Модернизация производства аммиака мощностью 1360 т/сутки с целью дополнительного получения метанола

УДК 661.53
Г. В. Мещеряков, А. И. Казаков
Модернизация производства аммиака мощностью 1360 т/сутки
с целью дополнительного получения метанола
Новомосковский институт Российского химико'технологического университета им. Д. И. Менделеева
301650, Россия, Тульская обл., г. Новомосковск, ул. Дружбы, 8
тел. (48762) 7'88'28; факс (48762) 4'85'92
Предложены две схемы совместного получения
аммиака и метанола, показаны их преимуще
ства. Рассмотрены четыре варианта дополни
тельного получения водорода для второй схемы.
Ключевые слова: аммиак, высокое давление,
конверсия монооксида углерода, синтез метано
ла, совместное производство.
Одной из важнейших задач для мирового
сообщества на современном этапе развития яв
ляется снижение выбросов парниковых газов
в атмосферу 1.
Парниковыми газами являются диоксид
углерода, метан, оксиды азота и хлорфтор
углеводороды. Химическая промышленность
относится к основным источникам загрязне
ния. Химические производства, такие как син
тез аммиака, водорода и т. д., имеющие в сво
ем составе отделения конверсии метана, явля
ются крупнейшими источниками диоксида
углерода. Основным источником сырья
для производств водорода, аммиака и метано
ла является природный газ. Синтезгаз, полу
чаемый из природного газа, состоит из СО,
СО2 и Н2. В производствах водорода и аммиа
ка используется только водород, СО конвер
тируется в СО2, а СО2 выделяется.
Одним из методов снижения выбросов
является связывание СО2 в химические соедине
ния. Наиболее перспективное направление –
это получение метанола. Производства метано
ла переживают бурный рост во всем мире.
Это связано с тем, что метанол используется
в качестве сырья для производства большого
количества химических продуктов, в том числе
и синтетического топлива, что становится все
более актуальным в связи с ростом цен на неф
тепродукты.
В производстве метанола используются
СО, СО2 и Н2. Таким образом, снизить выбро
сы СО2 в атмосферу и повысить степень ис
пользования сырья можно за счет создания
совместных производств метанола и водорода,
метанола и аммиака.
Рассмотрим в качестве примера модифи
кацию отделением синтеза метанола производ
ства аммиака производительностью 1360 т/сут.
с целью снижения производства СО2 без сни
жения выхода аммиака. Производства синтеза
аммиака состоят из следующих отделений 2:
– сероочистки;
– конверсии метана;
– двухступенчатой конверсии СО;
– моноэтаноламиновой очистки;
– метанирования;
– компрессии;
– синтеза аммиака.
Для того, чтобы производительность
по аммиаку не снижалась, необходимо, чтобы
количество водорода, идущее на производство
аммиака, не менялось. В рассматриваемой схе
ме водород потребляется в отделении метани
рования и практически не образуется на вто
рой ступени конверсии СО.
Наиболее просто поставленная задача ре
шается заменой отделений метанирования
на отделения синтеза метанола.
Синтез метанола низкого и среднего дав
лений нельзя использовать в таких схемах.
Это связано с тем, что степень превращения
СО при этих давлениях невысока. Поэтому
предлагается использовать производство мета
нола высокого давления (30 мПа). Степень
превращения при этом давлении достигает
95–97 % и дополнительной очистки синтез
газа, идущего на производство аммиака, от СО
и СО2 не требуется.
В производстве аммиака в отделении ме
танирования перерабатывается 26982 нм3/сут.
монооксида углерода. При этом согласно урав
нению, описывающему процесс метаниро
вания:
СО + 3Н 2 = СН 4 + Н 2 О
расходуется 80947 нм 3 /сут. водорода.
При замене отделения метанирования на отде
ление синтеза метанола это количество водоро
да может быть использовано для получения
Дата поступления 07.05.07
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №4
41
метанола без ущерба для производства аммиака.
Процесс синтеза метанола проходит
по уравнению:
СО + 2Н 2 = СН 3ОН.
Следовательно, количество полученного
дополнительно метанола составит 58 т/сут.
При этом выбросы СО 2 сократятся на 5%.
Для увеличения выхода метанола предлагает
ся убрать вторую ступень конверсии СО.
Таким образом, предлагаемая схема со
вместного производства аммиака и метанола
будет состоять из отделений:
– сероочистки;
– конверсии метана;
– одной ступени конверсии СО;
– моноэтаноламиновой очистки;
– метанирования;
– синтеза метанола
– синтеза аммиака.
В этом случае на производство метанола
пойдет 173160 нм3/сут. СО. Из него будет по
лучено 247 т/сут. метанола.
Для того, чтобы количество водорода,
идущего на производство аммиака, не измени
лось, требуется дополнительно 207731 нм3/сут
водорода. Возможны следующие варианты ре
шения этой проблемы.
1. Добавить это количество, например,
с производства водорода.
2. Водород с помощью мембранной техно
логии выделяется из продувочных газов отде
ления аммиака 3 количество которых в течение
компании меняется от 843200 нм3/сут. в нача
ле компании до 2360960 нм3/сут. в конце. Со
держание водорода в продувочных газах
в начале компании составляет 486526 нм3/сут.
42
и в конце – 1362274 нм3/сут. Для обеспечения
необходимой потребности в водороде степень из
влечения его из продувочных газов в начале ком
пании должна составлять 43%, а в конце – 15%.
3. Для получения нужного количества во
дорода увеличить расход природного газа
на 60000 нм3/сут., то есть повысить расход
природного газа на 7%.
4. Часть природного газа конвертировать
в отделении паровой конверсии при атмосфер
ном давлении. Для обеспечения необходимого
количества водорода 32% природного газа не
обходимо конвертировать при атмосферном
давлении, оставшиеся 68% – в двухступенча
том отделении конверсии исходной схемы
при 40 мПа.
Для всех предложенных вариантов необ
ходимо провести замену второй ступени кон
версии метана воздухом на конверсию метана
кислородом, а после отделения синтеза мета
нола установить отделение очистки синтез
газа производства аммиака от СО, СО2, мета
нола и др. жидким азотом. Для реализации
этих изменений требуется наличие отделения
разделения воздуха.
В случае реализации технологической
схемы совместного производства метанола
и аммиака без второй ступени конверсии СО
количество выбросов СО2 сократится на 20%.
Литература
1.
2.
3.
Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология.
Изде 7е.– Ростов на Дону: Феникс, 2004.–
576 с.
Справочник азотчика / Под ред. Мельнико
ва Е. Я.– М.: Химия, 1967.– Т. 1.– 492 с.
Дытнерский Ю. И., Брыков В. П., Каграма
нов Г. Г. Мембранное разделение газов.– М.:
Химия, 1991.– 341 с.
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №4