УСТАНОВКА ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ АММИАКА ИЗ ПРОДУВОЧНЫХ И ТАНКОВЫХ ГАЗОВ

Настоящее устройство относится к аппаратуре химико-технологических энергосберегающих процессов, в которых образуются газовые смеси, содержащие аммиак, водород, метан и инертные газы. Оно может найти применение при реконструкции действующих и создании новых высокоэффективных производств аммиака.
Из предшествующего уровня техники известна установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов, представляющая собой абсорбционную систему и отличающаяся тем, что состоит из двух скрубберов: один скруббер предназначен для очистки танковых газов от аммиака, второй - для очистки продувочных газов от аммиака RU 2372567, F25J 3/06, 10.11.2009.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в увеличении производительности агрегата аммиака и улучшении экономических и экологических показателей производства.
Данная задача достигается за счет того, что установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов представляет собой комбинацию мембранной и абсорбционной установок. Мембранная установка предназначена для разделения продувочных газов с возвратом получаемого водорода (пермеата) в узел синтеза аммиака. Абсорбционная установка, имеющая в своем составе один скруббер, предназначена для очистки смеси танковых и остаточных продувочных (ретанта) газов от аммиака.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является исключение образования оксидов азота в печи первичного риформинга (в результате чего необходимость проведения гомогенной очистки отпадает), снижение капитальных и текущих затрат за счет выдачи аммиака в газообразном виде, а также увеличение производительности агрегата за счет:
1) получения на мембранной установке дополнительного количества водорода, возвращаемого в узел синтеза аммиака (см. табл.1 и 1a);
Таблица 1 -
Материальный баланс мембранной установки (м<sup>3</sup>/ч)
Вещество
Приход
Расход
Продувочный газ
Пермеат
Ретант
м<sup>3</sup>/ч
% об.
м<sup>3</sup>/ч
% об.
м<sup>3</sup>/ч
% об.
CH<sub>4</sub>
1422,40
12,70
493
8,50
929,40
17,21
NH<sub>3</sub>
157,92
1,41
-
-
157,92
2,93
H<sub>2</sub>
6819,68
60,89
5307
91,50
1512,68
28,01
N<sub>2</sub>
2220,96
19,83
-
-
2220,96
41,13
Ar
579,04
5,17
-
-
579,04
10,72
Всего:
11200
100
5800
100
5400
100
Итого:
11200
11200
Таблица 1a -
Материальный баланс мембранной установки (кг/ч)
Вещество
Приход
Расход
Продувочный газ
Пермеат
Ретант
Кг/ч
% масс.
кг/ч
% масс.
кг/ч
% масс.
CH<sub>4</sub>
1016,00
18,29
352,14
42,63
663,86
14,04
NH<sub>3</sub>
119,85
2,16
-
-
119,85
2,53
H<sub>2</sub>
608,90
10,96
473,84
57,37
135,06
2,86
N<sub>2</sub>
2776,20
49,98
-
-
2776,20
58,71
Ar
1034,00
18,61
-
-
1034,00
21,86
Всего:
5554,95
100
825,98
100
4728,97
100
Итого:
5554,95
5554,95
Возвращаемый в узел синтеза аммиака водород позволяет получить дополнительное количество газообразного аммиака, равное 64,4 т/сутки:
2
2
3
3
2
3
N+3H=2NH; V(NH)=2V(H)/3=2·5307/3=3538 м/ч;
3
m(NH)=17·3538/22,4=2685,09 кг/ч или 64,4 т/сутки.
2) образования дополнительного количества аммиака при разгонке высококонцентрированного водоаммиачного раствора (см. табл.2);
Таблица 2 -
Материальный баланс абсорбционной установки
Вещество
Приход
Расход
Ретант
Танковый газ
Подпиточная вода
Остаточный газ
Аммиачная вода
кг/ч
% масс.
м<sup>3</sup>/ч
кг/ч
% масс.
кг/ч
% масс.
кг/ч
% масс.
H<sub>2</sub>
135,06
2,86
1528,41
136,47
5,82
-
-
271,53
4,09
-
-
CH<sub>4</sub>
663,86
14,04
1211,34
865,24
36,92
-
-
1529,10
23,05
-
-
NH<sub>3</sub>
119,85
2,53
419,25
318,18
13,58
-
-
-
-
438,03
23,90
H<sub>2</sub>O
-
-
-
-
-
1395
100
-
-
1395
76,10
N<sub>2</sub>
2776,20
58,71
559,26
699,08
29,83
-
-
3475,28
52,38
-
-
Ar
1034,00
21,86
181,74
324,54
13,85
-
-
358,54
20,48
-
-
Всего:
4728,97
100
3900
2343,51
100
1395
100
6634,45
100
1833,03
100
Итого:
8467,48
8467,48
В результате отмывки газов от аммиака образуется 23,9%-ный водоаммиачный раствор (см. табл.2).
После выпаривания воды выделяется газообразный аммиак в количестве 438,03 кг/ч или 10,5 т/сутки, который идет либо в заводскую сеть, либо на всас аммиачного компрессора.
3) экономии газообразного аммиака в качестве газа-восстановителя в печи первичного риформинга в результате отказа от гомогенной очистки.
3
Исключая проведение гомогенной очистки в печи первичного риформинга, экономия газообразного аммиака составляет (V=995 м/ч):
m=17·995/22,4=755 кг/ч или 18,1 т/сутки.
Устройство поясняется фиг.1, на которой изображено аппаратурное оформление установки одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов.
Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов включает коалесцентный фильтр 1, предназначенный для очистки продувочных газов от механических примесей; теплообменник 2, в котором подогреваются продувочные газы; мембранный модуль 3 и 4, где на полых волокнах происходит разделение продувочных газов на пермеат (водород) и ретант (остаточный продувочный газ); скруббер 5, в котором смесь танковых газов и ретанта отмывается от аммиака с образованием водоаммиачного раствора; буферную емкость 6, предназначенную для перелива водоаммиачного раствора с верхней секции скруббера на нижнюю; охладитель 7 и 8, служащий для охлаждения водоаммиачного раствора между ступенями абсорбции; насос 9 и 10, служащий для перекачивания водоаммиачного раствора; рекуперативный теплообменник 11, в котором подогревается высококонцентрированный водоаммиачиый раствор перед испарителем, охлаждаются низкоконцентрированный водоаммиачный раствор и газообразный аммиак после испарителя; испаритель 12, предназначенный для испарения водоаммиачного раствора и выделения из него газообразного аммиака; влагоотделитель 13, в котором сепарируется оставшаяся в газообразном аммиаке вода.
3
3
3
3
Устройство работает следующим образом (фиг.1). Продувочный газ отделения синтеза агрегата аммиака в количестве 11100÷11200 м/ч с p=12,3÷12,4 МПа и t=21,5°C после редуцирующего клапана по трубопроводу поступает в коалесцентный фильтр 1, где очищается от механических примесей. Далее очищенный продувочный газ по трубопроводу поступает в теплообменник 2, где подогревается до t=80°C паром, подаваемым из паропровода с p=0,35 МПа в межтрубное пространство теплообменника 2, и далее по трубопроводам с p=11,0 МПа поступает на мембранные модули 3 и 4. В результате прохождения газа через мембраны образуется пермеат в количестве 5700÷5800 м/ч, содержащий ≤91,5% об. водорода, который возвращается по трубопроводу в узел синтеза аммиака, а также остаточный газ (ретант) в количестве 5300÷5400 м/ч с p=1,2÷1,5 МПа и t=82÷83°C (после узла редуцирования), который по трубопроводу идет на смешение с танковым газом из отдельного трубопровода в количестве 3800÷3900 м/ч с p=1,5 МПа и t=-27,5°C. Полученная смесь газов по общему коллектору подается в нижнюю часть двухступенчатого скруббера 5, где поглощается питательной водой, подаваемой насосом из отделения риформинга агрегата аммиака.
Промывка производится в двухступенчатом скруббере 5 с охлаждением в охладителях 7 и 8 водоаммиачного раствора между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени скруббера 5 осуществляется методом выпаривания из водоаммиачного раствора, подаваемого в испаритель 12.
Высококонцентрированный водоаммиачный раствор из нижней части двухступенчатого скруббера 5 через регулирующий клапан по трубопроводу подается в рекуперативный теплообменник 11, в котором подогревается высококонцентрированный водоаммиачный раствор перед испарителем 12, а низкоконцентрированный водоаммиачный раствор и газообразный аммиак после испарителя 12 охлаждаются. Далее нагретый в рекуперативном теплообменнике 11 высококонцентрированный водоаммиачный раствор по трубопроводу поступает в испаритель 12, где происходит выделение газообразного аммиака из раствора за счет подачи пара из паропровода с p=0,35 МПа в змеевик испарителя 12. Выделившийся газообразный аммиак по трубопроводу поступает во влагоотделитель 13, в котором сепарируется оставшаяся в газообразном аммиаке вода, и далее по коллектору газообразного аммиака через регулирующий клапан с p=0,4÷0,5 МПа выдается либо в сеть завода, либо на всас аммиачного компрессора.
Образовавшийся в нижней части испарителя 12 низкоконцентрированный водоаммиачный раствор перекачивается с помощью насоса 10 по трубопроводу через рекуперативный теплообменник 11 и регулирующий клапан в верхнюю часть двухступенчатого скруббера 5, предварительно охлаждаясь оборотной водой, подаваемой по водопроводу в трубное пространство холодильника 8.
Пройдя верхнюю секцию двухступенчатого скруббера 5, водоаммиачный раствор перед тем, как попасть в нижнюю секцию, по трубопроводу поступает в буферную емкость 6, из которой насосом через регулирующий клапан подается на охлаждение в холодильник 7, в трубное пространство которого по водопроводу подается оборотная вода. Пройдя холодильник 7, водоаммиачный раствор по трубопроводу поступает в нижнюю секцию скруббера 5.
2
4
2
Выходящие из верха скруббера 5 не абсорбировавшиеся газы (ост. H, CH, N, Ar) по коллектору подаются на сжигание в печь первичного риформинга (ППР).