ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ В СИНТЕЗЕ АММИАКА

1. Установка синтеза аммиака, включающая в себя:
секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока, содержащего природный газ, метан, пропан, бутан, сжиженный нефтяной газ (СНГ), нафту, уголь, нефтяной кокс или их комбинации;
секцию получения сингаза, включающую один или несколько реакторов риформинга, выполненную с возможностью осуществления риформинга сырьевого потока для получения потока продуктов реактора риформинга, содержащего монооксид углерода и водород;
секцию превращения по реакции сдвига, включающую один или несколько реакторов сдвига, выполненную с возможностью осуществления реакции сдвига водяного газа в потоке продуктов реактора риформинга для получения подвергнутого реакции сдвига газового потока, содержащего больше водорода, чем газовый поток реактора риформинга;
секцию очистки, выполненную с возможностью удаления по меньшей мере одного компонента из подвергнутого реакции сдвига газового потока и получения сырьевого потока синтеза аммиака, содержащего водород и азот; и
секцию синтеза аммиака, включающую один или несколько реакторов синтеза аммиака, выполненную с возможностью получения аммиака из сырьевого потока синтеза аммиака,
при этом установка синтеза аммиака потребляет около 25 МВт или больше электрической энергии,
2
2
причём количество CO, образующегося на тонну аммиака, составляет около 1,6 тонны CO или меньше, на тонну полученного аммиака, и
притом удельный расход энергии составляет около 12 ГДж или меньше, на тонну полученного аммиака.
2. Установка синтеза аммиака по п. 1, не имеющая секции рекуперации тепла топочного газа.
3. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой заданная температура риформинга по меньшей мере в одном из отдельных или нескольких реакторах риформинга может достигаться без внешнего сгорания топлива или углеродного топлива и в которой один или несколько реакторов риформинга нагревают до заданной температуры риформинга путём нагревания на основе электрической энергии и включая связанный с этим конвективный, радиантный или другой способ теплопередачи.
4. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой один или несколько реакторов нагревают индуктивным способом.
5. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой за исключением получения пара для использования в реакторе парового риформинга метана или реакторе предварительного риформинга, пар не используют в качестве основной энергопередаточной среды.
6. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой по меньшей мере 25% механической работы, совершаемой на установке синтеза аммиака, выполняют без использования пара.
7. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой по меньшей мере 50% пара, используемого в реакторе парового риформинга метана, реакторе предварительного риформинга или их комбинации, производят при помощи электронагрева.
8. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой секция предварительной обработки, секция получения сингаза, секция превращения по реакции сдвига, секция очистки, секция синтеза аммиака или их комбинации включают один или несколько компрессоров и в которой по меньшей мере половина из отдельных или нескольких компрессоров выполнены с возможностью работы не с газовым или не с паровым приводом, либо выполнены с возможностью работы при помощи пара, полученного без сжигания топлива.
9. Установка синтеза аммиака по п. 1, в которой энергию хранят с использованием сжатого водорода, сжатого сырья в виде природного газа, криогенных жидкостей, тепловых батарей, материала футеровки печи с высоким тепловым содержанием, электрических батарей или их комбинации, так что хранимую энергию на основе водорода, природного газа, криогенных жидкостей, тепловых батарей и электроэнергию можно использовать на установке синтеза аммиака, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна.
10. Установка синтеза аммиака по п. 1, дополнительно включающая устройство для получения электрической энергии, выполненное с возможностью выработки электроэнергии за счёт давления или тепла внутри установки синтеза аммиака и в которой устройство для получения электрической энергии включает экспандер, термоэлектрическое устройство или их сочетание.
11. Установка синтеза аммиака по п. 1, включающая (a) нагреваемый с использованием электричества реактор парового риформинга, выполненный с возможностью получения водорода, и питаемый электроэнергией узел разделения воздуха (ASU), выполненный с возможностью получения азота для синтеза аммиака, (b) отсутствие реактора автотермического риформинга (АТР), и (c) впускную линию азота, соединяющую по текучей среде узел ASU с одним или несколькими реакторами синтеза аммиака, в результате чего азот из узла ASU можно вводить в один или несколько реакторов синтеза аммиака как компонент сырья.
12. Способ получения аммиака, содержащий стадии, на которых:
(a) вводят сырьё, имеющее в своём составе углеродсодержащий материал, выбранный из природного газа, метана, пропана, бутана, СНГ, нафты, угля, нефтяного кокса или их комбинаций, в секцию получения синтез-газа, например, паровым риформингом или парциальным окислением, для получения синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода, при этом энергию, требуемую для секции получения синтез-газа, подают в виде подвода Q1 тепла;
(b) охлаждают продукт реактора риформинга для получения охлаждённого синтез-газа путём осуществления отвода Q2 тепла;
(c) осуществляют реакцию сдвига охлаждённого синтез-газа для получения подвергнутого реакции сдвига синтез-газа;
(d) охлаждают подвергнутый реакции сдвига синтез-газ путём осуществления отвода Q3 тепла для получения охлаждённого, подвергнутого реакции сдвига синтез-газа;
(e) очищают охлаждённый, подвергнутый реакции сдвига синтез-газ следующим образом:
удаляют диоксид углерода из охлаждённого, подвергнутого реакции сдвига синтез-газа;
нагревают путём подвода Q4 тепла для получения нагретого газа с пониженным содержанием диоксида углерода;
осуществляют реакцию метанирования нагретого газа с пониженным содержанием диоксида углерода для получения продукта метанатора; и
охлаждают и выделяют воду из продукта метанатора в результате конденсации при отводе Q5 тепла для получения очищенного газа;
(f) сжимают очищенный газ;
(g) нагревают сжатый, очищенный газ путём подвода Q6 тепла для получения нагретого газа;
(h) получают сырьё синтеза аммиака, содержащее нагретый газ, причем сырьё синтеза аммиака содержит водород и азот, при этом азот присутствует в синтез-газе или добавляется к нему впоследствии;
(i) получают продукт, содержащий аммиак, из сырья синтеза аммиака;
(j) охлаждают продукт, содержащий аммиак, путём отвода Q7 тепла для выделения аммиака из продукта, содержащего аммиак, и получения потока рециркуляционного газа, содержащего азот и водород;
(k) сжимают газовый поток, содержащий азот и водород, циркуляционным компрессором; и
(l) осуществляют отдув через систему отдува газа, в ходе которого выполняют дополнительное охлаждение путём отвода Q8 тепла,
при этом в данном способе потребляется около 25 МВт или больше электрической энергии в день,
2
2
при этом количество CO, образующегося на тонну аммиака, равно примерно 1,6 тонны CO или меньше, на тонну полученного аммиака, а удельный расход энергии равен примерно 12 ГДж или меньше, на тонну полученного аммиака.
13. Способ по п. 12, в котором общий расход метана и природного газа, как на сырьё, так и на топливо, равен примерно 0,65 тонны или меньше, на тонну полученного аммиака.
14. Способ по п. 12, в котором общий расход метана и природного газа на топливо равен примерно 0,20 тонны или меньше, на тонну полученного аммиака.
15. Способ по п. 12, в котором энергию, требуемую для секции получения синтез-газа, подают без сжигания топлива.
16. Способ по п. 12, в котором источник неуглеродной энергии включает прерывистый источник энергии (IES) или с помощью IES производят электрическую энергию, и дополнительно включает поддержание температуры одного или нескольких реакторов в секции получения синтез-газа без сжигания топлива или углеродного топлива, когда источник IES доступен, и поддержание температуры одного или нескольких реакторов в секции получения синтез-газа путём подачи сохранённой энергии из IES, либо за счёт сгорания топлива или углеродного топлива, когда источник IES недоступен.
17. Способ по п. 12, дополнительно включающий использование электронагрева для контролирования температурного профиля по меньшей мере одного из реакторов секции получения синтез-газа, реакторов сдвига, используемых для осуществления сдвига, реакторов метанирования, используемых для осуществления реакции метанирования, и реакторов синтеза аммиака, используемых для получения продукта, содержащего аммиак из сырья синтеза аммиака.
18. Способ по п. 17, в котором по меньшей мере один из реакторов секции получения синтез-газа работает по меньшей мере в приблизительно изотермическом режиме.
19. Способ по п.12, дополнительно включающий обеспечение некоторой части или всего тепла Q1, требующегося для достижения температуры реакции на стадии (a), путём подачи пара в один или несколько реакторов секции получения синтез-газа, при этом пар перегревают с использованием электричества.
20. Способ по п.12, дополнительно включающий удаление метана из очищенного газа перед сжатием очищенного газа, при этом удаление метана из очищенного газа сокращает объём отдува на стадии (l) из петли синтеза аммиака, используемого для получения продукта, содержащего аммиак, из сырья синтеза аммиака, причём удаление метана из очищенного газа осуществляют посредством процесса удаления метана, питаемого возобновляемой электрической энергией, и при этом процесс удаления метана, питаемый возобновляемой электрической энергией, включает адсорбцию при переменном давлении (PSA).
21. Способ по п. 12, дополнительно включающий хранение природного газа в случае, когда электрическая энергия доступна и ниже пороговой цены, и использование хранимого природного газа в качестве компонента сырья или для генерирования электроэнергии, когда электрическая энергия недоступна или выше пороговой цены.
22. Способ по п. 12, дополнительно включающий хранение хладагента, когда электрическая энергия доступна или ниже пороговой цены, и использование данного хладагента для охлаждения с целью обеспечения отвода Q2, Q3, Q5, Q7 и Q8 тепла, когда электрическая энергия недоступна или выше пороговой цены, и при этом хладагент включает аммиак.
23. Способ по п. 12, дополнительно включающий выделение водорода из потока отдувочного газа, хранение по меньшей мере части выделенного водорода, и преобразование хранимой по меньшей мере части водорода в электрическую энергию, когда другие источники электроэнергии не являются легкодоступными или недоступны по желательной цене, при этом для преобразования водорода в электрическую энергию используют один или несколько топливных элементов.
24. Способ по п. 12, в котором система для удаления диоксида углерода включает извлечение амина и в котором извлечение амина осуществляют при помощи электронагрева.