EA201891408A1 20181130 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2018\PDF/201891408 Полный текст описания [**] EA201891408 20161115 Регистрационный номер и дата заявки DKPA 2015 00811 20151216 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2016/077690 Номер международной заявки (PCT) WO2017/102206 20170622 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21811 Номер бюллетеня [**] СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА, ЯВЛЯЮЩЕГОСЯ СВОБОДНЫМ ОТ ИНЕРТНЫХ КОМПОНЕНТОВ, В НЕСКОЛЬКИХ РЕАКТОРНЫХ СИСТЕМАХ Название документа [8] C01C 1/04 Индексы МПК [DK] Крёль Енсен Аннеттэ Е., [DK] Даль Пер Юуль Сведения об авторах [DK] ХАЛЬДОР ТОПСЁЭ А/С Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201891408a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Настоящее изобретение касается способа получения аммиака по меньшей мере в двух реакторных системах, в которых получение аммиака осуществляют из части синтез-газа в каждой из систем, при этом часть потока отводят, подпиточный газ практически является свободным от инертных компонентов, система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса, или под более высоким давлением, и подпиточный газ подают через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG), остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, при необходимости, нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов. Таким образом, может быть обеспечен экономически целесообразный способ получения аммиака с использованием синтез-газов, не содержащих инертные компоненты.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Настоящее изобретение касается способа получения аммиака по меньшей мере в двух реакторных системах, в которых получение аммиака осуществляют из части синтез-газа в каждой из систем, при этом часть потока отводят, подпиточный газ практически является свободным от инертных компонентов, система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса, или под более высоким давлением, и подпиточный газ подают через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG), остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, при необходимости, нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов. Таким образом, может быть обеспечен экономически целесообразный способ получения аммиака с использованием синтез-газов, не содержащих инертные компоненты.


(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201891408 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.11.30
(22) Дата подачи заявки 2016.11.15
(51) Int. Cl. C01C1/04 (2006.01)
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА, ЯВЛЯЮЩЕГОСЯ
СВОБОДНЫМ ОТ ИНЕРТНЫХ КОМПОНЕНТОВ, В НЕСКОЛЬКИХ РЕАКТОРНЫХ СИСТЕМАХ
(31) PA 2015 00811
(32) 2015.12.16
(33) DK
(86) PCT/EP2016/077690
(87) WO 2017/102206 2017.06.22
(71) Заявитель:
ХАЛЬДОР ТОПСЁЭ А/С (DK)
(72) Изобретатель:
Крёль Енсен Аннеттэ Е., Даль Пер Юуль (DK)
(74) Представитель:
Беляева Е.Н. (BY) (57) Настоящее изобретение касается способа получения аммиака по меньшей мере в двух реакторных системах, в которых получение аммиака осуществляют из части синтез-газа в каждой из систем, при этом часть потока отводят, подпиточный газ практически является свободным от инертных компонентов, система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса, или под более высоким давлением, и подпиточ-ный газ подают через прямоточный конвертер под-питочного газа (MUG), остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, при необходимости, нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов. Таким образом, может быть обеспечен экономически целесообразный способ получения аммиака с использованием синтез-газов, не содержащих инертные компоненты.
Способ получения аммиака из синтез-газа, являющегося свободным от инертных компонентов, в нескольких реакторных системах
Настоящее изобретение относится к способу получения аммиака из синтез-газа, являющегося свободным от инертных компонентов, по меньшей мере, в двух реакторных системах. В частности, получение аммиака осуществляют из синтез-газа, являющегося свободным от инертных компонентов, в ходе процесса с несколькими этапами с различным давлением в соответствии со следующей реакцией:
N2 + 3 Н2 -> 2 NH3 (1),
по меньшей мере, в двух реакторных системах.
Аммиак получают из синтез-газа путем каталитической реакции между водородом и азотом в соответствии с реакцией (1) в контуре синтеза высокого давления. Помимо водорода и азота, синтез-газ для получения аммиака содержит компоненты, которые обычно инертны при реакции (1), такие как метан и инертные газы, которые снижают скорость конверсии в соответствии с реакцией (1). Ниже по тексту в настоящем документе такие компоненты именуются инертными. Процессы такого типа, как правило, осуществляют следующим образом: подпиточный газ вначале компрессируют на нескольких этапах до высокого давления, а затем сжатый подпиточный газ подают в контур, включающий один или несколько реакторов с катализатором, для получения аммиака. Специалистам известны способы, когда в контур высокого давления подается синтез-газ, который состоит, в основном, из Ш и N2 в соответствующем молярном отношении (т.е. 3 к 1), и который получен путем парового риформинга углеводородного сырья, такого как природный газ.
Для того, чтобы избежать накопления в контуре инертных компонентов, которые содержатся в отводящемся аммиаке, и которые растворимы лишь при очень низких концентрациях, часть газового потока, который циркулирует в контуре, постоянно отводят в качестве продувочного газа. Остатки аммиака удаляют из такого продувочного газа путем скрубберной очистки, водород и азот,
если они присутствуют, отделяют и удаляют с использованием мембранной технологии или сепарации при низкой температуре. Остаточные инертные компоненты, такие как метан, аргон, гелий и остатки азота, если они присутствуют, сбрасываются. Перед компрессией к подпиточному газу добавляют рециркулируемый газ, таким образом, осуществляют его повторное использование. Отвод больших количеств продувочного газа из контура негативно влияет на энергетический баланс, так как из-за этого происходит существенное падение давления при больших объемах газа, который затем должен подвергаться вторичной компрессии, что приводит к увеличению затрат.
Поэтому до настоящего времени специалисты были убеждены, что обогащение инертными компонентами с изначального значения 1 - 2 об.% в подпиточном газе до 10 об.% или даже 20 об.% в рециркулируемом газе неизбежно, несмотря на то, что с такими высокими концентрациями инертных компонентов неразрывно связан тот недостаток, что парциальные давления газов, участвующих в реакции, которые имеют важнейшее значения для равновесного состояния реакции, а также сродство реакции существенно ниже, чем в том случае, если бы в контуре синтез-газа полностью отсутствовали инертные компоненты. По этой причине объем используемых катализаторов и реакторов, в которых такие катализаторы размещены, должен быть значительно больше, чем потребовался бы при отсутствии инертных компонентов в контуре синтез-газа.
То, что допускается такое обогащение инертными компонентами в контуре по сравнению с изначальным уровнем концентрации в подпиточном газе, несмотря на вышеуказанные недостатки, демонстрирует технических парадокс, который возникает из-за того, что при меньших объемах продувочного газа и, следовательно, при более высоких концентрациях инертных компонентов, снижаются эксплуатационные расходы, в частности, расходы, связанные с компрессией, в то время как капитальные затраты увеличиваются из-за того, что требуются большие объемы катализатора, или возникает необходимость использования более дорогостоящих катализаторов, например, катализаторов на основе рутения. Такой технический парадокс не может быть разрешен с использованием имеющихся и известных технологий, поэтому специалистам
приходится искать компромисс и находить баланс между эксплуатационными расходами и капитальными затратами.
В ходе синтеза, который осуществляют в реакторе, из синтез-газа получают газ конечной переработки. Такой газ конечной переработки состоит, в основном, из непрореагировавшей части исходного газа, образовавшегося аммиака и инертных компонентов. На выходе из реактора аммиак находится в газообразном состоянии, однако его необходимо сконденсировать для сепарации от газа конечной переработки и для отвода из контура в виде жидкости. Так как температура конденсации аммиака зависит от парциального давления и температуры, для осуществления конденсации продукта преимущественно обеспечивается более высокое давление синтеза и более высокая концентрация аммиака с одной стороны при более низкой температуре с другой. Высокая концентрация аммиака может быть обеспечена при использовании больших объемов катализатора при низкой концентрации инертных компонентов. Высокое давление синтеза приводит относительно к увеличению затрат на энергию, которая необходима для компрессии синтез-газа, а для более низкой температуры охлаждения требуется, что в трубопроводе рециркулируемого газа было установлено соответствующее охладительное устройство.
Из сказанного выше понятно, почему специалистами, в основном, поддерживается рабочее давление синтеза в диапазоне 150 - 280 бар. Так как объем обычных катализаторов на основе магнетита непропорционально растет при снижении давления синтеза, и это также влияет на требования к конструкции реактора, то в процессах, известных из уровня техники, применяются катализаторы, обладающие высокой активностью. Таким образом, используют большие объемы магнетитовых катализаторов, модифицированных кобальтом. Также используют рутениевые катализаторы, однако они являются более дорогостоящими из-за того, что в них содержится благородный металл.
Чем ниже давление синтеза, тем меньше количество тепла, которое можно рассеять с использованием воды или путем воздушного охлаждения, следовательно, соответствующим образом возрастет та часть тепла, которую необходимо удалить путем искусственного охлаждения. Из-за этого возникает еще один технический парадокс, если в соответствии со стандартной практикой
для искусственного охлаждения рассматривается использование контура охлаждения с системой компрессии. При том, что затраты на компрессию в контуре синтеза уменьшаются при снижении давления синтеза, одновременно увеличиваются затраты на компрессию в контуре охлаждения, так как для отвода аммиака, полученного в контуре синтеза, искусственное охлаждение должно осуществляться более интенсивно. Часть аммиака, которая сконденсировалась до искусственного охлаждения, в процессах низкого давления увеличивается, так как при высоком расходе потока продувочного газа обеспечивается очень низкая концентрация инертных компонентов. Возникает проблема с обогащением инертными компонентами, как при процессе синтеза высокого давления, и низкая концентрация инертных компонентов увеличивает концентрацию продукта и, следовательно, температуру конденсации. Таким образом, в этом случае специалисту необходимо найти компромиссное решение и определить оптимальный баланс затрат между эксплуатационными расходами и капитальными затратами.
В большинстве обычных установок по производству аммиака, переработку природного газа осуществляют в первичных и вторичных риформерах с получением водорода, затем поток газа, прошедшего риформинг, подвергают реакции конверсии окиси углерода в двуокись углерода для получения дополнительного количества водорода после утилизации избыточного тепла в потоке газа, прошедшего риформинг. На следующем этапе осуществляют удаление кислотных газов, и осуществляют конверсию остаточного монооксида углерода (СО) и диоксида углерода (СО2) в метан в расположенном далее по ходу процесса метанаторе. Полученный в результате поток неочищенного синтез-газа затем подают в контур синтеза для получения аммиака, при этом используют азот, как правило, из технологического воздуха, который подают во второй риформер.
Как правило, в установке по производству аммиака используют стехиометрическое количество технологического воздуха во втором риформере для того, чтобы сохранить молярное отношение водород/азот 3:1 в газе, выходящем из метанатора (неочищенный синтез-газ), который, как правило, используют в качестве подпиточного газа в контуре синтеза аммиака.
В течение многих лет производство аммиака в коммерческом масштабе осуществляли в большой однореакторной системе. Однореакторную систему применяют из-за высоких расходов, которые связаны с функционированием контура при высоком давлении и высоких затрат на процесс компрессии; такие расходы резко снижаются при увеличении расхода потока. Таким образом, в течение десятилетий существовало мнение, что производство аммиака может быть экономически целесообразно лишь в однореакторных системах и лишь при использовании синтез-газов, содержащих инертные компоненты.
Одна из первых попыток использования более одной реакторной системы описана в документе DD 225 029 A3, где описаны два блока синтеза высокого давления, которые расположены один после другого, при этом уровень давления в обоих блоках одинаков. Первый блок синтеза представляет собой систему, где используют подпиточный газ, а второй - систему с обычным контуром. Используемый синтез-газ должен содержать инертный компоненты, в ходе переработки концентрация инертных компонентов довольно высока, в частности, 13-18 об.%, в рециркулируемом газе.
Из документа US 7.070.750 В2 известно, что аммиак можно получать из синтез-газа с применением в ходе процесса с несколькими этапами с различным давлением, где синтез аммиака происходит, по меньшей мере, в двух последовательных системах синтеза. В соответствии с патентом США аммиак получают из части синтез-газа в каждой системе, при этом часть потока отводят, и функционирование соответствующей системы синтеза, расположенной далее по ходу процесса, осуществляют при более высоком давлении по сравнению с соответствующей системой синтеза, расположенной ранее. В этой связи, термин "более высокое давление" означает дифференциальное давление, превышающее потери давления в системе синтеза. Каждая система синтеза может быть отделена от следующей, расположенной далее по ходу процесса системы синтеза, по меньшей мере, одним блоком компрессии.
В способе, описанном в документе US 7.070.750 В2, функционирование всех систем синтеза (из, по меньшей мере, двух) осуществляют с использованием подпиточного газа, за исключением последней системы синтеза,
функционирование которой осуществляют с использованием контура рециркуляции.
В соответствии со способом, описанном в документе US 7.070.750 В2, аммиак получают в соответствии с вышеуказанной реакцией (1) из синтез-газа, который содержит реагенты Ш и N2, а также компоненты, которые инертны при реакции (1), такие как метан и инертные газы, которые снижают скорость конверсии в соответствии с реакцией (1). Для того, чтобы избежать накопления в контуре инертных соединений, часть газового потока, который циркулирует в контуре, постоянно отводят в качестве продувочного газа. В документе US 7.070.750 В2 заявлено, что наличие инертных соединений составляет проблему, так как их концентрация с изначального значения 1-2 об.% в подпиточном газе до 10 об.% или даже 20 об.% в рециркулируемом газе, в результате чего парциальные давления газов, участвующих в реакции, существенно ниже, чем в том случае, если бы в контуре синтез-газа полностью отсутствовали инертные компоненты. Такой недостаток, как правило, компенсируется использованием больших объемов катализатора и, соответственно, реакторов большего масштаба, или, в качестве альтернативы, использованием более эффективных (однако также более дорогостоящих) катализаторов, например, катализаторов на основе рутения. В соответствии с US 7.070.750 В2 в ходе процесса с несколькими этапами с различным давлением, который описан в указанном документе, могут быть получены удовлетворительные результаты, несмотря на постоянное присутствие инертных соединений в синтез-газе.
Настоящее изобретение основано на идее, что получение аммиака может осуществляться из синтез-газа, являющегося свободным от инертных компонентов, в соответствии с приведенной выше реакцией (1), по меньшей мере, в двух реакторных системах, в которых функционирование системы, расположенной далее по ходу процесса, осуществляют при том же давлении, что давление в системе, расположенной ранее по ходу процесса, или под более высоком давлением. Синтез-газ или подпиточный газ поступает из блока азотной промывки (NWU) или другого блока очистки, в которой происходит удаление всех инертных соединений до уровня ррш. Это означает, что, для любых
практических целей, в контуре синтеза аммиака отсутствуют инертные соединения, следовательно, система очистки не требуется.
В соответствии с настоящим изобретением термины "синтез-газ" и "подпиточный газ" являются взаимозаменяемыми.
Таким образом, настоящее изобретение относится к процессу получения аммиака, по меньшей мере, в двух реакторных системах, которые включают последовательные системы синтеза, в том числе первую систему и последнюю систему, при котором:
- получение аммиака осуществляют из части синтез-газа для получения аммиака в каждой из, по меньшей мере, двух систем, при этом часть потока отводят,
- подпиточный газ практически является свободным от инертных компонентов,
- функционирование системы, расположенной далее по ходу процесса, осуществляют при том же давлении, что давление в системе, расположенной ранее по ходу процесса, или под более высоком давлением, и
- синтез-газ или подпиточный газ подают через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG),
при этом остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, оптимально нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов.
Подпиточный газ предпочтительно поступает из блока азотной промывки (NWU).
Первая система в последовательности систем синтеза работает как прямоточная реакторная система. Все системы синтеза (из, по меньшей мере, двух) могут работать как прямоточные реакторные системы, за исключением последней системы синтеза. Функционирование последней системы синтеза осуществляют с использованием контура рециркуляции.
В последовательности систем синтеза каждая система синтеза отделена от следующей, расположенной далее по ходу процесса системы синтеза, по меньшей мере, одним блоком компрессии.
Так как в контуре синтеза отсутствуют инертные компоненты, система очистки не требуется. Подпиточный газ обладает высокой активностью из-за отсутствия инертных компонентов.
Преимуществом того, что функционирование конвертера MUG осуществляют при более низком давлении, чем уровень давления в основном контуре, является то, что таким образом значительно проще регулировать экзотермическую реакцию (1) и обеспечить реактор конвертера MUG необходимого масштаба.
Ниже настоящее изобретение иллюстрируется следующими схемами; с помощью блока азотной промывки (NWU) получают подпиточный газ практически с нулевым содержанием инертных соединений.
После того, как он покинет NWU, синтез-газ для получения аммиака может компрессироваться, это осуществляют на первой стадии компрессирования/в первом блоке компрессирования (CSU I), а затем он подается через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG). Такой конвертер подпиточного газа (MUG), который обозначен на схеме как прямоугольная фигура, нарисованная пунктирной линий, состоит из самого конвертера MUG (MUG конв.), а также устройства для охлаждения и конденсации (с & с).
Остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, нагнетают до более высокого давления на второй стадии компрессирования/во втором блоке компрессирования (CSU II) до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов, и в котором осуществляют получение жидкого аммиака.
Настоящее изобретение более подробно поясняется следующими примерами.
Пример
В Таблице 1 приведены основные показатели для сравнения установки по производству аммиака производительностью 3000 тонн в сутки, в которой используют контур синтеза, в котором отсутствуют инертные компоненты, с установкой по производству аммиака производительностью 3000 тонн в сутки, в которой используют подпиточный газ, в котором отсутствуют инертные компоненты, и конвертер подпиточного газа, который размещен на трех уровнях давления. Показано, что количество аммиака, полученного в блоке MUG, может составлять, по меньшей мере, на 20%.
С учетом того, что циркуляционный поток может использоваться в качестве индикатора размера оборудования в контуре синтеза, показано, что при использовании блока MUG контур синтеза может быть уменьшен, по меньшей мере, на 15 %. Уменьшение размера контура синтеза означает возможность снижения капитальных затрат, однако, что еще более важно, обеспечивает возможность создать установку по производству аммиака большей производительности, например, создать новую установку или увеличить производительность существующей.
Следует отметить, что приведенные показатели по производительности и по циркуляционному потоку могут быть еще более оптимизированы.
Таблица 1
Исходный вариант: Установка по производству аммиака производительностью 3000 тонн в сутки, в которой используют контур синтеза, в котором отсутствуют
инертные компоненты
Давление в блоке MUG кг/см2 • г
Давление в контуре синтеза кг/см2 • г
Производство ТчНз в блоке MUG
% от общего производства
Циркуляционный поток
в контуре синтеза
% от исходного варианта
196
196
192
196
Формула изобретения
1. Способ получения аммиака, по меньшей мере, в двух реакторных системах, в котором
получение аммиака осуществляют из части синтез-газа для получения аммиака в каждой из, по меньшей мере, двух систем, при этом часть потока отводят,
подпиточный газ практически является свободным от инертных компонентов,
система, расположенная далее по ходу процесса, работает при том же давлении, что и давление в системе, расположенной ранее по ходу процесса, или под более высоком давлением, и
синтез-газ или подпиточный газ подают через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG),
при этом остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG, при необходимости, нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подпиточный газ поступает из блока азотной промывки (NWU).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая система синтеза работает как прямоточная реакторная система.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что все из, по меньшей мере, двух систем синтеза работают как прямоточные реакторные системы, за исключением последней системы синтеза.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последняя система синтеза работает как система с контуром рециркуляции.
2.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждая система синтеза отделена от следующей, расположенной далее по ходу процесса системы синтеза, одним или несколькими блоками компрессии.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса.
2.
Уточненная формула изобретения (приложенная к заключению международной предварительной экспертизы)
1. Способ получения аммиака, по меньшей мере, в двух реакционных системах, в котором
получение аммиака осуществляют из части синтез-газа для получения аммиака в каждой из, по меньшей мере, двух систем, при этом часть потока отводят,
подпиточный газ является свободным от инертных компонентов, в том смысле, что все инертные соединения удалены до уровня ч./млн.,
система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса, или под более высоком давлением, и
синтез-газ или подпиточный газ подают через прямоточный конвертер подпиточного газа (MUG),
причем:
остаточный синтез-газ, поступающий из блока конвертера MUG нагнетают до более высокого давления до подачи в контур синтеза, свободный от инертных компонентов, и
подпиточный газ поступает из блока азотной промывки (NWU).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая система синтеза работает как прямоточная реакторная система.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что все из, по меньшей мере, двух систем синтеза работают как прямоточные реакционные системы, за исключением последней системы синтеза.
2.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последняя система синтеза работает как система с контуром рециркуляции.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждая система синтеза отделена от следующей, расположенной далее по ходу процесса системы синтеза, одним или несколькими блоками компрессии.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система, расположенная далее по ходу процесса, находится под тем же давлением, что и система, расположенная ранее по ходу процесса.
2.
контур без инертных компонентов
NWU
с & с
CSU I
V '
CSU II
жид. NH-;