Рекуперация тепла в химическом процессе и установке, в частности, синтеза аммиака

Классификация по МПК: C01B

Патентная информация
Заявка на изобретение №: 
2012112644
Дата публикации: 
Четверг, Октябрь 10, 2013

1. Способ синтеза химического продукта, включающий стадии получения по меньшей мере одного добавляемого реагента в головной секции и реакции этого по меньшей мере одного добавляемого реагента в секции (10) синтеза с получением упомянутого продукта в жидком состоянии под высоким давлением, отличающийся тем, что:

а) по меньшей мере часть жидкого продукта (11), полученного в секции (10) синтеза, нагревают посредством теплообмена с источником сбросного тепла, обеспеченным этим процессом, с получением расширяемого потока (20) этого продукта в паровом или сверхкритическом состоянии;

б) поток (20) расширяемого продукта расширяют для рекуперации энергии с получением потока (21) расширенного продукта; и

в) поток (21) расширенного продукта конденсируют посредством теплообмена с соответствующей охлаждающей средой с получением потока (23) конденсата продукта.

2. Способ по п.1, в котором источником сбросного тепла является один или несколько технологических поток(ов) при температуре ниже 350°С и предпочтительно в диапазоне 50-300°С.

3. Способ по п.2, в котором источник сбросного тепла включает один или несколько следующих потоков: технологический поток, отбираемый из головной части; технологический поток, отбираемый из контура синтеза; дымовой газ из процесса горения; дымовой газ из процесса конверсии в головной секции.

4. Способ по п.1, в котором часть (30) конденсата продукта (23) нагнетают по существу при том же давлении, как в секции синтеза; затем часть конденсата продукта повторно нагревают посредством теплообмена с упомянутым источником сбросного тепла или с дополнительным источником сбросного тепла; и после нагрева часть продуктового потока расширяют для рекуперации энергии и снова конденсируют до жидкого состояния, образуя таким образом замкнутый контур (35).

5. Способ по п.1, в котором химическим продуктом является аммиак, а упомянутый жидкий продукт (11) представляет собой жидкий аммиак под давлением в диапазоне 80-300 бар.

6. Способ по п.5, в котором жидкий аммиак под давлением 100-180 бар и при температуре в диапазоне от -30 до 10°С нагревают до около 250°С посредством теплообмена с упомянутым источником сбросного тепла, получая поток аммиака в сверхкритическом состоянии, который затем расширяют до давления конденсации от 10 до 20 бар, после чего поток аммиака конденсируют при температуре конденсации, соответствующей упомянутому давлению конденсации, с получением конденсата аммиака низкого давления.

7. Способ по п.6, в котором давление конденсации составляет около 14-16 бар и температура конденсации около 35°С, причем конденсацию выполняют посредством теплообмена конденсирующегося потока аммиака с охлаждающим воздухом или водой при температуре окружающей среды.

8. Способ по любому из пп.5-7, в котором упомянутый источник сбросного тепла включает в себя один или несколько следующих источников: добавляемый синтез-газ для производства аммиака, отбираемый из низкотемпературного реактора конверсии СО в головной секции конверсии; добавляемый синтез газ для производства аммиака, выходящий из реактора метанирования в головной секции конверсии; дымовой газ из установки паровой конверсии в головной секции; нагретый продуктовый поток из контура синтеза.

9. Установка для синтеза химического продукта, включающая головную секцию, приспособленную к обеспечению по меньшей мере одного добавляемого реагента, и секцию (10) синтеза высокого давления для проведения реакции по меньшей мере одного добавляемого реагента и получения упомянутого химического продукта в жидком состоянии, отличающаяся тем, что она включает секцию (50) рекуперации энергии, которая содержит, по меньшей мере:

а) теплообменник (17), выполненный с возможностью теплообмена между по меньшей мере частью (16) жидкого продукта, полученного в секции синтеза, и потоком (18) источника сбросного тепла с получением расширяемого потока (20) упомянутого продукта в паровом или сверхкритическом состоянии;

б) детандер (13), выполненный с возможностью приема расширяемого потока в паровом или сверхкритическом состоянии и выработки механической энергии, полученной за счет расширения этого потока; и

в) конденсатор (22) ниже по потоку от детандера, обеспечивающий конденсацию потока, выходящего из детандера.

10. Способ реконструкции установки для производства аммиака, включающей головную секцию конверсии, приспособленную к обеспечению добавляемым синтез-газом для производства аммиака, и контур синтеза высокого давления, отличающийся тем, что:

а) обеспечивают теплообмен для нагрева по меньшей мере части жидкого продуктового аммиака посредством теплообмена по меньшей мере с одним источником сбросного тепла и получением таким образом нагретого потока аммиака высокого давления в паровом или сверхкритическом состоянии;

б) обеспечивают по меньшей мере детандер (13) и предпочтительно генератор (14), соединенный с детандером, для расширения потока аммиака и выработки энергии из упомянутого сбросного тепла;

в) обеспечивают конденсатор (22), приспособленный к конденсации потока аммиака на выходе из детандера.

11. Способ по п.10, в котором источник сбросного тепла является одним или несколькими из следующих источников: добавляемый синтез-газ для производства аммиака, отбираемый из реактора конверсии СО низкого давления в головной секции конверсии; поток добавляемого синтез-газа для производства аммиака, выходящий из реактора метанирования в головной секции конверсии; дымовой газ из установки паровой конверсии в головной секции; нагретый продуктовый поток из контура синтеза.

12. Способ рекуперации сбросного тепла в процессе синтеза химического продукта, в частности, аммиака, в котором по меньшей мере один добавляемый реагент, получаемый в головной секции, вступает в реакцию в секции синтеза, работающей при давлении выше, чем головная секция, с получением упомянутого продукта в жидком состоянии при высоком давлении, отличающийся тем, что:

используют сбросное тепло для увеличения теплосодержания по меньшей мере части жидкого продукта (11), произведенного в секции синтеза (10) посредством непрямого теплообмена, с получением таким образом потока расширяемого продукта в паровом или сверхкритическом состоянии; и

рекуперируют энергию посредством расширения потока в паровом или сверхкритическом состоянии по меньшей мере в одном соответствующем детандере.