ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ГАЗА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА

Взависимости от сырьевых и энергетических источников, условий транспортирования и водоснабжения, вопросов экономики произ­ водства применяют различные схемы получения технологического газа для синтеза аммиака (синтез-газа).

Внастоящей главе кратко описаны наиболее распространенные промышленные схемы синтеза аммиака, основанные главным образом на использовании природного газа как исходного сырья.

Способы полученидл.подготовки синтез-газа представлены схема­ тически (схемы 1—11). Для каждой схемы приведены параметры процессов и средние составы газа на отдельных стадиях.

Любая схема включает очистку и подготовку исходного сырья, необходимого для получения водородсодержащего газа (например, конверсия метана с последующей конверсией СО); очистку получен­ ного газа от двуокиси углерода; очистку газа от окиси углерода; сжатие газа до давления, которое требуется для проведения процесса синтеза аммиака; синтез аммиака. В ряде случаев необходимо уда­ лять и другие примеси. В зависимости от схемы производства ам­ миака на каждой стадии процесса к чистоте газа предъявляются определенные требования. Например, в газе, поступающем на ката­ лизатор синтеза аммиака, содержание кислородсодержащих. при­ месей должно быть не более 20 см3/м3; присутствие сернистых и мышьяковистых соединений и примеси масла не допускается.

На схемах 1—3 изображено производство аммиака парокислород­ ной каталитической конверсией природного газа при атмосферном давлении в шахтных реакторах с последующей двухступенчатой конверсией СО на среднетемпературном железохромовом катализа­ торе. Дальнейшую переработку конвертированного газа осуще­ ствляют по-разному. В каждом конкретном случае выбирают целе­ сообразное сочетание методов очистки газа от СО и СОа.

Всхеме 1 основное количество двуокиси углерода удаляют рас­ твором моноэтаноламина при небольшом избыточном давлении. Затем газ компримируют, очищают от масла и передают на медноаммиачную очистку от СО, которая может проводиться под давле­ нием 313,6 -105 Па (320 кгс/см2), как в данном случае, или 117,6

106 Па (120 кгс/см2). Окончательную очистку от двуокиси углерода проводят в щелочном скруббере, расположенном после

аппаратов медно-аммиачной очистки. Подготовленная азотоводородная смесь поступает далее на синтез аммиака. Сочетание медно-аммиач­ ной и-щелочной очисток обёспечивает предельно допустимое содержа­ ние кислородсодержащих примесей в азотоводородной смеси не более 20 см3/м8, что позволяет направлять газ без предкатализа на произ­ водство аммиака.

В схеме 2 двуокись углерода удаляют из газа воднощелочной очисткой под давлением 27,4* 10б—29,4- 10б Па (28—30 кгс/см2), а окись углерода — промывкой жидким азотом. Чтобы обеспечить безопасные условия эксплуатации агрегата промывки жидким азо­ том, перед ним устанавливают контактный аппарат для гидрирования окиси азота, являющейся опасной примесью (содержание окиси азота не должно превышать 0,02 см3/м3).

Двуокись углерода, образующуюся при каталитическом гидри­ ровании окиси азота, удаляют в щелочном скруббере непосред­ ственно перед блоками промывки, концентрации ее в выходящем газе не более 10 см8/м3. Затем осуществляют следующие стадии: промывку газа жидким азотом, гидрирование кислородсодержащих соединений, компрессию, очистку от масла и синтез аммиака. По этой схеме аппарат гидрирования включают в работу только при значительном содержании кислородсодержащих примесей, превыша­ ющих норму.

Всхеме 3 сочетают двухступенчатую моноэтаноламиновую очи­ стку газа от двуокиси углерода с промывкой газа жидким азотом для удаления СО. В системе очистки раствором моноэтаноламина (МЭА) предусмотрен замкнутый конденсатный цикл, в результате чего содержание в газе окиси азота не превышает допустимой нормы. Это позволяет исключить стадию каталитического гидрирования окиси азота и ацетилена.

Для дополнительной очистки азото-водородной смеси от кисло­ родсодержащих соединений используют метод каталитического ги­ дрирования этих примесей при давлении до 29,4• 10б Па (30 кгс/см2). После очистки газ сжимают до давления процесса синтеза, очищают от масла и направляют в колонну синтеза аммиака.

Втех случаях, когда получение синтез-газа комбинируют с произ­ водством ацетилена, в схему~4 включают стадии стабилизации состава природного газа (удаление высших углеводородов), окислительного пиролиза метана и выделения ацетилена. В остальном схема не отличается от схемы 3.

Высокотемпературную некаталитическую конверсию метана применяют при переработке как природного газа, так и попутных газов нефтедобычи (схемы 5 и 6). Газ, получаемый этим методом, содержит сажу, очистка от которой предшествует дальнейшей пере­ работке технологического газа. Для этой цели его промывают горя­ чей водой под давлением. После двухступенчатой конверсии окиси углерода на среднетемпературном катализаторе газ очищают от дву­ окиси углерода воднощелочной промывкой (схема 5) или с помощью горячего поташного раствора, активированного мышьяком (схема 6).

Схема 1. Производство газа для синтеза аммиака методом парокислородной каталитической конверсии природного газа без давления

вПпр

Схема 8. Проивводство спнтез-глаа методом парокислородной каталитической конверсии природного газа без давления

Дальнейшую очистку от окиси углерода осуществляют промывкой газа жидким азотом. В случае применения воднощелочной очистки сначала проводят каталитическое гидрирование окиси азота и ще­ лочную доочистку газа от С 02. Полученную азото-водородную смесь подвергают каталитической очистке от примесей кислородсодержа­ щих соединений, компрессии, очистке от масла и затем направляют на синтез аммиака.

Разработка новых высокоактивных катализаторов для бескисло­ родной паровой конверсии метана, низкотемпературного катализа­ тора для конверсии окиси углерода, катализатора метанирования, катализаторов и поглотителей для тонкой очистки природного газа от сернистых соединений позволила получать газ для синтеза амми­ ака по схемам 7 и 8.

Эти схемы применимы для переработки и природного газа (схема 7), и малосернистых легких бензиновых фракций — так назы­ ваемой нафты (схема 8). Ее примерный состав (в %) приведен ниже:

Принципиальное различие этих двух схем заключается в том, что при использовании нафты ее испарение предшествует процессу сероочистки.

Переработка исходного сырья в первую очередь связана с про­ ведением тонкой очистки от сернистых соединений, заключающейся в гидрировании сероорганических соединений до сероводорода и его последующем поглощении. В газе, поступающем на катализатор конверсии углеводородов в трубчатую печь, допускается присут­ ствие не более 1 мг/м3 сернистых соединений. Очищенный от сер­ нистых соединений газ поступает на первую ступень конверсии, где протекает каталитическое взаимодействие углеводородов с паром в трубчатых печах при 29,4-10б—39,2 • 105 Па (30—40 кгс/см2). Затем проводят паровоздушную каталитическую конверсию в шахт­ ных печах (вторая ступень) и двухступенчатую конверсию окиси углерода.

Первая ступень конверсии СО осуществляется на среднетемпе­ ратурном катализаторе, вторая — на низкотемпературном. Между ступенями конверсии в ряде случаев предусматривается тонкая очистка газа от сернистых соединений и хлора, оказывающих большое влияние на низкотемпературный катализатор второй ступени.

Для удаления двуокиси углерода из конвертированного газа по этой схеме применяют обычные абсорбционные методы. Глубокая конверсия окиси углерода на низкотемпературном катализаторе (остаточное содержание окиси углерода 0,2—0,6%) позволила за­ менить традиционные методы очистки газа от окиси углерода стадией гидрирования до метана.

1460 Заказ

Метанирование проводят при давлении около 29,4-106 Па (30 кгс/см2) и температуре 300—400 °С, причем одновременно с СО гидрированию подвергаются двуокись углерода и кислород, при­ сутствующие в конвертированном газе. Очищенный газ далее ком­ примируют, очищают от масла и передают в колонну синтеза ам­ миака. В настоящее время широкое распространение получили созданные по описанной схеме одноагрегатные установки мощностью

газом и нафтой является коксовый газ, а также мазут и каменный уголь.

На схеме 9 показано получение технологического газа газифи­ кацией каменного угля (или других видов твердого топлива). Газ, полученный в результате переработки этого вида сырья, подвергают многоступенчатой очистке от пыли в циклонах, скруббере, ороша­ емом водой, и мокропленочном электрофильтре. Затем с помощью раствора моцоэтаноламина газ очищают от сероводорода и частично от двуокиси углерода. Эта очистка предшествует стадии конверсии окиси углерода. Газ после конверсии СО очищают известными аб­ сорбционными способами: двуокись углерода поглощается водой, окись углерода — медно-аммиачным раствором. Для окончательного удаления С 02 после медно-аммиачной очистки газ промывают рас­ твором аммиака при давлении 302,8 - 10б—313,6 • 10Б Па (310— 320 кгс/см2). Чтобы обеспечить требуемую степень чистоты азотоводородной смеси, перед синтезом аммиака проводят каталитическое гидрирование кислородсодержащих примесей в аппаратах предкатализа (давление процесса 294«Ю6—313,6 Л 0Ъ Па; 300— 320 кгс/см2).

Схема 10 переработки мазута парокислородной газификацией включает несколько дополнительных стадий, обусловленных при­ сутствием в газе значительных примесей сажи, а также серосодержа­ щих примесей. Газ, полученный в результате парокислородной газификации мазута, очищают от пыли так же, как в схеме 9, затем от сажи и после этого направляют на первую ступень мышьяково­ содовой очистки от сероводорода. Затем газ поступает в конвертор окиси углерода; здесь в присутствии железохромового катализатора одновременно с основным процессом происходит конверсия серо­ органических соединений. Образующийся сероводород удаляется во второй ступени мышьяково-содовой очистки.

Очищенный газ. смешивается с азотом из аппаратов разделения воздуха, сжимается до 28,4-105 Па (29 кгс/см2), подвергается водной очистке от С 02, компримируется до 313,6-106 Па (320 кгс/см2) и очищается от окиси углерода медно-аммиачным раствором. Для более тонкой очистки от двуокиси углерода используют раствор щелочи. После масляного фильтра газ поступает на синтез аммиака.

Процесс переработки коксового газа принципиально отличается от описанных ранее.

Современный способ получения синтез-газа из коксового газа показан на схеме 11.

Коксовый газ, поступающий с коксогазового завода под давле­ нием 15,7• 10б—17,6• 10б Па (16—18 кгс/см2), первоначально под­ вергают очистке от окиси азота окислением в полых аппаратах, а затем промывают соляровым маслом. При этом из газа удаляются бензол, частично окись азота и сернистые соединения. Далее газ проходит систему очистки от двуокиси углерода и сероводорода в скрубберах, орошаемых аммиачной водой, водой и щелочью, и подвергается каталитической очистке от окиси азота и ацетилена. Образующиеся при каталитическом гидрировании сероводород, мер­ каптаны и двуокись углерода поглощаются раствором щелочи.

Очищенный газ поступает в разделительный аппарат. Водород, выделяемый, из коксового газа методом фракционированной кон­

Описанные выше схемы не охватывают все существующие в на­ стоящее время способы производства и методы очистки технологи­ ческого газа для синтеза аммиака. В первую очередь это относится к методам очистки газа от двуокиси углерода, которые непрерывно совершенствуются. При этом принципиальная схема в основном сохраняется.