Спосіб підвищення продуктивності установки для одержання аміаку

Номер патенту: 115245

Опубліковано: 10.10.2017

Автори: Філіппі Ерманно, Панца Серджо

Є ще 3 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб модернізації установки для одержання аміаку з метою збільшення її продуктивності, де установка має головну секцію для вироблення підживлювального синтез-газу і секцію (6) синтезу для конвертування підживлювального синтез-газу в аміак, при цьому головна секція містить:

первинний риформер (1), що містить групу труб, заповнених каталізатором;

вторинний риформер (2), у який надходить вихідний потік первинного риформера і потік повітря (14);

повітряний компресор, який забезпечує подачу повітря (14) у вторинний риформер;

послідовно з'єднані пристрої для обробки потоку з виходу вторинного риформера, що включають щонайменше конвертер (3) зсуву СО, секцію (4) видалення діоксиду вуглецю (СО2) і метанізатор (5);

блок осушення синтез-газу;

головний компресор (33) синтез-газу для підвищення тиску синтез-газу до рівня тиску в секції синтезу, що містить задану кількість статорів і роторів;

при цьому секція синтезу містить конвертер аміаку,

і при здійсненні способу:

замінюють труби первинного риформера новими трубами, що мають той же зовнішній діаметр, але меншу товщину, ніж попередні, для збільшення внутрішнього діаметра труб; і (або)

встановлюють джерело кисню для збагачення киснем, що поставляється цим джерелом, повітря, що подається на вторинний риформер,

з метою збільшення кількості водню, який виробляється або може вироблятися секцією риформінгу;

модернізують повітряний компресор за допомогою встановлення нових статорних і роторних частин так, що він забезпечує збільшення витрати повітря, що подається у вторинний риформер, при збереженні попереднього вихідного тиску;

модернізують секцію видалення СО2;

модернізують компресор синтез-газу за допомогою скорочення числа ступенів;

модернізують блок осушення синтез-газу;

модернізують контур синтезу аміаку,

причому модернізацію секції видалення СО2 здійснюють за допомогою обладнання її двома абсорберами і двома регенераторами і забезпечення роботи регенераторів при різному тиску так, що перший генератор працює при першому тиску, а другий генератор працює при другому тиску, або за допомогою обладнання її одним абсорбером і одним регенератором і встановлення одного або декількох додаткових ребойлерів і конденсорів, або за допомогою обладнання її одним абсорбером і одним регенератором і встановлення нової відпарювальної колони низького тиску;

модернізацію блока осушення синтез-газу здійснюють за допомогою використання пристрою з молекулярним ситом з новим абсорбером, що має більш високу осушувальну здатність в порівнянні з абсорбентом, що забезпечений в блоці установки для одержання аміаку, модернізацію якої здійснюють, або за допомогою встановлення блока аміачного промивання, який забезпечує видалення кисневмісних сполук;

а модернізацію контуру синтезу аміаку здійснюють за допомогою встановлення радіально-осьових або радіальних внутрішніх частин в наявний конвертер контуру, або за допомогою використання в конвертері декількох шарів каталізатора або радіальної або радіально-осьової конструкції, або адіабатичної або ізотермічної схеми, або за допомогою встановлення додаткового конвертера паралельно або послідовно з наявними конвертером.

2. Спосіб за п. 1, в якому для з'єднання двох регенераторів установлюють струминний насос.

3. Спосіб за п. 1, у якому контур синтезу аміаку містить блок регенерації водню, який модифікують при модернізації контуру синтезу аміаку.

4. Спосіб за п. 1, у якому встановлюють попередній риформер перед первинним риформером або подовжують радіаційний теплообмінник первинного риформера, з метою підвищення вироблення водню.

5. Спосіб за п. 1, у якому здійснюють монтаж повітрянорозділювальної установки для збагачення киснем, що поставляється цією установкою, повітря, що подається на вторинний риформер, з метою збільшення вироблення водню в головній секції.

6. Спосіб за п. 1, у якому забезпечують зниження відношення "пара/вуглець" в головній секції, переважно, до величини в інтервалі від 2,7 до 3,1.

Текст

Реферат: У заявці описаний спосіб збільшення продуктивності установки для одержання аміаку, що має головну секцію для вироблення підживлювального синтез-газу й секцію синтезу для конвертування цього підживлювального синтез-газу в аміак, при цьому головна секція містить первинний риформер (1), вторинний риформер (2), повітряний компресор, секцію обробки, що містить секцію видалення СО2 (4) і компресор синтез-газу (33), а при здійсненні способу: збільшують кількість водню, який виробляється або може вироблятися секцією риформінгу головної секції, за допомогою заміни труб первинного риформера й (або) подачі додаткового кисню на вторинний риформер; модернізують повітряний компресор за допомогою установки нових статорних і роторних частин так, що модернізований компресорний агрегат забезпечує збільшення витрати повітря, яке подають у вторинний риформер при збереженні колишнього вихідного тиску; модернізують секцію видалення СО 2; модернізують компресор синтез-газу; модернізують блок осушення синтез-газу; модернізують контур синтезу аміаку. UA 115245 C2 (12) UA 115245 C2 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Винахід відноситься до галузі одержання аміаку на основі риформінгу вуглеводнів. У винаході розкривається спосіб підвищення продуктивності наявних установок для одержання аміаку. Рівень техніки Для одержання аміаку потрібен синтез-газ, що містить водень (Н2) і азот (N2) у придатному співвідношенні 3:1. Синтез-газ, придатний для одержання аміаку, також називають "аміачним синтез-газом". Відоме одержання аміачного синтез-газу шляхом риформінгу вуглеводневої (ВВ) сировини. Така ВВ сировина звичайно представляє собою необроблене джерело водню й вуглецю, наприклад, метан, природний газ, нафта (перша широка фракція дистиляції нафти), зріджений попутний газ або газ нафтопереробки, або їх суміші. Звичайно сировиною буває природний газ або метан. У широко відомій технології, очищені від сірки вуглеводні змішують з парою у потрібному співвідношенні, і одержану суміш подають в первинний паровий риформер, у якому більша частина вуглеводнів у вихідному матеріалі конвертується в суміш монооксиду вуглецю, діоксиду вуглецю й водню, у процесі проходження через відповідний каталізатор при помірних тисках, у межах 15-35 бар, і високих температурах, в інтервалі від 780 °C до 820 °C. Як відомо, ця конверсія відбувається з поглинанням тепла. Каталізатор знаходиться в множині каталітичних труб, що нагріваються зовні теплотою реакції горіння газоподібного палива в повітрі. Тиск зовні трубок звичайно є близьким до атмосферного. Газоподібний продукт, який виходить з первинного риформера, подається у вторинний риформер, що звичайно містить придатний каталітичний шар і реакційний простір, що лежить над цим шаром. У вторинний риформер також надходить потік повітря в потрібній кількості для підведення азоту, необхідного для синтезу аміаку, який здійснюють далі. Це повітря звичайно подається повітряним компресором, що приводиться в дію паровою турбіною або електродвигуном; як альтернативу, у деяких установках використовується повітророзподільна установка для подачі у вторинний риформер збагаченого повітря. У реакційному просторі над шаром каталізатора здійснюється реакція кисню з пальними компонентами газу, одержуваного на виході первинного риформера, після чого змішаний одержуваний газ надходить при підвищеній температурі в шар каталізатора. У процесі проходження через каталізатор, залишковий метан реагує з парою з поглинанням тепла, у результаті чого температура газу на виході вторинного риформера звичайно становить приблизно 1000 °C, а понад 99 % підвідних вуглеводнів конвертовані в оксиди вуглецю й водень. Конвертований газ, що виходить із вторинного риформера, далі звичайно піддають обробці в послідовно розташованих далі за технологічним ланцюгом обладнаннях, для видалення оксидів вуглецю й одержання газової суміші, придатної для синтезу аміаку (тобто, що має молярне відношення Н2/N2, близьке до 3:1). Ці обладнання включають щонайменше конвертери "зсуву" (конвертери СО), промивну колону СО2 (секцію видалення СО2) і метанізатор. Конвертери "зсуву" звичайно містять високотемпературний конвертер СО, за яким іде низькотемпературний конвертер СО, у яких більша частина монооксиду вуглецю (СО) конвертованого газу разом з парою, що не вступила в реакцію, каталітично перетворюється на двоокис вуглецю й додаткову кількість водню. У промивній колоні СО2 двоокис вуглецю віддаляється мокрим очищенням газу відповідним розчинником, наприклад, водяним розчином аміну або вуглекислого калію, з одержанням потоку газу, що містить азот і водень у молярному співвідношенні Н2 до N2 приблизно 3:1, і залишками метану, оксидів вуглецю й азоту. У метанізаторі залишкові оксиди вуглецю каталітично перетворюються в метан, з метою запобігання отруєння, що знаходиться далі по циклу обробки каталізатора синтезу аміаку сполуками, що містять кисень. Потім при низькому тиску, звичайно 15-30 бар, одержують синтез-газ для виробництва аміаку, який далі стискується до тиску контуру (циклу) синтезу аміаку, що становить, як правило, від 80 до 300 бар, звичайно приблизно 150 бар. Цей стиск виконується головним компресором синтезу-газу. Продуктивність установки для одержання аміаку визначається кількістю виробленого аміаку, або яке може бути вироблене, і виміряється, наприклад, у метричних тоннах у день (мт/д). Продуктивність співвідноситься з використовуваною вуглеводневою сировиною. У процесі вдосконалення існуючої установки для одержання аміаку, зусилля направляються на підвищення продуктивності від існуючого рівня до значно більш високого заданого рівня, з такою самою ж або еквівалентною сировиною. Однак в існуючих установках звичайно 1 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виявляється ряд так званих "вузьких місць". Вузькі місця являють собою обмеження в існуючій установці, що не дозволяють досягти заданої продуктивності. Вузьким місцем може бути, наприклад, продуктивність якої-небудь частини установки, або машини, наприклад компресора. Вузькі місця складної системи, однак, не є очевидними. В існуючих системах, модернізація (доробка) виконується в основному заміною окремого існуючого встаткування на нове, більш потужне, і вузькі місця долаються по черзі, у міру того, як вони стають очевидними. Інакше кажучи, установка спочатку модернізується для усунення першого вузького місця, потім уводиться в експлуатацію зі збільшеною продуктивністю, поки не буде виявлено нове вузьке місце. У більшості випадків, первинний риформер модернізується встановленням більшого числа труб. Подача повітря у вторинний риформер звичайно збільшується шляхом встановленням нового повітряного компресора паралельно існуючому, або, у деяких випадках, встановленням бустер-компресора після існуючого повітряного компресора. Такий підхід, однак, найчастіше вимагає більших витрат, ніж це необхідно, і тому є неефективним і неприйнятним. Тому зберігається необхідність у пошуку придатного способу підвищення продуктивності установки для одержання аміаку. Суть винаходу У даному винаході пропонують спосіб підвищення продуктивності установки для одержання аміаку, що містить головну секцію для одержання підживлювального синтез-газу й секцію синтезу для конверсії цього підживлювального синтез-газу в аміак. Секція синтезу містить щонайменше конвертер аміаку. Головна секція в основному містить: первинний риформер, що містить групу трубок, заповнених каталізатором; вторинний риформер, у який надходить потік, що виходить із первинного риформера, і потік окиснювача; перший компресор для подачі цього окиснювача до вторинного риформеру; ряд послідовно розташованих обладнань для обробки потоку, що виходить із вторинного риформера, що включають конвертер окиснення СО (реакція зсуву), секцію видалення діоксиду вуглецю й метанізатор; установку осушення синтез-газу; основний компресор синтез-газу для підвищення тиску синтез-газу до тиску секції синтезу, що містить деяке число статорів і роторів. Спосіб модернізації (доробки/модифікації) описаної установки містить щонайменше кроки, описані в п. 1 доданої формули. Перший крок полягає в підвищенні продуктивності секції риформінгу. Під продуктивністю розуміється витрата потоку водню, який одержують або який може бути одержаний від секції риформінгу. Це підвищення досягають однією або більшою кількістю з наступних дій: - замінюють труби первинного риформера новими трубами з поліпшеним конструкційним матеріалом, при цьому нові труби мають той самий зовнішній діаметр і меншу товщину, ніж існуючі, для збільшення внутрішнього діаметра труб; і (або) - встановлюють джерело кисню й обладнання збагачення киснем підвідного повітря, що направляється у вторинний риформер, з подачею кисню від цього джерела. Інші кроки, згідно з винаходом, містять: - модернізацію згаданого першого компресора шляхом встановлення нових частин статора й ротора так, щоб модернізований компресорний агрегат забезпечував створення більшої витрати повітря для вторинного риформера при колишньому тиску на виході; - модернізацію секції видалення СО2; - модернізацію компресора синтез-газу за допомогою заміни щонайменше роторів цього компресора й скорочення числа ступенів; - удосконалення блоку осушення синтез-газу; - модернізацію контуру синтезу аміаку. Авторами було виявлено, що описаним способом можна досягти значне підвищення продуктивності, наприклад, щонайменше 40 %, при відносно невеликому числі доробок. Зокрема, у даному винаході запропонований шлях підвищення ефективності в різних секціях установки без необхідності збільшення розміру встаткування, що потребує модернізації. У винаході пропонують комбінацію кроків, що дозволяють суттєво (більш ніж на 40 %) підвищити продуктивність установки. Деякі переважні варіанти виконання описані в залежних пунктах формули й будуть розглянуті нижче. У деяких випадках, наявну секцію видалення СО2 обладнують двома абсорберами й двома регенераторами. Таким чином, модернізація цієї секції видалення СО 2, переважно, припускає, що ці два регенератори повинні працювати при різному тиску так, що перший генератор працює під першим тиском, а другий генератор працює під другим тиском. Більш переважно, щоб для поєднання цих двох регенераторів установлювався струминний насос. 2 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В інших випадках, наявну секцію видалення СО 2 обладнують тільки одним абсорбером і тільки одним регенератором. Таким чином, модернізація секції видалення СО 2, переважно, включає встановлення одного або більш додаткових ребойлера (-ів) і конденсора (-ів) і внутрішнє переустаткування цих абсорбера й регенератора. Згідно з іншим варіантом, згадана секція видалення СО2 з одним абсорбером і одним регенератором модифікується за допомогою встановлення нової відпарювальної колони низького тиску разом із внутрішнім переустаткуванням наявних абсорбера й регенератора. У деяких варіантах виконання, блок осушення синтез-газу являє собою обладнання з молекулярним ситом, а вдосконалення цього блоку осушення містить використання нового абсорбера з більш високою здатністю, що осушує, ніж у наявного абсорбера блоку, або встановлення блоку аміачного промивання, здатного видаляти кисневмісні сполуки. Крок модернізації контуру синтезу аміаку, переважно, містить встановлення або радіальноосьових, або радіальних внутрішньокорпусних частин у наявний конвертер цього контуру. В інших варіантах виконання модернізація контуру синтезу містить вдосконалення наявного конвертера аміаку з використанням кожного з наступних технічних розв'язків: багатошарового каталізатора, радіальної або радіально-осьової конструкції, адіабатичної або ізотермічної схем. Ці технічні рішення більш докладно будуть розглянуті в наведеному нижче описі. Відповідно до інших варіантів виконання, модернізація контуру синтезу аміаку містить використання додаткового конвертера паралельно або послідовно з існуючим. У тому випадку, якщо контур синтезу аміаку містить блок регенерації водню, модернізація контуру синтезу аміаку може містити вдосконалення цього блоку регенерації водню. Продуктивність виробляння водню головною секцією може бути підвищена кожним з наступних способів: установкою попереднього риформера перед первинним риформером, або подовженням радіаційного теплообмінника первинного риформера, або використанням повітророзділювальної установки для одержання з її допомогою кисню для збагачення повітря, що подається у вторинний риформер. У деяких варіантах виконання, також виконують заміну пальника вторинного риформера. Уведення повітророзділювальної установки має також і ту перевагу, що підвищується вироблення водню без реконструкції повітряного компресора, оскільки повітряний компресор уже входить до складу повітророзділювальної установки. У деяких варіантах виконання винаходу знижене відношення "пара/вуглець" у головній секції, переважно до величини в інтервалі 2,7-3,1. Допоміжні доробки, що стосуються, наприклад, теплообмінників, сепараторів й іншого встаткування, не згадуються, оскільки мають незначний вплив на ріст продуктивності установки для одержання аміаку. Відповідно до інших варіантів виконання: - також може виконуватися модернізація секції конверсії СО; - може бути використаний водоохолоджувач, для забезпечення необхідного охолодження установки для одержання аміаку; - можуть бути реконструйовані секції поглинання аміаку, або встановлені нові, для забезпечення необхідної охолодної здатності установки для одержання аміаку. Далі більш докладно розглянуті ознаки й переваги винаходу, з посиланням на переважні варіанти виконання й фігуру. Докладний опис здійснення винаходу На фігурі представлений окремий приклад схеми установки для одержання аміаку. Установка містить головну секцію, що виробляє підживлювальний газ для контуру (циклу) 6 синтезу аміаку. Головними елементами головної секції є: секція риформінгу, що містить первинний риформер 1 і вторинний риформер 2; один або більш конвертерів 3 СО, промивна колона 4 СО2 і метанізатор 5 (конвертер для перетворення оксидів вуглецю в метан). Тиск підживлювального синтез-газу 42 піднімається за допомогою головного компресора 33 синтез-газу до високого тиску контуру синтезу. Цей компресор подає синтез-газ 31 високого тиску в контур 6 синтезу. Циркуляція в контурі 6 забезпечується іншим компресором (не показаний), також називаним циркуляційним насосом. Робота установки, більш докладно, відбувається в такий спосіб. У підігрівнику 10 виконується попереднє нагрівання до приблизно 500 °C суміші 9 водяної пари 8 і придатної вуглеводневої сировини 7, наприклад природного газу, після чого підігрітий газ 11 зазнає каталітичної реакції в трубах первинного риформера 1. Одержуваний газ 13, що виходить із труб первинного риформера 1, далі зазнає окисненню у вторинному риформері 2 за допомогою підвідного повітря 14. Це повітря подається відповідним повітряним компресором. Вторинний риформер 2 має реакційну зону 2b і розташовану під нею 3 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 каталітичну зону 2а. У верхній реакційній зоні 2b газ 13 вступає в реакцію з киснем, що міститься в підвідному повітрі 14. Для проведення реакції, вторинний риформер 2 має пальник. Одержуваний газ 17, що виходить із вторинного риформера 2, піддають обробці в конвертерах 3 СО, промивній колоні 4 вуглекислого газу й метанізаторі 5, із проміжним охолодженням газу в теплообмінниках 16, 19 і 26, і підігрівом у нагрівачі 23, що стоїть по руху потоку після метанізатора 5. Відділення рідини проводиться в сепараторах 21, 28. Прямокутником 40 позначене видалення води, що знаходиться в синтезі-газі. Сюди може входити блок осушення, що представляє собою або блок з молекулярним ситом, що селективно поглинає воду, або блок аміачного промивання. У багатьох існуючих установках частина 40 відсутня. Контур 6 може також містити секцію регенерації водню. Ця секція дозволяє відновлювати збагачений воднем потік із продувного газу, що забирається із самого контуру. Цей збагачений воднем потік, переважно, повторно вертається в контур на усмоктувальному кінці циркуляційного насоса, для доведення до мінімуму енергії, необхідної для стиснення. Далі, з посиланням на переважний варіант виконання, приводиться більш докладний опис запропонованого у винаході способу. Продуктивність риформінгу Перший крок винаходу полягає в підвищенні продуктивності первинного риформінгу, тобто, вироблення водню в первинному риформері 1. Це досягається встановленням нових труб зі зменшеною товщиною, при цьому число каталітичних труб залишається незмінним. Нові труби мають у цілому той же діаметр, але меншу товщину й, внаслідок цього, внутрішній діаметр більше, ніж у наявних труб. Переважно, використовують труби з поліпшеними металургійними властивостями, наприклад, знову встановлюваними трубами є труби з мікролегованих металів, які можуть надійно працювати при необхідних тиску й температурі, незважаючи на зменшену товщину. Такий підхід відрізняється від звичайної методики модернізації, згідно з якою збільшується число каталітичних труб для забезпечення більшої продуктивності. У даному винаході підвищується продуктивність кожної окремої труби за рахунок зменшення її товщини, з відповідним збільшенням витрати потоку через неї. Продуктивність первинного риформера бажано ще підвищити за допомогою зниження співвідношення "пара/вуглець" (S/C – від англ. Steam/Carbon). Переважно, співвідношення "пара/вуглець" знижено до величини 2,7÷3,1 (моль/моль). При зниженні цього співвідношення, більшу кількість природного газу піддають паровому перетворенню у водень і оксиди вуглецю. Заявником було встановлено, що зазначене зниження S/C дає перевагу, незважаючи на погіршення балансу. При звичайно використовуваному в рівні техніки переустаткуванні, співвідношення "пара/вуглець" залишають незмінним, або зменшують незначно, щоб уникнути проблем у роботі в, що знаходиться далі в ланцюзі обробки секції видалення СО 2. У винаході, як це буде показано нижче, досягається синергетичний ефект зниження співвідношення S/C і роботи секції видалення вуглекислого газу. Джерело азоту Азот звичайно надходить із повітрям, що подаєтеся у вторинний риформер, наприклад, з повітряним потоком 14 на фігурі. Для подачі цього повітря необхідне використання відповідного агрегату повітряного компресора. Відповідно до особливості винаходу, цей агрегат повітряного компресора (компресор і турбіна) допрацьовується встановленням нових внутрішньокорпусних обладнань (частин ротора й статора). При бажанні, вторинний риформер 2 обладнують новим пальником. Як показано на схемі, вторинний риформер 2 має пальник у реакційному ступені 2b, що забезпечує спалювання підвідного газу 13 (від первинного риформера) і повітря 14. Конструкція нового пальника вторинного риформера, відповідно до особливості винаходу, забезпечить зниження перепаду тиску на повітряній стороні й зрушить баланс до більш високої концентрації водню й оксидів вуглецю. У деяких варіантах виконання винаходу, для одержання кисню для збагачення підвідного повітря 14, що направляється у вторинний риформер 2, використовують повітророзділювальну установку (ПРУ). Ця ПРУ може бути використана як джерело азоту. Секція видалення діоксиду вуглецю Інша особливість винаходу полягає в збільшенні продуктивності секції видалення СО2 (елемент 4 на схемі), яка звичайно не забезпечує роботи при значному збільшенні продуктивності. 4 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Необхідні доробки залежать від методу видалення СО 2, використовуваного в установці, яку модифікують. Найпоширеніший метод заснований використанні розчину аміну (особливо, активованого метилдіетиламіну МДЕА) або вуглекислого калію. Секція видалення діоксиду вуглецю містить, в основному, підсекцію поглинання й підсекцію регенерації. Кожна із цих підсекцій може мати одну колону або кілька колон, наприклад дві колони. У деяких випадках, існуюча секція видалення СО 2 обладнано двома абсорберами й двома регенераторами. У цьому випадку, згідно з особливістю винаходу, ці два регенератори повинні працювати при різному тиску так, що перший ступінь працює під першим тиском, а другий ступінь працює при другому, більш низькому, тиску. Більш переважно, щоб для поєднання цих двох регенераторів установлювалося відповідне обладнання, наприклад струминний насос. Необхідні модернізації будуть зведені до іншого поєднання труб для забезпечення роботи двох регенераторів при різному тиску, і до встановлення простого встаткування, наприклад струминного насоса, для поєднання двох регенераторів у цій секції. В інших випадках, наявну секцію видалення діоксиду вуглецю обладнують тільки однієї абсорбційною колоною й тільки однією регенераційною колоною. Таким чином, модернізація по суті збільшує надходження тепла в наявні колони й включає встановлення додаткових ребойлерів і конденсорів, і внутрішнє переустаткування цих колон. У цьому випадку потрібні більш глибокі доробки, ніж в описаному вище варіанті виконання, і, переважно, містять: внутрішнє переустаткування колон для виключення можливого переповнення; підвищення продуктивності регенераційного збагачення; підвищення продуктивності ребойлерів і (або) встановлення теплообмінника "розчин/розчин". В іншому варіанті виконання встановлена відпарювальна колона низького тиску. Ця відпарювальна колона низького тиску знижує продуктивність секції ребойлера й секції збагачення. Слід зазначити, що описана вище зміна робочого відношення "пара/вуглець" (зниження до рівня 2,7÷3,1) має важливі наслідки відносно витрати енергії на випар у секції видалення СО 2. Дійсно, зниження відношення "пара/вуглець" (S/C) суттєво зменшує кількість використовуваного тепла, що було на перешкоді, в існуючих установках, для зниження відношення S/C. У даному винаході, навпаки, питоме споживання енергії секції видалення СО 2 знижене (інакше кажучи, підвищена ефективність секції видалення СО2), що дозволяє мати більш низьке відношення S/C, що, як показано вище, має перевагу у відношенні вироблення водню. Стиснення синтез-газу Компресор синтез-газу (елемент 33 у схемі) звичайно має недостатню резервну потужність і тому потребує модернізації. Компресор синтез-газу може мати кілька ступенів і кілька роторів (також називаних робочими колесами) для кожного ступеню, у відповідності зі ступенем стиснення. У переважних варіантах виконання, цей компресор допрацьовується зниженням числа роторів (робочих коліс) на ступінь; розмір нових коліс збільшується в порівнянні з колишніми колесами, завдяки ніж ступінь стиснення ступенів компресора знижується, але витрата стислого потоку збільшується. Зниження числа ступенів також приведе до збільшення ефективності компресора за рахунок зниження просочування повз робочі колеса. Згадані вище додаткові можливості, наприклад, зниження відношення S/C і встановлення нового пальника, також позитивно впливають на компресор газу-синтезу-газу. Дійсно, збільшення продуктивності звичайно викликає додатковий перепад тиску в головній секції. При цьому продуктивність компресора синтез-газу знижується через більше падіння тиску в головній секції. У даному винаході ця проблема вирішена модифікацією, при якій тиск усмоктування компресора синтез-газу підтримується майже незмінним. Точніше, зниження відношення "пара/вуглець" зменшує перепад тиску в головній секції, оскільки в устаткування головної секції втікає менше води й, як наслідок, знижується навантаження на головний компресор синтез-газу. Встановлення нового пальника вторинного риформера також може сприяти зниженню навантаження компресора, оскільки новий пальник буде призначений для поліпшення парового риформінгу вуглеводнів для того, щоб знизити питому витрату природного газу (відношення витрати природного газу до вироблюваного аміаку). Установка очищення синтез-газу Для досягнення заданої продуктивності, на додаток до агрегату компресора синтез-газу, повинне встановлюватися інше обладнання (якщо не було встановлено спочатку), а саме, блок осушення синтез-газу (прямокутник 40 на схемі). Це встаткування вводиться для видалення води, що міститься в синтез-газі, і для подачі реагуючого газу безпосередньо в конвертер аміаку. Процедура осушення може бути виконана 5 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 за допомогою аміачного промивання, при якому синтез-газ промивається рідким аміаком, або з використанням молекулярного сита, яке дозволяє селективно видаляти воду з газового потоку. Якщо блок осушення з молекулярним ситом уже є, то тоді першим можливим варіантом, пропонованим у винаході, є заміна абсорбера в цьому блоці осушення на новий, з більшою осушувальною здатністю (заміна абсорбувального шару на шар іншого типу). Іншим можливим варіантом, альтернативним заміні типу абсорбувального шару, є заміна наявної секції на зовсім новий блок аміачного промивання. Якщо немає ніякого блоку осушення, то вводять нове обладнання, для видалення кисневмісних сполук з синтез-газу. Цим знову встановлюваним устаткуванням є або блок осушення синтез-газу на основі молекулярного сита, або блок аміачного промивання. Блоки осушення можуть бути введені в проміжний ступінь компресора синтез-газу, або на усмоктувальному кінці цього обладнання. Контур синтезу Як правило, контур синтезу (елемент 6 на схемі) може витримати тільки обмежене підвищення продуктивності, тобто, не дозволяє обробляти значно більший потік підживлювального газу, що надходить від модернізованої головної секції. Ліквідація відповідного "вузького місця" вимагає модернізації, для поліпшення робочих характеристик контуру синтезу. Основним вузьким місцем для істотного (> 40 %) підвищення продуктивності є конвертер синтезу аміаку. Якщо перетворення в конвертері є недостатнім, то відбувається велике збільшення циркуляції в контурі синтезу й пов'язаного із цим робочого тиску; з іншого боку, тиск у контурі синтезу не повинний перевищувати розрахункового значення. Для усунення недоліків існуючого устаткування, у винаході пропонують модернізацію наявного конвертера синтезу аміаку або, як варіант, встановлення додаткового конвертера аміаку паралельно або послідовно наявному конвертеру. Переважно, модернізація наявного конвертера виконується за адіабатичною або ізотермічною схемою. Переважно, конвертер, модернізований за адіабатичною схемою, має радіальну або радіально-осьову багатошарову конструкцію, тобто, має кілька шарів каталізатора, які перетинаються осьовим або радіально-осьовим змішаним потоком реагентів. Також використовується взаємне охолодження між шарами каталізатора. Конвертер, модернізований за ізотермічною схемою, містить теплообмінник (наприклад, труби або пластини), занурені в шар (-и) каталізатора. У цьому випадку, також зручною є одношарова конструкція, оскільки температурою можна керувати за шаром каталізатора. Інші можливості модернізації У деяких випадках, модернізації зазнають агрегат припливно-витяжного вентилятора й (або) агрегат нагнітального вентилятора. Агрегат припливно-витяжного вентилятора, зокрема, використовується для виведення топкових газів з первинного риформера. Агрегат нагнітального вентилятора використовується для подачі, шляхом нагнітання, повітря горіння в пальники первинного риформера. В обох випадках, модернізація може стосуватися як нагнітача, так і турбіни агрегату вентилятора. Відповідно до деяких варіантів виконання, також зазнають модернізації високотемпературний і (або) низькотемпературний конвертери СО. Це доречно у випадках, коли виявляється, що конвертери СО являють собою вузьке місце для підвищення навантаження. Кращим способом модернізації таких конвертерів СО є використання обладнань із радіальним або радіально-осьовим принципом побудови. Для того, щоб збільшити вироблення водню в головній секції, іншим використовуваним рішенням є збагачення киснем повітря, яке подають у вторинний риформер. Для здійснення цієї модернізації потрібен джерело кисню; прикладом такого джерела може служити повітророзділювальна установка, і в цьому випадку може виявитися, що модернізації наявного повітряного компресора більше не буде потрібно, оскільки додаткове повітря подається новим повітряним компресором, що ставляться до агрегату повітророзділювальної установки. Збільшення концентрації кисню в технологічному повітрі, що подають у вторинний риформер, викличе нестачу азоту в синтез-газі, тому повітророзділювальна установка також повинна подавати азот при необхідному тиску в контур синтезу для того, щоб забезпечити роботу контуру синтезу аміаку з оптимальним відношенням водень/азот, яке дорівнює 3:1. У деяких варіантах виконання, блок регенерації водню контуру синтезу збільшений або модифікований. Цей блок повинен, в основному, відокремлювати водень від інших газів для того, щоб зменшити кількість інертних складових у контурі синтезу. Регенерація водню може бути виконана з використанням молекулярного сита або криогенної установки; якщо 6 UA 115245 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 продуктивність цих обладнань суттєво збільшена, то модернізації конвертера аміаку можна уникнути, хоча енергетичні характеристики установки для одержання аміаку поліпшувати не обов'язково. Для установок, де весь вироблюваний аміак повинен бути охолоджений, значне збільшення продуктивності вимагає модернізації агрегату компресора охолоджувача для того, щоб його робочі характеристики відповідали новим вимогам. Як альтернативу модернізації цього компресора, у варіанті виконання винаходу пропонують введення блоків водоохолодження, наприклад, що працюють із бромисто-літієвою холодильною машиною. Для установки, обладнаної секціями аміачної абсорбції, замість компресора холодоагенту, слід розглянути можливість модернізації цих обладнань (або встановлення додаткових секцій) для забезпечення аміачної установки необхідними засобами охолодження. Даний винахід, зокрема, підходить для модернізації російської установки для одержання аміаку Державного інституту азотної промисловості (ДІАП) і установки компанії Toyo Engineering Corp. Продуктивність російських установок ДІАП для одержання аміаку становить 1360 мт/д. Ці установки були розроблені за класичною схемою з первинним риформером і мали деякі основні відмінності: секція видалення СО2 працює з розчинами метилетиламіну (МЕА) або метилдіетиламіну (МДЕА), з високим ступенем карбонізації й використанням устаткування власної розробки (абсорбер, регенератор); для охолодження аміаку й у сепараційних ступенях використовують абсорбційно-охолодні блоки, замість аміачного компресора. У цих блоках використовують низькопотенційне технологічне тепло. Російські установки TOYO засновані на класичній схемі фірми Kellogg синтезу аміаку із природного газу й використовують два ступені риформерів, два ступені конвертера СО, секцію 2 видалення СО2 (процес Карсола або Бенфільда), а синтез аміаку проводиться при 320 кг/см . Продуктивність цих установок становить 1360 мт/д. В установках для одержання аміаку ДІАП і TOYO використовують чотириступінчастий циркуляційний насос синтез-газу, для забезпечення роботи контуру синтезу при надлишковому тиску в інтервалі 200÷300 бар. Приклад Наступний приклад відноситься до модернізації російської установки, виконаної за схемою TOYO, згаданої вище. Наявні труби первинного риформера на основі матеріалу HK-40 із внутрішнім діаметром 85 мм були замінені на каталітичні трубки з мікролегованого металу із внутрішнім діаметром 92 мм. При цьому об'єм каталізатора збільшився на 15÷20 %. Для сполучення первинному риформеру резервних можливостей, відношення "пара/вуглець" було знижено з 3,8 до 3,0 моль/моль). Вторинний риформер був модернізований заміною внутрішнього пальника новим пальником, що має усічене-конічну кінцеву секцію з розбіжним відкритим кінцем (воронкоподібним), як це розкрите в ЕР 1531147. Цей пальник дозволяє знизити падіння тиску технологічного повітря (наприклад, падіння тиску повітря знижується на 1 бар) і поліпшити розподіл газу в шарі каталізатора для підвищення вироблення водню й зниження просочування метану. Наявний повітряний компресор був модернізований заміною статорної й роторної частин, що дозволяє одержати політропний ККД близько 81 % для компресорної частини низького тиску й приблизно 77 % для компресорної частини високого тиску, у порівнянні з колишніми ККД 70 % і 65 %, відповідно. Аналогічні модернізації були проведені й у турбіні повітряного компресора. Секція видалення СО2, що використовує розчин вуглекислого калію, спочатку мала два абсорбери й два регенератори. Модернізації цієї секції досягали послідовним включенням двох регенераторів і їх роботою при двох різних тисках, а саме, перший регенератор використовувався при тиску 1,4 бар абс., а другий регенератор використовувався при тиску 2,1 бар абс. Вологі пари СО2, що виходять із регенератора низького тиску, стискуються за допомогою струминного насоса, з використанням пар, що виходять із колони високого тиску, у якості захопливого потоку. Кінцевий тиск на виході цього струминного насоса становить 1,55 бар абс. Питоме споживання енергії секції видалення СО 2 знижене з 950 ккал до 700 ккал на кожний 3 нм (нормальний кубометр, тобто, обмірюваний у нормальних умовах) СО 2. Установка вже обладнана із блоком осушення синтезу-газу. Для забезпечення можливості збільшення продуктивності цієї секції на 40 %, старе молекулярне сито було замінено на Z4-01, що поставляється компанією Zeochem, що має більшу вологовбирну здатність, при цьому ніяких змін конструкції блоку не треба було. 7 UA 115245 C2 5 10 15 Компресор синтез-газу й відповідна турбіна були модернізовані за допомогою заміни частин статора й ротора. Зокрема, модернізація компресора здійснювалася встановленням меншого числа робочих коліс у кожному ступені компресора. З іншого боку, ці робочі колеса дозволяли одержати більш високий політропний коефіцієнт корисної дії компресора. Зменшене число робочих коліс ступеню знижує тиск на виході компресора й зменшує внутрішнє просочування/витік між робочими колесами (чим менше коліс, тем менше витік між ними). Після модернізації, політропний ККД компресорної частини низького тиску становить приблизно 80 %, компресорної частини високого тиску - 76 %, а політропний ККД циркуляційної частини становить приблизно 78 %. Колишній середній політропний ККД був менше 70 %. Контур синтезу, що спочатку мав два осьові адіабатичні аміачні конвертери, був переустаткований за допомогою заміни внутрішньокорпусних частин в обох реакторах. Реактори з новими внутрішніми частинами працюють із радіально-осьовим потоком, що поліпшує процес конверсії аміаку в реакторі й знижує перепад тиску на конвертері. Робочий тиск контуру (на виході циркуляційного насоса) становить 240 бар абс. (спочатку робочий тиск контуру наближався до 300 бар), а середня концентрація аміаку в синтез-газі після конвертерів становить 16,4 молярних відсотка. Перепад тиску на конвертерах становить менш 5 бар. Після модернізації продуктивність установки становить близько 2000 мт/д. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб модернізації установки для одержання аміаку з метою збільшення її продуктивності, де установка має головну секцію для вироблення підживлювального синтез-газу і секцію (6) синтезу для конвертування підживлювального синтез-газу в аміак, при цьому головна секція містить: первинний риформер (1), що містить групу труб, заповнених каталізатором; вторинний риформер (2), у який надходить вихідний потік первинного риформера і потік повітря (14); повітряний компресор, який забезпечує подачу повітря (14) у вторинний риформер; послідовно з'єднані пристрої для обробки потоку з виходу вторинного риформера, що включають щонайменше конвертер (3) зсуву СО, секцію (4) видалення діоксиду вуглецю (СО 2) і метанізатор (5); блок осушення синтез-газу; головний компресор (33) синтез-газу для підвищення тиску синтез-газу до рівня тиску в секції синтезу, що містить задану кількість статорів і роторів; при цьому секція синтезу містить конвертер аміаку, і при здійсненні способу: замінюють труби первинного риформера новими трубами, що мають той же зовнішній діаметр, але меншу товщину, ніж попередні, для збільшення внутрішнього діаметра труб; і (або) встановлюють джерело кисню для збагачення киснем, що поставляється цим джерелом, повітря, що подається на вторинний риформер, з метою збільшення кількості водню, який виробляється або може вироблятися секцією риформінгу; модернізують повітряний компресор за допомогою встановлення нових статорних і роторних частин так, що він забезпечує збільшення витрати повітря, що подається у вторинний риформер, при збереженні попереднього вихідного тиску; модернізують секцію видалення СО2; модернізують компресор синтез-газу за допомогою скорочення числа ступенів; модернізують блок осушення синтез-газу; модернізують контур синтезу аміаку, причому модернізацію секції видалення СО2 здійснюють за допомогою обладнання її двома абсорберами і двома регенераторами і забезпечення роботи регенераторів при різному тиску так, що перший генератор працює при першому тиску, а другий генератор працює при другому тиску, або за допомогою обладнання її одним абсорбером і одним регенератором і встановлення одного або декількох додаткових ребойлерів і конденсорів, або за допомогою обладнання її одним абсорбером і одним регенератором і встановлення нової відпарювальної колони низького тиску; модернізацію блока осушення синтез-газу здійснюють за допомогою використання пристрою з молекулярним ситом з новим абсорбером, що має більш високу осушувальну здатність в порівнянні з абсорбентом, що забезпечений в блоці установки для одержання аміаку, 8 UA 115245 C2 5 10 15 модернізацію якої здійснюють, або за допомогою встановлення блока аміачного промивання, який забезпечує видалення кисневмісних сполук; а модернізацію контуру синтезу аміаку здійснюють за допомогою встановлення радіальноосьових або радіальних внутрішніх частин в наявний конвертер контуру, або за допомогою використання в конвертері декількох шарів каталізатора або радіальної або радіально-осьової конструкції, або адіабатичної або ізотермічної схеми, або за допомогою встановлення додаткового конвертера паралельно або послідовно з наявними конвертером. 2. Спосіб за п. 1, в якому для з'єднання двох регенераторів установлюють струминний насос. 3. Спосіб за п. 1, у якому контур синтезу аміаку містить блок регенерації водню, який модифікують при модернізації контуру синтезу аміаку. 4. Спосіб за п. 1, у якому встановлюють попередній риформер перед первинним риформером або подовжують радіаційний теплообмінник первинного риформера, з метою підвищення вироблення водню. 5. Спосіб за п. 1, у якому здійснюють монтаж повітрянорозділювальної установки для збагачення киснем, що поставляється цією установкою, повітря, що подається на вторинний риформер, з метою збільшення вироблення водню в головній секції. 6. Спосіб за п. 1, у якому забезпечують зниження відношення "пара/вуглець" в головній секції, переважно, до величини в інтервалі від 2,7 до 3,1. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

A method for increasing the capacity of an ammonia plant

Автори англійською

Filippi, Ermanno, Panza, Sergio

Автори російською

Филиппи Эрманно, Панца Серджо

МПК / Мітки

МПК: B01J 8/06, C01B 3/38, C01C 1/04, C01B 3/02

Мітки: установки, одержання, спосіб, підвищення, продуктивності, аміаку

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/11-115245-sposib-pidvishhennya-produktivnosti-ustanovki-dlya-oderzhannya-amiaku.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб підвищення продуктивності установки для одержання аміаку</a>

Подібні патенти