Совмещенные схемы производства. Практика совмещенных процессов производства аммиака и метанола

Производство аммиака/карбамида - развитая отрасль индустрии повсюду в мире. В развитых странах потребность в этих продуктах имеет постоянный характер или падает. В результате заводы работают на сниженной мощности.

В этой ситуации необходимо рассмотреть конвертирование неиспользованных мощностей производства аммиака при их совмещении с производством метанола. Германская фирма “UHDE GmbH” разработала три технологические схемы совместного производства аммиака и метанола.

Базовая производительность по аммиаку трех проектов составляет 1200 т/сутки. При работе по схеме с производством метанола производительность по аммиаку составляет 1100 т /сутки и 200 т/сутки по метанолу (рис.9-11).

Разработан метод совместного производства метанола и аммиака из легких углеводородов, в частности СН₄, под высоким давлением. Смесь СН₄ и водяного пара подогревают и направляют в трубчатый реактор получения синтез-газа в соотношении Н₂:СО > 3:1. После очистки от СО₂ смесь СО и Н₂ поступает в реактор синтеза метанола с циркуляцией газовой смеси.

Рис. 9. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант В, фирма “UHDE”

После отделения метанола выходящий газ содержит Н₂ и малое количество СН₄, N₂ и метанола. После системы очистки получают чистый Н₂, часть которого подают на сжигание в смеси с воздухом Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О и получением азота. Далее смесь азота и водорода поступает в реактор синтеза метанола. Данный способ позволяет получать NH₃ с малыми энергетическими затратами. Суточная производительность установки 2500 т метанола и 950т NH₃ в сутки.

В Англии разработан совмещенный процесс производства метанола и аммиака, первой стадией которого является получение метанола. Для получения аммиака из непрореагировавших газов синтеза метанола извлекают водород 99,999% чистоты фильтрацией через мембраны, смешивают его с азотом, полученным из воздуха. Образованную азото-воздушную смесь (АВС) направляют на синтез аммиака, который проводят под давлением, равным давлению водорода. По данному процессу может быть произведено 2547 т /сутки метанола и 771 т/сутки аммиака. Использование этого процесса позволяет снизить расход энергии в традиционной схеме производства аммиака до 6,3¸б,7 Гкал/т NH₃.

Рис. 10. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант A, фирма “UHDE”

Предлагается совмещенный процесс получения метанола и аммиака – газообразное углеводородное сырье подвергается первоначальному риформингу паром для получения газа для синтеза метанола, содержащего Н₂ и СО. Продувочный газ после синтеза метанола подвергается вторичному паровому риформингу воздухом для получения синтез-газа производства аммиака, содержащего H₂, N₂, CO₂, CO. Этот газ подвергается высокотемпературной конверсии СО с целью уменьшения его содержания, а после снижения СО синтез-газ проходит ряд ступеней для удаления СО и СО₂ и далее на получение аммиака.

Рис. 11. Совместная схема производства аммиака и метанола. Вариант С, фирма “UHDE”

В США разработан способ совместного получения аммиака и метанола, исключающий образование метиламинов. Способ предусматривает:

1. Очистку углеводородного (до СН₄) сырья, например природного газа, от сернистых соединений при температуре 400°С в присутствии Со-Мо катализатора и оксидцинкового поглотителя.

2. Паровую конверсию очищенного от сернистых соединений углеводородного сырья при соотношении пар: газ 2¸4 моля на 1 моль сырья на никелевом катализаторе до Н₂ и СО при температуре 800¸900°С и Р = 1,5¸4,0 МПа.

3. Синтез метанола при температуре 240¸270°С, давлении 4¸10 МПа в присутствии цинкмедных (Cu - Zn) или цинкхроммедных (Cu - Zn - Cr) катализаторов.

4. Отделение метанола от газовой смеси состава, % моль.: H₂ – 70¸80; CH₄ – 10¸20; CO – 1¸2; CO₂ – 1¸2; N₂ – 0¸5; CH₃OH – 0¸1.

Газовая смесь подается на паровую конверсию и используется для синтеза аммиака. При этом метанол и метан разлагают до Н₂, CO и СО₂ при взаимодействии с водяным паром на Ni-катализаторе при температуре 830¸900°С и давлении 4¸5 МПа с последующим частичным сжиганием H₂, CO и CH₄ при добавлении воздуха. Газовую смесь с температурой 1000¸1050°С и давлением 3,9¸4,9 МПа охлаждают до температуры 350¸370°С и превращают CO c H₂O в СО₂ и Н₂ на Fe-Cr-катализаторе до остаточного содержания СО 2,0¸2,5% моль.; поглощают СО₂, пропуская смесь через амин или водный раствор К₂СО₃ (до остаточного содержания СО₂ 1,0¸2,0% моль.).

СО и СО₂, присутствующие в газовой смеси, используются для дополнительного синтеза метанола при температуре 210¸270°С, давлении 10¸30 МПа; остаточное содержание СО и СО₂ составляет, соответственно, менее 0,3 и 0,5% моль. Отходящие газы нагревают до 300°С в присутствии Ni-катализатора гидрирования СО и СО₂ в СН₄ и направляют на синтез аммиака, который ведут на железном катализаторе при температуре 380¸500°C, давлении 10¸30 МПа.

Отечественными исследователями усовершенствован способ совместного производства NH₃ и CH₃OH, он включает: очистку природного газа от соединений серы гидрированием; пароуглекислотную конверсию очищенного природного газа; очистку конвертированного газа от CO₂; синтез CH₃OH и NH₃ с выделением продувочных газов и возврат их на стадию очистки от соединений серы.

Отличие – с целью снижения расхода природного газа и исключения выброса в атмосферу вредных примесей 65¸80% об. потока очищенного конвертированного газа направляют на синтез метанола, а продувочные газы синтеза метанола смешивают с остальной частью конвертированного газа и подвергают паровоздушной конверсии, после чего из конвертированного газа выделяют СО₂ и направляют его на синтез метанола; затем конвертированный газ подвергают очистке от углекислоты, которую направляют на паро-углекислотную конверсию и после конверсии оставшийся газ подают на синтез аммиака.

Внедрение данного способа в промышленность позволит обеспечить экономию природного газа и исключить вредные выбросы в атмосферу путем максимального использования компонентов конвертированного газа. [1]