ПРЕДПРИЯТИЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ УДОБРЕНИЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЯ
FERTILIZER PRODUCTION PLANT AND METHOD OF PRODUCING FERTILIZER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установке по производству удобрений и к способу получения удобрения.
Уровень техники
Мочевина является соединением, содержащем большое количество азота, и вследствие этого используется в качестве удобрения. Известная методика, подходящая в качестве способа для производства содержащего мочевину удобрения, раскрывается в патентном документе 1. Патентный документ 1 описывает производственную установку для получения мочевины с использованием аммония, полученного из природного газа и диоксида углерода. Кроме того, патентный документ 1 раскрывает применение полученной мочевины в качестве удобрения.
Список упоминаемых документов
Патентные источники.
Патентный документ 1: JP2000-159519A (см. в частности абзац 0002 и Фиг. 1).
Раскрытие изобретения
Решаемые проблемы
В отношении повышения удобства и простоты использования мочевины предпочтительным является получение мочевины в гранулированной форме. В частности, гранулированная мочевина хорошо удерживается в почве после ее внесения в виде удобрения и с меньшей вероятностью будет смыта дождем или вследствие иных подобных причин. Таким образом, при использовании гранулированной мочевины оказывается возможным увеличение длительности ее действия в качестве удобрения.
При способе гранулирования мочевины (то есть при грануляции) к мочевине может быть добавлен гранулирующий агент. Гранулирующим агентом для мочевины может быть, например, мочевино-формальдегидный состав (например, мочевина и формальдегид, растворенные в растворителе и переведенные в жидкую форму). Однако в случае установки, раскрываемой в патентном документе 1, когда при осуществлении грануляции используется гранулирующий агент, такой гранулирующий агент должен подаваться в установку извне, что приводит к дополнительным затратам на закупку гранулирующего агента.
Цель по меньшей мере одного воплощения настоящего изобретения состоит в предложении установки производства удобрения и способа получения удобрения, пригодных для низкозатратного изготовления удобрения с долгосрочным действием после внесения.
Решение проблемы
(1) Согласно по меньшей мере некоторым воплощениям настоящего изобретения, установка производства удобрения, предназначенная для получения содержащего мочевину удобрения из источника углеводорода, содержит: установку риформинга, предназначенную для получения по меньшей мере водорода и газа-источника углерода с помощью риформинга источника углеводорода; установку синтеза аммиака, предназначенную для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа- источника азота и водорода, полученного на установке риформинга; установку синтеза мочевины, предназначенную для получения мочевины при использовании по меньшей мере газа-источника углерода, полученного на установке риформинга, и аммиака, полученного на установке синтеза аммиака; установку синтеза метанола, предназначенную для получения метанола при использовании по меньшей мере водорода, полученного на установке риформинга, и газа-источника углерода, полученного на установке риформинга; установку синтеза формальдегида, предназначенную для получения формальдегида окислением метанола, полученного на установке синтеза метанола; установку производства мочевино-формальдегидного состава, предназначенную для получения мочевино-формальдегидного состава при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на установке синтеза мочевины, и формальдегида, полученного на установке синтеза формальдегида; и установку производства удобрения, предназначенную для получения удобрения при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на установке синтеза мочевины, и мочевино-формальдегидного состава, полученного на установке производства мочевино-формальдегидного состава.
В соответствии с конфигурацией (1) возможно получение и мочевины, и мочевино-формальдегидного состава из источника углеводорода, такого как природный газ и уголь, на одной и той же установке производства удобрений. Соответственно, отсутствует необходимость в отдельном внешнем снабжении гранулирующим агентом и оказывается возможным использование полученного мочевино-формальдегидного состава в качестве гранулирующего агента для гранулирования мочевины. Гранулированная мочевина после ее внесения в почву обладает длительным действием. Таким образом, согласно одному воплощению настоящего изобретения, оказывается возможным малозатратное получение удобрения, которое имеет длительное действие после внесения.
(2) В некоторых воплощениях в указанной выше конфигурации (1) установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании избыточного водорода из установки синтеза аммиака.
С приведенной выше конфигурацией (2) возможно получение метанола при использовании избыточного водорода, содержащегося в непрореагировавшем газе после производства аммиака, и газа-источника углерода, такого как диоксид углерода. Таким образом, оказывается возможным использование в полном объеме всего водорода, полученного в ходе риформинга источника углеводорода на установке риформинга, без образования отходов.
(3) В некоторых воплощениях в указанной выше конфигурации (1) или (2) установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании газа-источника углерода, полученного на установке риформинга.
С указанной выше конфигурацией (3) возможно получение метанола при использовании газа-источника углерода (диоксид углерода), полученного на установке риформинга. Таким образом, возможно получение метанола без подачи газа-источника углерода, извне.
(4) В некоторых воплощениях в любой из приведенных выше конфигураций с (1) по (3) установка синтеза аммиака включает устройство синтеза аммиака, предназначенное для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа-источника азота и водорода, полученного на установке риформинга, и устройство извлечения водорода, предназначенное для извлечения избыточного водорода из устройства синтеза аммиака. Установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании водорода, извлеченного с помощью такого устройства извлечения водорода.
С указанной выше конфигурацией (4) возможно получение метанола при использовании газа, который выпускается из устройства извлечения водорода и который содержит большой объем водорода (то есть газ с высокой чистотой по водороду). Таким образом, оказывается возможным увеличение выхода метанола.
(5) В некоторых воплощениях в любой из приведенных выше конфигураций с (1) по (3) установка синтеза аммиака включает устройство синтеза аммиака, предназначенное для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа-источника азота и водорода, полученного на установке риформинга, и устройство извлечения водорода, предназначенное для извлечения избыточного водорода из устройства синтеза аммиака. Установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании водорода, отбираемого между устройством синтеза аммиака и устройством извлечения водорода.
С указанной выше конфигурацией (5), при использовании избыточного водорода, имеющего поддерживаемое выпускное давление, ответвленного между устройством синтеза аммиака и устройством извлечения водорода, оказывается возможным снабжение установки синтеза метанола водородом под высоким давлением. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении со стороны выше по ходу потока от установки синтеза метанола компрессора для сжатия подаваемого газа, содержащего водород.
(6) В некоторых воплощениях в любой из указанных выше конфигураций с (1) по (3) установка синтеза аммиака включает устройство синтеза аммиака, предназначенное для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа-источника азота и водорода, полученного на установке риформинга, а установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании водорода, полученного со стороны ниже по ходу потока от устройства синтеза аммиака.
С указанной выше конфигурацией (6) в случаях, когда на стороне ниже по ходу потока от устройства синтеза аммиака отсутствует устройство, обеспечивающее сброс давления, такое как устройство извлечения водорода, возможно использование избыточного водорода, выпускное давление которого поддерживается. Соответственно, оказывается возможным снабжение установки синтеза метанола водородом под высоким давлением. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении на стороне выше по ходу потока от установки синтеза метанола компрессора для сжатия подаваемого газа, содержащего водород.
(7) В некоторых воплощениях в любой из указанных выше конфигураций с (1) по (6) установка синтеза аммиака включает: устройство синтеза аммиака, предназначенное для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа-источника азота и водорода, полученного на установке риформинга; и компрессор, предназначенный для сжатия подаваемого газа, который содержит водород и газ-источник азота, подлежащий введению в устройство синтеза аммиака. Установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании водорода, содержащегося в подаваемом газе, сжатом с помощью компрессора.
С указанной выше конфигурацией (7), при использовании водорода, содержащегося в подаваемом газе, сжатом с помощью компрессора, оказывается возможным снабжение установки синтеза метанола водородом под высоким давлением. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении на стороне выше по ходу потока от установки синтеза метанола компрессора для сжатия подаваемого газа, содержащего водород. Помимо этого, концентрация водорода и концентрация азота в подаваемом газе, подлежащем введению в устройство синтеза аммиака, высоки, в то время как концентрации других компонентов низки. Таким образом, при получении метанола с использованием газа, имеющего относительно высокую концентрацию водорода и относительно высокую концентрацию азота при относительно низких концентрациях других компонентов, оказывается возможным увеличение парциального давления водорода и азота и улучшение выхода метанола.
(8) В некоторых воплощениях в любой из указанных выше конфигураций с (1) по (7) установка синтеза метанола выполнена с возможностью получения метанола при использовании водорода, полученного на установке риформинга, при этом такой водород находится на стороне выше по ходу потока от установки синтеза аммиака, установки синтеза мочевины и установки синтеза метанола.
С указанной выше конфигурацией (8) возможно получение метанола при использовании водорода, полученного на установке риформинга. Таким образом, отсутствует необходимость в отдельном снабжении установки синтеза метанола газом-источником углерода и оказывается возможным упрощение системы разводки трубопроводов.
(9) Согласно по меньшей мере некоторым воплощениям настоящего изобретения, способ получения содержащего мочевину удобрения из источника углеводорода, включает: стадию риформинга, предназначенную для получения с помощью риформинга источника углеводородов по меньшей мере водорода и газа-источника углерода; стадию синтеза аммиака, предназначенную для получения аммиака при использовании по меньшей мере газа-источника азота и водорода, полученного на стадии риформинга; стадию синтеза мочевины, предназначенную для получения мочевины при использовании по меньшей мере газа-источника углерода, полученного на стадии риформинга, и аммиака, полученного на стадии синтеза аммиака; стадию синтеза метанола, предназначенную для получения метанола при использовании по меньшей мере водорода, полученного на стадии риформинга, и газа-источника углерода, полученного на стадии риформинга; стадию синтеза формальдегида, предназначенную для получения формальдегида окислением метанола, полученного на стадии синтеза метанола; стадию получения мочевино-формальдегидного состава, предназначенную для получения мочевино-формальдегидного состава при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на стадии синтеза мочевины, и формальдегида, полученного на стадии синтеза формальдегида; и стадию получения удобрения, предназначенную для получения удобрения при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на стадии синтеза мочевины, и мочевино-формальдегидного состава, полученного на стадии получения мочевино-формальдегидного состава.
В соответствии с вышеприведенной конфигурацией (9) возможно получение и мочевины, и мочевино-формальдегидного состава из источника углеводорода, такого как природный газ, на одной и той же установке по производству удобрений. Соответственно, отсутствует необходимость в отдельном внешнем снабжении гранулирующим агентом и оказывается возможным использование полученного мочевино-формальдегидного состава в качестве гранулирующего агента для гранулирования мочевины. Гранулированная мочевина после ее внесения обладает длительным действием. Таким образом, согласно одному воплощению настоящего изобретения, оказывается возможным малозатратное получение удобрения, которое имеет длительное действие после внесения.
Полезный эффект
Цель по меньшей мере одного воплощения настоящего изобретения состоит в предоставлении установки по производству удобрений и способа получения удобрения, пригодных для низкозатратного изготовления удобрения, которое обладает долгосрочным действием после внесения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно первому воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 2 показывает схематическую диаграмму установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 1.
Фиг. 3 является схематической диаграммой установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 1, где обеспечен единственный реактор, отличный от реактора, показанного на Фиг. 2.
Фиг. 4 является схематической диаграммой установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 1, где обеспечено множество реакторов, отличных от реактора, показанного на Фиг. 2.
Фиг. 5 отображает блок-схему, демонстрирующую способ получения удобрения, реализуемый на установке по производству удобрений с Фиг. 1.
Фиг. 6 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно второму воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 7 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно третьему воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 8 является схематической диаграммой установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 7.
Фиг. 9 является схематической диаграммой еще одной установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 7.
Фиг. 10 является схематической диаграммой еще одной установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 7.
Фиг. 11 является схематической диаграммой еще одной установки синтеза метанола из установки по производству удобрений с Фиг. 7.
Фиг. 12 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно четвертому воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 13 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно пятому воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 14 представляет системную диаграмму установки по производству удобрений согласно шестому воплощению настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Далее подробно описываются примеры осуществления настоящего изобретения с обращением к сопутствующим чертежам. При этом описания и чертежи, раскрываемые в качестве воплощений, несут лишь иллюстративную функцию и подходящим образом могут модифицироваться в пределах, не выходящих за границы объема настоящего изобретения. Помимо указанного, два или более воплощений могут быть осуществлены в комбинации.
При этом, однако, имеется в виду, что если специально не указывается иного, все габариты, материалы, формы, относительные положения и другие подобные признаки описываемых в воплощениях компонентов должны интерпретироваться исключительно как иллюстративные и не предназначенные для ограничения объема настоящего изобретения.
Например, выражения, касающиеся относительного или абсолютного положения, такие как «в направлении», «по направлению», «параллельный», «ортогональный», «центрированный», «концентрический» и «коаксиальный», не следует рассматривать лишь как указывающие на расположение в его буквальном и строгом значении, но также включают и состояния, где такое расположение является относительно смещенным на допуски, или углы, или расстояния, при которых оказывается возможным достижение той же самой функции.
Например, выражения равного состояния, такие как «такой же», «равный» и «одинаковый» не должны рассматриваться только в качестве указания на состояние, при котором некие признаки являются строго равными, но также включают и состояние, при котором имеется допуск или различие, которые, тем не менее, позволяют достигать той же самой функции.
Кроме того, выражения, касающиеся, например, формы, такой как прямоугольная форма или цилиндрическая форма, не должны рассматриваться только в отношении геометрически строгой формы, но также включают и форму с шероховатостью или с закругленными углами в пределах границ, внутри которых остается возможным достижение того же самого эффекта.
С другой стороны, такие выражения, как «содержит», «включает», «имеет», «вмещает» и «составляет», не предназначаются для того, чтобы быть исключающими в отношении других компонентов.
Фиг. 1 представляет системную диаграмму установки 100 по производству удобрений согласно первому воплощению настоящего изобретения. Установка 100 по производству удобрений предназначена для получения удобрения, которое содержит мочевину (мочевинное удобрение) из источника углеводорода, такого как природный газ и уголь. На Фиг. 1 в качестве источника углеводородов приводится природный газ. Установка 100 по производству удобрений включает риформинг-аппарат 1 в качестве установки риформинга, установку 10 синтеза аммиака, установку 20 синтеза мочевины, установку 30 синтеза метанола, установку 40 синтеза формальдегида, смеситель 51 в качестве установки получения мочевино-формальдегидного состава и гранулирующее устройство 61 в качестве установки производства удобрения. Кроме того, согласно одному воплощению настоящего изобретения, установка 100 по производству удобрений дополнительно включает реактор 2 конверсии, устройство 3 извлечения диоксида углерода и устройство 4 метанизации на стороне ниже по ходу потока от риформинг-аппарата 1.
Риформинг-аппарат 1 предназначен для того, чтобы получать по меньшей мере водород и диоксид углерода (газ-источник углерода) с использованием воздуха и водяного пара и для осуществления риформинга природного газа, который содержит метан. Риформинг-аппарат 1 включает, хотя это и не показано, аппарат первичного риформинга, который осуществляет реакцию риформинга водяного пара, и аппарат вторичного риформинга, в котором выполняется реакция парциального окислительного риформинга и реакция риформинга водяного пара. Уравнения реакций, выполняемых в аппарате первичного риформинга и в аппарате вторичного риформинга более конкретно представлены ниже.
(a) Аппарат первичного риформинга (реакция риформинга водяного пара)
(b) Аппарат вторичного риформинга (реакция парциального окислительного риформинга и реакция риформинга водяного пара)
Соответственно, в риформинг-аппарате 1 из природного газа, содержащего метан, производится диоксид углерода. Тем не менее, в отношении части монооксида углерода, образованного в результате реакций по уравнениям (1) и (3), реакция уравнения (2) не имеет дальнейшего развития и продукт остается в форме монооксида углерода. Остающийся монооксид углерода превращается в диоксид углерода в реакторе 2 конверсии на более поздней стадии.
Реакции, показанные в уравнениях (1) и (2), могут выполняться при использовании тех или иных катализаторов риформинга. В качестве катализатора риформинга может использоваться, например, окисленный переходный металл, такой как никель, и платина. Условия реакции могут составлять, например, приблизительно от 900°C до 1000°C и от 2,5 MПa до 3,5 MПa на выходе из слоя катализатора, размещающегося в аппарате вторичного риформинга.
Как указывалось выше, риформинг-аппарат 1 также потребляет воздух. Таким образом, газ, исходящий из риформинг-аппарата 1 и подаваемый на более поздней стадии к реактору 2 конверсии, содержит компоненты, происходящие из воздуха. Более конкретно, газ, исходящий из риформинг-аппарата 1, содержит газ-источник азота, такой как азот (газ, который служит в качестве исходного материала при синтезе аммиака).
Реактор 2 конверсии предназначен для получения диоксида углерода и водорода в результате конверсии монооксида углерода и водяного пара в газе, поступающем из риформинг-аппарата 1. Таким образом, в реакторе 2 конверсии, концентрация монооксида углерода в газе уменьшается и вместо этого увеличивается концентрация диоксида углерода. Посредством превращения монооксида углерода в диоксид углерода оказывается возможным извлечение углерода, происходящего из монооксида углерода, в виде диоксида углерода с помощью устройства 3 извлечения диоксида углерода на более поздней стадии.
В реакторе 2 конверсии происходит химическая реакция, отображаемая следующим уравнением (4).
В качестве катализатора для конверсии монооксида углерода (катализатор конверсии) может использоваться тот или иной катализатор конверсии. Катализатором конверсии может быть, например, катализатор на медно-цинковой основе. Условия реакции могут составлять, например, приблизительно от 200°C до 450°C и от 2,5 MПa до 3,5 MПa на выходе из слоя катализатора, размещенного в реакторе 2 конверсии.
Устройство 3 извлечения диоксида углерода предназначено для извлечения и удаления диоксида углерода из газа. Благодаря удалению диоксида углерода из газа оказывается возможным предотвращение поступления диоксида углерода в устройство 12 синтеза аммиака на более поздней стадии и ослабление его воздействия на катализатор образования аммония (описывается ниже). Извлечение диоксида углерода с помощью устройства 3 извлечения диоксида углерода возможно, например, посредством приведения газа в контакт с щелочным раствором. Далее извлеченный диоксид углерода отделяется от щелочного раствора, например, нагреванием такого щелочного раствора, и подается к установке 20 синтеза мочевины и установке 30 синтеза метанола, описываемым ниже.
Устройство 4 метанизации предназначено для того, чтобы превращать весь диоксид углерода, остающийся после извлечения с помощью устройства 3 извлечения диоксида углерода, и монооксид углерода, не конвертированный в диоксид углерода реактором 2 конверсии и остающийся неизвлеченным устройством 3 извлечения диоксида углерода, в метан. Устройство 4 метанизации удаляет окисленный углерод (оксид углерода), такой как монооксид углерода и диоксид углерода, и таким образом сдерживает попадание окисленного углерода в устройство 12 синтеза аммиака на более поздней стадии. Соответственно, оказывается возможным подавить воздействие окисленного углерода на катализатор образования аммиака (описанный ниже).
В устройстве 4 метанизации протекают химические реакции, описываемые следующими уравнениями (5) и (6).
В качестве катализатора для получения метана (катализатор метанизации) может использоваться тот или иной катализатор метанизации. Катализатор метанизации может быть, например, никелевым катализатором. Условия реакции могут составлять, например, приблизительно от 250°C до 350°C и от 2,0 MПa до 3,0 MПa на выходе из слоя катализатора, размещающегося в устройстве 4 метанизации.
Установка 10 синтеза аммиака предназначена для получения аммиака при использовании по меньшей мере водорода, полученного с помощью риформинг-аппарата 1 (установка риформинга), и азота (газа-источника азота) в воздухе, вводимом риформинг-аппаратом 1.
Установка 10 синтеза аммиака включает компрессор 11, устройство 12 синтеза аммиака, устройство 13 извлечения аммиака и устройство 14 извлечения водорода.
Компрессор 11 предназначен для обеспечения сжатия подаваемого газа (содержащего водород и азот, а также метан в качестве примеси) для его введения в устройство 12 синтеза аммиака на более поздней стадии. В устройстве 12 синтеза аммиака под высоким давлением протекает реакция образования аммиака. Таким образом, увеличивая давление подаваемого газа с помощью компрессора 11, оказывается возможным ускорение реакции образования аммиака.
Устройство 12 синтеза аммиака предназначено для получения аммиака при использовании по меньшей мере водорода и азота в подаваемом газе. Таким образом, устройство 12 синтеза аммиака предназначено для получения аммиака при использовании по меньшей мере водорода, полученного с помощью риформинг-аппарата 1 (установка риформинга), и азота (газа-источника азота) в воздухе, вводимом риформинг-аппаратом 1. Полученный аммиак, находящийся в виде жидкой фазы, подается к описанной ниже установке 20 синтеза мочевины через систему 71 поставки аммиака. С другой стороны, газовая фаза (продувочный газ) из устройства 12 синтеза аммиака подается к описываемому ниже устройству 13 извлечения аммиака. Газовая фаза устройства 12 синтеза аммиака содержит избыточный водород и азот (непрореагировавший азот), а также непрореагировавший метан.
В устройстве 12 синтеза аммиака протекает химическая реакция, иллюстрируемая следующим уравнением (7).
В качестве катализатора для получения аммиака (катализатор образования аммиака) может использоваться тот или иной катализатор образования аммиака. Катализатор образования аммиака может быть, например, железным катализатором, который содержит, например, окись-закись железа (оксид железа (II, III)). Условия реакции могут составлять, например, приблизительно от 400°C до 480°C и от 12 MПa до 20 MПa на выходе из слоя катализатора, размещающегося в устройстве 12 синтеза аммиака.
Устройство 13 извлечения аммиака предназначено для того, чтобы извлекать аммиак, содержащийся в газовой фазе из устройства 12 синтеза аммиака. Устройство 13 извлечения аммиака включает холодильное устройство (не изображено), выполненное с возможностью охлаждать газовую фазу до температуры около 0°C. Соответственно, аммиак в газовой фазе превращается в жидкость и сжиженный аммиак извлекается. Такой извлеченный аммиак, аналогично описанному выше жидкофазному аммиаку из устройства 12 синтеза аммиака, через систему 71 поставки аммиака подается к установке 20 синтеза мочевины, описываемой ниже.
Устройство 14 извлечения водорода предназначено для того, чтобы извлекать избыточный водород из устройства 12 синтеза аммиака. Избыточный водород, извлеченный устройством 14 извлечения водорода, возвращается между устройством 4 метанизации и компрессором 11 через систему 72 циркуляции водорода (выше по ходу потока от компрессора 11). При этом извлеченный избыточный водород также направляется к установке 30 синтеза метанола через систему 73 поставки водорода, ответвленную на полпути от системы 72 циркуляции водорода. Кроме того, все количество водорода, извлеченного устройством 14 извлечения водорода, может поставляться к установке 30 синтеза метанола. С другой стороны, остаточный (неконвертированный) водород и остаточный (неконвертированный) метан направляются к риформинг-аппарату 1 или к не показанному на чертежах котлу (или к обоим) с остаточным (неконвертированным) азотом, и используются при сжигании в качестве топлива.
Устройство 14 извлечения водорода может иметь любую конструкцию при условии, что оно пригодно для извлечения водорода. Более конкретно, устройство 14 извлечения водорода может быть выполнено с возможностью использования мембраны для сепарации водорода, предназначенной для извлечения водорода из газа.
Установка 20 синтеза мочевины предназначена для получения мочевины при использовании по меньшей мере газа-источника углерода, такого как диоксид углерода или другой подобный, полученного с помощью риформинг-аппарата 1 (установка риформинга), и аммиака, полученного с помощью установки 10 синтеза аммиака. Диоксид углерода, используемый установкой 20 синтеза мочевины, является диоксидом углерода, извлеченным с помощью описанного выше устройства 3 извлечения диоксида углерода. Помимо этого, аммиак, используемый установкой 20 синтеза мочевины, является аммиаком, который произведен на вышеописанной установке синтеза аммиака и снабжение которым обеспечено через систему 71 поставки аммиака.
Установка 20 синтеза мочевины включает компрессор 21 и устройство 22 синтеза мочевины.
Компрессор 21 предназначен для обеспечения сжатия диоксида углерода, вводимого в устройство 22 синтеза мочевины на более поздней стадии. В устройстве 22 синтеза мочевины реакция образования мочевины проводится под высоким давлением. Таким образом, увеличивая давление подаваемого газа с помощью компрессора 21, оказывается возможным ускорение реакции получения мочевины. Полученная мочевина подается к смесителю 51, описанному ниже (установка получения мочевино-формальдегидного состава), и к устройству 61 грануляции (установка изготовления удобрения).
Устройство 22 синтеза мочевины предназначено для получения мочевины посредством осуществления реакции диоксида углерода и аммиака в подаваемом газе. Производимая при этом мочевина находится в форме жидкости. Устройство 22 синтеза мочевины снабжается не только диоксидом углерода, сжатым вышеописанным компрессором 21, но также аммиаком, извлеченным с помощью описанного выше устройства 13 извлечения аммиака и сжатым компрессором (насос высокого давления) 80. В устройстве 22 синтеза мочевины протекает химическая реакция, иллюстрируемая следующим уравнением (8).
Хотя они особым образом и не ограничиваются, условия для получения мочевины могут приблизительно составлять, например, от 170°C до 200°C и от 13 MПa до 18 MПa на выпуске из устройства 22 синтеза мочевины.
Установка 30 синтеза метанола предназначена для получения метанола при использовании по меньшей мере водорода, полученного с помощью риформинг-аппарата 1 (установка риформинга), и газа-источника углерода, такого как диоксид углерода, полученного с помощью риформинг-аппарата 1. Диоксид углерода, используемый на установке 30 синтеза метанола, является диоксидом углерода, полученным с помощью риформинг-аппарата 1 (установка риформинга) и извлеченным посредством описанного выше устройства 3 извлечения диоксида углерода. Соответственно, получение метанола с использованием диоксида углерода, полученного на риформинг-аппарате 1, позволяет производить метанол без внешнего снабжения диоксидом углерода.
Кроме того, водород, используемый на установке 30 синтеза метанола, является избыточным водородом в вышеуказанной установке 10 синтеза аммиака, который извлечен с помощью описанного выше устройства 14 извлечения водорода и подается через систему 72 циркуляции водорода и систему 73 поставки водорода. Как описано выше, посредством получения метанола с использованием избыточного водорода, содержащегося в непрореагировавшем при образовании аммиака газе, оказывается возможным достижение полного использования водорода, полученного путем риформинга углеводородного сырья в риформинг-аппарате 1, без образования отходов. В частности, при получении метанола с использованием водорода, извлеченного устройством 14 извлечения водорода, возможно получение метанола при использовании газа, который содержит большой объем водорода (то есть газа с высокой чистотой по водороду). Таким образом, оказывается возможным увеличение выхода метанола.
Установка 30 синтеза метанола включает компрессор 31, устройство 32 синтеза метанола и циркуляционный компрессор 33.
Компрессор 31 предназначен для обеспечения сжатия водорода, вводимого в устройство 32 синтеза метанола на более поздней стадии. На выходе компрессора 31 диоксид углерода, частично отводимый от выхода компрессора 21, направляется на подачу и смешивается с водородом, сжатым компрессором 31. В случаях отсутствия возможности использования диоксида углерода на выходе компрессора 21, диоксид углерода, извлеченный устройством 3 извлечения диоксида углерода, может сжиматься компрессором 31. В этом случае компрессор 31 сжимает газовую смесь из диоксида углерода и водорода. В устройстве 32 синтеза метанола реакция образования метанола протекает под высоким давлением. Таким образом, увеличивая давление водорода с помощью компрессора 31, оказывается возможным ускорение реакции получения метанола.
Устройство 32 синтеза метанола предназначено для получения метанола посредством осуществления реакции диоксида углерода и водорода в подаваемом газе. В устройстве 32 синтеза метанола протекает химическая реакция, иллюстрируемая следующим уравнением (9).
В качестве катализатора для получения метанола (описанный ниже катализатор 32b1 синтеза метанола, изображенный на Фиг. 2), может использоваться тот или иной катализатор синтеза метанола. Например, возможно использование в качестве катализатора синтеза метанола катализатора, описанного в патентном документе JPH7-8799A. Кроме того, условия реакции могут составлять, например, от 220°C до 270°C и от 7 MПa до 12 MПa.
Как указывалось выше, в устройстве 32 синтеза метанола 1 моль диоксида углерода реагирует с 3 моль водорода. Таким образом, желательным является установление соотношения количества диоксида углерода, поставляемого из устройства 3 извлечения диоксида углерода, к количеству водорода, поступающего из устройства 14 извлечения водорода через систему 72 циркуляции водорода, равным 1:3. Кроме того, количество диоксида углерода, поставляемого от устройства 3 извлечения диоксида углерода к устройству 32 синтеза метанола, поддается управлению посредством регулирования степени раскрытия клапана регулирования расхода (не показан), расположенного в системе, соединяющей устройство 3 извлечения диоксида углерода и компрессор 31. Кроме того, оказывается возможным управление количеством водорода, подаваемого к устройству 32 синтеза метанола, посредством регулирования степени раскрытия клапана регулирования расхода (не показан), расположенного в системе 73 поставки водорода.
Циркуляционный компрессор 33 предназначен для сжатия непрореагировавшего подаваемого газа, исходящего из устройства 23 синтеза метанола, для его повторного возвращения в устройство 23 синтеза метанола. Этот момент подробно описывается с обращением к Фиг. 2 - 4.
Фиг. 2 является схематической диаграммой установки 30 синтеза метанола из установки 100 по производству удобрений с Фиг. 1. Как указывалось выше, данная установка 30 синтеза метанола включает компрессор 31, устройство 32 синтеза метанола и циркуляционный компрессор 33. Помимо вышеупомянутого, устройство синтеза 32 метанола включает теплообменники 32a, 32c, реактор 32b кожухотрубного типа (трубчатый реактор) и сепаратор 32d. Реактор 32b вмещает катализатор 32b1 синтеза метанола, который на Фиг. 2 иллюстрируется точечными штрихами.
Газовая смесь (подаваемый газ) из водорода, сжатого компрессором 31, и диоксида углерода, сжатого компрессором 21 (см. Фиг. 1), получает тепло от реакционного газа, исходящего из реактора 32b, и нагревается в теплообменнике 32a. Далее, газовая смесь из водорода и диоксида углерода, нагретая в теплообменнике 32a, подается в реактор 32b, внутри которого происходит реакция образования метанола. В это время через внутреннюю часть реактора 32b пропускается предназначенная для охлаждения среда (например, кипящая вода под давлением, воздух или подаваемый газ перед введением в реактор 32b). Кроме того, поскольку газ, протекающий через катализатор синтеза 32b1 метанола в реакторе 32b, охлаждается, реакция образования метанола, которая является экзотермической, ускоряется. Кроме того, реакционный газ после реакции образования метанола (содержащий непрореагировавшие водород и диоксид углерода, а также газообразный метанол) в теплообменнике 32a отдает тепло газовой смеси и охлаждается теплообменником 32c, через который протекает охлаждающая вода (не показано).
Когда реакционный газ охлаждается в теплообменнике 32c, газообразный метанол превращается в жидкость. Таким образом, жидкий метанол извлекается из нижней части сепаратора 32d, располагающегося на более поздней стадии, чем теплообменник 32c. С другой стороны, из верхней части сепаратора 32d извлекаются непрореагировавший водород и диоксид углерода в виде продувочного газа. Далее часть продувочного газа сжимается циркуляционным компрессором 33 и затем возвращается к стороне ниже по ходу потока от компрессора 31. Помимо этого, остальная часть продувочного газа подается к риформинг-аппарату 1 или к не показанному на чертежах котлу через систему 75 выпуска, чтобы избежать конденсации компонентов инертного газа (азот, метан), с тем, чтобы использоваться при горении в качестве топлива. Соответственно, обеспечивая циркуляцию непрореагировавших водорода и диоксида углерода посредством циркуляционного компрессора 33, оказывается возможным улучшение выхода метанола.
Фиг. 3 является схематической диаграммой установки 30 синтеза метанола из установки 100 по производству удобрений с Фиг. 1, где обеспечен единственный реактор 32f, отличный от реактора 32b, показанного на Фиг. 2. Реактор 32f является адиабатическим реактором, который в отличие от описанного выше реактора 32b имеет простую конструкцию, предназначенную лишь для заполнения катализатором 32b1 синтеза метанола.
В реакторе 32f, в емкости 32f1 размещается катализатор 32b1 синтеза метанола такого же типа, как и катализатор, размещенный в вышеописанном реакторе 32b. Кроме того, в отличие от указанного выше реактора 32b, реактор 32f не обеспечивается охлаждающим воздухом. Таким образом, в реакторе 32f не осуществляется охлаждение, при котором используется охлаждающий воздух (то есть реализуется только естественное охлаждение). В результате реактор 32f имеет более простую конструкцию, чем указанный выше реактор 32b.
В примере, иллюстрируемом на Фиг. 3, выделяющееся при реакции синтеза метанола тепло не отводится. Таким образом, когда через внутреннюю часть катализатора 32b1 синтеза метанола проходит поток подаваемого газа, температура возрастает. Однако равновесная скорость превращения при реакции синтеза метанола с использованием диоксида углерода и водорода невысока и, таким образом, сопутствующее адиабатической реакции повышение температуры является небольшим. Поэтому помимо изображенного на Фиг. 2 реактора 32b, имеющего конструкцию кожухотрубного типа и обладающего высокой эффективностью теплоотвода, возможно также использование реактора 32f, показанного на Фиг. 3.
Фиг. 4 является схематической диаграммой установки 30 синтеза метанола из установки 100 по производству удобрений, показанной на Фиг. 1, где обеспечено множество реакторов 32f, отличных от реактора 32b, показанного на Фиг. 2. В примере, показанном на Фиг. 4, два реактора 32f (адиабатические реакторы), соединены последовательно. Соответственно, при использовании множества реакторов 32f оказывается возможным повышение выхода метанола.
Кроме того, между расположенным выше по ходу потока реактором 32f и расположенным ниже по ходу потока реактором 32f обеспечен теплообменник 32k, предназначенный для охлаждения газа (содержащего газообразный метанол), исходящего из расположенного выше по ходу потока реактора 32f. Теплообменник 32k предназначен для того, чтобы охлаждать газ до такой степени, при которой газообразный метанол еще не превращается в жидкость, в отличие от описанного выше теплообменника 32c. Кроме того, за счет охлаждения выходящего из расположенного выше по ходу потока реактора 32f газа с помощью теплообменника 32k оказывается возможным ускорение реакции синтеза метанола в расположенном ниже по ходу потока реакторе 32f.
Вновь обращаясь к Фиг. 1, установка 40 синтеза формальдегида предназначена для того, чтобы получать формальдегид окислением метанола, полученного на установке 30 синтеза метанола. На установке 40 синтеза формальдегида производится формальдегид, предназначенный для смешивания с мочевиной, полученной на установке 20 синтеза мочевины.
Установка 40 синтеза формальдегида 40 включает окислительный реактор 41 и абсорбер 42.
Окислительный реактор 41 предназначен для окисления метанола, полученного на установке 30 синтеза метанола. Окисление выполняется с использованием воздуха. Окисление метанола приводит к получению формальдегида. Полученный формальдегид является газом, и газообразный формальдегид на более поздней стадии подается к абсорберу 42.
В окислительном реакторе 41 протекает химическая реакция, отображаемая следующим уравнением (10).
Окисление метанола может быть выполнено, например, способом с избытком воздуха. Более конкретно, метанол может быть окислен, например, при использовании оксида металла, такого как ванадий, молибден и железо, при условиях приблизительно от 240°C до 300°C и от 0,1 MПa до 0,6 MПa.
Абсорбер 42 предназначен для того, чтобы распылять воду на формальдегид, произведенный окислительным реактором 41, и для того, чтобы вызвать абсорбцию (растворение) формальдегида водой. Вода с растворенным формальдегидом подается к смесителю 51 более поздней стадии.
Смеситель 51 (установка получения мочевино-формальдегидного состава) предназначен для того, чтобы получать мочевино-формальдегидный состав при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на установке 20 синтеза мочевины, и формальдегида, полученного на установке 40 синтеза формальдегида. В смесителе 51 мочевино-формальдегидный состав получается посредством смешивания мочевины и формальдегида. Полученный мочевино-формальдегидный состав в одном воплощении настоящего изобретения используется в качестве гранулирующего агента для мочевины.
Компонентное соотношение мочевины и формальдегида специальным образом не ограничивается. Например, в 100 массовых частях мочевино-формальдегидного состава мочевина может составлять от 20 до 30 массовых частей, формальдегид может составлять от 50 до 60 массовых частей и остальное может быть представлено водой. Используемая здесь вода может быть водой, использованной абсорбером 42, или свежей, поступающей в смеситель 51 водой. Когда в установке получения мочевино-формальдегидного состава используется вода, использованная абсорбером 42, с мочевиной может быть смешана вода, которая выпускается из абсорбера 42 и содержит формальдегид (раствор формальдегида).
При этом конкретная конструкция смесителя 51 специальным образом не ограничивается.
Гранулирующее устройство 61 (установка производства удобрения) предназначено для получения гранулированного удобрения при использовании по меньшей мере раствора мочевины, полученного на установке 20 синтеза мочевины, и мочевино-формальдегидного состава, полученного в смесителе 51, который служит в качестве установки получения мочевино-формальдегидного состава. Формальдегид, содержащийся в мочевино-формальдегидном составе, действует в качестве связующего агента, а мочевина, поступающая от установки 20 синтеза мочевины, подвергается гранулированию. Гранулированная мочевина, полученная в результате процесса грануляции, поступает на отгрузку и применяется в качестве удобрения.
В то время как размер частиц гранулированной мочевины специальным образом не ограничивается, диаметр частиц может составлять, например, от 2 мм до 6 мм.
Кроме того, с помощью не отображенного на чертежах управляющего устройства осуществляется эксплуатационный контроль за работой установки 100 по производству удобрений. Хотя оно и не показано, такое управляющее устройство включает центральный процессор (central processing unit, CPU), оперативную память (random access memory, RAM), постоянную память (read only memory, ROM), накопитель на жестком диске (hard disk drive, HDD), цепь управления и т.д., и реализуется, когда центральный процессор выполняет заданную программу, хранящуюся в ROM.
С помощью имеющей вышеуказанную конфигурацию установки 100 по производству удобрений возможно получение и мочевины, и мочевино-формальдегидного состава из источника углеводородов, такого как природный газ и уголь, в пределах одной и той же установки по производству удобрений. Соответственно, отсутствует необходимость в отдельном внешнем снабжении гранулирующим агентом и оказывается возможным использование полученного мочевино-формальдегидного состава в качестве гранулирующего агента для гранулирования мочевины. Гранулированная мочевина после ее внесения обладает длительным действием. Таким образом, согласно одному воплощению настоящего изобретения, оказывается возможным малозатратное получение удобрения, которое имеет длительное действие после внесения.
Фиг. 5 является блок-схемой, демонстрирующей способ получения удобрения, выполняемый на установке 100 по производству удобрений с Фиг. 1. Блок-схема с Фиг. 3 выполняется при помощи упомянутого выше управляющего устройства. Блок-схема на Фиг. 3 иллюстрирует пример способа производства удобрения согласно одному воплощению настоящего изобретения, то есть способа производства содержащего мочевину удобрения из источника углеводорода. Более конкретно, как показано на Фиг. 3, мочевина производится на стадиях с S1 по S3, а на стадиях с S4 по S6 изготавливается мочевино-формальдегидный состав. Кроме того, на стадии S7 из мочевины и мочевино-формальдегидного состава производится удобрение. Однако способ получения удобрения согласно одному воплощению настоящего изобретения не обязательно должен выполняться в порядке следования стадий, показанном на Фиг. 3. Ряд стадий может выполняться одновременно или же порядок следования стадий может быть подвергнут изменениям.
Способ производства удобрения согласно одному воплощению настоящего изобретения включает стадию S1 риформинга, стадию S2 синтеза аммиака, стадию S3 синтеза мочевины, стадию S4 синтеза метанола, стадию S5 синтеза формальдегида, стадию S6 получения мочевино-формальдегидного состава и стадию S7 изготовления удобрения.
Стадия S1 риформинга предназначена для получения водорода и диоксида углерода (газа-источника углерода) посредством риформинга природного газа (источник углеводорода). Стадия S1 риформинга выполняется с помощью описанного выше риформинг-аппарата 1 (установка риформинга).
Стадия S2 синтеза аммиака предназначена для получения аммиака при использовании по меньшей мере водорода, полученного на стадии S1 риформинга, и азота (газ-источник азота). Стадия S2 синтеза аммиака выполняется на вышеописанной установке 10 синтеза аммиака.
Стадия S3 синтеза мочевины предназначена для получения мочевины при использовании по меньшей мере диоксида углерода (газ-источник углерода), полученного на стадии S1 риформинга, и аммиака, полученного на стадии S2 синтеза аммиака. Стадия S2 синтеза мочевины выполняется на вышеописанной установке 20 синтеза мочевины.
Стадия S4 синтеза метанола предназначена для того, чтобы получать метанол при использовании по меньшей мере водорода, полученного на стадии S1 риформинга, и диоксида углерода (газ-источник углерода), полученного на стадии S1 риформинга. Стадия S4 синтеза метанола выполняется на вышеописанной установке 30 синтеза метанола.
Стадия S5 синтеза формальдегида предназначена для того, чтобы получать формальдегид окислением метанола, полученного на стадии S4 синтеза метанола. Стадия S5 синтеза формальдегида выполняется с помощью вышеописанной установки 40 синтеза формальдегида.
Стадия S6 получения мочевино-формальдегидного состава предназначена для получения мочевино-формальдегидного состава при использовании по меньшей мере мочевины, полученной на стадии S3 синтеза мочевины, и формальдегида, полученного на стадии S5 синтеза формальдегида. Стадия S6 получения мочевино-формальдегидного состава выполняется с помощью описанного выше смесителя 51 (установка получения мочевино-формальдегидного состава).
Стадия S7 производства удобрения предназначена для получения гранулированного удобрения при использовании по меньшей мере раствора мочевины, полученного на стадии S3 синтеза мочевины, и мочевино-формальдегидного состава, полученного на стадии S6 получения мочевино-формальдегидного состава. Стадия S7 производства удобрения выполняется на вышеописанном гранулирующем устройстве 61 (установка получения удобрения).
Согласно указанному выше способу производства удобрения, включающему указанные выше стадии, оказывается возможным получение и мочевины, и мочевино-формальдегидного состава из источника углеводорода, такого как природный газ и уголь, внутри одной и той же установки 100 по производству удобрений. Соответственно, отсутствует необходимость в отдельном внешнем снабжении гранулирующим агентом и оказывается возможным использование полученной мочевино-формальдегидной смеси в качестве гранулирующего агента для гранулирования мочевины. Гранулированная мочевина после ее внесения обладает длительным действием. Таким образом, согласно одному воплощению настоящего изобретения, оказывается возможным малозатратное производство удобрения, обладающего длительным действием после внесения.
Фиг. 6 представляет системную диаграмму установки 101 по производству удобрений согласно второму воплощению настоящего изобретения. В следующем описании (которое относится не только к Фиг. 6, но также и к Фиг. 7, и к следующим далее чертежам), те же самые ссылочные позиции соотносятся с теми же самыми признаками описанной выше установки 100 по производству удобрений (Фиг. 1) и повторно уже не описываются, в то время как описание главным образом касается отличий от установки 100 по производству удобрений.
В вышеописанной установке 100 по производству удобрений водород, извлеченный с помощью устройства 14 извлечения водорода (которое содержит водород с высокой чистотой), возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11 через систему 72 циркуляции водорода. Кроме того, часть водорода, который протекает через систему 72 циркуляции водорода (или, как описано выше, весь водород) направляется к компрессору 31 установки 30 синтеза метанола через систему 73 поставки водорода.
На описываемой, иллюстрируемой Фиг. 6 установке 101 по производству удобрений водород, извлеченный с помощью устройства 14 извлечения водорода, возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11 через систему 72 циркуляции водорода. Однако система 72 циркуляции водорода выполнена с возможностью возвращения всего количества водорода, извлеченного с помощью устройства 14 извлечения водорода, к стороне выше по ходу потока от компрессора 11. Кроме того, отдельно от системы 72 циркуляции водорода обеспечена система 74 поставки водорода, предназначенная для снабжения устройства 32 синтеза метанола водородом, отбираемым между устройством 14 извлечения водорода и устройством 12 синтеза аммиака (более конкретно, между устройством 14 извлечения водорода и устройством 13 извлечения аммиака). Таким образом, установка 30 синтеза метанола производит метанол при использовании по меньшей мере части водорода, отводимого между устройством 12 синтеза аммиака и устройством 14 извлечения водорода.
И на стороне ниже по ходу потока от устройства 12 синтеза аммиака, и на стороне ниже по ходу потока от устройства 13 извлечения аммиака, то есть на стороне выше по ходу потока от устройства 14 извлечения водорода, давление газа относительно высоко, и таким образом в устройстве 12 синтеза аммиака аммиак вырабатывается под высоким давлением. Таким образом, при использовании по меньшей мере части избыточного водорода, который имеет поддерживаемое выпускное давление через систему 74 поставки водорода, соединенную с устройством 12 синтеза аммиака и устройством 14 извлечения водорода, оказывается возможным снабжение установки 30 синтеза метанола водородом высокого давления. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении на стороне выше по ходу потока от установки 30 синтеза метанола компрессора для сжатия подаваемого газа, содержащего водород.
Кроме того, так же, как и на описанной выше установке 100 по производству удобрений, количество водорода, подаваемого к устройству 32 синтеза метанола, может управляться посредством регулирования степени раскрытия клапана регулирования расхода (не показан), расположенного в системе 74 поставки водорода.
Фиг. 7 представляет системную диаграмму установки 102 по производству удобрений согласно третьему воплощению настоящего изобретения. На вышеуказанной установке по производству удобрений устройство 14 извлечения водорода, предназначенное для извлечения водорода из газа, размещено на стороне ниже по ходу потока от устройства 13 извлечения аммиака. Однако представленная на Фиг. 7 установка 102 по производству удобрений не включает устройство 14 извлечения водорода (устройство, предназначенное для того, чтобы вызвать падение давления), и непрореагировавший газ из устройства 12 синтеза аммиака не возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11.
Кроме того, на установке 102 по производству удобрений на стороне ниже по ходу потока от устройства 12 синтеза аммиака и на стороне ниже по ходу потока от устройства 13 извлечения аммиака обеспечена система 76 поставки водорода, связанная с установкой 30 синтеза метанола. Кроме того, часть находящегося под высоким давлением водорода со стороны ниже по ходу потока от устройства 13 извлечения аммиака через систему 76 поставки водорода подается к установке 30 синтеза метанола. Таким образом, на установке 30 синтеза метанола осуществляется получение метанола при использовании по меньшей мере части водорода со стороны ниже по ходу потока от устройства 12 синтеза аммиака.
Соответственно, аналогично упоминаемой выше установки 101 по производству удобрений (см. Фиг. 6), в случаях, когда на стороне ниже по ходу потока от устройства 12 синтеза аммиака отсутствует устройство, обеспечивающее сброс давления, такое как устройство извлечения водорода, возможно использование по меньшей части избыточного водорода, который имеет поддерживаемое выпускное давление. Соответственно, оказывается возможным снабжение установки 30 синтеза метанола водородом под высоким давлением. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении на стороне выше по ходу потока от установки 30 синтеза метанола компрессора для сжатия подаваемого газа, содержащего водород.
Кроме того, так же, как и на описанной выше установке 100 по производству удобрений, количество водорода, подаваемого к устройству 32 синтеза метанола, может управляться посредством регулирования степени раскрытия клапана регулирования расхода (не показан), расположенного в системе 76 поставки водорода.
Кроме того, на установке 102 по производству удобрений установка 30 синтеза метанола не включает циркуляционный компрессор 33. Этот момент подробно описывается с обращением к Фиг. 8 и 9.
Фиг. 8 является схематической диаграммой установки 30 синтеза метанола на установке 102 по производству удобрений с Фиг. 7. На установке 30 синтеза метанола установки 102 по производству удобрений, так же, как и на установке 100 по производству удобрений (см. Фиг. 2), обеспечено устройство 32 синтеза метанола. Однако установка 102 по производству удобрений, иллюстрируемая на Фиг. 7, не включает ни компрессор 31, ни циркуляционный компрессор 33. Таким образом, в отличие от установки 30 синтеза метанола, изображенной на Фиг. 2, продувочный газ, исходящий из верхней части сепаратора 32d, подается к риформинг-аппарату 1 или к не показанному на чертежах котлу (или к обоим) и используется в качестве топлива при горении. Соответственно, исчезает необходимость в обеспечении циркуляционного компрессора 33, как показано на Фиг. 2, и появляется возможность снижения энергопотребления.
Кроме того, как показано на Фиг. 8, газ не циркулирует в устройстве 32 синтеза метанола и реакция развивается по так называемому «одному проходу». Это происходит потому, что водород не возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11 в установке 10 синтеза аммиака. Таким образом, на установке 102 по производству удобрений, в отличие от описанных выше установок 100 и 101 по производству удобрений, устройство 32 синтеза метанола снабжается большой долей непрореагировавшего водорода из устройства 12 синтеза аммиака. Соответственно, оказывается возможным увеличение количества водорода, находящегося в реакционной системе установки 32 синтеза метанола, по сравнению с описанными выше установками 100 и 101 по производству удобрений.
Здесь метанол производится согласно приведенному выше уравнению реакции (9). Таким образом, когда количество водорода, присутствующего в реакционной системе, возрастает, равновесие реакции в указанном выше уравнении (9) сдвигается в правую сторону. В результате увеличивается скорость синтеза метанола и оказывается возможным увеличение выпуска метанола. Таким образом, оказывается возможным производство достаточного количества метанола даже в случаях, когда циркуляционный компрессор 33 не используется и реакция выполняется по так называемому «одному проходу».
Фиг. 9 является схематической диаграммой другой установки 30 синтеза метанола на установке 102 по производству удобрений с Фиг. 5. В показанном на Фиг. 9 примере вместо реактора 32b из примера, иллюстрируемого Фиг. 8, используется реактор 32f (адиабатический реактор), подобный реактору 32f, описанному с обращением к Фиг. 3. Остальные признаки аналогичны признакам из примера, показанного на Фиг. 8. Также и в случаях, когда используется изображенный на Фиг. 9 реактор 32f, имеющий простую конструкцию, возможно получение достаточного количества метанола по так называемой реакции «одного прохода» без использования циркуляционного компрессора 33.
Фиг. 10 является схематической диаграммой еще одной установки 30 синтеза метанола на установке 102 по производству удобрений с Фиг. 7. Установка 30 синтеза метанола, иллюстрируемая Фиг. 10, не включает ни компрессор 31, ни циркуляционный компрессор 33 (см. оба на Фиг. 2). Соответственно, так же как и на установке 30 синтеза метанола, изображенной на Фиг. 8 и 9, не происходит частичного извлечения и возврата продувочного газа к реактору 32b.
Однако на установке синтеза метанола, изображенной на Фиг. 10, все количество продувочного газа из сепаратора 32d со стороны выше по ходу потока через теплообменник 32e поставляется в реактор 32f, который отличается от вышеописанного реактора 32b. Реактор 32f является, как описано выше, адиабатическим реактором, а емкость 32f2 вмещает катализатор 32b1 синтеза метанола такого же типа, как и катализатор, размещаемый в вышеописанном реакторе 32b.
В реакторе 32f, снабжаемом продувочным газом из сепаратора 32d со стороны выше по ходу потока, из непрореагировавшего водорода и диоксида углерода образуется метанол. Кроме того, реакционный газ после реакции образования метанола в теплообменнике 32e отдает тепло продувочному газу и охлаждается теплообменником 32g, через который протекает охлаждающая вода (не показано). Когда реакционный газ охлаждается в теплообменнике 32g, газообразный метанол превращается в жидкость. Таким образом, жидкий метанол извлекается из нижней части сепаратора 32h, расположенного на стороне ниже по ходу потока от теплообменника 32g. С другой стороны, непрореагировавший водород или подобный газ извлекается из верхней части сепаратора 32h и исходящий водород или подобный газ поставляется к риформинг-аппарату 1 или к не показанному на чертежах котлу (или к обоим) и используется в качестве топлива при горении.
Как указывалось выше, в установке 30 синтеза метанола, изображенной на Фиг. 10, используются реактор 32b, который осуществляет охлаждение (воздушное охлаждение или водяное охлаждение) в ходе реакции синтеза метанола, и реактор 32f, который такого охлаждения во время реакции синтеза метанола не выполняет (то есть реализуется адиабатический тип реакции). Это делается для ускорения реакции синтеза метанола при охлаждении в реакторе 32b на первой стадии, где концентрация водорода и диоксида углерода в поставляемом газе высока, и в результате вырабатывается большое количество метанола и тепла. С другой стороны, в реакторе 32f на второй стадии, где концентрация водорода и диоксида углерода в газе снижена после прохождения через реактор 32b первой стадии, интенсивность синтеза метанола не настолько высока (скорость реакции невелика) и количество выделяющегося тепла не настолько высоко. Таким образом, процесс может реализовываться только адиабатической реакцией без охлаждения.
Кроме того, путем использования двух видов реакторов 32b и 32f оказывается возможным вызвать реакцию синтеза метанола с непрореагировавшим газом, исходящим из реактора 32b, без использования циркуляционного компрессора 33, как изображено на Фиг. 2. Тем самым, благодаря исключению циркуляционного компрессора 33, возможно достижение эффекта экономии энергии.
Фиг. 11 является схематической диаграммой еще одной установки 30 синтеза метанола на установке 102 по производству удобрений с Фиг. 5. В показанном на Фиг. 11 примере вместо реактора 32b, представленного на Фиг. 10 выше по ходу потока из двух реакторов 32b, 32f, использован реактор 32f (адиабатический реактор), подобный реактору 32f, описанному с обращением к Фиг. 3. Таким образом, в примере, отображенном на Фиг. 11, использованы два идентичных реактора 32f. В остальном все его признаки аналогичны признакам из примера, показанного на Фиг. 10.
Также и в случаях, когда используются два изображенных на Фиг. 11 реактора 32f, каждый из которых имеет простую конструкцию, возможно получение достаточного количества метанола по так называемой реакции «одного прохода» без использования циркуляционного компрессора 33. При этом, благодаря исключению циркуляционного компрессора 33, становится возможным достижение эффекта экономии энергии.
Фиг. 12 представляет системную диаграмму установки 103 по производству удобрений согласно четвертому воплощению настоящего изобретения. На иллюстрируемой Фиг. 12 установке 103 по производству удобрений, аналогично описанной выше установке 100 по производству удобрений (см. Фиг. 1), водород, извлеченный с помощью устройства 14 извлечения водорода, возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11 через систему 72 циркуляции водорода. Однако, в отличие от упомянутой выше установки 100 по производству удобрений, снабжение установки 30 синтеза метанола водородом осуществляется не только посредством ответвления от системы 72 циркуляции водорода, но также через систему 78 поставки водорода, ответвленную из положения между компрессором 11 и устройством 12 синтеза аммиака. Таким образом, на установке 30 синтеза метанола осуществляется получение метанола при использовании по меньшей мере части водорода, содержащегося в подаваемом газе для синтеза аммиака, который сжат компрессором 11.
Как описано выше, благодаря использованию части водорода, содержащегося в подаваемом газе, сжатом с помощью компрессора 11, оказывается возможным снабжение установки 30 синтеза метанола водородом под высоким давлением. В результате отсутствует необходимость в обеспечении на стороне выше по ходу потока от установки 30 синтеза метанола компрессора 31 (см. Фиг. 1) для сжатия подаваемого газа, содержащего водород. При этом концентрация водорода и концентрация азота в подаваемом газе, предназначенном для введения в устройство 12 синтеза аммиака, достаточно высоки, а концентрации других компонентов относительно низки. То есть при получении метанола с использованием газа, имеющего относительно высокую концентрацию водорода и относительно высокую концентрацию азота при относительно низких концентрациях других компонентов, оказывается возможным увеличение парциального давления водорода и азота и улучшение выхода метанола.
Фиг. 13 представляет системную диаграмму установки 104 по производству удобрений согласно пятому воплощению настоящего изобретения. На иллюстрируемой Фиг. 13 установке 104 по производству удобрений, аналогично описанной выше установке 100 по производству удобрений (см. Фиг. 1), водород, извлеченный с помощью устройства 14 извлечения водорода, возвращается к стороне выше по ходу потока от компрессора 11 через систему 72 циркуляции водорода. Однако, в отличие от упомянутой выше установки 100 по производству удобрений, снабжение установки 30 синтеза метанола водородом осуществляется через систему 79 поставки водорода, ответвленную из положения между риформинг-аппаратом 1 и реактором 2 конверсии, независимым от системы 72 циркуляции водорода образом. При этом, помимо водорода, система 79 поставки водорода включает монооксид углерода, диоксид углерода и другие подобные, производимые риформинг-аппаратом 1 соединения.
Помимо этого, установка 30 синтеза метанола также снабжается диоксидом углерода, извлеченным с помощью описанного выше устройства 3 извлечения диоксида углерода и сжатым компрессором 21. Более конкретно, часть диоксида углерода, сжатого компрессором 21, присоединяется к системе 79 поставки водорода и подается к установке 30 синтеза метанола вместе с водородом, монооксидом углерода и диоксидом углерода, произведенными риформинг-аппаратом 1. Таким образом, установка 30 синтеза метанола является выполненной с возможностью получения метанола при использовании части водорода, полученного с помощью риформинг-аппарата 1, служащего в качестве установки риформинга, при этом такой водород поставляется со стороны выше по ходу потока от установки 10 синтеза аммиака, установки 20 синтеза мочевины и установки 30 синтеза метанола.
С помощью системы 79 поставки водорода, ответвленной из положения между риформинг-аппаратом 1 и реактором 2 конверсии, возможно получение метанола при использовании водорода и газа-источника углерода (например, диоксида углерода), вырабатываемых риформинг-аппаратом 1. Таким образом, отсутствует необходимость в отдельном снабжении установки синтеза метанола 30 газом-источником углерода и оказывается возможным упрощение системы трубопроводов.
Фиг. 14 представляет системную диаграмму установки 105 по производству удобрений согласно шестому воплощению настоящего изобретения. На установке 105 по производству удобрений так же, как и на установке 102 по производству удобрений, получение метанола осуществляется на установке 30 синтеза метанола при использовании по меньшей мере части водорода со стороны ниже по ходу потока от устройства 12 синтеза аммиака.
Кроме того, на установке 105 по производству удобрений установка 32 синтеза метанола имеет конструкцию, изображенную, например, на Фиг. 8 - 11. Помимо этого, на установке 105 по производству удобрений отходящий газ из сепаратора 32d в случае, изображенном на Фиг. 8 и 9, или отходящий газ из сепаратора 32d в случае, изображенном на Фиг. 10 и 11, подается к устройству 14 извлечения водорода, описанному с обращением к Фиг. 1, через систему 75 выпуска. Отходящий газ из каждого из сепараторов 32d, 32h содержит водород. Таким образом, водород, извлеченный устройством 14 извлечения водорода, возвращается на сторону выше по ходу потока от устройства 4 метанизации через систему 77 циркулирования водорода.
Соответственно, оказывается возможным использование водорода в отходящем газе. Кроме того, как описано выше, исчезает необходимость в циркуляционном компрессоре 33 и, таким образом, появляется возможность экономии энергии. Кроме того, в дополнение к водороду, устройство 14 извлечения водорода способно извлекать монооксид углерода и диоксид углерода. Таким образом, посредством возвращения к стороне выше по ходу потока от устройства 4 метанизации оказывается возможным конвертировать монооксид углерода и диоксид углерода в метан.
Перечень ссылочных позиций.
1 Риформинг-аппарат;
2 Реактор конверсии;
3 Устройство извлечения диоксида углерода;
4 Устройство метанизации;
10 Установка синтеза аммиака;
11, 21, 31 Компрессор;
12 Устройство синтеза аммиака;
13 Устройство извлечения аммиака;
14 Устройство извлечения водорода;
20 Установка синтеза мочевины;
21, 31 Компрессор;
22 Устройство синтеза мочевины;
30 Установка синтеза метанола;
32 Установка синтеза метанола;
32b, 32f Реактор;
32d, 32h Сепаратор;
32a, 32c, 32e, 32f, 32g Теплообменник;
32b1 Катализатор синтеза метанола;
32f1, 32f2 Емкость;
33 Циркуляционный компрессор;
40 Установка синтеза формальдегида;
41 Окислительный реактор;
42 Абсорбер;
51 Смеситель;
61 Гранулирующее устройство;
71 Система поставки аммиака;
72, 77 Система циркуляции водорода;
73, 74, 76, 78, 79 Система поставки водорода;
75 Система выпуска;
100, 101, 102, 103, 104, 105 Установка по производству удобрений.