Промывка жидким азотом
Промывка жидким азотом в основном используется для производства синтез-газа аммиака на заводах по производству удобрений. Обычно это последний этап очистки в технологическом процессе производства аммиака перед фактическим производством аммиака . [1]
Конкурирующие технологии
[ редактировать ]Целью заключительного этапа очистки перед фактическим производством аммиака является удаление всех компонентов, которые являются ядовитыми для чувствительного катализатора синтеза аммиака . [2] Это можно сделать с помощью следующих концепций:
- Метанирование , формально стандартное понятие с тем недостатком, что содержание метана не удаляется, а даже увеличивается, [2] так как в этом процессе оксиды углерода ( окись углерода и углекислый газ ) превращаются в метан . [3]
- Адсорбция при переменном давлении , которая может заменить низкотемпературный сдвиг, удаление углекислого газа и метанирование, [2] поскольку в этом процессе образуется чистый водород, который можно смешать с чистым азотом. [3]
- Промывка жидким азотом , которая производит синтез-газ с аммиаком для так называемого «безинертного» контура синтеза аммиака, который может работать без вывода потока продувочного газа. [3]
Функции
[ редактировать ]Промывка жидким азотом выполняет две основные функции: [1]
- Удаление примесей, таких как окись углерода , аргон и метан , из сырого газообразного водорода.
- Добавление необходимого стехиометрического количества азота в поток водорода для достижения правильного аммиака в синтез-газе соотношения водорода и азота 3:1.
Окись углерода должна быть полностью удалена из синтез-газа (т.е. синтез-газа ), поскольку она токсична для чувствительного катализатора синтеза аммиака . [4] Компоненты аргон и метан являются инертными газами в контуре синтеза аммиака, но там они обогащаются и требуют установки системы продувочного газа с потерями синтез-газа или дополнительных затрат на установку разделения продувочного газа. Основными источниками подачи сырьевых газов являются процессы частичного окисления .
Подготовка синтез-газа
[ редактировать ]Поскольку синтез-газ, выходящий из процесса частичного окисления, состоит в основном из монооксида углерода и водорода , обычно устанавливают толерантную к сере реакцию конверсии CO (т.е. реакцию конверсии водяного газа ), чтобы преобразовать как можно больше монооксида углерода в водород.
Преобразование монооксида углерода и воды в водород также приводит к образованию диоксида углерода , обычно его удаляют в процессе очистки кислого газа вместе с другими кислыми газами, такими как, например, сероводород (например, в промывочной установке Rectisol ). [1]
Компоненты
[ редактировать ]Промывка жидким азотом состоит из
- Адсорберная установка, в которой следы растворителя, образующиеся в процессе очистки кислого газа на входе (например, метанол , вода ), следы диоксида углерода или других соединений полностью удаляются в слое молекулярного сита во избежание замерзания [1] и последующая блокировка низкотемпературного процесса, который работает при температурах до 80 К (-193 °C или -315 °F). [5] и
- Сама промывка жидким азотом заключена в так называемую холодную камеру, где расположено все криогенное технологическое оборудование и изолировано, чтобы свести к минимуму попадание тепла из окружающей среды. [6]
Принцип работы
[ редактировать ]Название «Промывка жидким азотом» немного вводит в заблуждение, поскольку для очистки извне подается не жидкий азот, а газообразный азот под высоким давлением, подаваемый установкой разделения воздуха , которая обычно также обеспечивает кислород для предшествующего частичного окисления . [7]
Этот газообразный азот под высоким давлением частично сжижается в процессе и используется в качестве моющего средства. В так называемой колонне промывки азотом примеси монооксида углерода, аргона и метана вымываются из синтез-газа с помощью этого жидкого азота. Эти примеси растворяются вместе с небольшой частью водорода и покидают колонну в виде нижнего потока.
Очищенный газ покидает колонну сверху. Очищенный синтез-газ нагревается и смешивается с необходимым количеством газообразного азота высокого давления для достижения соотношения водорода к азоту 3 к 1, а затем может быть направлен на синтез аммиака . [5]
При рабочем давлении выше примерно 50 бар (а) потребность в охлаждении промывочной жидкости жидким азотом покрывается эффектом Джоуля-Томсона . [4] и не требуется никакого дополнительного внешнего охлаждения, например, путем испарения жидкого азота.
Преимущества сочетания промывки жидким азотом с ректизолевым процессом
[ редактировать ]Промывка жидким азотом особенно удобна в сочетании с промывочной установкой Rectisol . Комбинация и выгодные соединения между блоком промывки Rectisol и промывкой жидким азотом приводят к уменьшению размеров оборудования и повышению удобства эксплуатации.
Газ, поступающий из промывочной установки Rectisol, может быть направлен в промывку жидким азотом при низкой температуре (непосредственно из абсорбера метанола, не подогреваясь). [5] Поскольку часть очищенного газа повторно нагревается в блоке промывки Rectisol, небольшие колебания расхода и температуры можно легко компенсировать, что обеспечивает лучшую эксплуатационную эффективность.
Для улучшения извлечения водорода можно установить встроенную систему рециркуляции водорода из промывочной установки жидким азотом в установку промывки Rectisol, которая использует уже существующий рециркуляционный компрессор установки промывки Rectisol для обратной переработки богатого водородом мгновенного газа из установки промывки жидким азотом. в сырьевой газ установки промывки Rectisol. Это приводит к чрезвычайно высокой степени извлечения водорода без какого-либо дополнительного оборудования.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Организация ООН по промышленному развитию, Международный центр разработки удобрений, Руководство по удобрениям , Springer Science & Business Media, 31 марта 1998 г., стр. 184 и далее.
- ^ Jump up to: а б с Макс Аппл, Современные производственные технологии , CRU Publishing Ltd, февраль 1997 г., стр. 29 и далее.
- ^ Jump up to: а б с А. Нильсен (ред.), Аммиак, катализ и производство , Springer-Verlag, 1995, стр. 216 и далее.
- ^ Jump up to: а б Кристофер Хигман, Мартен ван дер Бургт, Газификация , второе издание, Gulf Professional Publishing, 2008, стр. 354 и далее.
- ^ Jump up to: а б с Х. Хаузен, Х. Линде, Tieftemperaturtechnik , Springer Verlag, 1985, стр. 414 и далее.
- ^ Линде Инжиниринг. «Промывка жидким азотом».
- ^ Джеймс А. Кент, Справочник Кента и Ригеля по промышленной химии и биотехнологии: Том. 1 , Springer Science & Business Media, стр. 1023.