مقالات و توضیحات
آزمیران: / روش و دستگاه تولید گاز سنتز آمونیاک

روش و دستگاه تولید گاز سنتز آمونیاک

روش و دستگاه تولید گاز سنتز آمونیاک

خلاصه

جریان هیدروکربن با هوای اضافی واکنش می دهد و به گاز مخلوط حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می شود و گاز مخلوط نیز حاوی نیتروژن باقی مانده پس از انجام واکنش تبدیل هوا است. پس از یک واکنش جابجایی که مونوکسید کربن را در دمای بالا به دی اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می‌کند، مخلوط به یک سیستم جذب کم‌فشار برای تولید گاز سنتز آمونیاک ناخالص حاوی هیدروژن و نیتروژن فرستاده می‌شود که در آن نیتروژن اضافی به همراه حذف می‌شود. ناخالصی های حذف شده از سیستم، جدا شده و در فشارهای عملیاتی بالاتر حذف می شود. گاز تصفیه شده از سیستم جذب نوسان فشار به توربین انبساط فرستاده می شود و به عنوان انرژی مورد نیاز استفاده می شود. گاز سنتز آمونیاک را می توان برای تصفیه نهایی به کوره متاناسیون فرستاد، در کل فرآیند تولید از هیچ دستگاه جداسازی هوا یا دستگاه تولید نیتروژن استفاده نمی شود، بلکه می توان گاز سنتز آمونیاک را تولید کرد.

شرح

تولید گاز سنتز آمونیاک و مهمتر از آن به روش و دستگاه بهبود یافته مرتبط با فناوری فرآیند جذب نوسان فشار برای تولید گاز سنتز آمونیاک مربوط می شود.

تولید گاز سنتز آمونیاک به طور کلی مبتنی بر رفرمینگ بخار با گاز طبیعی یا نفتا است که به دنبال آن اصلاح دوم با هوا انجام می شود. در زمان‌های اخیر، با توجه به افزایش چشمگیر قیمت انرژی در سراسر جهان، معمولاً از روش‌های مختلفی برای تلاش برای بهبود فرآیندها و کاهش مصرف انرژی برای بهبود فرآیندها استفاده می‌شود. در زمینه فنی، تشخیص داده شده است که فرآیند جذب نوسان فشار (PSA) می تواند در تصفیه و تولید هیدروژن برای ساده سازی و بهبود فرآیند تولید استفاده شود. از آنجایی که در صنعت فرآوری شیمیایی، تولید آمونیاک بزرگترین مصرف کننده هیدروژن است، تولید گاز سنتز آمونیاک از علاقه تجاری زیادی برخوردار است. روش‌های تولید معمولی شامل ترکیب‌های مختلف سیستم‌های اسکرابر، متاناسیون و سایر تجهیزات مرتبط است. در مقابل، این روش جذب نوسان فشار می‌تواند از یک روش خالص‌سازی برای حذف کامل همه ناخالصی‌ها و گازهای بی‌اثر از مخلوط حاوی هیدروژن استفاده کند.

در تولید آمونیاک مصنوعی، بخار رفرمینگ گاز طبیعی و نفتا به طور کلی به عنوان بهترین روش برای تبدیل مواد اولیه هیدروکربنی استفاده می شود. البته، تبدیل اکسیداتیو جزئی مواد اولیه هیدروکربنی نیز مطلوب است و این روند در بسیاری از کارخانه های بزرگتر برای تبدیل اکسیداتیو جزئی تقطیرهای سنگین نفتی و زغال سنگ با اکسیژن نیز رخ داده است. چه با استفاده از اصلاح بخار یا اکسیداسیون جزئی برای تولید آمونیاک مصنوعی، واحد جداسازی هوا یا واحد تولید نیتروژن یک بخش ضروری و مهم از کل سیستم تولید آمونیاک مصنوعی است. زیرا اکسیژن تولید شده در این سیستم برای اکسیداسیون جزئی مواد اولیه هیدروکربنی استفاده می شود و نیتروژن حاصل از سیستم با هیدروژن خالص شده از سیستم جذب نوسان فشار مخلوط می شود تا گاز سنتز آمونیاک مورد نظر را تشکیل دهد.

مشخص شده است که فرآیند جذب نوسان فشار دارای مزایای آشکاری در تولید گاز سنتز آمونیاک است، بنابراین، این روش به طور مداوم توسعه یافته و برای دستیابی به هدف کاهش مصرف انرژی گران قیمت توسعه یافته است. در پاسخ به این نیاز، یک رویکرد ارائه نیتروژن را از یک منبع نیتروژن خارجی به عنوان یک پیشنهاد می کند شستشوی هوا. با اتخاذ این روش، نیتروژن را می توان به راحتی از سیستم جذب نوسان فشار همراه با هیدروژن خالص در فشار جذب بالاتر از جذب نوسان فشار بازیابی کرد. تحت فشار بالا، نیتروژن به عنوان استفاده می شود در حالی که گاز از سیستم جذب نوسان فشار خارج می شود گاز پاک کننده می تواند برای تولید الکتریسیته و الکتریسیته تولید شده برای فشرده سازی هوا برای جداسازی هوا یا تولید نیتروژن استفاده شود. نیتروژن تولید شده می تواند به عنوان منبع نیتروژن خارجی تحت فشار بالا برای جذب نوسان فشار استفاده شود. شستشوی هوا. اکسیژن تولید شده را می توان برای دومین واکنش تبدیل در مواقع لزوم استفاده کرد یا برای بخشی از اکسیژن برای تولید هیدروژن استفاده کرد. به لطف این روش می توان مشاهده کرد که می توان یک فرآیند یکپارچه کامل از جمله: تولید هیدروژن، نوسان فشار جذب - تصفیه هیدروژن، سنتز آمونیاک و جداسازی هوا را به دست آورد و در نتیجه ماده اولیه هیدروکربنی را به گاز سنتز آمونیاک تبدیل کرد. با استفاده از این فرآیند کامل و یکپارچه می توان آمونیاک و گاز سنتز آمونیاک را با مصرف انرژی کمتر نسبت به سایر فرآیندهای فعلی تولید کرد. تحت فشار بالا، نیتروژن به عنوان استفاده می شود اسکراب همچنین طراحی سیستم جذب نوسان فشار را در نتیجه افت فشار کمتر بستر جاذب مورد استفاده امکان پذیر می کند. با وجود مزایا و مزایای بسیاری که در بالا ذکر شد، کل سیستم و فرآیند تولید برای تولید گاز سنتز آمونیاک با استفاده از فرآیند PSA هنوز نیاز به تقویت و توسعه بیشتر دارد. در واقع، به منظور صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف در تولید گاز سنتز آمونیاک، باید تلاش های مستمری برای بهبود روش ها و فرآیندهای تولید صورت گیرد تا بتوان تقاضای روزافزون جامعه صنعتی در سراسر جهان برای تولید آمونیاک انرژی بر را برآورده کرد. محصولات

هدف از این اختراع ارائه یک روش و دستگاه بهبود یافته برای تولید گاز سنتز آمونیاک است.

هدف دیگر اختراع حاضر ارائه روش و دستگاهی برای افزایش تولید در هنگام استفاده از فرآیند جذب نوسان فشار در تولید گاز سنتز آمونیاک است.

هدف سوم از اختراع حاضر ارائه روش و دستگاهی برای کاهش مصرف در سیستم تولید کلی برای تبدیل مواد اولیه هیدروکربنی به گاز سنتز آمونیاک است.

با توجه به موارد فوق و سایر جنبه‌ها، اختراع حاضر در ادامه به تفصیل شرح داده می‌شود و ویژگی‌های خاصی به طور خاص در ادعاهای وابسته اختراع بیان می‌شود.

با توجه به ورود هوا در واکنش تبدیل دوم یا واکنش اکسیداسیون جزئی، گاز مخلوط ارسال شده به سیستم جذب نوسان فشار پایین تر حاوی مقدار مناسبی نیتروژن است و بخشی از این نیتروژن از سیستم جذب نوسان فشار همراه با هیدروژن است. به عنوان گاز سنتز آمونیاک تا حدی تصفیه شده بازیافت می شود، در حالی که نیتروژن اضافی همراه با گاز خروجی از سیستم حذف می شود. تحت فشار بالا انجام می شود در طول عملیات شستشو، حاوی نیتروژن اضافی گاز پاک کننده را می توان برای تولید الکتریسیته استفاده کرد و وجود نیتروژن اضافی در سیستم جذب نوسان فشار می تواند میزان بازیابی هیدروژن را بهبود بخشد، بنابراین در فرآیند تولید اختراع حاضر، یک دستگاه جداسازی هوا یا یک ژنراتور نیتروژن ممکن است نتواند مورد استفاده قرار گیرد.

در عمل اختراع حاضر، عملیات تبدیل مواد اولیه هیدروکربنی با هوا انجام می شود که نتیجه آن وجود مقادیر قابل توجهی نیتروژن در مخلوط گاز محصول است. پس از جابجایی، این مخلوط گاز حاوی نیتروژن به سیستم PSA منتقل می شود. نیتروژن نقش مفیدی در این سیستم ایفا می کند، در نتیجه می توان عملیات جداسازی هوا را حذف کرد و مزایای دیگری را به دست آورد که عملکرد کلی تولید گاز سنتز آمونیاک را افزایش می دهد. در حالی که نیتروژن اضافی و سایر ناخالصی ها را حذف می کند، سیستم PSA همچنین می تواند مخلوط گاز هیدروژن-نیتروژن تا حدی خالص شده را به عنوان جریان گاز سنتز آمونیاک مورد نظر بازیابی کند.

روش و دستگاه اختراع شامل تعدادی از فرآیندهای شناخته شده، توصیف شده و قبلاً به کار گرفته شده به روشی منحصر به فرد است. در مقایسه با روش های مرسوم، اختراع حاضر عملکرد کلی را بهبود می بخشد و فرآیندهای مهم را ساده می کند. برای این منظور اجرای اختراع در چند مرحله انجام می شود: مرحله تولید هیدروژن که در آن جریان هیدروکربن به هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می شود، مرحله انتقال گاز آب و مرحله بعدی که در آن گاز مصنوعی به دست می آید. شکل آمونیاک نیمه خالص به دست می آید.هیدروژن-نیتروژن را می توان در مرحله جذب نوسان فشار گاز خروجی حاوی نیتروژن برای تولید برق استفاده کرد.در مرحله تولید هیدروژن، یک جریان هیدروکربنی مانند گاز طبیعی یا نفتا است. به عملیات تبدیل اول و دوم ارسال می شود. در یک پیاده سازی خاص، جریان هیدروکربنی به طور کاتالیزوری با بخار در اولین اصلاح کننده واکنش می دهد تا اولین گاز اصلاح شده حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن تولید شود. اولین رفرمینگ به روش معمول در لوله های اصلاح کننده پر از کاتالیزور اولین ریفرمور انجام می شود. اولین ریفرمر معمولا سوخت و هوا را در داخل کوره، خارج از لوله های ریفرمر می سوزاند و گرما را به لوله های ریفرمر درون ریفرمر منتقل می کند. اولین مخلوط گاز اصلاح شده معمولاً در دمای 800 درجه سانتیگراد تا 900 درجه سانتیگراد به دست می آید. هر شرایطی که عموماً در اولین عملیات اصلاح بخار استفاده می شود که تبدیل مطلوب جریان هیدروکربن به هیدروژن و مونوکسید کربن را افزایش دهد، در محدوده اختراع است.

کسانی که در این هنر مهارت دارند می‌دانند که گاز رفرمینگ اول گرم اغلب به کوره رفرمینگ دوم منتقل می‌شود.در کوره رفرمینگ دوم، گاز رفرمینگ اول فوق به همراه اکسیژن یا هوا، اکسیژن یا هوا از بستر کاتالیزور رفرمینگ عبور می‌کند. با گاز متان تبدیل نشده در دومین مخلوط گاز اصلاح شده واکنش می دهد و در نتیجه دومین مخلوط گاز اصلاح شده را تشکیل می دهد. این مخلوط معمولاً قبل از ورود به فرآیند بعدی در یک واحد بازیابی حرارت زباله خنک می شود. در این رابطه شایان ذکر است که وجود برخی واکنش های قابل اشتعال در ریفرمر دوم منجر به افزایش دمای مخلوط می شود، بنابراین دمای سیال داغ خارج شده از ریفرمر دوم به طور کلی 900-1200 درجه سانتیگراد است. ℃ .

در اجرای اختراع اولین مخلوط گاز اصلاح شده طبق جریان معمولی به کوره رفرمینگ دوم منتقل می شود تا با هوای کوره در تماس باشد. با این حال، تفاوتی نیز با فرآیند مرسوم وجود دارد، یعنی مقدار هوای وارد شده به کوره فوق الذکر باید بسیار بیشتر از نیاز مقدار استوکیومتری اکسیژنی باشد که باید تامین شود.این اکسیژن برای مخلوط کردن با گاز تبدیل نشده در اولین مخلوط اصلاح شده متان واکنش می دهد. سپس مقدار زیادی نیتروژن موجود در گاز مخلوطی که قرار است تصفیه شود، همراه با مخلوط گازی فوق الذکر به سیستم جذب نوسان فشار منتقل می شود که برای دستیابی به هدف تولید بهینه گاز سنتز آمونیاک مورد نیاز مفید است. مقدار هوای اضافی که باید متعاقباً به ریفرمر دوم منتقل شود بسته به جریان هیدروکربنی مورد استفاده، شرایط کلی و عملیات تولید آمونیاک متفاوت خواهد بود، اما برای اهداف اختراع ترجیح داده می شود که مقدار هوای مورد استفاده کافی باشد. نسبت مولی هیدروژن به نیتروژن در مخلوط آب-گاز جابجا شده 1/1-2.4/1 است، در حالی که نسبت استوکیومتری 3/1 است.

مطابق با روش عمومی، دومین گاز اصلاح شده اختراع به عملیات انتقال گاز آب منتقل می شود تا مونوکسید کربن موجود در مخلوط گاز اصلاح شده برای تولید هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل شود. برای این منظور، دومین گاز اصلاح شده معمولاً قبل از انتقال به یک واحد شیفت گاز آب معمولی تا دمای 300-400 درجه سانتیگراد خنک می شود. کسانی که در این هنر مهارت دارند، درک خواهند کرد که مخلوط گاز اصلاح شده در دمای مشخص شده در بالا در حضور یک کاتالیزور تغییر گاز آب بر پایه کروم بر پایه کروم، شناخته شده، تجاری در دسترس، در معرض تغییر دمای بالا قرار می گیرد. تغییر دمای پایین در این هنر، معمولاً در دمای حدود 250 درجه سانتیگراد شناخته شده است، و عموماً در حضور کاتالیزورهای تغییر گاز آب بر پایه مس شناخته شده، تجاری موجود، انجام می شود. اگرچه می توان با انجام تبدیل دمای پایین پس از تبدیل دمای بالا، تبدیل کامل تری به دست آورد، اما این امر در برخی از تولیدات در مقیاس بزرگ نیز ضروری است و ممکن است در محدوده اختراع نیز مورد استفاده قرار گیرد. البته لازم به ذکر است که در عمل اختراع، عموماً فقط تبدیل دمای بالا ذکر شده در بالا مورد نیاز است، بنابراین در بهترین عمل اختراع، تبدیل فقط شامل تبدیل دمای بالا است و تبدیل دمای پایین نیست. به کار گرفته شده. همانطور که درک خواهد شد، این مزیت اختراع حاضر است زیرا کاتالیزورهای تغییر دمای پایین مبتنی بر مس گران‌تر، شکننده‌تر و حساس‌تر از کاتالیزورهای مبتنی بر کروم هستند که برای تغییر دمای بالا استفاده می‌شوند. در هر صورت، بیشتر مونوکسید کربن موجود در مخلوط گاز اصلاح شده دوم، به عنوان مثال، بیش از 80٪ است، به طور کلی در عمل اختراع، 85٪ - 98٪ از مونوکسید کربن در مخلوط گاز فوق می تواند باشد. تبدیل شده است.

در عمل معمولی، مخلوط شیفت معمولاً به یک اسکرابر دی اکسید کربن منتقل می شود تا بیشتر دی اکسید کربن حذف شود و محتوای دی اکسید کربن باقی مانده به 0.1٪ یا کمتر کاهش یابد. سپس مخلوط گاز شیفت به واحد واکنش متاناسیون جهت حذف بیشتر مونوکسید کربن منتقل می شود، به طوری که محتوای مونوکسید کربن در گاز شیفت کمتر می شود. چنین وسیله ای برای حذف دی اکسید کربن یک الزام برای عمل اختراع حاضر نیست، و همچنین منجر به ساده سازی بیشتر روش و دستگاه همانطور که در توضیحات و ادعاها نشان داده شده است. محتوای دی اکسید کربن مخلوط شیفت به دلیل وجود مقدار زیادی نیتروژن کاهش می یابد. این دی اکسید کربن به راحتی از گاز سنتز آمونیاک هیدروژن-نیتروژن مورد نیاز در یک سیستم PSA جدا می شود و در طی فشرده سازی جریان متضاد با نیتروژن اضافی، مونوکسید کربن باقیمانده، متان، هیدروژن و سایر اجزاء با هم ریخته می شوند تا حذف شوند.

گاز مخلوطی که باید تصفیه شود پس از جابجایی گاز آب به سیستم جذب نوسان فشار منتقل می شود. این سیستم می تواند به طور انتخابی دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، متان و سایر ناخالصی ها را از گاز مخلوط فوق حاوی هیدروژن و بخشی از نیتروژن جذب کند و گاز سنتز هیدروژن نیتروژن آمونیاک را در قالب محصولات مورد نظر از این سیستم بازیابی کند. محصولات فوق الذکر که باید بازیابی شوند، اجزایی هستند که جذب آنها در جریان عبوری به سیستم PSA دشوار است. این محصول همچنین حاوی ناخالصی های فوق الذکر برای جداسازی از آن است که به راحتی در گاز خوراک فوق الذکر قابل جذب هستند. چرخه عملیات PSA به صورت متوالی بر روی هر بستر جاذب در سیستم PSA انجام می شود. شامل موارد زیر است: (I) جذب فشار بالا، در این مرحله، گاز مخلوط جابجا شده به انتهای ورودی بستر جذب وارد می شود و گاز سنتز آمونیاک که تا حدی از هیدروژن و نیتروژن خالص شده است همراه با جذب از انتهای خروجی تخلیه می شود. ناخالصی‌ها؛ (II) فشارزدایی جزئی هم‌جریان بستر جذب که با تخلیه گاز فضای خالی حاوی هیدروژن از انتهای خروجی بستر جذب اتفاق می‌افتد؛ (III) رفع فشار جریان متضاد بستر جذب با تخلیه از انتهای ورودی آن، در نتیجه فشار بستر جذب به سطح پایین‌تری کاهش می‌یابد؛ (IV) گاز تمیزکننده را به انتهای خروجی بستر جذب، ترجیحاً با فشار جذب پایین‌تر وارد کنید و سپس گاز تمیزکننده را از انتهای ورودی آزاد کنید. از بستر جذب، جریان گاز؛ (v) فشار مجدد بستر جاذب تصفیه شده به فشار جذب فوق الذکر، معمولاً با خوراک یا گاز محصول؛ (vi) در مرحله جذب فشار بالا (I) در بالا، با جابجایی جدید اضافه شده اختلاط گاز از بستر جذب عبور داده می شود و مراحل چرخه فوق (I)-(V) تکرار می شود. کسانی که در این هنر مهارت دارند قدردانی می کنند که در محدوده اختراع است که ویژگی های روش و تجهیزات مختلف را در روش PSA و تجهیزات برای پیاده سازی های مختلف بگنجانیم. جذب نوسان فشار اختراع حاضر در یک سیستم چند بستر انجام می‌شود که عموماً از حداقل چهار تخت جذب استفاده می‌کند، اگرچه بسترهای کمتری در عمل اختراع استفاده می‌شود. همچنین قابل توجه است که در سیستم‌های چند بستر معمولاً عبور گاز فضای خالی از تخلیه یک بستر جاذب در حین رفع فشار همزمان به بستر جاذب دیگر یا جاذب چندگانه در بستر سیستم که هدف آن حفظ تعادل فشار است. و/یا تمیز کردن را ارائه دهید.

همانطور که در بالا نشان داده شد، اساساً تمام دی اکسید کربن، بیشتر متان، بیشتر مونوکسید کربن و نیتروژن اضافی موجود در مخلوط انتقال وارد شده به سیستم PSA از جریان گاز محصول تا حدی خالص شده جدا می شود. این جریان گاز محصول نیمه خالص شده حاوی 75 درصد هیدروژن و 25 درصد نیتروژن، با برخی اجزای باقیمانده دیگر، معمولاً 0.4-0.5٪ آرگون، 0.005-0.3٪ اکسید کربن و کمتر از 100 ppm دی اکسید کربن است. اجزای اخیر، در مرحله متاناسیون بعدی، می توانند از گاز محصول فوق الذکر حذف شوند. در صورت نیاز، بخشی از مخلوط گاز سنتز آمونیاک خالص شده به یک متاناتور عمومی منتقل می شود، به طوری که مقدار بسیار کمی از مونوکسید کربن و دی اکسید کربن می تواند به میل به متان تبدیل شود. همانطور که توسط افراد متخصص در این هنر به آسانی درک خواهد شد، واکنش مرسوم متاناسیون اساساً معکوس اولین واکنش مرحله اصلاح جریان است، اما در دمای پایین تر، که طی آن مونوکسید کربن و دی اکسید کربن برای تشکیل متان و آب واکنش نشان می دهند.

خواهیم دید که با اختراع حاضر، برخلاف روش‌های مرسوم، دیگر نیازی به جداکننده هوا یا کارخانه نیتروژن برای تامین اکسیژن مورد نیاز برای تبدیل دوم یا اکسیداسیون جزئی نیست. همچنین دیگر در اجرای کلی مورد نیاز نیست، برای هدف از شستشو، و/یا تحت فشار، یا برای اختلاط با جریان محصول هیدروژن خالص ساطع شده از سیستم PSA، و/یا تهیه منبع نیتروژن خارجی است. علاوه بر این مزیت بسیار مهم اختراع حاضر، همانطور که در نشریه بیان شد، مزایای دیگری نیز وجود دارد، 88٪ - 96٪ هیدروژن با خلوص بالا را می توان از سیستم PSA بازیابی کرد. کسانی که در این هنر مهارت دارند می دانند که در مرحله جذب فشار بالا هر بستر جذب، به دلیل وجود مقدار زیادی نیتروژن در بستر، نیتروژن همراه با هیدروژن جذب نشده بازیافت می شود تا یک مخلوط گاز سنتز آمونیاک را تشکیل دهد. و نیتروژن اضافی توسط جاذب جذب می شود. در مرحله رفع فشار همزمان، نیتروژن جذب شده بیشتر هیدروژن موجود در فضای خالی تخلیه شده از بستر را جابجا می کند. پیک نیتروژن، که توسط پیک دوم دی اکسید کربن جذب شده انباشته شده است، از بستر تخلیه می شود. این نیتروژن را می توان به عنوان گاز پاک کننده عرضه کرد. بنابراین، تمیز کردن سایر بسترهای جذب در سیستم را می توان با گاز پاک کننده حاوی 50 تا 90 درصد نیتروژن کامل کرد. زیرا بستر جاذب اساساً برای نیتروژن اضافی موجود در مخلوط شیفت استفاده می شود تا به سیستم PSA جریان یابد. همچنین بازیابی هیدروژن با خلوص بالا در عمل اختراع مطلوب است، بنابراین حتی اگر تنها 50 تا 70 درصد نیتروژن در مخلوط جابجایی فوق الذکر وجود داشته باشد.

همانطور که از اختراع مشاهده می شود، در اجرای خاص فوق، اختراع شامل استفاده از یک اصلاح کننده اول، یک اصلاح کننده دوم، یک شیفتر، یک سیستم PSA و یک متاناتور معمولی است. مبدل دوم با هوای اضافی کار می کند، بنابراین نیتروژن اضافی برای سنتز بعدی آمونیاک به سیستم وارد می شود و در سیستم PSA تخلیه می شود. در یک اصلاح مهم اختراع، بخشی از جریان هیدروکربن سیال که وارد اولین ریفرمر می‌شود، گذرگاه قابل تعویض مستقیماً به ریفرمر دوم منتهی می‌شود. این امر به طور قابل توجهی نیاز بخار را در بخش واکنش درون لوله اولین اصلاح کننده کاهش می دهد، اما نسبت بخار به کربن در بخش واکنش درون لوله ای که در بالا ذکر شد یکسان باقی می ماند. در عین حال، متذکر می‌شویم که مقدار اولین گاز تغذیه ریفرمر وارد شده به بای‌پس بسیار متفاوت است و ثانیاً در رابطه با یک عملیات خاص تعیین می‌شود. در اصلاح کننده دوم، بیش از 50 درصد از کل مواد اولیه هیدروکربنی تحت یک واکنش تبدیل قرار می گیرد. دومین مخلوط گاز اصلاح شده به یک مبدل حرارتی منتقل می شود و گرما از مخلوط گاز فوق الذکر قبل از جابجایی در دماهای ذکر شده در بالا بازیابی می شود. خاموش کردن دومین مخلوط گاز اصلاح شده با آب قبل از بازیابی گرما توسط مبدل حرارتی مفید است. از آنجایی که آب خاموش شده را می توان تا دماهای متوسطی مانند 750 درجه سانتیگراد یا کمتر خنک کرد، می توان از مبدل های حرارتی ارزان قیمت یا سایر سیستم های بازیابی حرارت استفاده کرد. این یک اقدام اجرایی مهم است، به ویژه برای گیاهان کوچکتر عملی تر است.

در عمل اختراع، با یا بدون انتقال بخشی از گاز تغذیه به مبدل دوم، مبدل اول را می توان کوچک نگه داشت و در شرایط بسیار ملایم کار کرد. حذف کامل اولین اصلاح کننده و اکسیداسیون جزئی جریان هیدروکربن با هوای اضافی برای تشکیل گازی حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن، مشکل دیگری در محدوده اختراع است. همانطور که در بالا در اجرای خاص مورد بحث قرار گرفت، برای اکسیداسیون جزئی که در بالا توضیح داده شد، مقدار هوای مورد استفاده از مقدار اکسیژن مورد نیاز استوکیومتری بیشتر است، در نتیجه مقدار نیتروژن اضافی برای سنتز آمونیاک فراهم می‌شود. همچنین مشخص است که جریان گاز خروجی حاوی نیتروژن اضافی است که در هوا برای اکسیداسیون جزئی جریان هیدروکربنی وجود دارد. پس از جابجایی، مخلوط گازی که به سیستم PSA تغذیه می‌شود، بعداً حاوی نیتروژن اضافی خواهد بود و در نتیجه نسبت مولی هیدروژن به نیتروژن بین 1/1 و 2.4/1 ایجاد می‌شود. اگرچه گاهی اوقات درک می شود که با عملکرد بر اساس اختراع، واکنش همچنان می تواند ادامه یابد، اگرچه مقدار نیتروژن گاهی اوقات می تواند خارج از محدوده های فوق کاهش یابد. لازم به ذکر است که فرآیندهای اکسیداسیون جزئی معمولاً در تصفیه رزید و زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرند و همانطور که در بالا ذکر شد، فرمول بخار معمولاً در تبدیل روغن های طبیعی و روغن های سبک استفاده می شود.

روش اختراعی در شرایط فشار بالا با سود بیشتری انجام می شود. قابل قدردانی است که عملیات اصلاح بخار، از جمله اختراع، عموماً در فشارهای ابر اتمسفر انجام می شود. فشار عملیاتی خاص تحت تأثیر فشار مورد نیاز مراحل بعدی تولید است. به طور معمول بین 350-700 بار، اگرچه فشارهای بالا تا 1000 بار یا بیشتر را می توان در پیاده سازی های خاص حفظ کرد. از الزامات اختراع، عموماً ترجیح داده می شود که مقدار زیادی هوا برای رفرمینگ دوم با فشار 500-1000 بار به خصوص 700-900 بار به داخل کوره رفرمینگ دوم فوق الذکر منتقل شود. اگر قرار است عملیات بعدی در صورت لزوم انجام شود، عملیات تخلیه پساب گاز تصفیه از انتهای ورودی هر بستر مکش سیستم PSA با فشار مکش نسبتاً کم، حدود 1 اتمسفر، برای مکش زیاد تحت مکش متوسط ​​انجام می شود. فشار. بنابراین، در تجسم ترجیحی اختراع، پساب گاز تصفیه از انتهای ورودی هر بستر جذب با فشار 60-100 بار، به ویژه 70-90 بار تخلیه می شود. گاز تصفیه ای که در فشار فوق به دست می آید برای تولید برق به خصوص در داخل بسیار سودمند است در جریان گاز پاک کننده، محتوای نیتروژن و دی اکسید کربن اضافی کم است. بنابراین، به منظور تولید الکتریسیته، جریان گاز ذکر شده در بالا در یک توربو اکسپندر یا تجهیزات مشابه منبسط می‌شود تا فرآیند کلی تولید آمونیاک مصنوعی را بهبود بخشد. برای چنین کاربردهایی، جریان گاز تصفیه معمولاً تا فشار اتمسفر منبسط می شود. انتقال گاز پاکسازی منبسط شده به اولین ریفرمر نیز محتوای اختراع است. اگرچه گاز پاک کننده ممکن است حاوی مقادیر کمی از اجزای قابل اشتعال باشد، اما می تواند به عنوان سوخت در هنگام استفاده نیز استفاده شود.

هر ماده جاذب مناسبی که گزینش پذیری مورد نیاز اختراع را داشته باشد می تواند در عمل مورد استفاده قرار گیرد. جاذب های مناسب عبارتند از غربال های مولکولی سنگ، کربن فعال، سیلیکاژل، آلومینیوم فعال و غیره. به طور کلی، غربال مولکولی زئولیت الزامات اختراع را برآورده می کند. اطلاعات مربوط به چنین غربال های مولکولی زئولیت در پتنت Kiyonaga، US 3,176,444 و سایر اختراعات مربوط به کاربردهای مختلف روش ها و سیستم های PSA ذکر شده است.

در اجرای اختراع می توان متوجه شد که سیستم PSA باید با لوله ها، شیرها و سایر اجزای کنترلی مختلف تطبیق داده شود تا بستر جذب به ترتیب مربوطه از یک مرحله تولید به مرحله دیگر منتقل شود. به همین ترتیب، در اجرای روش‌ها و سیستم‌های مختلف سیکل PSA، وسیله مجرای برای گاز سنتز آمونیاک، جریان گاز تصفیه و مکش با فشار همزمان آماده می‌شود، یعنی برای تخلیه سیستم استفاده می‌شود. و برای انتقال گاز به هر بستر جذب و از یک بستر جذب به بستر دیگر، مستقیم یا از طریق یک مخزن ذخیره میانی آماده شوید. لازم به ذکر است که هنگامی که اصلاح کننده هیدروکربنی شامل یک اصلاح کننده اول و یک اصلاح کننده دوم می شود، استفاده از چنین حالت اصلاح کننده ترکیبی اول و دوم اصلاح کننده هیدروکربنی سودمند است. در چنین کوره ای، دومین مخلوط گاز اصلاح شده می تواند گرمای لازم برای جذب اولین واکنش اصلاحی جریان هیدروکربنی را تامین کند. به این ترتیب، اساساً می توان به حالت کنترل خودکار دست یافت، استفاده از سوخت خارجی برای سوزاندن اولین ریفرمر حذف می شود و/یا بخشی از مواد هیدروکربنی مورد استفاده به عنوان سوخت صرفه جویی می شود.

این اختراع بیشتر در یک مثال گویا از تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز آمونیاک استفاده می شود. این مثال گویا استفاده از هوای اضافی در فرآیند رفرمینگ دوم است که منجر به انتقال مخلوط گاز اصلاح‌کننده دوم به شیفتر دمای بالا می‌شود که نسبت مولی هیدروژن به اکسیژن 2/1 در فشار 750 بار دارد. مخلوط گاز انتقالی به سیستم PSA حاوی 15 درصد دی اکسید کربن، 30 درصد نیتروژن و 1 درصد مونوکسید کربن است. خروجی خروجی از سیستم PSA با فشار 70 بار حاوی دی اکسید کربن، متان، مونوکسید کربن و نیتروژن و هیدروژن اضافی است. این اگزوز آزاد شده سپس گرم می شود و/یا با هوا روشن می شود و سپس برای بازیابی نیرو به یک توربو اکسپندر منتقل می شود. این یک فناوری فرآیند PSA هنر قبلی است که از یک منبع نیتروژن خارجی استفاده می کند شستشوی هوا. مخلوط گاز سنتز هیدروژن-نیتروژن-آمونیاک تا حدی خالص شده بازیافت شده توسط سیستم PSA عموماً حاوی 75% هیدروژن و 25% نیتروژن است و همچنین حاوی 1000ppm (قسمت در میلیون) مونوکسید کربن، کمتر از 5ppm دی اکسید کربن، 100ppm متان و 0.3% آرگون است. . با متاناسیون، گاز سنتز آمونیاک به دست آمده یک گاز سنتز مرطوب حاوی 0.2٪ متان است. پس از فشرده شدن تا 1500 بار یا بالاتر، بیشتر گاز سنتز به محصول آمونیاک تبدیل می شود. به منظور جلوگیری از ترکیب بیش از حد آرگون و متان در طول سنتز، برخی از آنها هستند گاز پاکسازی همچنین می تواند به عنوان تغذیه دوم به سیستم PSA بازیافت شود.

حذف جداکننده های هوا یا گیاهان نیتروژن نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در این زمینه است. اما تاکنون این فرآیندها در سیستم‌های معمولی برای تبدیل جریان‌های سوخت هیدروکربنی به آمونیاک گنجانده شده‌اند. همانطور که در بالا توضیح داده شد، استفاده از هوای بیش از حد مورد نیاز برای اصلاح دوم، یا استفاده از تکنیک هایی که هوای اضافی را برای اکسیداسیون جزئی اضافه می کند، می تواند منجر به وجود مقادیر زیادی نیتروژن در مخلوطی شود که قرار است گرم شود. بر این اساس، همراه با استفاده از تکنیک جذب نوسان فشار که در اینجا افشا و ادعا شده است، نشان داده شده است که نیتروژن فوق تنها یک تسهیل کننده است و مضر نیست. از این نیتروژن می توان برای تولید مخلوط گاز سنتز هیدروژن-نیتروژن مورد نظر استفاده کرد. این مخلوط باید در فشار جذب بالا بازیابی شود. نیتروژن اضافی موجود در سیستم PSA می تواند به بازیابی هیدروژن در سیستم و همچنین در بازیابی توان از اگزوز تخلیه کمک کند.

عملیات تولید با هوای اضافی منجر به نسبت نیتروژن به هیدروژن بالاتر از استوکیومتری می شود، همانطور که در هنر شناخته شده است، و نیتروژن اضافی موجود را می توان با تکنیک های تبرید حذف کرد. این امر مستلزم حذف دی اکسید کربن از جریان گاز و پیش تصفیه جریان گاز تحت درمان فوق برای حذف مقادیر کمی از دی اکسید کربن و آب قبل از استفاده از تکنیک های تبرید فوق است. در عمل اختراع، با مقایسه می توان دریافت که سیستم تصفیه PSA می تواند دی اکسید کربن، نیتروژن اضافی و اکثر ناخالصی ها را در یک مرحله تولید حذف کند.

از اهمیت بیشتری برخوردار است، فشار خالص غیرمعمول بالا که در عملیات تولید PSA استفاده می شود، که باعث می شود تمام دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، متان و نیتروژن در فشاری حدود 80 بار تخلیه شود. و در منبسط کننده گاز داغ پس از احتراق و انبساط می توان مقدار قابل توجهی برق نیز تولید کرد. به عنوان مثال: در کارخانه ای که روزانه 1000 تن آمونیاک تولید می کند، چنین منبسط کننده گاز داغ می تواند 12000 کیلووات برق تولید کند. روش ها و دستگاه های افشا شده و ادعا شده در اینجا نشان دهنده توسعه فناوری تولید آمونیاک و روش های موثر برای تولید در مقیاس بزرگ است.

1. یک روش بهبود یافته برای تولید آمونیاک مصنوعی شامل موارد زیر است: (الف) جریان هیدروکربنی به طور کاتالیزوری با بخار در اولین اصلاح کننده واکنش داده می شود تا اولین مخلوط گاز اصلاح کننده حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن تولید شود؛ (ب) گفته می شود اولین گاز مخلوط اصلاح کننده به داخل منتقل می شود. کوره رفرمینگ دوم، به طوری که متان تبدیل نشده موجود در کوره رفرمینگ با هوا واکنش می دهد و میزان نیتروژن موجود در هوای وارد شده در کوره رفرمینگ دوم به میزان زیادی از واکنش با هیدروژن طبق روش سنتز آمونیاک بیشتر است. که باید توسط استوکیومتری ارائه شود؛ (ج) دومین مخلوط گاز اصلاح شده در معرض تغییر آب و گاز قرار می گیرد تا مونوکسید کربن موجود در مخلوط گاز اصلاح شده به هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل شود؛ (د) این تبدیل مخلوط گازی به یک سیستم جذب نوسان فشار که قادر به جذب انتخابی دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، متان و سایر ناخالصی ها از هیدروژن و بخشی از نیتروژن موجود در گاز عبوری از سیستم است. فرآیند چرخه سیستم جذب نوسان فشار شامل موارد زیر است: (1) در سطح فشار جذب، این گاز جابجایی از انتهای ورودی بستر جذب وارد می‌شود و با جذب ناخالصی‌ها در آن، هیدروژن و نیتروژن خالص‌سازی جزئی مخلوط گاز سنتز آمونیاک از محل جذب حذف می شود. (II) فشار زدایی همزمان جزئی بستر جذب به عنوان گاز فضای خالی حاوی هیدروژن از انتهای خروجی بستر جذب تخلیه می شود؛ (III) فشارزدایی متضاد بستر جذب به عنوان گاز از انتهای ورودی تخلیه می شود، بنابراین، فشار بستر جذب به فشار دفع کمتر کاهش می یابد؛ (IV) در فشار دفع کمتر، گاز پاک کننده از انتهای خروجی بستر جذب وارد می شود و از انتهای ورودی تخلیه می شود؛ (V) فشار بستر شستشو مجدداً به سطح فشار جذب افزایش می یابد؛ و (VI) این مخلوط جابجایی دوباره پر می شود و مراحل چرخه (I)-(V) تکرار می شود؛ در نتیجه نیتروژن اضافی در مخلوط جابجایی به به راحتی در یک سیستم جذب نوسان فشار حذف می شود و مخلوط گاز سنتز آمونیاک مورد نیاز را بدون استفاده از جداسازی هوا یا کارخانه های تولید نیتروژن برای تامین نیتروژن در گاز سنتز آمونیاک مذکور تولید می کند.

2. روش مطابق ادعای 1، که در آن جریان گاز پاک کننده از انتهای ورودی بستر جذب با فشار حدود 60-100 بار خارج می شود.

3. روش طبق ادعای 2، شامل انبساط تخلیه مذکور از انتهای ورودی بستر جذب در یک توربین انبساط جریان گاز پاک کننده برای تولید الکتریسیته و بهبود بیشتر کل فرآیند سنتز آمونیاک استفاده می شود.

4. روش ادعای 3 که در آن جریان گاز پاکسازی مذکور از قبل گرم می شود و/یا با هوا می سوزد و تا حدود فشار اتمسفر منبسط می شود.

5. روش ادعای 4 که در آن جریان گاز پاکسازی مذکور از انتهای ورودی بستر جذب با فشاری در حدود 70-80 بار خارج می شود.

6. روش ادعای 4، که شامل گسترش یافته است گاز پاک کننده به عنوان سوخت در آن به اولین ریفرمر مذکور منتقل می شود.

7. روش ادعای 4 که در آن مخلوط گاز انتقالی که به سیستم جذب نوسان فشار وارد می‌شود حاوی نیتروژن اضافی با نسبت مولی هیدروژن/نیتروژن در حدود 1/1 تا 2.4/1 است، تغییر تنها تبدیل دمای بالا است.

8. روش ادعای 7، که در آن مخلوط گاز سنتز آمونیاک که از سیستم جذب نوسان فشار خارج می شود، حاوی 75 درصد هیدروژن و 25 درصد نیتروژن، با مقادیر منبسط شده مونوکسید کربن، متان و آرگون است.

9. روش ادعای 1 که در آن هوا با فشار حدود 500-1000 بار به داخل ریفرمر دوم منتقل می شود.

10. روش ادعای 5 که در آن فشار مذکور حدود 700-900 بار است.

11. روش طبق ادعای 1 که شامل عبور بخشی از جریان هیدروکربنی است که از رفرمر اول مستقیماً به رفرمر دوم مذکور عبور کرده است، در نتیجه به کاهش مؤثری در مقدار روغن مورد نیاز در اولین هدف از رفرمور مذکور می‌رسد.

12. روش ادعای 11 شامل بازیابی گرمای مخلوط گاز اصلاح شده دوم قبل از جابجایی مخلوط گاز مذکور.

13. روش ادعای 12 شامل خنک کردن مخلوط اصلاح شده دوم با آب برای کاهش دمای آن قبل از بازیابی گرمای مخلوط.

14. یک روش بهبود یافته برای تولید آمونیاک مصنوعی شامل: (الف) قرار دادن یک جریان هیدروکربنی در معرض اکسیداسیون جزئی برای تولید گاز خروجی از مونوکسید کربن حاوی هیدروژن، اکسیداسیون جزئی با استفاده از هوای حاوی نیتروژن به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از آمونیاک مذکور؛ روش مصنوعی با آن واکنش نشان می دهد. هیدروژن، و مقدار نیتروژنی که باید توسط محاسبات استوکیومتری تامین شود؛ (ب) گاز خروجی مذکور در معرض جابجایی گاز آب قرار می‌گیرد، به طوری که مونوکسید کربن موجود در مخلوط گاز اصلاح شده به هیدروژن دی اکسید کربن تبدیل می‌شود. این مخلوط تبدیل به یک سیستم جذب نوسان فشار می شود که قادر به جذب انتخابی دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، متان و سایر ناخالصی ها از هیدروژن و بخشی از نیتروژن موجود در گاز عبوری از سیستم مذکور، چرخه سیستم جذب نوسان فشار است. شامل: (I) در سطح فشار جذب، این گاز مخلوط تبدیل شده را از انتهای ورودی بستر جذب وارد می کند و با جذب ناخالصی ها در آن، مخلوط گاز سنتز آمونیاک نیمه خالص هیدروژن و نیتروژن از خروجی آن تخلیه می شود. انتها؛ (II) بخشی از بستر به طور همزمان کاهش فشار داده می شود زیرا گاز فضای خالی حاوی هیدروژن از انتهای خروجی بستر تخلیه می شود. (III) فشار زدایی متقابل بستر جذب در حالی که گاز از انتهای ورودی آن تخلیه می شود، به موجب آن فشار بستر جذب به فشار دفع کمتر کاهش می یابد؛ (IV) در فشار دفع کمتر، گاز پاک کننده از انتهای خروجی بستر جذب وارد می شود و از انتهای ورودی تخلیه می شود؛ (V) فشار بستر شستشو مجدداً تا سطح فشار جذب افزایش می‌یابد؛ و (VI) مخلوط شیفت را دوباره پر می‌کند و مراحل چرخه (I)- (V) را تکرار می‌کند؛ در نتیجه نیتروژن اضافی در مخلوطی که باید تصفیه شود. به راحتی در سیستم جذب نوسان فشار حذف می شود و مخلوط گاز سنتز آمونیاک مورد نیاز را بدون استفاده از جداسازی هوا یا کارخانه های تولید نیتروژن برای تامین نیتروژن در گاز سنتز آمونیاک مذکور تولید می کند.

15. روش طبق ادعای 14، جریان گاز شستشو از انتهای ورودی بستر با فشار حدود 60 تا 100 بار با احتساب انبساط آن خارج می شود. جریان گاز پاک کننده برای تولید الکتریسیته و بهبود بیشتر کل فرآیند سنتز آمونیاک استفاده می شود.

16. روش طبق ادعای 15، شامل انبساط تخلیه مذکور از انتهای ورودی بستر جذب در یک توربین انبساط است. جریان گاز پاک کننده برای تولید الکتریسیته و بهبود بیشتر کل فرآیند سنتز آمونیاک استفاده می شود.

17. روش ادعای 16 که در آن گفته شد گاز پاک کننده از قبل گرم شده و/یا با هوا احتراق می شود و تا فشار تقریباً اتمسفر منبسط می شود.

18. روش ادعای 14 که در آن مخلوط گاز انتقال داده شده به سیستم جذب نوسان فشار حاوی نیتروژن اضافی حدود 1/1 تا 2/4/1 هیدروژن/نیتروژن مولی است.

19. روش ادعای 18 که در آن سیستم جذب نوسان فشار از یک سیستم چند بستر تشکیل شده است، هر بستر جذب، عملیات چرخه ای مذکور را در یک توالی از پیش تعیین شده انجام می دهد.

20. روش مطابق ادعای 14، که در آن مخلوط گاز سنتز آمونیاک مذکور که از سیستم جذب صرفه جویی در فشار خارج می شود، حاوی 75 درصد هیدروژن و 25 درصد نیتروژن حجمی، با مقادیر کمی مونوکسید کربن، متان و هیدروژن است.

21. یک دستگاه بهبودیافته برای تولید آمونیاک مصنوعی شامل: (الف) یک واحد تبدیل هیدروکربن برای تبدیل یک جریان هیدروکربنی به مخلوط گاز خروجی حاوی هیدروژن و مونوکسید کربن، واحد مذکور شامل یک هوای دوم یا واحد اکسیداسیون جزئی با هوا است؛ تبدیل، همچنین از جمله وسایلی برای تامین هوا با محتوای نیتروژن به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از محتوای نیتروژن استوکیومتری سنتز آمونیاک مذکور؛ (ب) تبدیل مونوکسید کربن موجود در مخلوط گاز خروجی مذکور یک واحد انتقال گاز آب برای هیدروژن و دی اکسید کربن؛ (ج) یک جذب نوسان فشار سیستمی برای گرم کردن این مخلوط شیفت و نیتروژن موجود در هوای موجود در واحد شیفت هیدروکربنی مذکور، سیستم مذکور قادر به استخراج جذب انتخابی دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، متان و سایر ناخالصی ها از هیدروژن و بخشی از نیتروژن در گاز مخلوط مذکور است. د) کانالی که قادر به تخلیه گاز مخلوط هیدروژن و نیتروژن با سنتز آمونیاک نیمه خالص شده از سیستم مذکور است؛ (ه) تخلیه شده از سیستم مذکور دستگاه مجرای جریان گاز پاک کننده؛ نیتروژن اضافی موجود در مخلوط پسابی که باید تصفیه شود به راحتی در سیستم جذب نوسان فشار برای تولید گاز سنتز آمونیاک مورد نیاز حذف می شود، بدون نیاز به استفاده از جداسازی هوا یا کارگاه تولید نیتروژن برای تهیه آن. گاز سنتز آمونیاک نیتروژن

22. دستگاه طبق ادعای 21، شامل پمپی است که قادر به انبساط تخلیه از سیستم جذب نوسان فشار مذکور است. واحد توربین انبساط برای شستشوی گاز.

23. دستگاه ادعای 21 که در آن اصلاح کننده هیدروکربنی مذکور شامل یک کمپلکس اصلاح کننده اول و دوم است که در آن مخلوط گاز اصلاح شده دوم گرمای جذب شده توسط جریان هیدروکربنی را برای اصلاح اول فراهم می کند.

24. دستگاه ادعای 21 که در آن واحد تغییر هیدروکربن مذکور اساساً از یک اصلاح کننده اول و یک اصلاح کننده دوم تشکیل شده است.

25. دستگاه ادعای 21 که در آن واحد تغییر هیدروکربن شامل یک واحد اکسیداسیون جزئی است.

26. دستگاه ادعای 21 که در آن سیستم جذب نوسان فشار از یک سیستم چند بستر تشکیل شده است.

27. دستگاه ادعای 21 که در آن سیستم جذب نوسان فشار از حداقل 4 بستر جذب تشکیل شده است.

28. دستگاه ادعای 21 شامل یک واحد متاناسیون برای تبدیل مونوکسید کربن و دی اکسید کربن باقی مانده در مخلوط سنتز آمونیاک نیمه خالص شده به متان.

منبع :

Document
فروش مواد شیمیایی فقط جهت مراکز دولتی، شرکتها، پژوهشگاهها، محققین و اساتید دانشگاه انجام میشود لطفا درخواست خود را به شماره واتس آپ یا تلگرام یا ایتا 09365036989 ارسال کنید