Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов

Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов (фиг. 1) относится к аппаратуре химико-технологических энергосберегающих процессов, в которых образуются газовые смеси, содержащие аммиак, водород, метан и инертные газы. Настоящее устройство может найти применение при реконструкции действующих и создании новых высокоэффективных производств аммиака. Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов представляет собой комбинацию мембранной и абсорбционной установок. Мембранная установка предназначена для разделения продувочных газов с возвратом получаемого водорода (пермеата) в узел синтеза аммиака. Абсорбционная установка, имеющая в своем составе один скруббер, предназначена для очистки смеси танковых и остаточных продувочных (ретанта) газов от аммиака. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является исключение образования оксидов азота в печи первичного риформинга, в результате чего необходимость проведения гомогенной очистки отпадает, снижение капитальных и текущих затрат за счет выдачи аммиака в газообразном виде, а также увеличение производительности агрегата за счет: 1) получения на мембранной установке дополнительного количества водорода, возвращаемого в узел синтеза аммиака; 2) образования дополнительного количества аммиака в результате разгонки аммиачной воды; 3) экономии газообразного аммиака в качестве газа-восстановителя в печи первичного риформинга в результате отказа от проведения гомогенной очистки.

Настоящее устройство относится к аппаратуре химико-технологических энергосберегающих процессов, в которых образуются газовые смеси, содержащие аммиак, водород, метан и инертные газы. Оно может найти применение при реконструкции действующих и создании новых высокоэффективных производств аммиака.

Из предшествующего уровня техники известна установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов, представляющая собой абсорбционную систему и отличающаяся тем, что состоит из двух скрубберов: один скруббер предназначен для очистки танковых газов от аммиака, второй - для очистки продувочных газов от аммиака RU 2372567, F25J 3/06, 10.11.2009.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в увеличении производительности агрегата аммиака и улучшении экономических и экологических показателей производства.

Данная задача достигается за счет того, что установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов представляет собой комбинацию мембранной и абсорбционной установок. Мембранная установка предназначена для разделения продувочных газов с возвратом получаемого водорода (пермеата) в узел синтеза аммиака. Абсорбционная установка, имеющая в своем составе один скруббер, предназначена для очистки смеси танковых и остаточных продувочных (ретанта) газов от аммиака.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является исключение образования оксидов азота в печи первичного риформинга (в результате чего необходимость проведения гомогенной очистки отпадает), снижение капитальных и текущих затрат за счет выдачи аммиака в газообразном виде, а также увеличение производительности агрегата за счет:

1) получения на мембранной установке дополнительного количества водорода, возвращаемого в узел синтеза аммиака (см. табл.1 и 1a);

Возвращаемый в узел синтеза аммиака водород позволяет получить дополнительное количество газообразного аммиака, равное 64,4 т/сутки:

N ₂+3H₂=2NH₃; V(NH₃)=2V(H ₂)/3=2·5307/3=3538 м³/ч;

m(NH₃)=17·3538/22,4=2685,09 кг/ч или 64,4 т/сутки.

2) образования дополнительного количества аммиака при разгонке высококонцентрированного водоаммиачного раствора (см. табл.2);

В результате отмывки газов от аммиака образуется 23,9%-ный водоаммиачный раствор (см. табл.2).

После выпаривания воды выделяется газообразный аммиак в количестве 438,03 кг/ч или 10,5 т/сутки, который идет либо в заводскую сеть, либо на всас аммиачного компрессора.

3) экономии газообразного аммиака в качестве газа-восстановителя в печи первичного риформинга в результате отказа от гомогенной очистки.

Исключая проведение гомогенной очистки в печи первичного риформинга, экономия газообразного аммиака составляет (V=995 м³/ч):

m=17·995/22,4=755 кг/ч или 18,1 т/сутки.

Устройство поясняется фиг.1, на которой изображено аппаратурное оформление установки одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов.

Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов включает коалесцентный фильтр 1, предназначенный для очистки продувочных газов от механических примесей; теплообменник 2, в котором подогреваются продувочные газы; мембранный модуль 3 и 4, где на полых волокнах происходит разделение продувочных газов на пермеат (водород) и ретант (остаточный продувочный газ); скруббер 5, в котором смесь танковых газов и ретанта отмывается от аммиака с образованием водоаммиачного раствора; буферную емкость 6, предназначенную для перелива водоаммиачного раствора с верхней секции скруббера на нижнюю; охладитель 7 и 8, служащий для охлаждения водоаммиачного раствора между ступенями абсорбции; насос 9 и 10, служащий для перекачивания водоаммиачного раствора; рекуперативный теплообменник 11, в котором подогревается высококонцентрированный водоаммиачиый раствор перед испарителем, охлаждаются низкоконцентрированный водоаммиачный раствор и газообразный аммиак после испарителя; испаритель 12, предназначенный для испарения водоаммиачного раствора и выделения из него газообразного аммиака; влагоотделитель 13, в котором сепарируется оставшаяся в газообразном аммиаке вода.

Устройство работает следующим образом (фиг.1). Продувочный газ отделения синтеза агрегата аммиака в количестве 11100÷11200 м³/ч с p=12,3÷12,4 МПа и t=21,5°C после редуцирующего клапана по трубопроводу поступает в коалесцентный фильтр 1, где очищается от механических примесей. Далее очищенный продувочный газ по трубопроводу поступает в теплообменник 2, где подогревается до t=80°C паром, подаваемым из паропровода с p=0,35 МПа в межтрубное пространство теплообменника 2, и далее по трубопроводам с p=11,0 МПа поступает на мембранные модули 3 и 4. В результате прохождения газа через мембраны образуется пермеат в количестве 5700÷5800 м³/ч, содержащий 91,5% об. водорода, который возвращается по трубопроводу в узел синтеза аммиака, а также остаточный газ (ретант) в количестве 5300÷5400 м³/ч с p=1,2÷1,5 МПа и t=82÷83°C (после узла редуцирования), который по трубопроводу идет на смешение с танковым газом из отдельного трубопровода в количестве 3800÷3900 м³/ч с p=1,5 МПа и t=-27,5°C. Полученная смесь газов по общему коллектору подается в нижнюю часть двухступенчатого скруббера 5, где поглощается питательной водой, подаваемой насосом из отделения риформинга агрегата аммиака.

Промывка производится в двухступенчатом скруббере 5 с охлаждением в охладителях 7 и 8 водоаммиачного раствора между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени скруббера 5 осуществляется методом выпаривания из водоаммиачного раствора, подаваемого в испаритель 12.

Высококонцентрированный водоаммиачный раствор из нижней части двухступенчатого скруббера 5 через регулирующий клапан по трубопроводу подается в рекуперативный теплообменник 11, в котором подогревается высококонцентрированный водоаммиачный раствор перед испарителем 12, а низкоконцентрированный водоаммиачный раствор и газообразный аммиак после испарителя 12 охлаждаются. Далее нагретый в рекуперативном теплообменнике 11 высококонцентрированный водоаммиачный раствор по трубопроводу поступает в испаритель 12, где происходит выделение газообразного аммиака из раствора за счет подачи пара из паропровода с p=0,35 МПа в змеевик испарителя 12. Выделившийся газообразный аммиак по трубопроводу поступает во влагоотделитель 13, в котором сепарируется оставшаяся в газообразном аммиаке вода, и далее по коллектору газообразного аммиака через регулирующий клапан с p=0,4÷0,5 МПа выдается либо в сеть завода, либо на всас аммиачного компрессора.

Образовавшийся в нижней части испарителя 12 низкоконцентрированный водоаммиачный раствор перекачивается с помощью насоса 10 по трубопроводу через рекуперативный теплообменник 11 и регулирующий клапан в верхнюю часть двухступенчатого скруббера 5, предварительно охлаждаясь оборотной водой, подаваемой по водопроводу в трубное пространство холодильника 8.

Пройдя верхнюю секцию двухступенчатого скруббера 5, водоаммиачный раствор перед тем, как попасть в нижнюю секцию, по трубопроводу поступает в буферную емкость 6, из которой насосом через регулирующий клапан подается на охлаждение в холодильник 7, в трубное пространство которого по водопроводу подается оборотная вода. Пройдя холодильник 7, водоаммиачный раствор по трубопроводу поступает в нижнюю секцию скруббера 5.

Выходящие из верха скруббера 5 не абсорбировавшиеся газы (ост. H₂ , CH₄, N₂, Ar) по коллектору подаются на сжигание в печь первичного риформинга (ППР).

Установка одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов, характеризующаяся тем, что содержит мембранную установку, включающую коалесцентный фильтр, теплообменник и мембранный модуль; кроме того, установка содержит, в качестве абсорбционного устройства для отмывки танковых и остаточных продувочных газов от аммиака с образованием водоаммиачного раствора, двухступенчатый скруббер; буферную емкость, предназначенную для перелива водоаммиачного раствора с верхней секции двухступенчатого скруббера на нижнюю; охладитель для охлаждения водоаммиачного раствора между ступенями абсорбции; насос для перекачивания водоаммиачного раствора; рекуперативный теплообменник для подогрева высококонцентрированного водоаммиачного раствора перед испарителем, охлаждения низкоконцентрированного водоаммиачного раствора и газообразного аммиака после испарителя; испаритель, предназначенный для выделения из водоаммиачного раствора газообразного аммиака; а также влагоотделитель, в котором сепарируется оставшаяся в газообразном аммиаке вода.