|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Способ совместного производства аммиака, мочевины и метанола из природного газа, включающий следующие этапы: (а) получение синтез-газа путем одновременной подачи природного газа в автотермический риформер (АТР) и реактор парового риформинга метана (ПРМ), при этом функционирование этих двух риформеров происходит параллельно, (b) подачу воздуха в воздухоразделительную установку (ВРУ), где происходит разделение воздуха на кислород, который подают в АТР, и азот, (с) вступление синтез-газа из ПРМ в реакцию конверсии водяного газа, (d) удаление диоксида углерода из синтез-газа, полученного на этапе (с), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины, (е) объединение газа с высоким содержанием водорода, полученного на этапе (d), с азотом, полученным на этапе (b), удаление из газов каталитических ядов, и подачу газовой смеси на этап синтеза аммиака в блок синтеза аммиака, (f) при необходимости, удаление части диоксида углерода из синтез-газа из АТР, полученного на этапе (а), и подачу его в блок синтеза мочевины, и (g) направление синтез-газа, полученного на этапе (f), в блок синтеза метанола, при этом синтез-газ, полученный на этапе (а), может подаваться из выходного отверстия АТР в выходное отверстие ПРМ до этапа конверсии или в противоположную сторону. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Способ совместного производства аммиака, мочевины и метанола из природного газа, включающий следующие этапы: (а) получение синтез-газа путем одновременной подачи природного газа в автотермический риформер (АТР) и реактор парового риформинга метана (ПРМ), при этом функционирование этих двух риформеров происходит параллельно, (b) подачу воздуха в воздухоразделительную установку (ВРУ), где происходит разделение воздуха на кислород, который подают в АТР, и азот, (с) вступление синтез-газа из ПРМ в реакцию конверсии водяного газа, (d) удаление диоксида углерода из синтез-газа, полученного на этапе (с), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины, (е) объединение газа с высоким содержанием водорода, полученного на этапе (d), с азотом, полученным на этапе (b), удаление из газов каталитических ядов, и подачу газовой смеси на этап синтеза аммиака в блок синтеза аммиака, (f) при необходимости, удаление части диоксида углерода из синтез-газа из АТР, полученного на этапе (а), и подачу его в блок синтеза мочевины, и (g) направление синтез-газа, полученного на этапе (f), в блок синтеза метанола, при этом синтез-газ, полученный на этапе (а), может подаваться из выходного отверстия АТР в выходное отверстие ПРМ до этапа конверсии или в противоположную сторону.
Способ совместного производства аммиака, мочевины и метанола
Настоящее изобретение относится к способу одновременного производства (совместного производства) аммиака, мочевины и метанола, причем указанный способ начинается с получения синтез-газа. В частности, идея, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в использовании комбинации АТР (автотермического риформера) и ПРМ (реактора парового риформинга метана) в начале цикла для получения синтез-газа с требуемым составом для производства различных комбинаций продуктов аммиака, мочевины и метанола.
Автотермический риформинг представляет собой технологию, обычно используемую для получения синтез-газа, при которой осуществляют конверсию углеводородного сырья, в данном случае - природного газа, в одиночном реакторе путем комбинации частичного сжигания и адиабатического парового риформинга. Сжигание углеводородного сырья осуществляют с использованием субстехиометрических количеств воздуха, обогащенного воздуха или кислорода в зоне горения горелки. Затем осуществляют паровой риформинг частично сгоревшего водородного сырья в неподвижном слое катализатора парового риформинга.
В способе парового риформинга получают синтез-газ из углеводородного сырья в соответствии со следующими реакциями:
CnHm + Н20 -> nCO + (n+m/2) Н2 (1) СО + Н20 -> С02 + Н2 (2) СН4 + Н20 -> СО + ЗН2 (3)
Указанные реакции осуществляют в реакторе с внешним нагревом, в реакторе парового риформинга метана (ПРМ), который представляет собой первичный риформер. Сырье, подаваемое в первичный риформер, может представлять собой десульфуризированное углеводородное сырье, смешанное с паром, или полученный на предшествующем этапе предварительного риформинга газ, который был подвергнут частичной конверсии. Первичный риформер зачастую представляет собой трубчатый риформер с прямым нагревом,
включающий трубы с находящимся внутри катализатором, которые размещены в печи, нагреваемой с помощью одной или нескольких горелок. Функционирование указанного риформера происходит при условиях, когда температура на выходе из труб с находящимся внутри катализатором является относительно высокой, обычно в диапазоне 650 - 950°С.
При автотермическом риформинге вышеуказанные реакции парового риформинга (1) - (3) дополняют частичным сжиганием, которое может быть представлено следующей реакцией:
СН4 + 1/2 02 -> СО + 2Н2 (4)
В опубликованной заявке заявителя WO 2013/013895 А1 описан универсальный способ получения синтез-газа (сингаза) из углеводородного сырья. Указанный способ, в частности, может использоваться в крупномасштабных установках производства метанола, аммиака и жидких углеводородов. Получение синтез-газа осуществляют на двух одиночных линиях с этапами парового риформинга. Способ в соответствии с опубликованной заявкой может использоваться для синтеза аммиака, метанола, диметилового эфира (ДМЭ), жидких углеводородов и их комбинаций.
Известны различные способы совместного производства аммиака и мочевины, а также метанола и аммиака. Таким образом, способ объединенного производства аммиака и мочевины путем синтеза карбаматов известен из документа US 2001/0002245 А1, а способ одновременной модернизации установки для производства аммиака и установки для получения мочевины также путем синтеза карбаматов известен из документа ЕР 1 041 038 В1. Способ газификации для совместного производства аммиака и мочевины, в котором используют две параллельные установки для газификации для оптимизации отношения Н2/С02 в объединенном продукте синтез-газа, в результате чего производство аммиака и мочевины увеличивается до максимального, известен из документа US 6,448,441 В1.
В документе US 2008/0207948 А1 описан способ производства мочевины из природного газа, при котором природный газ подвергают частичному окислению или автотермическому риформингу с использованием газа,
содержащего кислород, на первом этапе, и полученный синтез-газ, состоящий, в основном, из СО, СО2, СН4 и Н2, может быть трансформирован путем каталитической конверсии СО и Н2О с образованием СО2 и Нг, после чего СО и СН4 удаляют в многоэтапном способе очистки газа, и водород подвергают конверсии с получением аммиака после добавления азота. Затем аммиак повторно объединяют с ранее отделенным СО2 на втором этапе, где происходит полная конверсия аммиака с получением мочевины.
Способ производства аммиака и мочевины описан в документе WO 2012/126673 А1, где жидкий аммиак, полученный в секции синтеза аммиака, подают в секцию синтеза мочевины непосредственно при давлении синтеза аммиака, и где происходит очистка жидкого аммиака при высоком давлении путем охлаждения, отделения газовой фракции, содержащей водород и азот из охлажденного жидкого аммиака, при высоком давлении, и повторного нагревания жидкого аммиака после сепарации газовой фракции, в результате чего получают повторно нагретый очищенный аммиак с соответствующей температурой для подачи в процесс синтеза мочевины.
В документе US 2012/0148472 А1 описан способ совместного получения метанола и аммиака, при котором смесь синтез-газа, состоящая, в основном, из монооксида углерода, диоксида углерода и водорода, сначала частично вступает в реакцию в прямоточном реакторе синтеза метанола, непрореагировавший синтез-газ разделяют на первый и второй поток, при этом первый поток подвергают очистке и подают в секцию синтеза аммиака, а второй поток подают в секцию синтеза метанола и очистки. Этот способ обеспечивает возможность производства метанола и аммиака путем единого комплексного способа с использованием природного газа и воздуха в качестве исходных соединений, кроме того, сбалансированное производство аммиака и диоксида углерода обеспечивает возможность также интегрировать в способ совместное производство мочевины.
Наконец, в документе US 2007/0299144 описан способ совместного производства метанола и аммиака из природного газа в многоступенчатом процессе, при котором природный газ, пар и кислород смешивают в первом реакторе, где природный газ подвергают частичному окислению и, в дополнение, каталитическому риформингу. Газовую смесь из первого реактора разделяют на
поток для синтеза метанола и другой поток для получения водорода. СО, который присутствует в потоке для получения водорода, подвергают каталитической конверсии с получением СО2 в другом реакторе с промежуточным охлаждением, а оставшиеся примеси, такие как метан, незначительные количества СО и аргона промывают. СО2 отводят для синтеза мочевины. Синтез-газ для получения метанола подвергают каталитической конверсии с получением метанола, который доводят до необходимой степени чистоты путем дистилляции, а синтез-газ для производства аммиака компрессируют и подвергают каталитической конверсии с получением аммиака, который отделяют от собранного синтез-газа путем частичной конденсации.
В вышеуказанной опубликованной заявке WO 2013/013895 А1, принадлежащей заявителю, описана комбинированная схема с параллельными ПРМ и АТР для получения синтез-газа, который может подвергаться дальнейшей конверсии и/или очистке, при необходимости, для получения водорода, монооксида углерода, смесей водорода и монооксида углерода, а также для получения метанола, аммиака, диметилового эфира (ДМЭ) и жидких углеводородов. Настоящее изобретение представляет собой дальнейшее развитие технологической схемы, описанной в опубликованной заявке. Настоящее изобретение относится к комплексному использованию азота, полученного с помощью воздухоразделительной установки (ВРУ), и оптимизации использования СО2 для совместного производства аммиака, мочевины и метанола.
В частности, настоящее изобретение относится к способу совместного производства аммиака, мочевины и метанола из природного газа, включающему следующие этапы:
(a) получение синтез-газа путем одновременной подачи природного газа в автотермический риформер (АТР) и реактор парового риформинга метана (ПРМ), при этом функционирование этих двух риформеров происходит параллельно;
(b) подачу воздуха в воздухоразделительную установку (ВРУ), где происходит разделение воздуха на кислород, который подают в АТР, и азот;
(c) вступление синтез-газа из ПРМ в реакцию конверсии водяного газа;
(a)
(d) удаление диоксида углерода из синтез-газа, полученного на этапе (с), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины;
(e) объединение газа с высоким содержанием водорода, полученного на этапе (d), с азотом, полученным на этапе (Ь), удаление из газов каталитических ядов, а также части инертных компонентов и подачу газовой смеси на этап синтеза аммиака в блок синтеза аммиака;
(f) удаление части диоксида углерода из синтез-газа из АТР, полученного на этапе (а), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины; и
(g) направление синтез-газа, полученного на этапе (f), в блок синтеза метанола,
при этом синтез-газ, полученный на этапе (а), может подаваться из выходного отверстия АТР в выходное отверстие ПРМ до этапа конверсии или в противоположную сторону.
Объединение ПРМ и АТР, функционирование которых происходит параллельно, обеспечивает возможность получения в одной установке как аммиака, который далее может быть подвергнут конверсии с получением мочевины, так и метанола, с оптимальным использованием СО2. Так как и аммиак, и мочевина и метанол являются целевыми продуктами, обеспечивается полное использование воздухоразделительной установки (ВРУ), так как кислород подают в ту часть установки, где происходит синтез метанола, а азот - в ту часть установки, где происходит синтез аммиака. Объединенное использование ПРМ и АТР, обеспечивает возможность получить синтез-газ с требуемым составом для производства различных комбинаций продуктов аммиака, мочевины и метанола. При использовании АТР снижаются общие расходы, также обеспечивается возможность конструирования установок совместного производства с большей производительностью по сравнению с использованием в начале цикла лишь ПРМ.
Производство мочевины из природного газа с использованием в начале цикла ПРМ, как правило, приводит к нехватке СО2, в результате чего требуется избыточный риформинг. В способе согласно настоящему изобретению газ с низким содержанием СО2 из ПРМ смешивают с газом с высоким содержанием
СО2 из АТР, что дает возможность оптимизировать количественное отношение С02.
Способ согласно изобретению осуществляют в соответствии с прилагаемой Фигурой. Природный газ (Ш) подают в каждый из двух риформеров, т.е. в автотермический риформер (АТР) и реактор парового риформинга метана (ПРМ). Одновременно, в воздухоразделительную установку (ВРУ) подают воздух, где происходит разделение воздуха на О2, который подают в АТР по линии 1, и на N2, который подают по линии 3 в качестве источника азота на этап синтеза NH3. Водород, который остается после удаления СОг, должен быть пропущен до смешения с азотом из ВРУ либо через метанатор, либо на этап промывки азота. В обоих случаях полученную смесь N2 и Нг подают на этап синтеза NH3 по линии 4.
Часть синтез-газа, полученного в АТР, подают по линии 5 в блок удаления СОг, а оттуда - на этап синтеза метанола. Остаток указанного синтез-газа может подаваться во входное отверстие этапа конверсии по линии 2, как показано на Фигуре, однако, подача может также осуществляться в обратном направлении, т.е. из ПРМ на этап синтеза метанола.
Удаление диоксида углерода из синтез-газа, полученного на этапе (с), может осуществляться с использованием любых традиционных способов физической или химической очистки, известных специалистам. Предпочтительно, диоксид углерода удаляют с применением любого способа, известного специалистам, который обеспечивает простой способ извлечения абсорбированного диоксида углерода, который используют в синтезе мочевины.
Диоксид углерода, отделенный ранее от синтез-газа, смешивают с диоксидом углерода, который удаляют после конверсии, и полученный газ подают по линии 6 на этап синтеза мочевины.
Объединение газа с высоким содержанием водорода, полученного на этапе (d), с азотом, полученным на этапе (Ь), осуществляют как осичтку H2/N2, где монооксид углерода подвергают конверсии с получением метана, по меньшей мере, в одном реакторе метанации, предпочтительно в адиабатическом реакторе, содержащем неподвижный слой катализатора метанации.
Синтез-газ для производства аммиака, полученный на этапе метанации, содержащий водород и азот в правильном соотношении (H2:N2, молярное отношение 3:1), при необходимости, проходит через компрессор (не показан) для получения необходимого давления синтеза аммиака, например, в диапазоне 120 -200 бар, предпочтительно около 130 бар. Затем обычным способом производят аммиак посредством контура синтеза аммиака, включающего, по меньшей мере, один конвертер аммиака, содержащий, по меньшей мере, один неподвижный слой катализатора синтеза аммиака, с межслойным охлаждением. Из потока, содержащего аммиак, можно выделить аммиак в жидком виде путем конденсации и последующей сепарации. Предпочтительно, на этапе синтеза аммиака получают поток выделяющихся газов, содержащий водород, азот и метан, а также поток с высоким содержанием водорода, (> 90 об.% Нг). Данные потоки могут, например, быть получены в блоке получения продувочного газа.
Необходимое отношение пар/углерод (отношение П/У), которое определяется как молярное отношение между общим количеством пара, добавляемого к способу на этапе парового риформинга, и количеством углерода, содержащимся в углеводородном сырье, зависит от конкретной технологии парового риформинга. Обычные значения П/У для получения синтез-газа составляют > 0,4 для АТР и > 1,4 для ПРМ, соответственно. При использовании АТР в объединенной установке согласно настоящему изобретению обеспечивается возможность функционирования при более низком общем отношении П/У, что является преимуществом, так как конструкционные затраты при этом снижаются на 10 - 15%. При использовании N2 из ВРУ в качестве источника N2 для синтеза NH3 в соответствии с описанием выше обеспечивается дополнительное снижение конструкционных затрат при получении газа и в секциях охлаждения, так как подачу N2 через эти секции не осуществляют.
В способе согласно настоящему изобретению в синтез-газе из АТР отношение П/У составляет 0,4 - 1,8, предпочтительно около 0,6. В синтез-газе из ПРМ отношение П/У составляет 1,4 - 3,3, предпочтительно около 2,5.
Настоящим изобретением обеспечивается оптимальное использование СОг для получения полного спектра комбинаций продуктов метанола и мочевины.
- Если необходима большая доля метанола, синтез-газ из ПРМ направляют на этап метанола.
- Если необходима большая доля мочевины, синтез-газ из АТР направляют на этап конверсии после АТР, и, при необходимости, из потока синтез-газа, который подают в блок синтеза метанола, удаляют С02 для увеличения производства мочевины.
Изобретение также может быть использовано для производства жидкого аммиака совместно с метанолом и мочевиной. В этом случае с помощью изобретения можно добиться снижения или даже, в некоторых случаях, отсутствия избыточных количеств СО2 в способе.
В следующем примере изобретение описано более подробно со ссылкой на Фигуру, которая иллюстрирует сущность изобретения.
Пример
Перечень условий для секции автотермического риформинга и секции ПРМ приведен в Таблице 1. Для примера в качестве сырья используют чистый метан, однако, это может быть любое обычное углеводородное сырье. При использовании природного газа, содержащего высшие водороды и/или СОг, необходимо будет использовать секцию ПРМ относительно большего размера по сравнению с АТР, чем секция, используемая в этом примере.
В Таблице 1 ниже приведен состав сухого газа для синтез-газов, потребление кислорода и доступные количества азота.
Из составов сухого газа видна разница в составе водорода и углерода, что дает возможность оптимизации использования СОг так, чтобы общий процесс мог осуществляться без избыточного СОг-
СН4, моль%
100
100
синтез-газ, нмЗ/ч.
470000
80850
Нг, моль%
СО, моль%
27.5
16.5
СО2, моль%
СН4, моль%
1.5
3.5
кислород, нмЗ/ч.
78000
азот, нмЗ/ч.
300000
Отсюда видно, что даже при использовании всего количества синтез-газа для получения мочевины, будут иметься избыточные количества азота.
В Таблице 2 ниже представлены результаты расчетов по различным вариантам технологического способа. Общим для всех случаев является то, что все количество технологического СО2 используется для получения мочевины и/или метанола.
В таблице показано, что идея изобретения позволяет добиться любого соотношения мочевины и метанола без избыточного СО2 в способе.
Формула изобретения
1. Способ совместного получения аммиака, мочевины и метанола из природного газа, включающий следующие этапы:
(a) получение синтез-газа путем одновременной подачи природного газа в автотермический риформер (АТР) и реактор парового риформинга метана (ПРМ), при этом функционирование этих двух риформеров происходит параллельно;
(b) подачу воздуха в воздухоразделительную установку (ВРУ), где происходит разделение воздуха на кислород, который подают в АТР, и азот;
(c) вступление синтез-газ из ПРМ в реакцию конверсии водяного газа;
(d) удаление диоксида углерода из синтез-газа, полученного на этапе (с), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины;
(e) объединение газа с высоким содержанием водорода, полученного на этапе (d), с азотом, полученным на этапе (Ь), удаление из газов каталитических ядов, а также части инертных компонентов и подачу газовой смеси на этап синтеза аммиака в блок синтеза аммиака;
(f) удаление части диоксида углерода из синтез-газа из АТР, полученного на этапе (а), и подачу его на этап синтеза мочевины в блок синтеза мочевины; и
(g) направление синтез-газа, полученного на этапе (f), в блок синтеза метанола,
при этом синтез-газ, полученный на этапе (а), может подаваться из выходного отверстия АТР в выходное отверстие ПРМ до этапа конверсии или в противоположную сторону.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в синтез-газе из АТР отношение пар-углерод (отношение П/У) составляет 0,4 - 1,8, предпочтительно около 0,6.
2.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в синтез-газе из ПРМ отношение П/У составляет 1,4 - 3,3, предпочтительно около 2,5.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ из ПРМ подают в блок синтеза метанола для увеличения производства метанола.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ из АТР подают на этап конверсии после АТР, и, при необходимости, из потока синтез-газа, который подают в блок синтеза метанола, удаляют СО2 для увеличения производства мочевины.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ из ПРМ подают на этап синтеза метанола, если необходима большая доля метанола.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ из АТР направляют на этап конверсии после АТР, и, при необходимости, из потока синтез-газа, который подают в блок синтеза метанола, удаляют СО2 для увеличения производства мочевины, если необходима большая доля мочевины.
2.
МЕТАНОЛ
УДАЛЕНИЕ
СИНТЕЗ
С02
МЕТАНОЛА
С02
ОЧИСТКА H2/N2
СИНТЕЗ АММИАКА
NH3
КОНВЕРСИЯ
УДАЛЕНИЕ С02
С02
СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ
МОЧЕВИНА
|
