EA039203B1 - Способ реконструкции аммиачного завода - Google Patents
Способ реконструкции аммиачного завода Download PDFInfo
- Publication number
- EA039203B1 EA039203B1 EA201891907A EA201891907A EA039203B1 EA 039203 B1 EA039203 B1 EA 039203B1 EA 201891907 A EA201891907 A EA 201891907A EA 201891907 A EA201891907 A EA 201891907A EA 039203 B1 EA039203 B1 EA 039203B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- steam
- iron
- pressure drop
- catalyst
- shift catalyst
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 104
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 29
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 26
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 3
- -1 zinc aluminate Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 71
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 17
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 15
- 239000003570 air Substances 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 description 4
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 description 1
- 238000009620 Haber process Methods 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940117975 chromium trioxide Drugs 0.000 description 1
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N chromium(6+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+6] GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000009419 refurbishment Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
- C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
- C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/86—Chromium
- B01J23/862—Iron and chromium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
- C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0435—Catalytic purification
- C01B2203/0445—Selective methanation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/068—Ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G35/00—Reforming naphtha
- C10G35/02—Thermal reforming
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G59/00—Treatment of naphtha by two or more reforming processes only or by at least one reforming process and at least one process which does not substantially change the boiling range of the naphtha
- C10G59/02—Treatment of naphtha by two or more reforming processes only or by at least one reforming process and at least one process which does not substantially change the boiling range of the naphtha plural serial stages only
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Описан способ реконструкции установки получения аммиака, где упомянутая установка получения аммиака имеет передний край, содержащий один или несколько конверторов, питаемых углеводородным сырьем при некоторой скорости подачи углеводородного сырья, и реактор высокотемпературной конверсии, питаемый реформированным газом, полученным из упомянутого одного или нескольких конверторов, и содержащий неподвижный слой железосодержащего катализатора конверсии водяного газа, где упомянутый передний край работает при первом отношении пар/углерод и первом перепаде давления, где упомянутый способ содержит этапы (i) замены железосодержащего катализатора конверсии водяного газа на катализатор конверсии водяного газа при низком паре с образованием модифицированного переднего края, (ii) работы модифицированного переднего края при втором отношении пар/углерод и втором перепаде давления, где второе отношение пар/углерод по меньшей мере на 0,2 меньше первого отношения пар/углерод, а второй перепад давления меньше, чем первый перепад давления, и (iii) увеличения скорости подачи углеводородного сырья в упомянутые один или несколько конверторов.
Description
Настоящее изобретение касается способа реконструкции способа высокотемпературной конверсии.
В частности, оно касается способа реконструкции способа высокотемпературной конверсии на аммиачном заводе.
Обычно аммиак получают с помощью способа Габера-Боша, в котором водород и азот реагируют при высоком давлении. Общая стехиометрия для этой реакции следующая:
3H2+N2 о 2NH3
Обычно водород получают путем паровой конверсии углеводородного сырья, такого как природный газ, в способе, известном как первичная конверсия, с получением потока, содержащего непрореагировавший углеводород, водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Азот может обеспечиваться из ряда источников, но часто обеспечивается путем вторичной конверсии продукта первичной конверсии воздухом с получением исходного синтез-газа. Затем применяют каталитическую конверсию водяного газа, обычно в две стадии, включая стадию высокотемпературной конверсии на слое железосодержащего катализатора с превращением, по меньшей мере, части монооксида углерода в диоксид углерода и образованием дополнительного водорода. Затем диоксид углерода удаляют, например, путем поглощения. Оставшийся поток часто подвергают каталитическому метанированию, превращая остаточные количества монооксида углерода и диоксида углерода в метан. Затем поток из метанатора, который будет состоять главным образом из водорода и азота со следовыми количествами метана, сжимают и подают в реактор синтеза аммиака, в котором водород реагирует с азотом, образуя аммиак.
Минимальное отношение пара к углероду в аммиачном заводе определяют, принимая во внимание ряд факторов, включая эффективность химического превращения, образование углерода в установке первичной конверсии и в особенности необходимость предотвращения избыточного восстановления катализатора высокотемпературной конверсии, которое может приводить к нежелательному образованию углеводородов в синтез-газе. Многие заводы также сдерживаются перепадом давления, так как перепад давления на заводах ограничивает общую производительность. Это означает, что снижение перепада внутреннего давления может давать увеличение производительности завода. Уменьшение отношения пара к углероду снижает поток сквозь установку и следовательно снижает перепад давления.
EP 2590893 А1 раскрывает способ получения аммиачного синтез-газа из углеводородсодержащего сырья с этапами первичной конверсии, вторичной конверсии потоком окислителя и дальнейшей обработки синтез-газа, включая конверсию, удаление диоксида углерода и метанирование, в котором синтезгаз, поставляемый путем вторичной конверсии, подвергают среднетемпературной конверсии (СТК) на катализаторе медь/оксид цинка/оксид алюминия при температуре от 200 до 350°С, а первичную конверсию выполняют при отношении пара к углероду меньше 2 путем установки выше по ходу реактора предварительной конверсии. Раскрывается соответствующий способ реконструкции аммиачного завода, где существующий реактор высокотемпературной конверсии (ВТК) модифицируют для работы при умеренной температуре или заменяют новым СТК реактором и реактор предварительной конверсии устанавливают выше по ходу от реактора первичной конверсии, так что отношение пара к углероду в реакторе первичной конверсии может быть снижено до величины в интервале от 1,5 до 2.
Авторы обнаружили, что альтернативный способ может быть использован для снижения отношения пар/углерод и увеличения производительности без установки реактора предварительной конверсии и СТК реактора.
Соответственно данное изобретение обеспечивает способ реконструкции и работы установки получения аммиака, где упомянутая установка получения аммиака имеет передний край, содержащий один или несколько конверторов, питаемых углеводородным сырьем, и реактор высокотемпературной конверсии, питаемый реформированным газом, полученным из упомянутого одного или нескольких конверторов, содержащий неподвижный слой железосодержащего катализатора конверсии водяного газа, где упомянутый передний край работает при первом отношении пар/углерод и первом перепаде давления, где упомянутый способ содержит этапы (i) замены железосодержащего катализатора конверсии водяного газа на катализатор конверсии водяного газа при низком паре с образованием модифицированного переднего края, (ii) работы модифицированного переднего края при втором отношении пар/углерод и втором перепаде давления, где второе отношение пар/углерод по меньшей мере на 0,2 меньше первого отношения пар/углерод, а второй перепад давления меньше, чем первый перепад давления, и затем (iii) увеличения скорости подачи углеводородного сырья в упомянутые один или несколько конверторов.
Снижение перепада давления на переднем крае, вызванное заменой катализатора в реакторе конверсии водяного газа и подстройкой отношения пар/углерод, позволяет оператору аммиачного способа увеличить поток углеводородного сырья в один или несколько конверторов и тем самым получать больше аммиака. Таким образом, термин реконструкция в настоящей заявке означает способ увеличения производства аммиака на существующей установке получения аммиака.
Стадия генерации синтез-газа может быть основана на паровой конверсии углеводородного сырья, такого как природный газ, нафта или отходящий газ нефтепереработки. Это может достигаться путем первичной конверсии углеводородного сырья паром в заполненных катализатором трубах с внешним обогревом в паровом конвертере, нагреваемом пламенем или газом, и, возможно, путем вторичной кон- 1 039203 версии газовой смеси первичной конверсии при ее частичном сжигании посредством кислородсодержащего газа и последующем пропускании частично сгоревшей газовой смеси сквозь слой катализатора перовой конверсии. Кислородсодержащий газ может представлять собой воздух, кислород или обогащенный кислородом воздух. Катализатор первичной конверсии обычно содержит никель в количестве в интервале 1-30 мас.%, нанесенный на сформированные тугоплавкие оксиды, такие как альфа-оксид алюминия или алюминаты магния или кальция. Альтернативно могут быть использованы структурированные катализаторы, в которых катализатор с никелем или благородным металлом обеспечен в виде нанесенного поверхностного слоя на металлической или керамической структуре, или катализаторы могут быть обеспечены в множестве контейнеров, расположенных в трубах. Реакции паровой конверсии происходят в трубах на катализаторе паровой конверсии при температурах выше 350°С, и обычно текучая среда, выходящая из труб, имеет температуру в интервале 650-950°С. Теплообменная среда, текущая вокруг труб, может иметь температуру в интервале 900-1300°С. Давление может быть в интервале 10-80 бар абс. Во вторичном конвертере газ из первичной конверсии, который может содержать дополнительную порцию углеводородного сырья, частично сгорает в горелке, установленной возле вершины конвертера. Частично сгоревший, конвертированный газ затем адиабатически проходит сквозь слой катализатора паровой конверсии, расположенный под горелкой, приводя состав газа к равновесию. Теплота для эндотермической реакции паровой конверсии подается посредством горячего, частично сгоревшего, конвертированного газа. Когда частично сгоревший, конвертированный газ контактирует с катализатором паровой конверсии, он охлаждается эндотермической реакцией паровой конверсии до температур в интервале 900-1100°С. Слой катализатора паровой конверсии во вторичном конвертере обычно содержит никель в количестве в интервале 1-30 мас.%, нанесенный на сформированные тугоплавкие оксиды, но могут быть использованы слои, где самый верхний слой катализатора содержит благородный металл, такой как платина или родий, на носителе оксид циркония. Такой аппарат для паровой конверсии и катализаторы коммерчески доступны.
Альтернативно паровая конверсия может достигаться путем пропускания смеси углеводорода и пара через адиабатический предварительный конвертер, содержащий слой катализатора паровой конверсии, и затем путем пропускания предварительно конвертированной газовой смеси в автотермический конвертер, который работает таким же образом, как вторичный конвертер, производя газовый поток, содержащий водород, оксиды углерода и пар. Азот также будет присутствовать в газовом потоке, когда автотермический конвертер питают воздухом или обогащенным кислородом воздухом. В адиабатической предварительной конверсии смесь углеводорода и пара поступает при входной температуре в интервале 300-620°С на неподвижный слой гранулированного никельсодержащего катализатора предварительной конверсии. Такие катализаторы обычно содержат >40 мас.% никеля (в расчете на NiO) и могут быть приготовлены соосаждением никельсодержащего материала с оксидом алюминия и промотирующими соединениями, такими как оксид кремния и оксид магния. Давление также может быть в интервале 10-80 бар абс.
В предпочтительном способе передний край установки получения аммиака содержит паровой конвертер с пламенным обогревом и, возможно, вторичный конвертер. Следовательно стадия генерации синтез-газа предпочтительно содержит первичную конверсию углеводородного сырья, в частности природного газа, паром в паровом конвертере с пламенным обогревом с получением газового потока, содержащего водород, монооксид углерода, диоксид углерода и пар, и, возможно, стадию вторичной конверсии, в которой газ первичной конверсии, возможно, с дополнительной порцией углеводорода, дополнительно конвертируют во вторичном конвертере, используя воздух, обогащенный воздух или кислород. Воздух является предпочтительным.
Передний край установки получения аммиака дополнительно содержит реактор высокотемпературной конверсии, содержащий неподвижный слой железосодержащего катализатора конверсии водяного газа. Поток конвертированного газа, который обычно содержит водород, монооксид углерода, диоксид углерода и пар, а потенциально также метан и азот, подвергают, возможно, после подстройки температуры одной или нескольким стадиям каталитической конверсии водяного газа путем пропускания газовой смеси при повышенной температуре и давлении над катализатором конверсии водяного газа. Если присутствует недостаточно пара, пар можно добавлять в газовую смесь перед тем, как ее подвергают конверсии водяного газа. Реакцию конверсии водяного газа можно записать следующим образом:
Н2О+СО о Н2+СО2
Реакцию можно проводить в одну или несколько стадий, включая этап высокотемпературной конверсии, выполняемый в реакторе высокотемпературной конверсии, содержащем катализатор высокотемпературной конверсии. Для катализаторов высокотемпературной конверсии входная температура в реактор предпочтительно находится в интервале 280-500°С, более предпочтительно 300-450°С и наиболее предпочтительно 310-380°С, так что производительность катализатора за продолжительный период является максимальной. Конверсию предпочтительно выполняют адиабатически без охлаждения слоя катализатора, хотя, если желательно, некоторое охлаждение можно применять, например, путем пропускания охлаждающей воды под давлением сквозь трубы, расположенные в слое катализатора. Выходная
- 2 039203 температура из конвертера предпочтительно <600°С, более предпочтительно <550°С, чтобы максимизировать срок службы и производительность катализатора. Возможно, поток конвертированного газа из реактора высокотемпературной конверсии может охлаждаться и подвергаться одной или нескольким дополнительным стадиям конверсии водяного газа, выбранным из среднетемпературной конверсии и/или низкотемпературной конверсии. Катализаторы среднетемпературной конверсии и низкотемпературной конверсии обычно представляют собой композиции меди-оксида цинка-оксида алюминия. Для катализаторов среднетемпературной конверсии входная температура может быть в интервале 190-300°С, а для катализаторов низкотемпературной конверсии входная температура может быть 185-270°С. Скорость потока синтез-газа, содержащего пар, может быть такой, что часовая объемная скорость газа (ЧОСГ) через один или несколько слоев катализатора конверсии водяного газа в реакторах составляет >6000 ч'1. Стадия конверсии может происходить при давлении в интервале 1-100 бар абс., более предпочтительно 15-50 бар абс.
В настоящем изобретении железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии водяного газа в реакторе высокотемпературной конверсии заменяют катализатором высокотемпературной конверсии водяного газа при низком паре и отношение пар/углерод в переднем крае регулируют от первого более высокого отношения пар/углерод до второго более низкого отношения пар/углерод. Второе отношение пар/углерод по меньшей мере на 0,2 меньше, чем первое отношение пар/углерод, и может быть по меньшей мере на 0,3 или 0,4 меньше, чем первое отношение пар/углерод. Данное регулирование может быть сделано путем снижения скорости потока пара в способе перед одним или несколькими паровыми конвертерами. Первое отношение пар/углерод может быть >1,5, но более типично >2, например 2,5 или 3,5. Путем регулирования отношения пар/углерод отношение пара к сухому газу на входе в реактор высокотемпературной конверсии может быть уменьшено до <0,45:1, предпочтительно <0,42:1.
Кроме того, перепад давления по переднему краю снижается путем уменьшения доли пара. Перепад давления по переднему краю может рассматриваться как перепад давления между точкой, в которой добавляют пар, и точкой, в которой, ниже по ходу от конверсии водяного газа, конвертированный газ охлаждают, чтобы конденсировать непрореагировавший пар в виде воды. Первый перепад давления по переднему краю может быть >5 бар ман., например в интервале от 5 до 20 бар ман., обычно 10-20 бар ман. Второй перепад давления меньше, чем первый перепад давления, предпочтительно по меньшей мере на 1 бар ман. меньше, чем первый перепад давления.
Способ настоящего изобретения включает в себя, после снижения перепада давления по переднему краю путем замены катализатора высокотемпературной конверсии и снижения отношения пар/углерод, увеличение скорости подачи углеводородного сырья в упомянутые один или несколько конвертеров. Увеличение скорости подачи углеводородного сырья увеличивает перепад давления по переднему краю в направлении первого перепада давления по переднему краю способа. Перепад давления по переднему краю после увеличения скорости потока углеводорода может быть в интервале 90-100% от первого перепада давления по переднему краю.
Замененный железосодержащий катализатор конверсии водяного газа может быть обычным магнитным катализатором, промотированным оксидом хрома. Такие катализаторы обычно существуют в форме цилиндрических гранул.
Катализатор конверсии водяного газа при низком паре может быть улучшенным железосодержащим катализатором высокотемпературной конверсии или свободным от железа катализатором высокотемпературной конверсии.
Улучшенный железосодержащий катализатор конверсии водяного газа имеет свойства, которые позволяют ему работать при меньших отношениях пар/углерод, чем замененный катализатор. Таким образом, улучшенный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии может иметь высокую площадь геометрической поверхности (ПГП) и/или может содержать один или несколько промоторов конверсии. Улучшенный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии может быть изготовлен путем осаждения соединений железа и других металлов (которые разлагаются в оксиды при нагреве) из раствора солей железа и металлов путем добавления подходящего щелочного реагента, например гидроксида или карбоната натрия. Полученный осадок затем промывают, сушат и предпочтительно прокаливают. Площадь поверхности по БЭТ, определяемая путем физической адсорбции азота, предпочтительно находится в интервале 20-40 м2/г, предпочтительно 20-34 м2/г, более предпочтительно 20-30 м2/г. Высушенный или прокаленный предшественник катализатора обычно имеет содержание оксида железа (в расчете на Fe2O3) от 60 до 95 мас.%. Если присутствует оксид хрома, атомное отношение железа к хрому в предшественнике может быть в интервале от 6 до 20, предпочтительно от 8 до 12. Высушенный или прокаленный материал может таблетироваться с образованием гранул предшественника катализатора. Гранулы могут быть цилиндрическими длиной в интервале 3-10 мм и диаметром в интервале 5-15 мм, предпочтительно 5-10 мм.
Площадь геометрической поверхности гранул катализатора конверсии водяного газа при низком паре предпочтительно больше, чем у замененного катализатора. Площадь геометрической поверхности не следует увеличивать, используя гранулы меньшего диаметра или длины, чем у замененного катализа
- 3 039203 тора, так как это увеличивает перепад давления по реактору конверсии водяного газа, что нежелательно. Площадь геометрической поверхности предпочтительно увеличивают путем обеспечения катализатора двумя, тремя или большим числом выступов или выемок по окружности гранулы. Особенно предпочтительной формой является цилиндрическая гранула, имеющая длину С и диаметр D, у которой поверхность цилиндрической гранулы имеет две или больше выемок вдоль ее длины, причем упомянутый цилиндр имеет выпуклые концы с длинами А и В, такие, что (A+B+C)/D находится в интервале от 0,25 до 1,25, а (А+В)/С находится в интервале от 0,03 до 0,3. Предпочтительно (A+B+C)/D находится в интервале от 0,50 до 1,00, более предпочтительно от 0,55 до 0,70, наиболее предпочтительно от 0,55 до 0,66. Предпочтительно (А+В)/С находится в интервале от 0,05 до 0,25, более предпочтительно от 0,1 до 0,25. Гранула может иметь от 3 до 12, предпочтительно от 3 до 7, более предпочтительно от 3 до 5 полукруглых, эллиптических или U-образных выемок, равномерно распределенных по окружности гранулы и распространяющихся аксиально вдоль ее длины. Выемки могут иметь ширину d в интервале от 0,1D до 0,4D, предпочтительно от 0,1D до 0,25D, когда присутствуют 5 выемок, предпочтительно 0,2-0,30D, когда присутствуют 4 выемки, и предпочтительно 0,25-0,4D, когда присутствуют 3 выемки, и желательно полная ширина выемки составляет <35% от окружности гранулы. Предпочтительной формой является цилиндрическая гранула длиной от 4 до 5 мм, диаметром от 8 до 9 мм и имеющая три, четыре или особенно пять равномерно распределенных периферических выемок, распространяющихся аксиально вдоль длины гранулы. Площадь поверхности гранулы катализатора высокотемпературной конверсии при низком паре предпочтительно составляет >235 мм2. Площадь поверхности катализатора высокотемпературной конверсии при низком паре, выраженная в м2 на м3 гранул катализатора, предпочтительно составляет >520 м2/м3, более предпочтительно >530 м2/м3, наиболее предпочтительно >535 м2/м3.
Железосодержащие катализаторы высокотемпературной конверсии до восстановления желательно содержат оксид меди или оксид марганца в качестве промотора конверсии. Атомное отношение железа к меди или марганцу предпочтительно находится в интервале от 10:1 до 100:1. Предпочтительно улучшенный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии содержит один или несколько оксидов железа, стабилизированных оксидом хрома и/или оксидом алюминия, и может содержать оксид цинка и одно или несколько соединений меди. Перед применением для реакции конверсии гранулы подвергают восстановительным условиям, в которых оксид железа восстанавливается до магнетита (Fe3O4), a присутствующий триоксид хрома восстанавливается до полуторного оксида хрома (Cr2O3). Это восстановление часто выполняют в реакторе, в котором нужно выполнять реакцию конверсии. Активность улучшенного железосодержащего катализатора высокотемпературной конверсии может быть значительно увеличена путем введения в частицы предшественника катализатора характеристического отношения по меньшей мере 2 и максимального размера по меньшей мере 5000 А (500 нм) и предпочтительно меньше чем 15000 А (1500 нм) в гранулы предшественника катализатора. Предпочтительно улучшенный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии содержит игольчатые частицы оксида железа. Такие композиции катализаторов, содержащих оксиды железа и хрома, описаны в US 5656566. Альтернативно может быть желательно, по меньшей мере, частично заменять оксид хрома в катализаторе на основе железа оксидом алюминия или другим стабилизирующим оксидом. Оксиды цинка и меди также могут желательно присутствовать. Такие катализаторы описаны, например, в ЕР 2237882.
Альтернативно катализатор высокотемпературной конверсии при низком паре может быть свободным от железа катализатором конверсии водяного газа. Таким образом, катализатор конверсии водяного газа при низком паре может содержать смесь алюмоцинковой шпинели и оксида цинка в комбинации с щелочным металлом, выбранным из группы, состоящей из Na, K, Rb, Cs и их смесей. Такие катализаторы описаны, например, в ЕР 2141118 и ЕР 2300359. Альтернативно катализатор высокотемпературной конверсии при низком паре может содержать дотированную металлом композицию оксид цинка/оксид алюминия. Например, подходящий катализатор, содержащий оксиды цинка и алюминия вместе одним или несколькими промоторами, выбранными из Na, K, Rb, Cs, Cu, Ti, Zr, редкоземельных элементов и их смесей. Такие катализаторы описаны, например, в ЕР 2924002. Безжелезные катализаторы могут быть цилиндрическими гранулами или формами, описанными выше.
В получении аммиака конвертированная газовая смесь, извлеченная из переднего конца, может подвергаться стадии удаления диоксида углерода, метанированию для удаления следов оксидов углерода, возможной подстройке мольного отношения H2:N2 и затем синтезу аммиака.
Может использоваться любое подходящее устройство для удаления диоксида углерода. Устройства для удаления диоксида углерода могут работать путем реакционного поглощения, как устройства, известные как aMDEA™ или Benfield™, которые основаны на применении промывок регенерируемым амином или карбонатом калия, или путем физического поглощения, основанного на использовании метанола, гликоля или другой жидкости при низкой температуре, как устройства Rectisol™, Selexol™. Удаление диоксида углерода может также выполняться путем адсорбции с переключением давления (АПД) с использованием подходящих твердых адсорбентов. Устройство для удаления диоксида углерода может также работать, одновременно удаляя остаточный пар, главным образом путем конденсации вследствие низких рабочих температур. Такое устройство для удаления диоксида углерода и растворители являются
- 4 039203 коммерчески доступными.
На стадии метанирования остаточные монооксид углерода и диоксид углерода в потоке газообразного водорода могут превращаться в метан на катализаторе метанирования в метанаторе. Может быть использована любая подходящая организация для метанатора. Таким образом, метанатор может работать адиабатически или изотермически. Один или несколько метанаторов могут быть использованы. Может применяться катализатор метанирования на основе никеля. Например, в единственной стадии метанирования газ из стадии удаления диоксида углерода может подаваться при входной температуре в интервале 200-400°С на неподвижный слой гранулированного никельсодержащего катализатора метанирования. Такие катализаторы обычно представляют собой гранулированные композиции, содержащие 20-40 мас.% никеля. Такое устройство для метанирования и катализаторы являются коммерчески доступными. Давление для метанирования может быть в интервале 10-80 бар абс.
Полученный синтез-газ, содержащий водород и азот, сжимают в первой и одной или нескольких дополнительных стадиях компрессии до давления синтеза аммиака и пропускают в устройство получения аммиака. Если воздух или обогащенный кислородом воздух используют на этапе генерации синтезгаза, достаточное количество азота может уже присутствовать в потоке газообразного водорода, но если нет, дополнительный азот можно добавлять в синтез-газ, например, из устройства разделения воздуха или газа продувки установки для получения азотной кислоты.
Устройство получения аммиака содержит конвертер аммиака, содержащий катализатор синтеза аммиака. Азот и водород в синтез-газе вместе реагируют на катализаторе, образуя аммиак. Катализаторы синтеза аммиака обычно основываются на железе, но могут применяться другие катализаторы синтеза аммиака. Реактор может работать адиабатически или может работать изотермически. Слои катализатора могут быть с аксиальным и/или радиальным течением, и один или несколько слоев могут быть обеспечены в одном резервуаре конвертера. Конверсия на катализаторе обычно является неполной, и поэтому синтез газ обычно проходит в петлю, содержащую частично прореагировавшую газовую смесь, возвращенную из конвертера аммиака, и полученная смесь подается на катализатор. Смесь синтез-газа, подаваемая в петлю, может иметь отношение водорода к азоту 2,2-3,2. В устройстве получения аммиака смесь водород/азот может проходить над катализатором синтеза аммиака при высоком давлении, например, в интервале 80-350 бар абс., предпочтительно 150-350 бар абс. для крупномасштабных установок и при температуре в интервале 300-540°С, предпочтительно 350-520°С.
Аммиак, полученный в устройстве для получения аммиака, может продаваться и/или частично превращаться в азотную кислоту, нитрат аммония или мочевину. Любой подходящий способ получения азотной кислоты, нитрата аммония или мочевины может быть использован.
Уменьшенный перепад давления на переднем крае может также развертываться в
a) снижение выпускного давления воздушного компрессора, что позволяет увеличить скорость в узком месте способа - воздушном компрессоре;
b) снижение требуемого давления подачи углеводорода, что позволяет увеличить скорость в узком месте - компрессоре углеводорода или принудительной подаче природного газа; и
c) увеличение давления всасывания компрессора синтез-газа, что позволяет увеличить скорость в узком месте способа - компрессоре синтез-газа.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на следующий пример.
Пример.
Крупномасштабный способ получения аммиака моделировали, используя Aspen HYSYS, чтобы выяснить влияние изменений на долю пара. Отдельные операции способа были следующие: очистка, первичная и вторичная паровая конверсия, высокотемпературная и низкотемпературная конверсия, удаление СО2, метанирование, компрессия и синтез аммиака. Способ, оборудованный обычным железосодержащим катализатором высокотемпературной конверсии, работает при мольном отношении пара к сухому газу 0,48 на входе в установку высокотемпературной конверсии (ВТК). Замена обычного железосодержащего катализатора высокотемпературной конверсии на катализатор конверсии водяного газа при низком паре KATALCO™ 71-6 позволяла снижать отношение пара к сухому газу до 0,40. Соответственно отношение пар/углерод на входе первичного конвертера снижалось от 2,9 до 2,5.
Улучшенный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии KATALCO™ 71-6, использованный в этом примере, представлял собой соосажденный железохромовый катализатор высокотемпературной конверсии с площадью поверхности по БЭТ в интервале 20-30 м2/г. И замененный обычный железосодержащий катализатор, и катализатор KATALCO™ 71-6 представляли собой цилиндрические гранулы длиной в интервале 4,8-4,9 мм и диаметром в интервале от 8,3 до 8,5 мм.
- 5 039203
Физадсорбция азота | ||
Площадь поверхности по БЭТ | ||
(м2г-1) | ||
мин | макс | |
Katalco™ 71- 16 | 20 | 30 |
Уменьшение доли пара дает 6% увеличение производительности для эквивалентного перепада давления по переднему краю установки, где пар/вода и воздух увеличивались на этапе с потоком рабочего газа. Эта увеличенная производительность установки соответствует 4,6% увеличению мольного потока на сжатие синтез-газа и 3,4% увеличению производства аммиака.
Когда производительность сдерживается компрессором синтез-газа, снижение отношения пара к сухому газу увеличивает давление, подаваемое на вход компрессора, уменьшая степень повышения давления и таким образом позволяя увеличение скорости потока. Для обычного компрессора, работающего близко к его оптимальной эффективности при 100% скорости, градиент кривой работы компрессора таков, что снижение степени повышения давления дает 4% увеличение производительности в этом случае (соответствует 1% перепада в степени повышения давления). Это увеличение производительности установки соответствует 2,8% увеличению мольного потока на компрессию синтез-газа и 2% увеличению производства аммиака.
Сравнитель ный Оригинальн ый ВТК | Сравнительный Замененный ВТК катализатор Нет увеличения | Замененный ВТК катализатор Увеличенная скорость подачи углеводорода |
- 6 039203
катализато Р | скорости подачи углеводорода | |||
Исходный | Увеличение производительности 0% | Увеличение производител ьности 4% | Увеличение производите льности 6% | |
Давление Вход 1 стадии компрессии синтез-газа (бар ман.) | 32,00 | 34,20 | 32,81 | 32,46 |
Мольный поток Вход 1 стадии компрессии синтез-газа (кмольч1) | 12100 | 11988 | 12436 | 12659 |
Увеличение мольного потока | - | -0,009 | 0,028 | 0,046 |
Массовый поток Вход 1 стадии компрессии синтез-газа (тч-1) | 106, 8 | 107,0 | 111,2 | 113,3 |
Увеличение массового потока | 0 | 0,003 | 0,042 | 0,061 |
Перепад давления (бар) | 15,30 | 13,10 | 14,49 | 14,84 |
Степень сжатия | 1,84 | 1,80 | 1,83 | 1,83 |
Доступное | 1,000 | 1,087 | 1,043 | - |
- 7 039203
отношение потока компрессора |
Сравнительный | Увеличение производительности | |||
исходный | 4% | 6% | ||
Получение аммиака (тдень-1) | 2206,9 | 2250,4 | 2282,8 | |
% от обычного производства | 100, 0 | 102,0 | 103,4 | |
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Claims (8)
1. Способ увеличения производства аммиака на существующей установке получения аммиака, где упомянутая установка получения аммиака имеет предварительный узел для получения синтез-газа на основе паровой конверсии углеводородного сырья, указанный предварительный узел содержит один или несколько конверторов, питаемых углеводородным сырьем при некоторой скорости подачи углеводородного сырья, и реактор высокотемпературной конверсии, питаемый реформированным газом, полученным из упомянутого одного или нескольких конверторов при входной температуре в интервале 300-450°С, и содержащий неподвижный слой железосодержащего катализатора конверсии водяного газа, где упомянутый предварительный узел работает при первом отношении пар/углерод >1,5 и первом перепаде давления >5 бар ман., где упомянутый способ содержит этапы, где (i) заменяют железосодержащий катализатор конверсии водяного газа на катализатор конверсии водяного газа при низком паре с образованием модифицированного предварительного узла, причем катализатор конверсии водяного газа при низком паре выбирают из группы, состоящей из железосодержащего катализатора высокотемпературной конверсии и безжелезного катализатора высокотемпературной конверсии, (ii) осуществляют работу модифицированного предварительного узла при втором отношении пар/углерод и втором перепаде давления, где второе отношение пар/углерод по меньшей мере на 0,2 меньше первого отношения пар/углерод, а второй перепад давления меньше, чем первый перепад давления, и (iii) увеличивают скорость подачи углеводородного сырья в упомянутые один или несколько конверторов, причем указанный железосодержащий катализатор высокотемпературной конверсии представляет собой осажденный железосодержащий катализатор с содержанием оксида железа в расчете на Fe3O3 от 60 до 95 мас.%, имеющий площадь поверхности по БЭТ в интервале 20-40 м2/г, а безжелезный катализатор высокотемпературной конверсии содержит цинк-алюминатную шпинель или оксиды цинка и алюминия вместе с одним или несколькими промоторами, выбранными из Na, K, Rb, Cs, Cu, Ti, Zr, редкоземельных элементов и их смесей.
2. Способ по п.1, в котором предварительный узел установки получения аммиака содержит паровой конвертер, нагреваемый пламенем, и, возможно, вторичный конвертер.
3. Способ по п.1 или 2, в котором реактор высокотемпературной конверсии работает при входной температуре в интервале 280-500°С и давлении в интервале 1-100 бар абс.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором второе отношение пар/углерод по меньшей мере на 0,3, предпочтительно по меньшей мере на 0,4, меньше, чем первое отношение пар/углерод.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором отношение пара к сухому газу на входе в реактор высокотемпературной конверсии снижают после замены железосодержащего катализатора конверсии водяного газа до <0,45:1, предпочтительно <0,42:1.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором второй перепад давления по предварительному узлу по меньшей мере на 1 бар ман. меньше, чем первый перепад давления по предварительному узлу.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором катализатор конверсии водяного газа при низком паре содержит смесь цинк-алюминатной шпинели и оксида цинка в комбинации с щелочным металлом, вы-
- 8 039203 бранным из группы, состоящей из Na, К, Rb, Cs и их смесей.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором перепад давления по предварительному узлу увеличивают путем увеличения скорости подачи углеводородного сырья на этапе (iii) до 90-100% от первого перепада давления по предварительному узлу.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB1603298.9A GB201603298D0 (en) | 2016-02-25 | 2016-02-25 | Process |
PCT/GB2017/050288 WO2017144850A1 (en) | 2016-02-25 | 2017-02-06 | Process for revamping an ammonia plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201891907A1 EA201891907A1 (ru) | 2019-02-28 |
EA039203B1 true EA039203B1 (ru) | 2021-12-16 |
Family
ID=55806934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201891907A EA039203B1 (ru) | 2016-02-25 | 2017-02-06 | Способ реконструкции аммиачного завода |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11097944B2 (ru) |
EP (1) | EP3419934B1 (ru) |
CN (1) | CN108698844B (ru) |
AU (1) | AU2017222376B2 (ru) |
BR (1) | BR112018017348B1 (ru) |
CA (1) | CA3013540A1 (ru) |
EA (1) | EA039203B1 (ru) |
ES (1) | ES2861310T3 (ru) |
GB (2) | GB201603298D0 (ru) |
HU (1) | HUE053783T2 (ru) |
MX (1) | MX2018010253A (ru) |
PL (1) | PL3419934T3 (ru) |
UA (1) | UA124533C2 (ru) |
WO (1) | WO2017144850A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108479785A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-09-04 | 深圳市国能环保科技有限公司 | 一种高温水煤气变换反应用催化剂及其制造方法 |
EP4251560A1 (en) | 2020-11-24 | 2023-10-04 | Topsoe A/S | Method of starting-up a water gas shift reactor |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110172086A1 (en) * | 2008-09-12 | 2011-07-14 | Johnson Matthey Plc | Shaped heterogeneous catalysts |
EP2404869A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Ammonia Casale S.A. | Process for producing ammonia synthesis gas |
WO2014019610A1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Ammonia Casale Sa | A method for increasing the capacity of an ammonia plant |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4861745A (en) | 1988-08-03 | 1989-08-29 | United Catalyst Inc. | High temperature shift catalyst and process for its manufacture |
GB9407512D0 (en) | 1994-04-15 | 1994-06-08 | Ici Plc | Catalysts |
US7037876B2 (en) * | 2002-05-15 | 2006-05-02 | Sud-Chemie Inc. | High temperature shift catalyst prepared with a purity iron precursor |
US7964114B2 (en) | 2007-12-17 | 2011-06-21 | Sud-Chemie Inc. | Iron-based water gas shift catalyst |
KR101529906B1 (ko) | 2008-07-03 | 2015-06-18 | 할도르 토프쉐 에이/에스 | Hts 반응기의 작동방법 |
EP2141118B1 (en) * | 2008-07-03 | 2013-08-07 | Haldor Topsoe A/S | Chromium-free water gas shift catalyst |
EP2801550A1 (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-12 | Ammonia Casale S.A. | A process for producing ammonia synthesis gas with high temperature shift and low steam-to-carbon ratio |
BR112018014726B1 (pt) | 2016-02-02 | 2023-04-18 | Haldor Tops0E A/S | Processo para produção de um gás de síntese de amônia |
AR107702A1 (es) | 2016-02-29 | 2018-05-23 | Haldor Topsoe As | Renovación con baja cantidad de vapor / carbono |
-
2016
- 2016-02-25 GB GBGB1603298.9A patent/GB201603298D0/en not_active Ceased
-
2017
- 2017-02-06 ES ES17704068T patent/ES2861310T3/es active Active
- 2017-02-06 PL PL17704068T patent/PL3419934T3/pl unknown
- 2017-02-06 BR BR112018017348-7A patent/BR112018017348B1/pt active IP Right Grant
- 2017-02-06 AU AU2017222376A patent/AU2017222376B2/en active Active
- 2017-02-06 EP EP17704068.0A patent/EP3419934B1/en active Active
- 2017-02-06 GB GB1701903.5A patent/GB2548696B/en active Active
- 2017-02-06 US US16/078,846 patent/US11097944B2/en active Active
- 2017-02-06 EA EA201891907A patent/EA039203B1/ru unknown
- 2017-02-06 HU HUE17704068A patent/HUE053783T2/hu unknown
- 2017-02-06 CN CN201780013118.XA patent/CN108698844B/zh active Active
- 2017-02-06 MX MX2018010253A patent/MX2018010253A/es unknown
- 2017-02-06 WO PCT/GB2017/050288 patent/WO2017144850A1/en active Application Filing
- 2017-02-06 UA UAA201809499A patent/UA124533C2/uk unknown
- 2017-02-06 CA CA3013540A patent/CA3013540A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110172086A1 (en) * | 2008-09-12 | 2011-07-14 | Johnson Matthey Plc | Shaped heterogeneous catalysts |
EP2404869A1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-11 | Ammonia Casale S.A. | Process for producing ammonia synthesis gas |
WO2014019610A1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Ammonia Casale Sa | A method for increasing the capacity of an ammonia plant |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
AMEL BOUDJEMAA, CÉCILE DANIEL, CLAUDE MIRODATOS, MOHAMED TRARI, ALINE AUROUX, RABAH BOUARAB: "In situ DRIFTS studies of high-temperature water-gas shift reaction on chromium-free iron oxide catalysts", COMPTES RENDUS CHIMIE, ELSEVIER, PARIS., FR, vol. 14, no. 6, 1 June 2011 (2011-06-01), FR , pages 534 - 538, XP055362816, ISSN: 1631-0748, DOI: 10.1016/j.crci.2010.11.007 * |
BANACH BOGNA; MACHOCKI ANDRZEJ: "Effect of potassium addition on a long term performance of Co–ZnO–Al2O3catalysts in the low-temperature steam reforming of ethanol: Co-precipitation vs citrate method of catalysts synthesis", APPLIED CATALYSIS A: GENERAL, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 505, 3 August 2015 (2015-08-03), AMSTERDAM, NL , pages 173 - 182, XP029296778, ISSN: 0926-860X, DOI: 10.1016/j.apcata.2015.08.003 * |
FIGUEIREDO, R.T. ; ANDRADE, H.M.C. ; FIERRO, J.L.G.: "Influence of the preparation methods and redox properties of Cu/ZnO/Al"2O"3 catalysts for the water gas shift reaction", JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS A: CHEMICAL., ELSEVIER, AMSTERDAM., NL, vol. 318, no. 1-2, 1 March 2010 (2010-03-01), NL , pages 15 - 20, XP026855401, ISSN: 1381-1169 * |
GUNUGUNURI K. REDDY; P. BOOLCHAND; PANAGIOTIS G. SMIRNIOTIS;: "Sulfur tolerant metal doped Fe/Ce catalysts for high temperature WGS reaction at low steam to CO ratios XPS and Mssbauer spectroscopic study", JOURNAL OF CATALYSIS, ACADEMIC PRESS, DULUTH, MN., US, vol. 282, no. 2, 14 June 2011 (2011-06-14), US , pages 258 - 269, XP028276956, ISSN: 0021-9517, DOI: 10.1016/j.jcat.2011.06.016 * |
XUE E., O'KEEFFE M, ROSS J R H: "Water-gas shift conversion using a feed with low steam to carbon monoxide ratio and containing sulPHUR", CATALYSIS TODAY, AMSTERDAM, NL, vol. 30, 1 January 1996 (1996-01-01), NL , pages 107 - 118, XP002198478, DOI: 10.1016/0920-5861(95)00323-1 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2017222376A1 (en) | 2018-08-23 |
GB201603298D0 (en) | 2016-04-13 |
CN108698844B (zh) | 2022-04-05 |
CA3013540A1 (en) | 2017-08-31 |
CN108698844A (zh) | 2018-10-23 |
EA201891907A1 (ru) | 2019-02-28 |
BR112018017348B1 (pt) | 2023-03-21 |
PL3419934T3 (pl) | 2021-08-02 |
GB2548696B (en) | 2020-04-08 |
UA124533C2 (uk) | 2021-10-05 |
WO2017144850A1 (en) | 2017-08-31 |
BR112018017348A2 (pt) | 2018-12-26 |
HUE053783T2 (hu) | 2021-07-28 |
AU2017222376B2 (en) | 2020-10-29 |
ES2861310T3 (es) | 2021-10-06 |
GB2548696A (en) | 2017-09-27 |
MX2018010253A (es) | 2019-01-10 |
US20190047852A1 (en) | 2019-02-14 |
US11097944B2 (en) | 2021-08-24 |
EP3419934A1 (en) | 2019-01-02 |
GB201701903D0 (en) | 2017-03-22 |
EP3419934B1 (en) | 2021-01-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2016214157B2 (en) | Process for making ammonia | |
EP3132009B1 (en) | Process | |
GB2494751A (en) | Improved hydrocarbon production process | |
EP3532456B1 (en) | Process for the production of formaldehyde-stabilised urea. | |
WO2019220074A1 (en) | Process | |
CA3215266A1 (en) | Process for capture of carbon dioxide from air and the direct conversion of carbon dioxide into fuels and chemicals | |
EA033713B1 (ru) | Система для производства богатых водородом газовых смесей | |
GB2536996A (en) | Process | |
EA039203B1 (ru) | Способ реконструкции аммиачного завода | |
WO2013072659A1 (en) | Process for increasing hydrogen content of synthesis gas | |
US20220144654A1 (en) | Process For Producing Methanol And Ammonia | |
JP2023544675A (ja) | 水素化方法 | |
RU2782258C2 (ru) | Способ получения метанола и аммиака | |
GB2564509B (en) | A process for the production of formaldehyde-stabilised urea |