RU2832627C1 - Модернизация установок совместного синтеза аммиака и мочевины - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу модернизации установки совместного синтеза аммиака и мочевины, включающей аммиачную секцию, секцию мочевины и паровую сеть, а также к способу совместного получения аммиака и мочевины. В способе модернизации аммиачная секция включает головную секцию для генерирования подпиточного синтез-газа риформингом углеводорода и секцию синтеза аммиака, в которой проводится реакция подпиточного синтез-газа для получения аммиака. При этом полученный аммиак и по меньшей мере часть СО₂, удаленного из подпиточного синтез-газа в головной секции, подаются в секцию мочевины для использования в качестве исходного материала для получения мочевины. Секция мочевины включает секцию синтеза мочевины высокого давления, включающую, по меньшей мере, реактор синтеза мочевины, отпарной аппарат для удаления неконвертированных аммиака и диоксида углерода из отходящего потока реактора, ступень конденсации, выполненную с возможностью конденсации паров отпарного аппарата, содержащих аммиак и диоксид углерода, удаленных из отходящего потока реактора, а также регенерационную секцию для регенерации неконвертированных аммиака и диоксида углерода из отходящего раствора отпарного аппарата при давлении ниже давления синтеза мочевины. Паровая сеть содержит парогенераторы и потребители пара, и пар, вырабатываемый в аммиачной секции, передается в секцию мочевины и направляется к по меньшей мере одному потребителю пара в секции мочевины. Ступень конденсации секции синтеза мочевины высокого давления является парогенератором в паровой сети и вырабатывает пар низкого давления при первом давлении, используя теплоту конденсации паров отпарного аппарата, причем пар низкого давления используется внутри секции мочевины в одном или более потребителях пара секции мочевины. Модернизация включает обеспечение передачи пара низкого давления при давлении не выше 6 бар отн. из аммиачной секции в секцию мочевины для использования в по меньшей мере одном потребителе пара в секции мочевины. Технический результат - обеспечение более эффективного использования пара и интеграции паровых сетей в установках совместного синтеза аммиака и мочевины. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники

В целом, изобретение относится к области установок совместного синтеза аммиака и мочевины. В частности, изобретение относится к модернизации (переоборудованию) установок совместного синтеза аммиака и мочевины, и эффективной интеграции паровых сетей аммиачной секции и секции мочевины.

Уровень техники

В промышленности мочевину получают реакцией аммиака и диоксида углерода. Производство аммиака обычно включает генерирование подпиточного синтез-газа путем риформинга, очистку синтез-газа и каталитическую конверсию синтез-газа для получения аммиака. Очистка синтез-газа обычно включает конверсию сдвига моноксида углерода СО в диоксид углерода СО₂ и удаление СО₂.

Таким образом, производство аммиака и мочевины может быть успешно объединено. Установка получения мочевины, присоединенная к установке получения аммиака, может использовать в качестве исходного материала весь аммиак или часть аммиака, полученного в установке получения аммиака, а также СО₂, извлеченный из синтез-газа в процессе очистки.

Термином "установка совместного синтеза аммиака и мочевины" называют установку, включающую аммиачную секцию, где вырабатывается мочевина, и секцию мочевины, в которой по меньшей мере часть аммиака, полученного в аммиачной секции, используется для синтеза мочевины. Предпочтительно, также часть или весь диоксид углерода, извлеченный из синтез-газа в аммиачной секции, используется для синтеза мочевины. При необходимости, может добавляться свежий диоксид углерода.

Аммиачная секция обычно включает головную секцию для вырабатывания синтез-газа паровым риформингом и его очистки, и секцию синтеза, где происходит каталитическая реакция синтез-газа для получения аммиака. Головная секция, в свою очередь, включает секцию риформинга и секцию очистки. Секция риформинга может быть устроена по-разному, например, может включать первичный риформер и вторичный риформер, автотермический риформер и др.

Секция очистки обычно включает один или более конвертеров сдвига для конверсии СО в СО₂, и секцию удаления СО₂. В секции удаления СО₂ могут использоваться различные способы отделения СО₂, например, аминовая абсорбция или другие, например, адсорбция с перепадом температуры (TSA) или адсорбция с перепадом давления (PSA).

Очищенный синтез-газ для синтеза аммиака должен иметь подходящее отношение азота к водороду. При необходимости, азот может быть добавлен в синтез-газ для достижения целевого отношения.

Синтез аммиака выполняется при высоком давлении, что означает необходимость сжатия синтез-газа. Компрессором обычно является многоступенчатый компрессор, приводимый в действие паровой турбиной.

Исходным материалом для парового риформинга может быть подходящий углеводород, например природный газ.

В секции мочевины может использоваться любой известный способ синтеза мочевины, но наиболее предпочтительным является получение мочевины с использованием процесса отпарки. Термином "процесс отпарки" называют процесс, в котором отходящий поток реактора синтеза мочевины проходит обработку в отпарном аппарате (стриппере) для удаления неконвертированных аммиака и диоксида углерода.

Согласно процессу отпарки, секция мочевины может включать секцию синтеза мочевины высокого давления и регенерационную секцию. Секция синтеза высокого давления работает при давлении более 100 бар, обычно от 140 до 200 бар. Реагенты должны быть сжаты до столь высокого давления. В частности диоксид углерода, будь это поток свежего газа и/или СО₂, извлеченный из синтез-газа, должен сжиматься до давления синтеза мочевины. Также, как и компрессор аммиачного синтез-газа, компрессором СО₂ является большой, многоступенчатый компрессор, обычно приводимый в действие паровой турбиной.

Регенерационная секция в основном предназначена для извлечения и регенерации непрореагировавших реагентов, содержащихся в содержащем мочевину растворе, полученном в секции синтеза, и может работать при одном или более меньшем(-их) давлении(-ях). В частности, установка получения мочевины может включать регенерационную секцию низкого давления или регенерационную секцию среднего давления, за которой следует регенерационная секция низкого давления.

Секция синтеза высокого давления включает по меньшей мере реактор синтеза мочевины, отпарной аппарат высокого давления и конденсатор высокого давления. Опционально она может включать газоочиститель для паров, отводимых из реактора.

Реактор синтеза мочевины служит источником отходящего потока реактора (содержащего мочевину водного раствора), содержащего значительное количество неконвертированного аммиака и диоксида углерода, преимущественно в форме карбамата аммония. В отпарном аппарате отходящий поток реактора нагревается и, опционально, вводится в контакт с отпарным газом (например, диоксидом углерода) для разложения карбамата аммония на аммиак и диоксид углерода с дальнейшим отведением аммиака и диоксида углерода в газовой фазе. Обычно отпарной аппарат представляет собой кожухотрубное устройство с паровым подогревом.

Пары отпарного аппарата, содержащие аммиак и СО₂, извлеченные из отходящего потока реактора, конденсируются в конденсаторе высокого давления для получения конденсата, который возвращается в реактор.

Содержащий мочевину раствор, полученный из отпарного аппарата, далее подвергается обработке в регенерационной секции. Обработка в регенерационной секции включает нагревание раствора в устройстве разложения карбамата и конденсацию получаемых при этом паров с получением раствора карбамата, который может быть возвращен в секцию высокого давления, например, введен в конденсатор высокого давления.

Наиболее распространенными процессами отпарки являются: процесс отпарки диоксидом углерода, процесс самоотпарки и процесс отпарки аммиаком. В процессе отпарки СО₂ (разработан компанией Stamicarbon) отпарка содержащего мочевину раствора выполняется с использованием газообразного СО₂ в качестве отпаривающего агента, а последующая регенерация обычно выполняется в одной регенерационной секции при низком давлении. В процессе самоотпарки отпарка выполняется без отпаривающего агента, и регенерация выполняется в секции среднего давления и последующей секции низкого давления. Процесс отпарки аммиаком является разновидностью процесса самоотпарки, в котором газообразный аммиак вводится в отпарной аппарат в качестве отпаривающего агента, а регенерация также выполняется при среднем давлении и низком давлении.

Аммиачная секция и секция мочевины включают паровую сеть. Этот термин обозначает совокупность различных парогенераторов и потребителей пара, а также соединяющих их магистральных соединителей.

Парогенератором обычно является компонент оборудования, в котором из технологического пара отбирается тепло. Примерами служат газоохладитель, предназначенный для охлаждения горячего газа из процесса риформинга перед конверсией сдвига, или конденсатор (например, конденсатор высокого давления секции мочевины) в котором тепло конденсации передается охлаждающей воде и происходит генерирование пара.

Потребителем пара может быть расширитель пара, например, паровые турбины компрессора синтез-газа и компрессор СО₂, либо компонент оборудования, потребляющий тепло. Например, секции удаления СО₂ головной секции синтеза аммиака может потребоваться тепло для регенерации раствора поглощения СО₂. Другие примеры потребителей пара включают, например, отпарной аппарат высокого давления и устройства разложения карбамата в регенерационной секции. Потребителей пара можно разделить на потребителей энергии (ПЭ), использующих пар для генерирования мощности (например турбины), и потребителей тепла (ПТ), в которых пар используется для подведения нужного количества тепла в процесс (например, в отпарной аппарат или устройство разложения).

Парогенератор может генерировать пар при высоком давлении или при низком давлении, в зависимости от температуры источника тепла, например, технологического пара, от которого отбирается тепло. Обычно количество пара высокого давления (ВД), которое может быть получено рекуперацией тепла, ограничено, и пар ВД может вырабатываться вспомогательными паровыми котлами.

В существующих установках совместного синтеза аммиака и мочевины, каждая из аммиачной секции и секции мочевины имеет свою собственную паровую сеть. Часть пара высокого давления, обычно вырабатываемого во вспомогательном паровом котле, обычно передается из паровой сети аммиачной секции в паровую сеть секции мочевины для питания паровой турбины компрессора СО₂. Пар среднего давления (примерно 23 бар), выходящий из этой турбины, обычно используется для нагревания отпарного аппарата высокого давления (т.е., снабжает теплом разложение карбамата). Пар низкого давления для других потребителей тепла секции мочевины вырабатывается конденсатором карбамата контура синтеза, обычно при давлении примерно 3,5 бар.

Регенерационная секция среднего давления, при ее наличии, обычно включает устройство разложения карбамата, для которого требуется пар при давлении более высоком, чем давление пара, вырабатываемого в конденсаторе карбамата, например, около 5,5 бар. В секции мочевины отсутствует парогенератор, способный вырабатывать пар при таком давлении, поэтому этот пар обычно вырабатывают смешиванием в эжекторе части пара среднего давления, отбираемого из вышеупомянутой турбины компрессора СО₂, с частью пара низкого давления, вырабатываемого конденсатором карбамата. Однако, как известно, эжекторы имеют низкую эффективность.

Аммиачная секция может также вырабатывать избыток пара низкого давления (НД), например, в результате ее доработки. В частности, избыток пара низкого давления может быть результатом установки турбины с противодавлением для приведения в действие вспомогательного оборудования, или модернизации существующих потребителей тепла, например, модернизации регенерационной секции СО₂ для уменьшения потребляемого ею тепла.

В этом случае, когда имеется дополнительный пар НД, в существующих установках предполагается его использование в аммиачной секции путем установки подходящих потребителей, например, паропоглощающих систем охлаждения или термохимических насосов, которые, однако, отличаются высокой стоимостью и низкой эффективностью.

Кроме того, упомянутое выше смешивание пара среднего давления с паром НД неэффективно энергетически. Неэффективная рекуперация тепловой энергии повышает потребление топлива установкой. Топливо может включать, в частности, топливо огневой печи, используемой в первичном риформинге, и топливо для вспомогательных паровых котлов, производящих пар.

Таким образом, существует необходимость обеспечения более эффективного использования пара и интеграции паровых сетей в установках совместного синтеза аммиака и мочевины, в частности, при модернизации установки и наличия большего количества пара НД в аммиачной секции в результате модернизации.

Раскрытие изобретения

Особенностью изобретения является способ модернизации установки совместного синтеза аммиака и мочевины согласно пункту 1 формулы изобретения.

Модернизация включает обеспечение отведения пара низкого давления от аммиачной секции в секцию мочевины для использования в по меньшей мере одном потребителе пара в секции мочевины. Этот пар низкого давления, передаваемый (отводимый) из аммиачной секции в секцию мочевины, имеет давление не выше 6 бар, предпочтительно, от 2 до 6 бар. Еще более предпочтительно использование пара под давлением от 3 бар до 4 бар. Это давление в потребителе тепла установки синтеза мочевины.

Этот излишек пара низкого давления для секции мочевины может быть использован различным образом в соответствии с особенностями секции мочевины и типа процесса синтеза мочевины. Секция мочевины может быть доработана с учетом излишка пара НД, поступающего из аммиачной секции.

Предпочтительно, секция мочевины дорабатывается, чтобы приспособить ее для пара низкого давления, отводимого из аммиачной секции в секцию мочевины. В результате этого может быть уменьшено потребление пара среднего давления.

В некоторых вариантах осуществления секция мочевины может быть модифицирована для вырабатывания внутри нее пара при давлении более высоком, чем давление пара, поступающего из аммиачной секции, для конкретного потребителя пара, например, устройства разложения карбамата регенерационной секции среднего давления. Поступающий пар далее используется для удовлетворения потребности в паре низкого давления. Этой внутренней генерацией пара можно заменить малоэффективное смешивание пара СД и пара НД, что благоприятно отразится на общем потреблении топлива.

В варианте осуществления способа ступень/стадия конденсации в секции мочевины модифицируется для непосредственной генерации пара для использования в СД разложении карбамата в регенерационной секции СД. Часть тепла, которое может быть рекуперировано из паров отпарного аппарата, используется в модифицированной ступени конденсации для вырабатывания упомянутого пара для разложения карбамата при среднем давлении. В результате, секция мочевины будет вырабатывать меньше пара НД, а потребность в паре НД в секции мочевины будет удовлетворяться паром НД, поступающим из аммиачной секции.

В версии этого варианта осуществления, часть пара, вырабатываемого в конденсаторе карбамата секции синтеза, может быть сжата до более высокого давления, необходимого потребителю пара.

В другом варианте осуществления, секция мочевины с отпаркой СО₂ может быть модифицирована снижением количества тепла, передаваемого в отпарной аппарат высокого давления. Для процесса синтеза мочевины это означает, что часть производительности отпарного аппарата смещается к регенерационной секции низкого давления, и отпарной аппарат потребляет меньше пара для ее нагревания. Поскольку отпарной аппарат потребляет ценный пар при среднем давлении, это дает существенное преимущество с энергетической точки зрения. Эта сниженная производительность отпарного аппарата приводит к тому, что может производиться меньше пара НД в конденсаторе карбамата секции синтеза, однако недостающий пар НД получается за счет приема пара НД из аммиачной секции.

Таким образом, главным преимуществом изобретения является лучшая регенерация и использование тепловой энергии внутри процесса совместного синтеза аммиака и мочевины, что в итоге приводит к снижению потребления топлива процесса в целом. Например, изобретение может снизить необходимость в извлечении пара СД из турбины компрессора СО₂. Снижение извлечения пара СД из турбины приведет к снижению подачи в турбину пара ВД, вырабатываемого за счет расхода топлива, а значит, даст экономию топлива.

Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения приводятся в зависимых пунктах формулы. Другой особенностью изобретения является способ в соответствии с формулой.

Предпочтительные варианты осуществления

Термин "низкое давление" применительно к пару, означает давление менее 6 бар, предпочтительно, от 2 до 6 бар. Термин "средне-низкое давление" (СНД) может быть использован для обозначения давления в верхнем интервале или слегка выше низкого давления, обычно от 4 до 10 бар. Термин "среднее давление" (СД) обычно означает давление от 15 до 40 бар. Термин "высокое давление" (ВД) обычно означает давление значительно выше 40 бар, в частности, над 90 бар.

Отмечается, что термины низкое давление, среднее давление и высокое давление также могут относиться к давлению с технологической стороны. Например, конденсатор карбамата высокого давления секции синтеза мочевины имеет высокое давление (обычно выше 100 бар) с технологической стороны, но тепло конденсации, отводимое от паров отпарного аппарата, имеет низкую температуру, и поэтому конденсатор вырабатывает пар при низком давлении, обычно 3,5 бара. Кроме того, термины "регенерационная секция низкого давления" и "регенерационная секция среднего давления" относятся к давлению с технологической стороны.

В отсутствие других указаний все давления приводятся относительно атмосферного давления (бар отн.). Атмосферным давлением считается давление 101325 Па.

Секция мочевины может включать потребителя пара при втором давлении, превышающем давление пара низкого давления, направляемого из аммиачной секции в секцию мочевины. Обычно это случай секции мочевины, включающей регенерационную секцию среднего давления, где для разложения карбамата при среднем давлении требуется пар примерно при 6 бар, в то время как поступающий пар имеет давление примерно 3,5 бар.

В таком случае поступающий пар не может быть использован в этом потребителе пара сам по себе. Способ может включать модификацию секции мочевины для вырабатывания пара при этом втором давлении для этого потребителя, и согласование подачи пара низкого давления в секцию мочевины с паром низкого давления, передаваемого из аммиачной секции в секцию синтеза мочевины. Второе давление может составлять от 5 до 7 бар, предпочтительно 6 бар или примерно 6 бар.

Пар при указанном втором давлении может быть получен при модифицировании ступени конденсации секции синтеза мочевины высокого давления для использования части тепла конденсации паров отпарного аппарата для вырабатывания этого пара при втором давлении. Это может быть достигнуто, в предпочтительном варианте осуществления, установкой второго конденсатора. Вторым конденсатором может быть теплообменник, встроенный в тот же корпус высокого давления существующего конденсатора, либо может иметь отдельный корпус высокого давления.

Этот второй конденсатор может быть установлен последовательно и в потоке перед первым конденсатором с тем, чтобы пары отпарного аппарата, выходящие из отпарного аппарата, проходили через вновь установленный второй конденсатор, а затем через имеющийся первый конденсатор.

Предпочтительно, первый конденсатор и/или второй конденсатор выполнены в виде кожухотрубного оборудования. Более предпочтительно, они являются горизонтально расположенными устройствами выпарного типа, в которых пары отпарного аппарата входят в трубное пространство, а охлаждающая вода испаряется в межтрубном пространстве.

Шаг модифицирования секции мочевины для вырабатывания пара при втором давлении также может включать установку компрессора пара, приводимого в действие паром при низком давлении и выдающего пар при втором давлении.

В установке совместного синтеза аммиака и мочевины пар, имеющий второе давление, для упомянутого потребителя может быть первоначально получен смешиванием пара среднего давления с паром низкого давления, вырабатываемым в ступени конденсации. В этом случае способ в соответствии с изобретением предпочтительно включает остановку этого смешивания.

Вышеописанные варианты осуществления, включающие внутреннее генерирование пара в секции мочевины при втором давлении (например, пара СНД с давлением примерно 6 бар), обычно применимы в установке, включающей секцию синтеза мочевины с самоотпаркой (например, секцию мочевины Snamprogetti), поскольку этот вид процесса синтеза мочевины имеет специфического потребителя пара под давлением примерно 6 бар, а именно, устройство разложения карбамата регенерационной секции среднего давления.

Способ согласно изобретению также применим для установок, имеющих секцию синтеза мочевины, в которой мочевина производится в соответствии с процессом отпарки СО₂. В этом случае, для использования излишка пара НД из аммиачной секции, способ может включать снижение количества тепла, передаваемого в отпарной аппарат, уменьшая тем самым и количество пара низкого давления, который может быть выработан в конденсаторе карбамата высокого давления. При этом отсутствие выработки пара низкого давления в секции синтеза мочевины компенсируется паром низкого давления, получаемым из секции синтеза аммиака.

Способ согласно изобретению может включать модификацию аммиачной секции для получения пара низкого давления, необходимого для компенсации подачи пара низкого давления в секцию синтеза мочевины. Можно видеть, что модификация аммиачной секции и секции мочевины дает синергический эффект. Переоборудование аммиачной секции может дать дополнительное количество пара низкого давления, что может быть вызвано увеличенной тепловой эффективностью существующих компонентов и/или использованием дополнительных средств для регенерации тепла. В то же время, модификация секции мочевины позволяет секции мочевины получать дополнительное количество пара низкого давления, поскольку внутренняя генерация пара НД в секции мочевины снижена в пользу более ценного пара СД. С точки зрения энергетики и термодинамики, установка делается более эффективной.

В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере часть пара низкого давления для восполнения вводимого его количества в секцию мочевины получают при переоборудовании секции регенерации СО₂ в головной части секции синтеза мочевины. Как было показано выше, секция регенерации СО₂ является крупным потребителем пара низкого давления, обычно для регенерации растворителя СО₂ в процессе, основанном на амине или процессе, основанном на горячем карбамате калия.

Предназначенная для модифицирования установка совместного синтеза аммиака и мочевины может исходно включать смешивание пара среднего давления с паром низкого давления, вырабатываемым в ступени конденсации, и использование полученного пара при давлении среднего уровня для снабжения теплом устройства разложения карбамата. В этом случае, способ изобретения может включать прекращение упомянутого смешивания и нагревание устройства разложения потоком СД, вырабатываемым в модифицированной ступени конденсации, например, во вновь установленном втором конденсаторе паров отпарного аппарата в секции синтеза высокого давления.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, способ включает снижение отношения пар/углерод в риформинг-процессе. Это снижение отношения пар/углерод может быть полезным для риформинг-процесса, но уменьшает количество пара высокого давления, который может быть получен рекуперацией тепла. В этом случае общее снижение потребления пара высокого давления в установке совместного синтеза аммиака и мочевины, обеспечиваемое изобретением, компенсирует этот недостаток сниженной рекуперации тепла после блоков генерирования синтез-газа (например, первичного и вторичного риформеров) за счет снижения отношения пар/углерод в аммиачной установке, тем самым позволяя максимально использовать преимущества сниженного отношения пар/углерод в установке.

Более предпочтительно, отношение пар/углерод в риформинг-процессе снижается до значения менее 2,7, более предпочтительно в интервале от 2,6 до 2,0. При необходимости, катализатор сдвига может быть заменен катализатором сдвига, соответствующим образом выбранного для поддержания низкого отношения пар/углерод. Сокращение П/У в установке синтеза аммиака ведет к компромиссу между снижением потребления топлива, формированием инертных компонентов и, возможно, рекуперацией тепла после блоков генерирования синтез-газа, для обеспечения работы секции регенерирования СО₂.

В предпочтительном варианте осуществления, выполняется переоборудование секции регенерации СО₂, в результате которого снижается регенерация тепла, требуемого растворителем СО₂ посредством установки новой испарительной регенерационной колонны. Это переоборудование, совместно с меньшим отношением пар/углерод, может сократить удельную теплоту регенерации, требуемую для извлечения СО₂. В предпочтительном варианте осуществления эта удельная теплота регенерации сокращена до менее 400 ккал/нм (куб.м при нормальных условиях) удаленного СО₂.

Низкое отношение пар/углерод может снизить количество тепла, которое может быть регенерировано из технологического газа в аммиачной секции после блоков генерирования синтез-газа. Это может быть скомпенсировано, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, путем доработки громоздких и неэффективных потребителей пара, в особенности потребителей пара высокого давления. Эта доработка может включать замену привода от паровой турбины приводом от электродвигателя. Например, по меньшей мере один из насосов питания водой парового котла паровой сети установки синтеза аммиака переводится с привода от турбины на привод от двигателя.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления, аммиачная секция дорабатывается для осуществления риформинг-процесса с отношением П/У в интервале от 2,6 до 2,0; секция сдвига модифицируется для работы с таким сниженным отношением П/У; по меньшей мере один привод от паровой турбины заменяется на привод от двигателя, в результате чего снижается потребление пара.

Описанные выше варианты осуществления могут существенно повысить энергетическую эффективность установки совместного синтеза аммиака и мочевины, особенно с использованием пониженного отношения пар/углерод в сочетании с общим сокращением потребления пара высокого давления.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлена блок-схема известной в уровне техники установки совместного синтеза аммиака и мочевины;

на фиг. 2 представлена блок-схема установки, показанной на фиг. 1, модифицированной в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 3 представлена блок-схема секции синтеза мочевины с самоотпаркой, известной в уровне техники;

на фиг. 4 представлена блок-схема, полученная в результате модификации схемы на фиг. 3, после модернизации в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 5 представлена блок-схема модификации схемы на фиг. 3, после модернизации в соответствии с другим вариантом осуществления;

на фиг. 6 показано применение изобретение в установке, где мочевина вырабатывается процессом с СО₂ отпаркой.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг. 1 показана блок-схема интегрированной установки получения аммиака и мочевины, включающая аммиачную секцию АС и секцию МС мочевины. Аммиачная секция АС и секция МС мочевины соответствуют уровню техники и не требуют подробного описания.

Аммиачная секция АС включает следующие блоки - элементы блок-схемы: секцию РИФ рифоминга, секцию КС конверсии сдвига, секцию ОСГ очистки синтез-газа, секцию СА синтеза аммиака. Блоки РИФ, КС и ОСГ являются частью головной секции, предназначенной для генерирования аммиачного подпиточного газа.

Секция МС мочевины включает блоки, обозначающие синтез СМ мочевины и секцию ФО финишной обработки.

Секция РИФ риформинга принимает первый входящий поток природного газа 1 в качестве технологического газа (т.е., природного газа для риформинга) и второй входящий поток природного газа 2 для использования в качестве топлива.

Синтез-газ, вырабатываемый в блоке РИФ, проходит обработку в блоках КС и ОСГ и в итоге вступает в реакцию в блоке С А для получения аммиака 3.

Этот аммиак 3 вступает в реакцию синтеза СМ мочевины вместе с диоксидом 4 углерода, извлеченным из синтез-газа в блоке ОСГ. Также может подводиться свежий СО₂. В блоке УС вырабатывается раствор мочевины или расплав мочевины, который далее проходит обработку в блоке ФО для получения твердой мочевины 5. Твердая мочевина может быть получена приллированием или гранулированием.

Блоком 10 обозначена паровая сеть аммиачной секции АС. Аналогично, блоком 20 обозначена паровая сеть секции МС мочевины. Блоками 11, 12 обозначены потребители мощности и потребители тепла аммиачной секции АС; блоками 21, 22 обозначены потребители мощности и потребители тепла секции МС мочевины.

Линией 6 обозначено высокопотенциальное тепло (тепло при повышенной температуре), передаваемое из аммиачного процесса в паровую сеть (например, тепло, отводимое из горячих отходящих потоков парового риформинга и др.).

Аммиачная паровая сеть 10 снабжает паром потребителей 11 мощности (например, компрессор синтез-газа) и потребителей тепла (например, подогревателей, регенерацию СО₂). Аналогично, паровая сеть 20 мочевины снабжает паром соответствующих потребителей мощности и тепла 21, 22.

Пар среднего давления обычно передается по линии 30 от аммиачной паровой сети 10 в паровую сеть 20 мочевины, за счет избыточного производства пара в аммиачной секции. Этот пар может быть объединен с паром 31, вырабатываемым во вспомогательных паровых котлах ВПК для формирования пара в линии 32, который фактически поступает в паровую сеть 20 мочевины. Пар, получаемый по линии 32, удовлетворяет потребность секции МС мочевины в высокопотенциальном паре, преимущественно для работы компрессора СО₂ и отпарного аппарата высокого давления.

Для паровых котлов ВПК требуется дополнительное топливо 7. Поэтому поступающее в процесс топливо включает потоки 2 и 7 топлива.

На фиг. 2 представлена в общих чертах модификация согласно изобретению. Пар 40 низкого давления (низкопотенциальное тепло) выводится из паровой сети 10 аммиачной секции в паровую сеть 20 секции мочевины. Этот дополнительный пар 40 появляется благодаря переоборудованию аммиачной секции АС. Секция МС мочевины модифицируется для использования части тепла, регенерируемого внутри для вырабатывания некоторого количества пара среднего давления вместо пара низкого давления. Соответствующий недостаток пара низкого давления в паровой сети 20 секции мочевины компенсируется подводимым паром 40. В результате, может быть сокращено общее потребление (топлива 2 и 7).

На фиг. 3 представлена схема секции МС мочевины, которая в соответствии с принципом самоотпарки включает следующие компоненты: реактор Р синтеза мочевины, отпарной аппарат OA высокого давления, конденсатор КВД карбамата, аммиачный насос АН, компрессор КОМ СО₂, регенерационную секцию СД-Р среднего давления и регенерационную секцию НД-Р низкого давления. Блок ПТ потребителей тепла показан как отдельный блок; однако следует понимать, что некоторые из потребителей тепла ПТ могут принадлежать к регенерационной секции СД-Р или НД-Р.

Реактор Р, отпарной аппарат OA и конденсатор КВД принадлежат контуру синтеза высокого давления. Этот контур также может включать газоочиститель для газа, отводимого из реактора (не показан). Отходящий раствор отпарного аппарата OA подвергается обработке в регенерационной секции СД-Р при среднем давлении и далее в секции НД-Р при низком давлении. Отходящим потоком секции НД-Р является водный раствор мочевины, состоящий в основном из мочевины и воды, который может быть направлен в секцию финишной обработки. Неконвертированные аммиак и диоксид углерода, извлеченные в секциях СД-Р, обычно возвращаются в контур синтеза высокого давления в виде раствора, содержащего карбамат (не показано).

На фиг. 3 для простоты показаны только некоторые соединения и технологические линии. Основными показанными технологическими линиями являются:

100 входная линия реактора

101 отходящий поток реактора

102 пары отпарного аппарата

103 отходящий раствор отпарного аппарата

104 рециркулирующий раствор из КВД

105 входная линия СО₂

На фиг. 3 также показаны некоторые линии паровой сети. Высокопотенциальный пар 32, передаваемый из аммиачной секции и из вспомогательных паровых котлов, используется для обеспечения работы компрессора СОМ СО₂, в частности, для приведения в действие паровой турбины.

Пар 33, выпускаемый турбиной, все еще имеет среднее давление, например, около 20 бар или выше, и используется отчасти для нагревания отпарного аппарата OA (линия 34).

Регенерационная секция СД-Р среднего давления включает устройство разложения карбамата, потребляющее пар под давлением примерно 6 бар, относительно низком, но все же превышающем давление пара, который может быть получен в конденсаторе КВД, составляющее обычно примерно 3,5 бар.

Пар для этого устройства разложения карбамата вырабатывается смешиванием части пара СД из турбины, поступающим по линии 35, с паром 36 НД из конденсатора КВД. Полученный в результате пар 37 при требуемом давлении около 6 бар направляется в устройство УР разложения. Смешивание выполняется в паровом эжекторе ПЭ.

Видно, что этот процесс включает снижение потенциала ценного пара 35. Оставшаяся часть пара НД, вырабатываемого в конденсаторе КВД (линия 38), используется для нагревания других потребителей тепла секции синтеза мочевины.

В частности, в варианте осуществления, пар СД в линии 35 имеет давление примерно 25 бар; пар в линии 36 имеет давление примерно 3,5 бар и пар в линии 37 имеет давление примерно 5,5 бар.

На фиг. 4 представлен пример реализации изобретения. Секция МС мочевины модифицируется установкой второго конденсатора КВД-2 в секции синтеза высокого давления. Пары 102, отводимые из отпарного аппарата OA, проходят сначала в новый конденсатор КВД-2, где выполняется первая конденсация, после чего отходящий поток конденсатора КВД-2 подвергается дальнейшей конденсации в уже имеющемся конденсаторе КВД.

Новый конденсатор КВД-2 также приспособлен для вырабатывания пара под более высоким давлением, чем уже имеющийся конденсатор КВД. В частности, этот конденсатор вырабатывает пар 50 при среднем давлении, используемый для нагревания в шаге разложения среднего давления в секции СД-Р, вместо потока 37.

Поскольку часть тепла, содержащегося в парах секции выпарки, используется для генерирования упомянутого пара 50, количество пара НД в линии 38 снижается. Поэтому подача пара НД для потребителей тепла компенсируется заимствованным паром 40.

Смешивание пара среднего давления и пара низкого давления посредством эжектора ПЭ исключается. Поэтому процесс делается более эффективным с точки зрения использования энергии. Пар 33 из турбины секции КОМ сжатия может быть полностью отдан отпарному аппарату OA по линии 34.

На фиг. 5 показан другой вариант осуществления, где давление пара 40, заимствованного из аммиачной секции, поднимается до давления, необходимого для секции СД-Р в компрессоре ПК пара. Например, давление пара 40 поднимается от 3,5 бар до 5,5 бар. Кроме того, в этом варианте осуществления может быть исключено неэффективное смешивание в эжекторе ПЭ. Часть пара 40 также может быть использована потребителями ПТ тепла.

Варианты осуществления, показанные на фиг. 4 с конденсацией при двух давлениях и на фиг. 5 со сжатием пара, обычно являются альтернативными вариантами, однако они могут быть скомбинированы, если это целесообразно.

На фиг. 6 показана схема секции синтеза мочевины с отпаркой СО₂. Диоксид углерода, выдаваемый компрессорной секцией КОМ, вводится в контур синтеза через отпарной аппарат OA, где он используется в качестве отпаривающего средства (линия 105а). Контур синтеза обычно также содержит газоочиститель Г высокого давления, где газ 106, отведенный из реактора, очищается рециркулирующим раствором 107, поступающим из регенерационной секции НД-Р низкого давления. Свежий аммиак входит в контур через конденсатор КВД, вместе с рециркулирующим раствором 108 из газоочистителя.

Регенерация выполняется только при низом давлении в секции НД-Р. Поэтому секция мочевины обычно не содержит потребителя пара СНД, как описанное ранее устройство разложения карбамата.

В подобном случае предпочтительный вариант осуществления изобретения обеспечивает снижение нагрузки отпарному аппарату OA и переносит нагрузку на секцию НД-Р. В некоторой степени это может быть сделано без влияния на рабочие характеристики реактора Р. Соответственно, количество пара 34, необходимого отпарному аппарату OA, снижается, что экономит затраты энергии. В результате нагрузка конденсатора КВД также снижается, и он может вырабатывать меньше пара 38; недостающий пар компенсируется передачей пара 40 из аммиачной секции.

Claims (45)

1. Способ модернизации установки совместного синтеза аммиака и мочевины, в котором:

модернизируемая установка совместного синтеза аммиака и мочевины включает аммиачную секцию и секцию мочевины, а также паровую сеть,

причем аммиачная секция включает головную секцию для генерирования подпиточного синтез-газа риформингом углеводорода и секцию синтеза аммиака, в которой проводится реакция подпиточного синтез-газа для получения аммиака,

аммиак, полученный в секции синтеза аммиака, и по меньшей мере часть СО₂, удаленного из подпиточного синтез-газа в головной секции, подаются в секцию мочевины для использования в качестве исходного материала для получения мочевины,

секция мочевины включает секцию синтеза мочевины высокого давления, включающую, по меньшей мере, реактор синтеза мочевины, отпарной аппарат для удаления неконвертированных аммиака и диоксида углерода из отходящего потока реактора и ступень конденсации, выполненную с возможностью конденсации паров отпарного аппарата, содержащих аммиак и диоксид углерода, удаленных из отходящего потока реактора,

секция мочевины дополнительно включает регенерационную секцию для регенерации неконвертированных аммиака и диоксида углерода из отходящего раствора отпарного аппарата при давлении ниже давления синтеза мочевины,

паровая сеть содержит парогенераторы и потребители пара, а пар, вырабатываемый в аммиачной секции, передается в секцию мочевины и направляется к по меньшей мере одному потребителю пара в секции мочевины,

ступень конденсации секции синтеза мочевины высокого давления является парогенератором в паровой сети и вырабатывает пар низкого давления при первом давлении, используя теплоту конденсации паров отпарного аппарата, причем пар низкого давления используется внутри секции мочевины в одном или более потребителях пара секции мочевины, и

модернизация включает обеспечение передачи пара низкого давления при давлении не выше 6 бар отн., предпочтительно от 2 до 6 бар отн., из аммиачной секции в секцию мочевины для использования в по меньшей мере одном потребителе пара в секции мочевины.

2. Способ по п. 1, в котором секцию мочевины модифицируют для приема пара низкого давления, передаваемого из аммиачной секции в секцию мочевины.

3. Способ по п. 2, в котором:

секция мочевины включает потребителя пара при втором давлении, превышающем давление пара низкого давления, передаваемого из аммиачной секции в секцию мочевины; и

способ включает модифицирование секции мочевины для вырабатывания пара при втором давлении для указанного потребителя и компенсирование подачи пара низкого давления в секцию мочевины паром низкого давления, передаваемым из аммиачной секции в секцию мочевины.

4. Способ по п. 3, в котором шаг модифицирования секции мочевины для вырабатывания пара при втором давлении включает модифицирование ступени конденсации секции синтеза мочевины при высоком давлении для использования части тепла конденсации паров отпарного аппарата для вырабатывания этого пара при втором давлении.

5. Способ по п. 4, в котором ступень конденсации секции синтеза мочевины первично включает первый конденсатор, приспособленный для вырабатывания пара низкого давления при первом давлении, а модернизация ступени включает установку второго конденсатора, выполненного с возможностью вырабатывания пара среднего давления при втором давлении.

6. Способ по п. 5, в котором второй конденсатор устанавливают последовательно по потоку перед первым конденсатором так, что пары отпарного аппарата, поступающие из отпарного аппарата, проходят через вновь установленный второй конденсатор и далее через первичный первый конденсатор.

7. Способ по п. 5 или 6, в котором первым конденсатором и/или вторым конденсатором является кожухотрубное оборудование, предпочтительно, горизонтально расположенное устройство выпарного типа, в котором пары отпарного аппарата протекают в трубном пространстве, а пар вырабатывается в межтрубном пространстве.

8. Способ по любому из пп. 3-7, в котором шаг модифицирования секции мочевины для вырабатывания пара при втором давлении включает установку компрессора пара, в который подается пар при низком давлении и который выдает пар при втором давлении.

9. Способ по любому из пп. 3-8, в котором:

в установке совместного синтеза аммиака и мочевины пар при втором давлении для потребителя первоначально вырабатывается смешиванием пара среднего давления с паром низкого давления, вырабатываемым в ступени конденсации, и

способ включает прерывание этого смешивания.

10. Способ по любому из пп. 3-9, в котором секция мочевины включает регенерационную секцию среднего давления и регенерационную секцию низкого давления, а потребителем пара при втором давлении является устройство разложения карбамата регенерационной секции среднего давления.

11. Способ по п. 10, в котором в секции мочевины используется процесс с отпаркой аммиаком или самоотпаркой.

12. Способ по любому из пп. 3-11, в котором второе давление составляет от 5 до 7 бар, предпочтительно 6 бар или примерно 6 бар.

13. Способ по п. 2, в котором:

секцией мочевины является секция с отпаркой СО₂, в которой регенерационная секция включает только секцию, работающую при низком давлении;

осуществляется снижение количества тепла, передаваемого в отпарной аппарат, так что снижается также количество пара низкого давления, который может быть выработан в конденсаторе карбамата высокого давления; и

недостающая выработка пара низкого давления в секции мочевины компенсируется паром низкого давления, передаваемым из аммиачной секции в секцию мочевины.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором аммиачная секция модифицирована для увеличения количества пара низкого давления, который может быть отведен из аммиачной секции, и тем самым получения пара низкого давления для передачи в секцию мочевины, предпочтительно, в результате повышения эффективности использования пара НД или в результате повышенной регенерации тепла.

15. Способ по п. 14, в котором по меньшей мере часть пара низкого давления для компенсации подачи в секцию мочевины вырабатывается за счет переоборудования регенерационной секции СО₂ в головной секции аммиачной секции, в результате которого снижается удельное потребление регенерированной энергии для регенерационной секции СО₂, предпочтительно, вплоть до удельного потребления менее 400 ккал/нм³ удаленного СО₂.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий уменьшение отношения пара к углероду (П/У) в риформинг-процессе и предпочтительно включающий модернизацию аммиачной секции для осуществления риформинг-процесса с отношением П/У менее 2,7, более предпочтительно в интервале от 2,6 до 2,0.

17. Способ по п. 16, в котором секцию сдвига модифицируют для работы со сниженным отношением П/У и/или по меньшей мере по меньшей один паровой турбинный привод заменен на привод от двигателя, что позволяет снизить потребление пара.

18. Способ совместного получения аммиака и мочевины, в котором:

аммиак вырабатывают в аммиачной секции генерированием подпиточного синтез-газа риформингом углеводорода и реакцией подпиточного синтез-газа для получения аммиака,

по меньшей мере часть синтезированного аммиака и, опционально, также СО₂, удаленного из подпиточного газа во время его очистки, используют в присоединенной секции мочевины для вырабатывания мочевины,

причем мочевина вырабатывается процессом отпарки при высоком давлении синтеза и включает регенерацию неконвертированного вещества при одном или более уровнях давления, меньших, чем давление синтеза,

пар вырабатывается как внутри аммиачной секции, так и внутри секции мочевины для использования потребителями пара установки,

отличающийся тем, что:

пар низкого давления при давлении не более 6 бар отн., предпочтительно от 2 до 6 бар отн., передают из аммиачной секции в секцию мочевины для использования в по меньшей мере одном потребителе пара в секции мочевины.

19. Способ по п. 18, в котором:

мочевина вырабатывается процессом самоотпарки или процессом отпарки аммиаком, а регенерация выполняется на двух уровнях давления, а именно при среднем давлении и при низком давлении,

пар, передаваемый из аммиачной секции в секцию мочевины, используют для разложения карбамата в регенерации при среднем давлении,

или

мочевина вырабатывается процессом отпарки СО₂, а регенерация выполняется на одном уровне давления, а именно при низком давлении,

пар, передаваемый из аммиачной секции в секцию мочевины, используют вместе с паром, вырабатываемым в конденсаторе карбамата секции синтеза, для обеспечения паром потребителей пара низкого давления секции мочевины.