ИЗВЛЕЧЕНИЕ ВОДОРОДА И АЗОТА ИЗ АММИАЧНОГО ПРОДУВОЧНОГО ГАЗА

1. Аммиачная установка для синтеза аммиака из кондиционного газа, содержащего водород и азот, содержащая:
контур (1) синтеза, работающий при давлении синтеза, включающий по меньшей мере циркуляционный насос (4) и конвертер (2) синтеза;
продувочную линию, отводящую поток (10) продувочного газа при давлении контура из контура синтеза, причем поток продувочного газа содержит водород и азот плюс метан и/или аргон;
узел извлечения (100, 200, 300, 400, 500, 600) для извлечения части водорода и азота, содержащихся в подаваемом потоке (20) продувочного газа, направляемом в узел извлечения;
причем узел извлечения включает по меньшей мере один теплообменник для охлаждения подаваемого потока продувочного газа и секцию разделения высокого давления, включающую по меньшей мере один фазовый сепаратор высокого давления, работающий при давлении контура, при этом теплообменник(и) и секция разделения выполнены с возможностью:
а) охлаждения потока продувочного газа, подаваемого в узел извлечения, по меньшей мере в канале теплообменника узла извлечения до криогенной температуры, пригодной для обеспечения по меньшей мере частичного ожижения метана и аргона в одном или нескольких фазовом(ых) сепараторе(ах), расположенных ниже по потоку;
б) разделения ожиженной части продувочного газа и извлеченного газообразного потока, содержащего водород и азот при давлении контура, в секции разделения высокого давления; и
в) повторного нагрева извлеченного газообразного потока при давлении контура по меньшей мере в канале теплообменника узла извлечения, и отвода полученного таким образом повторно нагретого газообразного потока (123, 223, 323, 423, 523, 623) из узла извлечения при давлении контура и возвращения в контур синтеза при давлении контура,
отличающаяся тем, что узел извлечения включает несколько фазовых сепараторов, расположенных последовательно каскадом и включающих по меньшей мере один первый сепаратор (203, 303) высокого давления, образующий секцию разделения высокого давления, и по меньшей мере второй сепаратор (205, 206, 305), работающий при существенно меньшем давлении, чем давление контура, причем второй и каждый последующий сепаратор выполнены с возможностью приема жидкого продукта из предыдущего сепаратора каскада, и узел извлечения выполнен с возможностью отвода извлеченного газообразного потока (223, 323), содержащего водород и азот, по существу при давлении контура, и по меньшей мере другого газообразного потока (231, 241, 332), содержащего водород и азот, при более низком давлении.
2. Аммиачная установка по п.1, в которой секция разделения высокого давления включает несколько фазовых сепараторов (603а, 603b) высокого давления, способных работать при давлении контура и при разных температурах, причем второй (603b) и каждый последующий сепаратор этой секции разделения высокого давления могут принимать газообразную фазу, отделенную в предыдущем сепараторе (603а) и охлажденную в теплообменнике (610) секции извлечения, и установка также включает по меньшей мере дополнительный сепаратор (630), способный работать при давлении существенно меньшем, чем давление контура, так что узел извлечения обеспечивает возможностью отвода извлеченного газообразного потока (623), содержащего водород и азот, по существу при давлении контура, и по меньшей мере другого газообразного потока, содержащего водород и азот, при более низком давлении.
3. Аммиачная установка по п.1, в которой узел извлечения включает по меньшей мере один расширительный аппарат, выполненный с возможностью расширения жидкого потока, полученного в фазовых сепараторах, для обеспечения по меньшей мере части общего охлаждения узла извлечения, причем расширительный аппарат представляет собой предвключенную турбину, экспандер или обычный клапан.
4. Аммиачная установка по п.1, в которой узел извлечения (300) включает дистилляционную колонну (306), выполненную с возможностью приема расширенного нижнего потока из сепаратора с минимальным давлением в каскаде фазовых сепараторов в узле извлечения, причем эта дистилляционная колонна обеспечивает получение пара (340) в виде верхнего погона, обогащенного аргоном, который повторно нагревают в канале (320d) теплообменника (302) узла извлечения и отводят из узла извлечения.
5. Аммиачная установка по п.1, которая включает фазовый сепаратор (400, 500) высокого давления узла извлечения в виде орошаемого массообменного аппарата (403) или обратного холодильника (503).
6. Аммиачная установка по п.1, которая включает теплообменник или теплообменники одного или нескольких следующих типов: пластинчато-ребристый, змеевиковый теплообменник, пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами или кожухотрубный теплообменник.
7. Аммиачная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой узел извлечения соединен с циркуляционным насосом (4) с возможностью отбора продувочного газа на стороне нагнетания этого циркуляционного насоса или ниже по потоку от конвертера (2) синтеза, причем извлеченный поток, содержащий водород и азот, отведенный при давлении контура из узла извлечения, повторно вводят в контур (1) при давлении контура.
8. Способ извлечения азота и водорода, содержащихся в продувочном газе контура синтеза аммиака, который отбирают из контура синтеза аммиака и который содержит водород и азот плюс некоторое количество метана и/или аргона, при осуществлении которого:
отводят аммиачный продувочный газ (10) из контура (1) синтеза аммиака при давлении контура;
направляют подаваемый поток (20) продувочного газа в узел извлечения для извлечения по меньшей мере части содержащихся в нем азота и водорода,
отличающийся тем, что:
а) подаваемый поток продувочного газа охлаждают до криогенной температуры при достижении частичного ожижения метана и аргона;
б) по меньшей мере один газообразный поток, содержащий водород и азот, отделяют от охлажденного подаваемого потока продувочного газа в нескольких фазовых сепараторах узла извлечения, расположенных последовательно каскадом в узле извлечения и включающих по меньшей мере один первый сепаратор (203, 303) высокого давления, образующий секцию разделения высокого давления, и по меньшей мере второй сепаратор (205, 206, 305), работающий при давлении существенно более низком, чем давление контура, причем второй и каждый последующий сепаратор принимают жидкий продукт из предыдущего сепаратора каскада, и узел извлечения выполнен с возможностью отвода извлеченного газообразного потока (223, 323), содержащего водород и азот, по существу при давлении контура, и по меньшей мере другого газообразного потока (231, 241, 332), содержащего водород и азот, при более низком давлении, и
в) упомянутый газообразный поток, содержащий водород и азот, по существу при давлении контура, полученный на стадии (б), повторно нагревают, и полученный таким образом повторно нагретый газообразный поток (123, 223, 323, 423, 523, 623) отводят из узла извлечения при давлении контура и возвращают в контур (1) синтеза при давлении контура.
9. Способ по п.8, в котором жидкий поток, полученный отделением на стадии (б) расширяют на нескольких стадиях расширения, отделяя один или несколько дополнительных газообразных потоков, содержащих водород и азот, при давлении меньшем, чем давление контура.
10. Способ по п.8, в котором стадию (б) проводят при нескольких уровнях температур, причем газообразный поток, отделенный из подаваемого потока продувочного газа при первой температуре, затем охлаждают и дополнительно разделяют на газообразную и жидкую фракции по меньшей мере при другой, более низкой температуре.
4
2
11. Способ по п.8, в котором скорость потока продувки такова, что циркулирующий в контуре газ имеет концентрацию инертных примесей, таких как CHи Ar, не более 10 мол.% по существу без потерь реагента H, причем менее 50% содержания азота и более 50% аргона и метана в продувочном газе удаляют.
12. Способ по п.8, в котором один или несколько жидких потоков, полученных в узле извлечения, расширяют по меньшей мере на стадии расширения для обеспечения по меньшей мере части от общего охлаждения узла извлечения, предпочтительно с помощью расширения потока с утилизацией механической энергии/работы путем сброса давления в турбине или экспандере в дополнение к клапану.
13. Способ по п.8, в котором также отделяют газообразный поток (341), обогащенный аргоном, и отводят из узла извлечения.
14. Способ по любому из пп.8-13, в котором давление контура находится в диапазоне от 50 до 500 бар, предпочтительно в диапазоне от 80 до 300 бар, а криогенная температура находится в диапазоне от -230°C до -130°C.