способ совместного производства аммиака и метанола

Формула изобретения

Способ совместного производства аммиака и метанола, включающий в себя сероочистку, двухступенчатую конверсию метана, высокотемпературную конверсию оксида углерода, очистку газа от диоксида углерода абсорбцией горячим раствором поташа, синтез метанола под давлением 5 МПа и синтез аммиака под давлением 30 МПа, отличающийся тем, что очистку газа от диоксида углерода ведут непосредственно после высокотемпературной конверсии оксида углерода до остаточного содержания диоксида углерода 0,48 - 0,5 об.% с последующим синтезом метанола по проточной схеме на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе (например ДН - 8 - 2) под давлением 5 МПа при температуре 200 - 300^oС и при соотношении Н₂ : СО = 22,5 : 1, после отделения метанола газ компримируют и направляют на синтез аммиака по циркуляционной схеме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам совместного производства аммиака и метанола.

Известно много схем совместного получения аммиака и метанола. Большинство из этих схем работают по схожему принципу. Существует проект совместного производства аммиака и метанола, согласно которому из конвертированного газа вначале получают метанол. При этом за счет переработки оксида углерода концентрация его в газе снижается. Далее остаточный оксид углерода окисляют кислородом воздуха и гидрируют до метана. Газовая смесь, очищенная от диоксида углерода, поступает на синтез аммиака (см. Chem. Econ. Eng. Rev. 1972, vol. 4, N 11, p. 32 - 34). По другой схеме смесь оксидов углерода и водорода пропускают при температуре 160 - 300^oC и давлении 5 - 15 МПа через слои катализатора. Катализатор размещается в нескольких, последовательно расположенных, реакторах. Циркуляция газа позволяет снизить содержание оксида углерода в отходящих газах, который затем конвертируют водяным паром. После очистки газа от диоксида углерода и метана остаточный водород используют для получения аммиака (см. пат. 67675, 1973 г. [ПНР]). Также разработана схема с несколько иным принципом действия. Согласно этому способу природный газ компримируют, очищают от сернистых соединений, смешивают с водяным паром и подают в трубчатую печь на конверсию. После этого конвертированный газ охлаждают в теплообменнике и направляют в диффузоры, где на селективных полимерных мембранах выделяют оксид углерода и водород. Выделенные газы смешивают в смесителе, компримируют до давления синтеза и направляют в колонну, где на катализаторе осуществляют синтез метанола. Непродиффундировавший в диффузорах газовый поток смешивают с нагретым воздухом и направляют в шахтный реактор, где осуществляется конверсия остаточных углеводородов. После этого газ идет далее по схеме синтеза аммиака (авт. св. N 1197997, кл. C 01 В 3/38, 1985 [СССР], авт. св. N 1407898, кл. C 01 В 3/38, 1988 [СССР]). В качестве прототипа принимают схему совместного производства аммиака и метанола, по которой синтез-газ перед синтезом аммиака проходит следующие технологические стадии: очистка от соединений серы, конверсия избыточного оксида углерода, компримирование, очистка от диоксида углерода и синтез метанола. Для обеспечения глубокой переработки оксидов углерода и получения газа, обогащенного водородом, на стадии синтеза метанола поддерживают высокое соотношение H₂:CO в свежем (5:1) и циркуляционном (14:1) газе (см. Караваев М.М. и др. - Азотн. пром., 1965, N 4, с. 74-91).

Отличительной чертой всех вышеописанных схем является наличие циркуляции синтез-газа на стадии синтеза метанола, что приводит к продувкам и потерям технологического газа, а также последующая тонкая очистка газов, отходящих на синтез аммиака, от оксидов углерода.

Целью изобретения является снижение содержания вредных и инертных примесей в газе, идущем на синтез аммиака, и, как следстсвие, уменьшение числа продувок и потерь сырья.

За основу предлагаемой схемы принимают стандартную схему производства аммиака мощностью 1360 т аммиака в сутки. Но по сравнению со стандартной в предлагаемой схеме отсутствуют стадии низкотемпературной конверсии оксида углерода и метанирования. Вместо этого предлагают после высокотемпературной конверсии CO проводить очистку газа от диоксида углерода в абсорбере горячим раствором поташа до остаточного содержания CO₂ в газе 0.48-0.50 об.%. Затем газ направляют не на гидрирование до метана, а на первую ступень компримирования до давления 5 МПа, после чего проводят синтез метанола при температуре 200-300^oC. Синтез метанола проводят при отсутствии циркуляции синтез-газа по проточной схеме. Соотношение H₂: CO в газе при синтезе метанола достигает значения 22.5:1. Синтез проводят на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе для низкого давления, например ДН-8-2. Состав катализатора, мольные доли: CuO: ZnO: Cr₂O₃:MnO:MgO:Al₂O₃:BaO=1:0.3:(0.15-0.2):(0.05-0.1):(0.05-0.1): (0.25-0.3): 0.05 (см.Курылев А.Ю., Тарасов Л.А. Влияние промоторов на скорость восстановления низкотемпературного катализатора синтеза метанола. Материалы научно - технической конференции НИРХТУ Новомосковск, 7 -9 декабря 1994 г. Часть 1, стр. 13-15. Деп. в ВИНИТИ N 2685 - В95 от 5.10.95 г., Барковский А.И., Курылев А.Ю., Тарасов Л.А., Анохин В.Н. Влияние промоторов на активность низкотемпературного катализатора синтеза метанола. Материалы научно - технической конференции НИРХТУ Новомосковск, 7 - 9 декабря 1994 г. Часть 1, стр. 34 - 35. Деп. в ВИНИТИ N 2685 - В95 от 5.10.95 г.). После синтеза метанола газ возвращается на стадии стандартной схемы синтеза аммиака (дожимание газа до давления синтеза и непосредственно синтез по циркуляционной схеме).

На чертеже приведена принципиальная схема для реализации предлагаемого способа.

Природный газ сжимают в компрессоре 1 до давления 2.7 МПа и проводят сероочистку в адсорбере 2, затем газ направляют на двухступенчатую конверсию метана 3 и 4. После этого конвертированный газ, содержащий, об.%: N₂ - 20.49, Ar - 0.26, H₂ - 58.33, CO - 12.98, CO₂ - 7.59, CH₄ - 0.35, проходит высокотемпературную конверсию оксида углерода 5 при температуре 270^oC и давлении 2.7 МПа. Далее газ с содержанием, об.%: N₂ - 18.64, Ar - 0.23, Hz - 62.08, CO - 2.79, CO₂ - 15.92, CH₄ - 0.32, - направляют на очистку от диоксида углерода 6, после которой газ имеет следующий состав, об.%: N₂ - 22.07, Ar - 0.28, H₂ - 73.48, CO - 3.31, CO₂2 - 0.48, CH₄ - 0.38. На следующем этапе в синтез-газ добавляют небольшое количество водорода для того, чтобы компенсировать нехватку H₂ после синтеза метанола до стехиометрического в синтезе аммиака, и направляют в компрессор синтез-газа. После первой ступени компримирования 7 газ с давлением 5 МПа, содержащий об.%: N₂ - 21.91, Ar - 0.28, H₂ - 73.69, CO - 3.27, CO₂ - 0.48, CH₄ - 0.38, подогревают до 200^oC в теплообменнике 8 и направляют в колонну 9 на синтез метанола под давлением 5 МПа при температуре 200 - 280^oC на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе с объемной скоростью 20000 ч^-1. После охлаждения до 40^oC в теплообменнике 10 и отделения метанола 11 газ, имеющий состав, об.%: N₂ - 24.82, Ar - 0.31, H₂ - 74.44, CH₄ - 0.43, отправляют на вторую и последующие ступени 12 компримирования синтез-газа до 30 МПа. После каждой ступени компримирования установлены сепараторы для отбора сконденсировавшейся в процессе сжатия жидкости, также содержащей метанол. Затем газ идет на синтез аммиака 13 по циркуляционной схеме. После синтеза аммиака газ охлаждается в холодильнике 14, затем в сепараторе 15 происходит отделение продукционного аммиака.

Исследования проведены на проточной колонне синтеза метанола при температурах от 200 до 300^oC на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе ДН-8-2. Состав газа регистрировали хроматографом до и после синтеза. Результаты исследований показали, что начиная с температуры 220^oC, оксиды углерода полностью превращаются в метанол. Выход метанола-сырца в диапазоне температур 240 - 280^oC практически не изменяется и составляет около 4.5 об.% от общего количества синтез-газа, выходящего из колонны синтеза метанола. При этом содержание метанола в сырце колеблется от 91 до 95%. При температуре 300^oC выход сырца несколько уменьшается (до 4 об. %), а содержание метанола в нем снижается до 87%. Поэтому наиболее целесообразно проводить процесс при температуре 240 - 280^oC (для катализатора ДН-8-2).

В предлагаемой схеме содержание инертных примесей (аргона и метана) в газе, идущем на синтез аммиака, снижается в 2 раза за счет отсутствия стадии метанирования, а отравляющие катализатор синтеза аммиака оксиды углерода присутствуют в виде следов. Кроме этого, при увеличении расхода природного газа на 10% по сравнению со стандартной схемой синтеза аммиака удается получать такое же количество аммиака, что и по стандартной схеме, а также до 90000 т в год метанола-сырца с содержанием метанола в нем до 95%.