилизация и снижение коррозии. Далее увлажненный пар по линии 30 смешивается с обессеренным углеводородным газом - линия 27, 28, и полученная парогазовая смесь поступает на перегрев в БТА трубчатой печи 4 и по линии 31 на каталитический риформинг 2.

Другой возможный вариант осуществления способа, представленный на фиг.1, заключается в том, что исходный углеводородный газ после сероочистки, весь или, по крайней мере часть его, по линии 29 смешивается с перегретым паром среднего давления. Полученная парогазовая смесь поступает в узел контактирования 16, где на массообменном устройстве увлажняется процессным конденсатом, подаваемым по линии 32, и/или питательной водой по линии 33 с генерацией дополнительного количества пара, очисткой процессного конденсата и утилизацией растворенных в нем газов. Увлажненная парогазовая смесь по линии 30 поступает на перегрев в БТА трубчатой печи 4 и далее по линии 31 на каталитический риформинг.

Пар низкого давления от турбин 19, 20, работающих с противодавлением, собирается в коллекторе 27, из которого подается потребителям 9, 21.

Пример.

В соответствии с предлагаемым изобретением представлен способ производства аммиака производительностью 1360 т/сутки из природного газа с паровым риформингом при давлении 3,6 МПа и с системой генерации перегретого пара высокого давления 10 МПа, температурой 482°С в количестве 319 т/час. После первой ступени турбины компрессора синтез-газа часть перегретого пара среднего давления в количестве 90 т/час при давлении 4 МПа и температуре 380°С контактируют с процессным конденсатом. За счет испарения процессного конденсата количество влажного пара после увлажнения увеличивается на 12 т/час, а общее количество генерированного пара увеличивается с 319 до 335 т/час. Природный газ после смешения или насыщения паром контактируют с процессным конденсатом, в результате чего количество пара в нем увеличивается на 4 т/час. Далее, в полученную парогазовую смесь дозируют недостающее количество пара для проведения процесса парового риформинга и направляют в БТА трубчатой печи для перегрева теплотой дымового газа, в результате чего температура отходящего дымового газа снижается с 220°С до 175°С, что обеспечивает экономию 7,2 Гкал/час теплоты или 900 м³/час природного газа. Кроме того, часть питательной воды, идущей на парообразование, замещается процессным конденсатом в количестве 16 т/час, что дополнительно снижает стоимость производства.