Материал: Methane_conversion

Полученные растворы КНСО3 направляются на разложение с образованием диоксида углерода при понижении давления, например, от 2,8 МПа (давление газа, направляемого на очистку) до 0,65 МПа.

Образующийся в данном процессе диоксид углерода может быть использован для получения карбамида (мочевины):

СО2 + 2NH3 = СО(NH2)2 + Н2О (16)

3.4.2. Очистка от монооксида углерода 3.4.2.1. Промывка жидким азотом

После удаления основной массы диоксида углерода азотоводородная смесь поступает на очистку от монооксида углерода путем промывки жидким азотом при температуре – -192 0С. При этом в жидком азоте растворяются кроме монооксида углерода, диоксид углерода, аргон и метан.

Глубокая очистка азотоводородной смеси вызвана наличием в системе производства аммиака многократной циркуляции, при которой в циркулирующем газе накапливаются не только каталитические яды, но и инертные примеси (главным образом, метан).

На некоторых производствах проводят тонкую очистку азотоводородной смеси как от диоксида, так и от монооксида углерода метанированием.

3.4.2.2. Тонкая очистка метанированием

Метанирование проводится при температуре 250 - 350 0С на катализаторе конверсии метана - Ni/α-Al2O3 в специальном реакторе и описывается реакциями:

Остаточные количества кислорода также реагируют: 0,5О2 + 4Н2 ↔ Н2О (19)

16

При температуре 250 - 350 0С указанные реакции протекают необратимо (практически все количество диоксида и монооксида углерода превращается в метан) и идут с большим выделением тепла.

Очищенная азотоводородная смесь далее направляется в блок синтеза аммиака, а именно, поступает в нижнюю часть конденсационной колонны.

3.5. Функциональная схема конверсии метана для получения азотоводородной смеси

Природный газ

Компрессия (до 2 - 5 МПа)

Азотоводородная Гидрирование (Аl-Co-Мо кат., 400 0C)

смесь (aвc)

Водяной пар Паровая конверсия СН4 (Ni/α-Al2O3 кат., 800-900 0C)

Получение пара в котле утилизаторе

Паровая конверсия СО первой ступени (Fe-Cr-кат., 400-4500C)

Получение пара в котле утилизаторе

Паровая конверсия СО второй ступени (Cu-кат., 220-280 0C)

Охлаждение

Очистка aвc от СО2 и СО

Синтез аммиака

17

3.6. Технологическая схема конверсии метана с получением азотоводородной смеси для синтеза аммиака

Рис.2. Схема агрегата двухступенчатой конверсии природного газа:

1 - компрессор природного газа, 2 – огневой подогреватель, 3 – реактор гидрирования сернистых соединений, 4 – адсорбер, 5 – дымосос, 6, 7, 9, 10 – подогреватели природного газа, питательной воды, паровоздушной и парогазовой смесей, соответственно, 8 – пароперегреватель, 11 – реакционные трубы, 12 – трубчатая печь (конвертор метана первой ступени), 13 – шахтный конвертор метана второй ступени, 14, 16 – паровые котлы, 15, 17 – конверторы монооксида углерода первой и второй ступеней, 18 – теплообменник, 19 – компрессор воздуха.

Природный газ сжимают в компрессоре 1 до давления 4,6 МПа, смешивают с азотоводородной смесью (гидрирующий агент) (авс:газ = 1:10) и подают в огневой подогреватель 2, где реакционная смесь нагревается от

130 - 140 до 370 - 400 0С.

Для обогрева используют природный или другой горючий газ. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений: в реакторе 3 на алюмокобальтмолибденовом катализаторе проводится гидрирование сераорганических соединений до сероводорода, а затем в адсорбере 4

сероводород поглощается сорбентом на основе оксида цинка.

Очищенный газ смешивается с водяным паром в соотношении 2,1-2,2 и полученная парогазовая смесь поступает в трубы с катализатором в

18

реакционной зоне (1) трубчатой печи 12 (рис. 2). Перед этим она нагревается в конвекционной части (2) трубчатой печи горячими газами от сжигания метана в реакционной части печи.

Рис. 3. Схема трубчатой печи 1 – ой ступени паровой конверсии метана:

1 - топливная камера печи (реакционная зона), 2 - конвекционная камера печи, 3 - реакционные трубы с катализатором, 4 - горелки, 5 - газоподводящий коллектор, 6 - газоотводящий коллектор, 7 - выхлопная труба, 8 - дымосос, 9 - подогреватель природного газа, 10 - подогреватель парогазовой смеси, 11 - подогреватель воздуха, 12перегреватель парового котла утилизатора.

заполненные никелевым катализатором паровой конверсии метана (реакция 1), и горелки 4, в которых сжигается природный или горючий газ для создания высокой температуры (800 - 900 0С), необходимой для проведения эндотермической реакции паровой конверсии метана.

Образовавшиеся дымовые газы обогревают трубы с катализатором,

затем поступают в конвекционную камеру (2) трубчатой печи, где их тепло

19

используется для нагрева: парогазовой смеси 10, природного газа 9, воздуха для шахтного конвертора 11, перегревателя пара высокого давления 12 и

питательной воды 7 (рис. 2, на рис. 3 – подогреватель питательной воды не показан).

Смесь пара и очищенного природного газа, нагретая в подогревателе 10 до температуры 525 0С, под давлением 3,7 МПа поступает в вертикально расположенные трубы 3 (рис. 3), заполненные катализатором.

Выходящая из трубчатого реактора парогазовая смесь содержит 9 - 10 % неконвертированного метана. При температуре 850 0С этот газ поступает в конвертор метана II-ой ступени 13 (рис. 2) – реактор шахтного типа (рис. 4). В его верхнюю часть компрессором 19 (рис. 2) подается технологический воздух, нагретый в конвекционной зоне трубчатой печи (2) (рис.3) до 480 - 500 0С.

Шахтный реактор в рассматриваемой схеме выполняет две важные функции: увеличение конверсии метана за счет значительного повышения температуры (до 1000 0С) по сравнению с температурой в трубчатой печи (800 - 900 0С) и приготовление смеси газов с необходимым содержанием азота для последующего синтеза аммиака.

В шахтном конверторе практически полностью реагирует кислород воздуха.

Парогазовая и паровоздушная смеси поступают в шахтный конвертор раздельными потоками в соотношении, требуемом для обеспечения почти полной конверсии метана и получения технологического газа с соотношением (СО+Н2):N2 = 3,05 - 3,10. Содержание водяного пара соответствует соотношению пар: газ = 0,7:1.

Выходящий из шахтного конвертора газ с температурой примерно 1000 0С направляется в котел-утилизатор 14 (рис.2), вырабатывающий пар с давлением 10,5 МПа. Здесь реакционная смесь охлаждается до 380 - 420 0С и направляется в радиальный конвертор паровой конверсии монооксида

20