Результат интеллектуальной деятельности: ПРОЦЕСС РИФОРМИНГА ПРИРОДНОГО ГАЗА В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА

Изобретение относится к процессам риформинга природного газа для производства аммиака, применяемого в производствах минеральных удобрений, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известна схема подогрева природного газа перед стадией сероочистки [RU 2175950 C2, 2000.03.02], по которой природный газ из магистрального трубопровода под высоким давлением 3,8-5,0 МПа подается на агрегат аммиака. По данной схеме дросселированию подвергается лишь часть 30-45% подаваемого природного газа, которая используется для сжигания. Остальная часть природного газа после фильтрации от твердых механических примесей подается в подогреватель, встроенный в печь первичного риформинга природного газа, где она нагревается до температуры 150-200°С за счет тепла отходящих дымовых газов и направляется напрямую в огневой подогреватель системы гидро- и сероочистки, где нагревается до температуры 370-400°С и далее подается на гидрирование и сероочистку по технологической схеме процесса риформинга.

Недостатком данной схемы является то, что низкий температурный уровень нагрева природного газа в дополнительном подогревателе и использование "классической" схемы сероочистки при температурах 370-400°С не позволяют исключить из постоянной технологической схемы огневой подогреватель - происходит только снижение тепловой нагрузки на него. При этом тепловые потери за счет повышенной температуры отходящих дымовых газов и за счет потерь в атмосферу через стенки аппарата остаются.

Известна схема подогрева природного газа перед стадией сероочистки в змеевике конвекционной зоны печи первичного риформинга, расположенном ниже по ходу за змеевиком пароперегревателя, без использования отдельного аппарата огневого подогрева [Технология и катализаторы производства аммиака, доклад №6, Абу Даби, 17-24 апреля 1998 года].

Основными недостатками данной схемы являются возможность перегрева природного газа в змеевике, находящемся без протока при операциях пуска и остановки печи первичного риформинга, повышенные требования к термостойкости металла змеевика природного газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является известный способ риформинга природного газа в производстве аммиака [Производство аммиака / Под ред. В.П.Семенова. - М.: Химия, 1985, с.21-57]. Способ заключается в том, что исходное сырье - природный газ 1 поступает из заводского коллектора с давлением около 1,2 МПа, делится на два потока: один для технологических целей 2, идущий на конверсию, другой - на сжигание в качестве топлива 3. Природный газ для технологических целей компримируется до 4,6 МПа в двухступенчатом турбокомпрессоре 4, смешивается с азотоводородной смесью 5, поступающей из отделения синтеза аммиака (после первой ступени компрессора синтез-газа), в соотношении примерно 10:1, и направляется в радиационно-конвекционный огневой подогреватель 6, где нагревается до температуры 400°С. Далее смесь природного газа с азотоводородной смесью поступает в реактор гидрирования серосоединений 7 объемом 35-45 м³ катализатора. Затем природный газ проходит последовательно два адсорбера 8 и 9, заполненных поглотителем сероводорода, по 31,5 м³ поглотителя каждый. После процесса очистки от серы природный газ смешивается с перегретым водяным паром 10 и поступает в подогреватель 11, расположенный в конвективной части трубчатой печи 12. После конвективного змеевика парогазовая смесь с температурой около 500-550°С поступает в реакционные трубы 13, установленные в радиационной камере трубчатой печи, обогреваемые теплом сжигания природного газа в межтрубном пространстве печи. Дымовые газы покидают межтрубное пространство трубчатой печи при температуре порядка 1000°С. Физическое тепло горячих дымовых газов используется для последовательного нагрева реакционной парогазовой смеси 11, паровоздушной смеси 14, перегрева водяного пара во второй ступени пароперегревателя 15, перегрева водяного пара в первой ступени пароперегревателя 16, котловой воды в экономайзере 17, топливного газа в подогревателе 18. Далее дымовые газы выбрасываются в атмосферу двумя дымососами 19 через дымовую трубу. Процесс риформинга природного газа по данной схеме представлен на фиг.1.

Недостатками данной схемы являются: 1. Необходимость в отдельном аппарате огневого подогрева перед стадией сероочистки для нагрева природного газа до температуры 400°С. При этом увеличиваются тепловые потери за счет повышенной температуры отходящих дымовых газов 300-320°С и за счет потерь в атмосферу через стенки аппарата. 2. Большой объем катализатора и поглотителя, используемых в стадии сероочистки. При этом увеличивается потеря природного газа за счет длительного времени прогрева катализатора и поглотителя в период пуска агрегата аммиака. 3. Повышенная опасность эксплуатации аппаратов сероочистки с температурой стенки выше 300°С в связи с возможностью развития водородной коррозии и ползучести металла корпусов аппаратов. 4. Наличие рецикла азотоводородной смеси, часть которой возвращается со стадии компримирования синтез-газа на стадию сероочистки, за счет чего повышается энергопотребление агрегата. 5. Высокая температура выбрасываемых дымовых газов с печи первичного риформинга, за счет чего потребление природного газа остается на сравнительно высоком уровне.

Задачей настоящего изобретения является оптимизация режимов работы стадии сероочистки и блока теплоиспользующей аппаратуры печи первичного риформинга, повышение экономичности процесса, увеличение выработки аммиака и исключение из постоянной технологической схемы аппарата огневого подогрева природного газа.

Поставленная задача в соответствии с настоящим изобретением решается следующим образом: в качестве источника водорода для процесса очистки природного газа от сернистых соединений используют аммиаксодержащий продувочный газ цикла синтеза аммиака, нагрев смеси природного и продувочного газа осуществляют в змеевике конвективной зоны печи первичного риформинга, очистку газа от сернистых соединений проводят при низкой температуре не менее 230°С, загрузку катализатора гидрирования и поглотителя сернистых соединений производят комплексно в один аппарат, с использованием низкотемпературного катализатора гидрирования серосоединений и низкотемпературного поглотителя серосоединений, утилизацию тепла дымовых газов печи первичного риформинга осуществляют в дополнительных змеевиках конвективной зоны за счет подогрева природного газа и конденсата отпарной колонны, огневой подогреватель перед отделением сероочистки используют для пуска агрегата с "холодного" состояния.

Предлагаемый процесс реализуется по принципиальной схеме, представленной на фиг.2.

Исходное сырье - природный газ 1 поступает из заводской сети с давлением 0,7-1,7 МПа. В агрегате природный газ делится на два потока: один для технологических целей 2, другой - на сжигание в качестве топлива 3. Для технологических целей, компримированный до 3,5-4,5 МПа в компрессоре 4 природный газ смешивается с продувочным газом цикла синтеза аммиака 5, содержащим аммиак в объемной доле не более 2%, с целью достижения объемной доли водорода 2-5%, после чего направляется в конвекционный змеевик 6 печи первичного риформинга 7, расположенный по ходу дымовых газов после змеевика подогревателя топливного газа 8, где нагревается до температуры не менее 230°С. Далее смесь природного газа с продувочным газом цикла синтеза поступает в реактор 9 объемом 34 м³, загруженный катализатором гидрирования серосоединений и поглотителем серосоединений, работающими при низких температурах не менее 230°С. После процесса очистки от серы природный газ смешивается с перегретым водяным паром 10 и поступает в конвективный змеевик парогазовой смеси 11 печи первичного риформинга. После конвективного змеевика парогазовая смесь поступает в реакционные трубы 12 радиантной зоны печи первичного риформинга, обогреваемые открытым огнем сжигаемого природного газа. Дымовые газы с температурой до 1100°С, поступают для утилизации тепла в конвективную часть печи первичного риформинга (блок теплоиспользующей аппаратуры), в которой последовательно расположены змеевики подогрева парогазовой смеси 11, технологического воздуха 13, высокотемпературного 14 и низкотемпературного 15 пароперегревателя, подогревателя воды питания котлов давлением 10,5 МПа 16, подогревателя топливного газа 8, подогревателя природного газа перед сероочисткой 6, кипятильника конденсата 17 отпарной колонны 18.

Огневой подогреватель природного газа 19 перед отделением сероочистки остается в технологической схеме только для пуска агрегата с "холодного" состояния.

Преимуществами предлагаемого способа реконструкции являются:

1. Значительное снижение энергопотребления агрегата аммиака за счет:

- утилизации тепла дымовых газов печи первичного риформинга для подогрева природного газа и конденсата отпарной колонны;

- исключения из схемы низкоэффективного огневого подогревателя;

- использования низкотемпературного катализатора гидрирования серосоединений и низкотемпературного поглотителя серосоединений;

- снижения объемов катализатора гидрирования сернистых соединений и поглотителя сернистых соединений;

- использования в качестве источника водорода для гидрирования серосоединений продувочных газов цикла синтеза аммиака.

2. Повышение надежности и безопасности эксплуатации агрегата аммиака за счет исключения из постоянной технологической схемы аппарата с огневым обогревом.

3. Температурная зона установки дополнительного подогревателя природного газа и кипятильника отпарной колонны в конвективной зоне печи первичного риформинга исключает: возможность перегрева технологических сред при операциях пуска и остановки печи первичного риформинга, повышенные требования к термостойкости металла змеевика и кипятильника.