СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ ПОСРЕДСТВОМ ОБЪЕДИНЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА И ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ЭТОГО
METHOD OF PRODUCING UREA BY COMBINING AMMONIA PRODUCTION PROCESS AND UREA PRODUCTION PROCESS AND SYSTEM THEREFOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины, и к системе для осуществления указанного способа. Оно относится также к способу формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака и процесса получения мочевины, и к системе для осуществления указанного способа.
Уровень техники
В нескольких процессах горения и в хорошо известных процессах получения аммиака образуется топочный газ, содержащий, среди прочего, диоксид углерода. Этот компонент диоксида углерода часто выделяется или улавливается из топочного газа в одной или нескольких системах абсорберов с использованием поглотителя растворителя. Как правило, отработанный диоксид углерода из поглотителя растворителя затем регенерируется в одной или нескольких регенерационных колоннах. В системах улавливания диоксида углерода этого вида имеется необходимость в уменьшении потребления энергии в системе и требований к капитальным затратам ("капитальные затраты"). Для таких систем улавливания диоксида углерода на основе растворителей, большая часть потребления энергии и капитальные затраты связаны с необходимостью регенерации поглотителя растворителя, то есть, десорбции диоксида углерода в регенерационных колоннах. Регенерационные колонны имеют высокие требования к потреблению энергии из-за значительной потребности в тепле от ребойлера или другого источника для десорбции диоксида углерода. Растворители, как правило, используемые в системах улавливания диоксида углерода на основе растворителей, включают амины и аммиак. Например, в процессе получения аммиака обычно используют систему улавливания диоксида углерода на основе растворителя, известную как холодный аммиачный процесс (САР). В САР в качестве растворителя используют аммиак. Другие процессы, включающие систему улавливания диоксида углерода на основе растворителя, используют различные виды аминов или их смесей.
WO 2006/022885 описывает сверхтонкую очистку газа горения, включающую удаление диоксида углерода в поглотительной подсистеме с одной или более ступенями поглощения диоксида углерода и последующей регенерацией подсистемы.
Процесс получения мочевины является хорошо известным и широко описывается в литературе. Существуют различные варианты процесса получения мочевины, но их общей особенностью является то, что аммиак и диоксид углерода используют в качестве реагентов при повышенном давлении в колонне синтеза мочевины или в реакторе для получения мочевины. В соответствии с ними, имеют место следующие две равновесные реакции:
3
2
2
4
2NH+CO↔NHCOONH (карбамат аммония)
2
4
2
2
2
NHCOONH↔NHCONH (мочевина)+HO
После реакции синтеза мочевины, мочевина, карбамат, вода и избыток аммиака переносятся в дистилляционный реактор, из которого раствор или суспензия, среди прочего, карбамата в равновесии с аммиаком, диоксидом углерода и водой рециклируется обратно в реактор синтеза мочевины для дальнейшего взаимодействия.
4
2
3
4
2
4
4
2
4
4
2
3
WO 2008/135150 описывает способ очистки топочных газов из инсинераторов, а затем получения мочевины. В этом способе, аммиак и топочный газ, содержащий диоксид углерода, добавляют в промывочное устройство, в котором поглощается диоксид углерода. Раствор, содержащий (NH)CO и (NH)SO, извлекается из промывочной установки и переносится в десорбер, в котором отделяется (NH)SO и (NH)CO подвергается воздействию энергоемкого разложения на диоксид углерода и аммиак. Затем этот диоксид углерода и аммиак используют в процессе получения мочевины.
GB 1359715 описывает объединенный процесс получения аммиака и мочевины, включающий стадии процесса, включающие поглощение диоксида углерода из концентрированного раствора аммиака с целью получения концентрированного раствора карбамата аммония, который должен вводиться в реактор для получения мочевины, где источник диоксида углерода представляет собой сырой синтез-газ, содержащий диоксид углерода и водород.
Разработаны способы понижения потребления энергии и капитальных затрат для систем улавливания диоксида углерода на основе растворителей, но по-прежнему существует необходимость в дальнейшем уменьшении затрат.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание системы и способа улавливания диоксида углерода на основе растворителя с уменьшенными потребностями в потреблении энергии и требованиями к капитальным затратам. Эта цель достигается посредством системы и способа формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины. В результате этого встраивания, аммиак и диоксид углерода, полученный из синтез-газа ("сингаза"), образуются во время парового риформинга или газификации в сочетании с процессом получения аммиака в блоке получения аммиака. Соответственно, образуются первый поток аммиака, поток диоксид углерода и поток топочного газа, содержащего диоксид углерода. Первый поток аммиака разделяется на второй поток аммиака для транспортировки в абсорбер и третий поток аммиака для транспортировки в секцию синтеза мочевины, которая может представлять собой часть реактора синтеза мочевины в установке для получения мочевины. Поток диоксида углерода также переносится в секцию синтеза мочевины, а поток топочного газа переносится в абсорбер для поглощения диоксида углерода в смешанном потоке, содержащем второй поток аммиака и поток обедненного растворителя, содержащий аммиак и имеющий относительно низкое содержание диоксида углерода. После поглощения диоксида углерода смешанным потоком, поток обогащенного растворителя, содержащий аммиак и имеющий относительно высокое содержание диоксида углерода, извлекается из абсорбера и переносится в секцию синтеза мочевины. В секции синтеза мочевины, диоксид углерода и аммиак взаимодействуют с получением мочевины. Это получение мочевины дает поток относительно обедненного растворителя, содержащий аммиак и имеющий относительно низкую концентрацию диоксида углерода для рециклирования из установки для получения мочевины в абсорбер.
Преимущество этого способа заключается в том, что десорбция диоксида углерода не является необходимой, поскольку диоксид углерода в потоке растворителя связан с аммиаком, то есть, это два реагента, необходимых для процесса получения мочевины. При этом, с использованием аммиака, связанного с диоксидом углерода, в процессе получения мочевины, вместо использования аммиака, связанного с диоксидом углерода, после десорбции, потребность системы в энергии и капитальные затраты значительно понижаются.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, топочный газ получают от горения в блоке получения аммиака.
В соответствии с одним из вариантов осуществления способа, горение в блоке получения аммиака осуществляют в паровом риформере.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, поток топочного газа охлаждают до температуры 0-25°C, предпочтительно, до температуры 10-20°C, перед переносом в абсорбер.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, абсорбер представляет собой абсорбер САР (холодного аммиачного процесса).
В соответствии с одним из вариантов осуществления, из абсорбера извлекают поток чистого газа.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, концентрация аммиака в смешанном потоке и в потоке обогащенного растворителя составляет 2-12 моль на литр раствора, предпочтительно, 6-10 моль на литр раствора, при этом концентрация диоксида углерода в потоке обедненного растворителя составляет 0,2-4,0 моль на литр раствора, предпочтительно, 1,5-4 моль на литр раствора, и при этом концентрация диоксида углерода в потоке обогащенного растворителя составляет 1,0-10,0 моль на литр раствора, предпочтительно, 3-6,0 моль на литр раствора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, отношение концентрации аммиака к концентрации диоксида углерода в потоке обедненного растворителя и в потоке обогащенного растворителя составляет до 1:1 до 3:1, предпочтительно, от 3:2 до 5:2.
Цель настоящего изобретения, подобным же образом, может быть достигнута посредством альтернативного способа формирования мочевины, то есть, посредством объединения части процесса получения аммиака с частью процесса получения мочевины. Соответственно, в сочетании с процессом получения аммиака, топочный газ, содержащий диоксид углерода и азот от горения, переносится в абсорбер низкого давления, и газовая смесь водород/диоксид углерода из пара от риформинга переносится в абсорбер высокого давления. Абсорбер высокого давления содержит поток растворителя, полуобогащенный поглощенным диоксидом углерода. После контакта с газовой смесью водород/диоксид углерода, поток растворителя, содержащий аммиак и обогащенный диоксидом углерода или имеющий его высокое содержание, извлекается из абсорбера высокого давления и переносится в установку для получения мочевины. В установке для получения мочевины, переносимые диоксид углерода и аммиак взаимодействуют с получением мочевины. Поток рецикла, содержащий карбамат в растворе или суспензии, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, переносится из процесса получения мочевины в абсорбер низкого давления. Подобным же образом, поток остатка аммиака переносится из блока получения аммиака в абсорбер низкого давления установки для получения мочевины. Этот альтернативный способ подробно описывается ниже.
В соответствии с одним из вариантов осуществления описанного выше альтернативного способа, поток сингаза, содержащий водород и монооксид углерода, образовавшийся во время реакции парового риформинга процесса получения аммиака, переносится в блок конверсии монооксида углерода, в котором монооксид углерода преобразуется в диоксид углерода, с образованием потока водорода/диоксида углерода.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, поток, содержащий азот, выпускают из абсорбера низкого давления процесса получения мочевины, и поток водорода выпускают из абсорбера высокого давления процесса получения мочевины. Как поток, содержащий азот, так и поток водорода переносятся в блок получения аммиака и взаимодействуют с получением аммиака.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, поток аммиака, необязательно получаемый из блока получения аммиака, добавляют в поток рецикла, используемый для генерирования потока обедненного растворителя, содержащего аммиак и имеющий относительно низкое содержание диоксида углерода.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, отводимый поток, который отводится от потока относительно обогащенного растворителя, переносится в абсорбер низкого давления.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, часть потока от потока относительно обедненного растворителя добавляется в абсорбер высокого давления или в поток полуобогащенного растворителя.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, часть потока из потока полуобогащенного растворителя переносится в установку для получения мочевины.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, давление в абсорбере низкого давления составляет 0,08-0,15 МПа, предпочтительно, 0,095-0,11 МПа, и давление в абсорбере высокого давления может быть 0,3-4,0 МПа, предпочтительно, 1-2,5 МПа.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, концентрация аммиака в потоке относительно обедненного растворителя, в потоке полуобогащенного растворителя и в потоке относительно обогащенного растворителя составляет 2-12, предпочтительно, 6-9 моль на литр раствора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, концентрация диоксида углерода в потоке относительно обедненного растворителя составляет 0,2-4,0, предпочтительно, 1,5-4,0, моль на литр раствора, концентрация диоксида углерода в потоке полуобогащенного растворителя составляет 1,0-5,5, предпочтительно, 2,5-4,5, моль на литр раствора и концентрация диоксида углерода в потоке относительно обогащенного растворителя составляет 1,0-10,0, предпочтительно, 3,0-6,0, моль на литр раствора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, отношение между концентрацией аммиака и концентрацией диоксида углерода в потоках обедненного, полуобогащенного и обогащенного растворителя, соответственно, составляет 1:3, предпочтительно, 1,5:2,5.
Другая цель настоящего изобретения заключается в создании систем, в которых осуществляется объединенный способ и альтернативный объединенный способ.
Эта дополнительная цель достигается с помощью системы для объединенного способа формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины, где указанная система содержит блок получения аммиака, абсорбер и секцию синтеза мочевины в установке для получения мочевины. Указанная система включает канал для первого потока аммиака из блока получения аммиака, разделенный на канал для второго потока аммиака, соединенный по текучей среде с абсорбером или с каналом для потока обедненного растворителя, с образованием, таким образом, смешанного потока, и канал для третьего потока аммиака, соединенного по текучей среде с секцией синтеза мочевины. Подобным же образом, канал для потока топочного газа, содержащего диоксид углерода, присоединен по текучей среде между блоком для получения аммиака или другим источником топочного газа и абсорбером. Канал для потока диоксида углерода присоединен по текучей среде между блоком получения аммиака и секцией синтеза мочевины. Канал для потока обогащенного растворителя присоединен по текучей среде между абсорбером и секцией синтеза мочевины, и канал для потока обедненного растворителя располагается между установкой для получения мочевины и абсорбером.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, эта система содержит канал для потока чистого газа, соединенный по текучей среде с абсорбером.
Эта дополнительная цель достигается с помощью альтернативного объединенного способа с системой для формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака с частью процесса получения мочевины. Такая система содержит паровой риформер или реактор газификации блока получения аммиака, абсорбер низкого давления, абсорбер высокого давления и установку для получения мочевины, где канал для потока топочного газа присоединен по текучей среде между паровым риформером или реактором газификации и абсорбером низкого давления. Канал для потока водорода/диоксида углерода располагается между паровым риформером, реактором газификации или другим источником топочного газа и абсорбером высокого давления. Канал для потока полуобогащенного растворителя присоединен по текучей среде между абсорбером низкого давления и абсорбером высокого давления. Канал для потока обогащенного растворителя присоединен по текучей среде между абсорбером высокого давления и установкой для получения мочевины, и канал для потока обедненного растворителя присоединен по текучей среде между установкой для получения мочевины и абсорбером низкого давления.
В соответствии с одним из вариантов осуществления альтернативного объединенного способа, система содержит блок получения аммиака, канал для потока водорода, присоединенный по текучей среде между абсорбером высокого давления и блоком получения аммиака, и канал для потока, содержащего азот, присоединенный по текучей среде между абсорбером низкого давления и блоком получения аммиака. Система также содержит канал для потока остатка аммиака, присоединенный по текучей среде между блоком получения аммиака и установкой для получения мочевины.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, система содержит блок конверсии монооксида углерода для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода, где канал для потока сингаза, содержащего водород и монооксид углерода, присоединен по текучей среде между паровым риформером или реактором газификации и блоком конверсии монооксида углерода. Подобным же образом, канал для потока водорода/диоксида углерода присоединен по текучей среде между блоком конверсии монооксида углерода и абсорбером высокого давления.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, система содержит канал для части потока из потока полуобогащенного растворителя, присоединенный по текучей среде между каналом для потока полуобогащенного растворителя и каналом для потока обогащенного растворителя.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, система содержит канал для потока рецикла, содержащего карбамат в растворе или в суспензии, содержащей также аммиак, диоксид углерода и воду, присоединенный по текучей среде между установкой для получения мочевины и каналом для потока обедненного растворителя. Подобным же образом, канал для потока аммиака соединен по текучей среде с каналом для потока рецикла.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, система содержит канал для части потока из потока обедненного растворителя, присоединенный по текучей среде между каналом для потока обедненного растворителя и каналом для потока полуобогащенного растворителя или абсорбером высокого давления.
Согласно формуле изобретения предлагается способ формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины, включающий:
получение аммиака и диоксида углерода и топочного газа для первого потока аммиака, потока диоксида углерода и потока топочного газа, содержащего диоксид углерода,
разделение первого потока аммиака на второй поток аммиака и третий поток аммиака, причем второй поток аммиака переносится в абсорбер, и третий поток аммиака переносится в секцию синтеза мочевины процесса получения мочевины для получения мочевины;
перенос потока диоксида углерода в секцию синтеза мочевины;
перенос потока топочного газа в абсорбер;
объединение второго потока аммиака и потока обедненного растворителя, поступающего из процесса получения мочевины для образования смешанного потока;
приведение в контакт смешанного потока с потоком топочного газа в абсорбере, для поглощения диоксида углерода из потока топочного газа, с образованием потока обогащенного растворителя и потока обработанного газа;
перенос потока обогащенного растворителя выпускаемого из абсорбера, в секцию синтеза мочевины;
приведение в контакт потока диоксида углерода, третьего потока аммиака и потока обогащенного растворителя в секции синтеза мочевины для образования мочевины и потока обедненного растворителя, и
перенос потока обедненного растворителя из процесса получения мочевины в абсорбер.
Предпочтительно поток топочного газа получают во время горения в блоке получения аммиака.
Предпочтительно горение в блоке получения аммиака осуществляют в паровом риформере.
Предпочтительно поток топочного газа охлаждают до температуры 0-25°C перед поступлением в абсорбер.
Предпочтительно абсорбер представляет собой абсорбер холодного аммиачного процесса (САР).
Предпочтительно, по меньшей мере, часть потока обработанного газа, покидающего абсорбер, переносится в процесс получения аммиака.
Предпочтительно концентрация аммиака в смешанном потоке и в потоке обогащенного растворителя составляет 2-12 моль на литр раствора; концентрация диоксида углерода в потоке обедненного растворителя составляет 0,2-4,0 моль на литр раствора и концентрация диоксида углерода в потоке обогащенного растворителя составляет 1,0-10,0 моль на литр раствора.
Предпочтительно отношение между концентрацией аммиака и концентрацией диоксида углерода в потоке обогащенного растворителя составляет от 1:1 до 3:1, предпочтительно, от 3:2 до 5:2.
Также предлагается способ формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака и процесса получения мочевины, включающий:
получение потока водорода/диоксида углерода из процесса получения аммиака и потока топочного газа, содержащего диоксид углерода и азот,
перенос потока топочного газа в абсорбер низкого давления;
приведение в контакт потока топочного газа с потоком обедненного растворителя в абсорбере низкого давления для получения потока полуобогащенного растворителя и потока очищенного газа, содержащего азот;
перенос потока водорода/диоксида углерода в абсорбер высокого давления;
перенос потока полуобогащенного растворителя из абсорбера низкого давления в абсорбер высокого давления;
приведение в контакт потока водорода/диоксида углерода с потоком полуобогащенного растворителя в абсорбере высокого давления для образования потока обогащенного растворителя и потока водорода;
перенос потока обогащенного растворителя из абсорбера высокого давления в процесс получения мочевины с получением мочевины и потока обедненного растворителя, содержащего раствор карбамата, аммиака, диоксида углерода и воды,
перенос потока обедненного растворителя в абсорбер низкого давления и
перенос потока остатка аммиака из блока получения аммиака в процесс получения мочевины.
Предпочтительно поток топочного газа получают во время горения в паровом риформере, в процессе получения аммиака.
Предпочтительно поток сингаза, содержащего водород и монооксид углерода, и образующийся во время реакции парового риформинга процесса получения аммиака, переносится в блок конверсии монооксида углерода, в котором монооксид углерода преобразуется в диоксид углерода с образованием потока водорода/диоксида углерода.
Предпочтительно способ дополнительно включает перенос потока очищенного газа, содержащего азот, и потока водорода в процесс получения аммиака и взаимодействие их обоих с получением аммиака.
Предпочтительно поток аммиака добавляют в поток обедненного растворителя перед поступлением в абсорбер низкого давления.
Предпочтительно, по меньшей мере, часть потока обогащенного растворителя, выпускаемого из абсорбера высокого давления, переносится в абсорбер низкого давления.
Предпочтительно, по меньшей мере, часть потока обедненного растворителя добавляют в абсорбер высокого давления.
Предпочтительно часть потока из потока полуобогащенного растворителя, покидающего абсорбер низкого давления, переносится в установку для получения мочевины.
Предпочтительно давление в абсорбере низкого давления составляет 0,08-0,15 МПа, и давление в абсорбере высокого давления составляет 0,3-4,0 МПа.
Предпочтительно давление в абсорбере низкого давления составляет 0,095-0,11 МПа, и давление в абсорбере высокого давления составляет 1-2,5 МПа.
Предпочтительно концентрация диоксида углерода в потоке обедненного растворителя составляет 0,2-4,0 моль на литр раствора, концентрация диоксида углерода в потоке полуобогащенного растворителя составляет 1,0-5,5 моль на литр раствора и концентрация диоксида углерода в потоке обогащенного раствора составляет 1,0-10,0 моль на литр раствора.
Предпочтительно отношение между концентрацией аммиака и концентрацией диоксида углерода в потоке обогащенного растворителя составляет от 1:1 до 3:1, предпочтительно, от 3:2 до 5:2.
Кроме того предлагается система для осуществления вышеуказанного способа формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака с процессом получения мочевины, причем указанная система содержит блок получения аммиака, абсорбер и секцию синтеза мочевины в установке для получения мочевины, канал для первого потока аммиака из блока получения аммиака, разделенный на канал для второго потока аммиака, соединенный по текучей среде с абсорбером или с каналом для потока обедненного растворителя, образуя, таким образом, смешанный поток, и на канал для третьего потока аммиака, соединенный по текучей среде с секцией синтеза мочевины, канал для потока топочного газа, содержащий диоксид углерода, присоединенный по текучей среде между блоком получения аммиака или другим источником топочного газа и абсорбером, канал для потока диоксида углерода присоединенный по текучей среде между блоком получения аммиака и секцией синтеза мочевины, канал для потока обогащенного растворителя присоединенный по текучей среде между абсорбером и секцией синтеза мочевины, и канал для потока обедненного растворителя расположенный между установкой для получения мочевины и абсорбером.
Предпочтительно система дополнительно содержит канал для потока чистого газа, соединенный по текучей среде с абсорбером.
Также предлагается система для осуществления способа по п. 9 формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака с частью процесса получения мочевины, содержащая паровой риформер или реактор газификации блока получения аммиака, абсорбер низкого давления, абсорбер высокого давления и установку для получения мочевины, канал для потока топочного газа присоединенный по текучей среде между паровым риформером или реактором газификации и абсорбером низкого давления, канал для потока водорода/диоксида углерода расположенный между паровым риформером или реактором газификации или другим источником топочного газа и абсорбером высокого давления, канал для потока полуобогащенного растворителя присоединенный по текучей среде между абсорбером низкого давления и абсорбером высокого давления, канал для потока обогащенного растворителя присоединенный по текучей среде между абсорбером высокого давления и установкой для получения мочевины и канал для потока обедненного растворителя расположенный между установкой для получения мочевины и абсорбером низкого давления.
Предпочтительно система дополнительно содержит блок получения аммиака, канал для потока водорода, присоединенный по текучей среде между абсорбером высокого давления и блоком получения аммиака, канал для потока, содержащего азот, присоединенный по текучей среде между абсорбером низкого давления и блоком получения аммиака, и канал для потока остатка ммиака, присоединенный по текучей среде между блоком получения аммиака и установкой для получения мочевины.
Предпочтительно система дополнительно содержит блок конверсии монооксида углерода для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода, причем канал для потока сингаза, содержащего водород и монооксид углерода, присоединен по текучей среде между паровым риформером или реактором газификации и блоком конверсии монооксида углерода, и причем канал для потока водорода/диоксида углерода присоединен по текучей среде между блоком конверсии монооксида углерода и абсорбером высокого давления.
Предпочтительно система дополнительно содержит канал для части потока из потока полуобогащенного растворителя, присоединенный по текучей среде между каналом для потока полуобогащенного растворителя и каналом для потока обогащенного растворителя.
Предпочтительно система дополнительно содержит канал для потока рецикла, содержащий карбамат в растворе или в суспензии, содержащий также аммиак, диоксид углерода и воду, присоединен по текучей среде между установкой для получения мочевины и каналом для потока обедненного растворителя, и причем канал для потока аммиака соединен с каналом для потока рецикла.
Предпочтительно система дополнительно содержит канал для части потока из потока обедненного растворителя присоединен по текучей среде между каналом для потока обедненного растворителя и каналом для потока полуобогащенного растворителя или абсорбером высокого давления.
Предпочтительно система дополнительно содержит регенератор, расположенный между абсорбером высокого давления и установкой для получения мочевины; и
канал между регенератором и абсорбером низкого давления для разделенного потока рецикла обедненного растворителя и
2
канал между регенератором и установкой для получения мочевины для отделенного потока чистого CO.
Краткое описание чертежей
Обратимся теперь к фигурам, которые представляют собой иллюстративные варианты осуществления и в которых сходные элементы нумеруются сходным образом:
Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы, используемой для способа формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака с процессом получения мочевины.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему системы для альтернативного объединенного способа формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака с процессом получения мочевины.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему системы на основе системы, показанной на Фиг. 2, но она содержит также регенератор, расположенный между абсорбером высокого давления и установкой для получения мочевины.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Диоксид углерода, используемый в качестве реагента для процесса получения мочевины в соответствии с настоящим объединенным способом, может происходить от любой установки или устройства горения, например, от обычного риформера. В одном из вариантов осуществления, диоксид углерода происходит от части устройства горения парового риформера из процесса получения аммиака.
Сингаз, называемый также синтетическим газом или синтез-газом, получают, когда углеводороды взаимодействуют с водой в реакторном устройстве, например, в паровом риформере. Сингаз представляет собой газовую смесь, содержащую разные количества монооксида углерода и водорода. Паровой риформер, используемый для получения сингаза, представляет собой трубчатый реактор с внешним устройством горения для получения достаточной энергии реакции для реакции риформинга. Для этой цели, топливо подвергается сгоранию в топочной камере на наружной стороне труб парового риформера. Внутри труб парового риформера, имеет место реакция парового риформинга в присутствии катализатора, с получением сингаза. Монооксид углерода в сингазе подвергается воздействию реакции конверсии монооксида углерода с водой, с получением диоксида углерода. После такого получения, диоксид углерода затем отделяется от водорода. Затем отделенный водород взаимодействует с азотом в воздухе с получением аммиака. В дополнение к использованию водорода в качестве реагента для получения аммиака и к использованию диоксида углерода, полученному от реакции конверсии монооксида углерода, также образуются полезные топочные газы от сгорания топлива для парового риформера. Эти топочные газы содержат азот, диоксид углерода и другие примеси, например, NOx.
Обычно, диоксид углерода, присутствующий в топочном газе в процессе получения аммиака, может поглощаться в абсорбере САР (холодный аммиачный процесс), работающем при атмосферном давлении и при низкой температуре. Перед поступлением в абсорбер САР, топочный газ охлаждают для усиления поглощения диоксида углерода аммиачным раствором, обедненным диоксидом углерода, присутствующим в абсорбере. После стадии поглощения диоксида углерода аммиачный раствор, обедненный диоксидом углерода, становится раствором, обогащенным диоксидом углерода, который требует регенерации на следующей далее стадии регенерации. Этот процесс описан более подробно в WO 2006/022885.
Другой способ получения сингаза представляет собой газификацию углерода или углеводорода с помощью кислорода в реакторе газификации. Здесь, энергия реакции обеспечивается внутри самого реактора газификации. Сингаз, получаемый таким образом, может обрабатываться, как описано выше, для отделения водорода от диоксида углерода. Однако, в соответствии с настоящим процессом, имеется необходимость в другом источнике топочного газа для получения дополнительного диоксида углерода. При таких обстоятельствах, такая же схема объединения, как применяется для паровых риформеров, может применяться здесь сходным образом.
Таким образом, сингаз, используемый в настоящем способе, образуется либо в реакции парового риформинга, либо в реакции газификации. В реакции парового риформинга, топочный газ получается посредством горения во время парового риформинга. В реакции газификации, топочный газ может происходить от любого источника. Выражения "процесс получения аммиака" и "блок получения аммиака", используемые в настоящем документе, предназначаются для перекрывания обеих этих реакций.
Объединенный способ и система будут теперь описываться более подробно со ссылкой на Фиг. 1, которая иллюстрирует вариант осуществления, когда во время парового риформинга как сингаз, так и топочный газ образуются. В соответствии с Фиг. 1, блок 1 получения аммиака, содержащий паровой риформер 1а (не показан), для горения, снабжается исходными материалами 2, например, природным газом, нефтью или углеводородами и водяным паром 3. Паровой риформер 1а нагревается с помощью топлива 4, например, природного газа. Во время реакции между углеводородами и водяным паром в паровом риформере 1а, получают сингаз. Топочный газ также получают при нагреве парового риформера 1а. Поток 5 топочного газа, содержащий диоксид углерода и другие примеси, необязательно переносится через одну или более обычных стадий очистки в абсорбер 10 САР, в котором поглощается диоксид углерода. Затем первый поток аммиака 6, содержащий аммиак от реакции между водородом в сингазе и азотом из воздуха, в блоке 1 получения аммиака разделяется на второй поток 9 аммиака и третий поток 8 аммиака. Поток 9 аммиака добавляется в поток 24 обедненного растворителя перед достижением абсорбера 10 САР. Поток 24 обедненного растворителя из рециклированного карбамата в растворе или суспензии, содержащей также воду, аммиак и имеющей низкое содержание диоксида углерода, из процесса получения мочевины добавляют в абсорбер 10 САР как смешанный поток 11. Смешанный поток 11 представляет собой смесь второго потока 9 аммиака и потока 24 обедненного растворителя. В абсорбере 10 САР, диоксид углерода в потоке 5 топочного газа поглощается в растворе смешанного потока 11 с получением потока 12 чистого газа. Поток 12 чистого газа из обработанного топочного газа, имеющего низкое содержание диоксида углерода, извлекают из абсорбера 10 САР. Поток 13 обогащенного растворителя, содержащего аммиак, воду и имеющего высокое содержание диоксида углерода, извлекается из абсорбера 10 САР и переносится при высоком давлении, пригодном для использования для любой реакции синтеза мочевины, в секцию 15 синтеза мочевины в установке 15а получения мочевины (не показана). В секции 15 синтеза мочевины, диоксид углерода и аммиак взаимодействуют с получением мочевины. Смесь полученной мочевины, карбамата, избытка аммиака и воды затем переносится в потоке 17 в секцию 19 десорбера, из которой мочевина выделяется в несколько стадий в потоке 16 мочевины. Аммиак и диоксид углерода из секции 19 десорбера извлекаются в потоке 20 в форме раствора карбамата, содержащего аммиак, диоксид углерода и воду. Поток 20 или часть потока 20 переносится затем как таковая в потоке 21 и как таковая в потоке 24 обедненного растворителя в абсорбер 10. Остаток в секции 19 десорбера рециклируется обратно как поток 18 в секцию 15 синтеза мочевины или в любое другое место, пригодное для использования при получении мочевины. Необязательно, поток 20 подвергается воздействию обработки сточных вод в установке 22 обработки сточных вод, где воду отделяют от потока 20 с получением потока 23 воды. Вместо рециклирования потока 20 обратно в секцию 15 синтеза мочевины, как в обычном процессе получения мочевины, весь поток 20 или часть его переносится в абсорбер 10 для использования в процессе получения аммиака в форме потока 24 обедненного растворителя. Третий поток 8 аммиака, происходящий от первого потока 6 аммиака, переносится непосредственно в секцию 15 синтеза мочевины в установке 15а получения мочевины.
Затем, поток 7 диоксида углерода, содержащий диоксид углерода, происходящий из сингаза, полученного в блоке получения аммиака и выделенный из него, переносится непосредственно в секцию 15 синтеза мочевины. Может быть разработано получение сингаза для получения достаточного количества диоксида углерода для получения мочевины, это будет приводить к образованию некоторого избытка аммиака. Дополнительный источник диоксида углерода может представлять собой любой топочный газ. Если диоксид углерода берут из топочного газа, может быть либо уменьшено производство сингаза (устанавливаемое в соответствии с желаемым уровнем получения аммиака), либо альтернативно, можно использовать любой избыток аммиака в процессе получения мочевины для увеличения получения мочевины. Это осуществляется посредством введения дополнительного диоксида углерода из источника топочного газа, как отмечено ранее. Кроме того, поток 24 обедненного растворителя из рециклированного карбамата может отбираться из любого пригодного для использования места в установке 15а для получения мочевины. Необходимо отметить, что каждый из различных потоков, описанных в настоящем документе, переносится в каналах, соединенных по текучей среде, пригодных для этой цели.
Как описано выше, первый поток 6 аммиака и поток 7 диоксида углерода могут, альтернативно, быть получены из сингаза, полученного в реакторе газификации (не показано на Фиг. 1). Подобным же образом, поток 5 топочного газа, содержащий диоксид углерода, может доставляться из любого другого источника (не показанного на Фиг. 1, такого как бойлер, например, энергетический котел или любой бойлер, поставляющий тепло в установку для получения мочевины).
Любые другие технологии улавливания диоксида углерода, не использующие аммиачного растворителя, не могут быть встроены в процесс получения мочевины, как описано в настоящем документе, поскольку поглотительный растворитель для диоксида углерода содержал бы химикалий, посторонний для процесса получения мочевины, который повлиял бы отрицательно на получение мочевины или даже сделал бы его невозможным. Кроме того, поток 5 топочного газа может подвергаться воздействию любых обычных процессов очистки или разделения, не показанных на Фиг. 1, перед тем как он переносится в абсорбер 10 САР. Источник диоксида углерода для процесса получения мочевины может также происходить, например, от бойлера на ископаемом топливе или от технологического нагревателя в установке 15а получения мочевины или еще откуда-нибудь.
Таким образом, необходимость в процессе десорбции диоксида углерода/регенерации растворителя, как используется в обычном процессе улавливания диоксида углерода, в настоящем объединенном способе устраняется, уменьшая тем самым стоимость энергии и оборудования.
Выражения "обедненный растворитель" и "обогащенный растворитель", как они используются в настоящем документе, обозначают концентрацию аммиака в потоке 24 обедненного растворителя и в потоке 13 обогащенного растворителя, составляющую 2-12, предпочтительно, 6-10, моль на литр раствора, концентрацию диоксида углерода в потоке 24 обедненного растворителя, составляющую 0,2-4,0, предпочтительно, 1,5-4, моль на литр раствора и концентрацию диоксида углерода в потоке 13 обогащенного растворителя, составляющую 1,0-10,0, предпочтительно, 3,0-6,0, моль на литр раствора. Отношение концентрации аммиака к концентрации диоксида углерода в потоке 13 обогащенного растворителя составляет 1:1-3:1, предпочтительно, 3:2-5:2, чтобы удовлетворить стехиометрии реакции получения мочевины. Если дополнительный аммиак добавляют с помощью второго потока 9 аммиака, рассмотренные выше концентрации аммиака в смешанном потоке 11 и в потоке 13 обогащенного растворителя будут изменяться.
В варианте осуществления альтернативного объединенного способа и системы, иллюстрируемой на Фиг. 2, диоксид углерода, получаемый в процессе получения аммиака, сам по себе, не объединяется с процессом получения мочевины. Вместо этого, поток обогащенного растворителя от поглощения газовой смеси водорода и диоксида углерода (сформированной с помощью реакции конверсии монооксида углерода), происходящей от сингаза, полученного в паровом риформере 14 или в реакторе газификации во время процесса получения аммиака, используют для объединения.
Точнее, водород, как правило, получают во время получения сингаза с помощью парового риформинга или газификации. Как правило, процессы физического поглощения или адсорбции применяют для отделения диоксида углерода от водорода в газовой смеси водорода и диоксида углерода. Это происходит при повышенных давлениях, которые часто гораздо выше, чем те, которые используют во время поглощения диоксида углерода из топочного газа в абсорбере высокого давления. После отделения диоксида углерода, водород взаимодействует с азотом в воздухе с образованием аммиака.
В настоящем альтернативном объединенном способе, как поток топочного газа, так и поток газовой смеси водорода и диоксида углерода, происходящей из потока сингаза подвергают воздействию поглощения диоксида углерода. Если применяют холодный аммиачный процесс (САР) для поглощения диоксида углерода из потока газовой смеси диоксида углерода и водорода, можно также использовать поток обедненного растворителя, содержащий карбамат, из процесса получения мочевины, при необходимости, обогащенный дополнительным аммиаком. Затем необходимы абсорбер низкого давления для топочного газа и абсорбер высокого давления для газовой смеси диоксида углерода и водорода. Указанный обедненный растворитель может использоваться либо параллельно абсорберу низкого давления для топочного газа, либо последовательно, с использованием полуобогащенного растворителя для поглощения диоксида углерода в абсорбере высокого давления. Как полуобогащенный растворитель, так и обогащенный растворитель, образовавшиеся после поглощения высокого давления, вводят обратно в установку 15а получения мочевины, предпочтительно, непосредственно в ее секцию 15 синтеза мочевины.
Преимущества этого альтернативного объединенного способа являются следующими. Во-первых, получают объединение двух способов поглощения (диоксида углерода из топочного газа и из сингаза, соответственно) с использованием одного и того же вида растворителя и одного и того же принципа (мокрого поглощения). Во-вторых, устраняется любая необходимость в десорбции диоксида углерода из обогащенного растворителя, поскольку этот обогащенный растворитель используют для реакции с получением мочевины. Обогащенный растворитель уже содержит аммиак и диоксид углерода в качестве реагентов для процесса получения мочевины, значительно уменьшая соответствующие затраты на энергию и оборудование. В-третьих, не добавляют "постороннего" химикалия, такого как амин, как используется в некоторых способах улавливания углерода.
Кроме того, потенциально, поток топочного газа, обедненного диоксидом углерода и обогащенного азотом после поглощения, можно использовать в качестве исходных материалов для синтеза аммиака, для замены, по меньшей мере, части воздуха, используемого для синтеза аммиака. Это могло бы дать возможность для увеличения производства аммиака, поскольку тогда в синтез вводится меньше воздуха, содержащего кислород. Любые меньшие количества аммиака, проскакивающие либо в поток водорода, либо в поток, обогащенный азотом, из абсорберов, не должны отравлять реакцию синтеза аммиака. В качестве одной из возможностей, отводимый поток от потока обогащенного раствора может переноситься в абсорбер низкого давления для сведения к минимуму проскока аммиака в поток, обогащенный азотом.
Этот вариант осуществления альтернативного объединенного способа и система получения мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака с процессом получения мочевины схематически иллюстрируются на Фиг. 2 и будут подробно описываться ниже со ссылками на Фиг. 2. Хотя на Фиг. 2 иллюстрируется установка 14 парового риформера, она может представлять собой, по аналогии с системой, иллюстрируемой на Фиг. 1, в качестве альтернативы, реактор газификации, в котором образуется сингаз. В этом случае, топочный газ, используемый в альтернативном объединенном способе, подается из любого другого источника (не показанного на Фиг. 2), такого как бойлер, например, энергетический котел или любой бойлер, поставляющий тепло в установку для получения мочевины. Обращаясь к Фиг. 2 здесь паровой риформер 14 снабжается исходными материалами 2, например, природным газом, нефтью или углеводородами и водяным паром 3. Паровой риформер 14 нагревается с помощью топлива 4, например, природного газа. Во время реакции между углеводами и водяным паром в паровом риформере 14 получается сингаз, содержащий водород и монооксид углерода. Поток 26 сингаза переносится в блок 27 конверсии монооксида углерода, в котором монооксид углерода подвергается конверсии в диоксид углерода. Поток 28 водорода/диоксида углерода, полученный таким образом, переносится непосредственно в абсорбер 33 высокого давления, имеющий давление 0,3-4 МПа, предпочтительно, 1-2,5 МПа. Затем, топочный газ, содержащий азот, диоксид углерода и другие примеси, извлекается из парового риформера 14 и переносится как поток 25 топочного газа в абсорбер 29 низкого давления, имеющий давление 0,08-0,15 МПа, предпочтительно, 0,095-0,11 МПа.
В абсорбере 33 высокого давления диоксид углерода поглощается и затем выделяется из него в поток 37 обогащенного растворителя, содержащий диоксид углерода при высокой концентрации, воду и аммиак. Затем этот поток 37 обогащенного растворителя переносится при высоком давлении в качестве реагента в реактор 38а синтеза мочевины (не показан) в установке 38 получения мочевины. Поток 34 водорода извлекается из абсорбера 33 высокого давления для использования в качестве реагента в блоке 41 получения аммиака. Необязательно, отводимый поток 36 из потока 37 обогащенного растворителя переносится в верхнюю часть абсорбера 29 низкого давления, где его используют, при необходимости, для улавливания избытка аммиака из поступающего потока 25 обработанного топочного газа перед тем, как очищенный топочный газ, то есть поток 35, содержащий азот, переносится в блок 41 получения аммиака для использования.
В абсорбере 29 низкого давления диоксид углерода, содержащийся в потоке 25 топочного газа, поглощается посредством потока 42 обедненного растворителя. Он покидает абсорбер 29 низкого давления как поток 30 полуобогащенного растворителя, содержащий поглощенный диоксид углерода при средней концентрации, воду и аммиак. Затем этот поток 30 полуобогащенного растворителя переносится в абсорбер 33 высокого давления. Необязательно, часть потока 31 из потока 30 полуобогащенного растворителя переносится в установку 38 получения мочевины. Перед поступлением в абсорбер 29 низкого давления, поток 25 топочного газа может подвергаться воздействию одной или нескольких обычных стадий очистки, а также охлаждается до температуры в пределах между 0 и 25°C, предпочтительно, до температуры в пределах между 10 и 20°C. Очищенный топочный газ, содержащий азот при высокой процентной доле, который извлекается из абсорбера 29 низкого давления, может переноситься как поток 35, содержащий азот, в блок 41 получения аммиака. Таким образом, водород в потоке 34 водорода и азот в потоке 35, содержащем азот, переносятся в качестве реагентов в блок 41 получения аммиака, в котором имеет место реакция между водородом и азотом с получением аммиака. Поток 39 рецикла, содержащий смесь карбамата аммония, карбоната аммония и бикарбоната аммония либо в растворе, либо в суспензии, содержащий также непрореагировавший аммиак, диоксид углерода, угольную кислоту и воду, происходящий из установки 38 получения мочевины, необязательно снабжается дополнительным аммиаком с помощью потока 40 аммиака из блока 41 получения аммиака, образуя поток 42 обедненного растворителя в форме раствора аммиака, содержащего диоксид углерода при низкой концентрации, аммиак, карбамат аммония, карбонат аммония, бикарбонат аммония и воду, где этот поток 42 обедненного растворителя переносится в абсорбер 29 низкого давления. Необязательно, часть потока 32 из потока 42 обедненного раствора может переноситься непосредственно в абсорбер 33 высокого давления или в поток 30 полуобогащенного растворителя. Остаток аммиака из блока 41 получения аммиака переносится в части потока 43 в установку для получения мочевины 38.
Концентрация аммиака в потоке 42 обедненного растворителя, в потоке 30 полуобогащенного растворителя и в потоке 37 обогащенного растворителя составляет 2-12, предпочтительно, 6-10, моль на литр раствора. Концентрация диоксида углерода в потоке 42 обедненного растворителя составляет 0,2-4,0, предпочтительно, 1,5-4, моль на литр раствора. Концентрация диоксида углерода в потоке 30 полуобогащенного растворителя составляет 1,0-5,5, предпочтительно, 2,5-4,5, моль на литр раствора. Концентрация диоксида углерода в потоке 13 обогащенного растворителя составляет 1,0-10,0, предпочтительно, 3,0-6,0, моль на литр раствора. Отношение между концентрацией аммиака и концентрацией диоксида углерода в потоке 37 предпочтительно составляет 1:1,5-1:2,5, чтобы удовлетворить стехиометрии реакции получения мочевины.
2
2
Фиг. 3 показывает еще один вариант осуществления системы, показанной на Фиг. 2, где регенератор 44 располагается между абсорбером 33 высокого давления и установкой 38 получения мочевины. Точнее, поток 37 обогащенного растворителя, необязательно смешанный с частью потока 31 потока 30 полуобогащенного растворителя, разделяется в регенераторе 44 на поток 45 чистого CO и на поток 39 рецикла обедненного растворителя. Поток 45 чистого CO вводится в канал к установке 38 получения мочевины, а поток рецикла 39 вводится в канал к абсорберу 29 низкого давления.
Подводя итоги, настоящее изобретение относится к способу формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины и к системе для осуществления указанного способа. Оно также относится к альтернативному способу формирования мочевины посредством объединения части процесса получения аммиака и процесса получения мочевины и к системе для указанного альтернативного способа.
Хотя настоящее изобретение описывается со ссылками на ряд предпочтительных вариантов осуществления, специалисты поймут, что могут быть проделаны разнообразные изменения, и разнообразные эквиваленты могут использоваться вместо их элементов без отклонения от рамок настоящего изобретения. В дополнение к этому, может быть проделано множество модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала по отношению к концепции настоящего изобретения без отклонения от его основных рамок. Следовательно, предполагается, что настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными вариантами осуществления, описанными как наилучший способ, предполагаемый для осуществления настоящего изобретения, но настоящее изобретение будет включать все варианты осуществления, попадающие в рамки прилагаемой формулы изобретения.