Способ и технологический блок для получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака

1 Настоящее изобретение относится к способу получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака. Более конкретно, изобретение относится к способу и технологическому блоку для получения такого синтез-газа,предусматривающим последовательное проведение первичного и вторичного парового реформинга углеводородного сырья в теплообменном первичном паровом реформингреакторе и в последующем адиабатическом реформинг-реакторе. Синтез-газ, предназначенный для последующего производства аммиака, обычно получают путем ввода углеводородного сырья из природного газа или высших углеводородов в реакции эндотермического парового реформинга в трубчатом паровом реформинг-реакторе с огневым подогревом путем контакта с катализатором парового реформинга. Газ после первичного реформинга затем подают во вторичный адиабатический реформинг-реактор, в котором часть водорода и оставшиеся в газе количества углеводородов частично окисляются воздухом или воздухом, обогащенным кислородом, в присутствии катализатора вторичного реформинга. Из вторичного реформинг-реактора неочищенный синтез-газ, предназначенный для последующего производства аммиака и содержащий водород, моноокись углерода и двуокись углерода, образовавшиеся в ходе реакции исходного сырья в вышеуказанных реакциях парового реформинга, и азот вводят в газ путем добавления воздуха на этап вторичного реформинга. Тепло, необходимое для проведения реакций первичного эндотермического парового реформинга, обычно получают путем сжигания топлива на стороне топочного газа первичного парового реформинг-реактора, в котором катализатор расположен в вертикальных трубках,проходящих через упомянутый реформингреактор. Чтобы понизить необходимость в огневом обогреве и снизить расход топлива в первичном реформинг-реакторе было также предложено подавать часть тепла за счет использования выходящего потока газа, подвергнувшегося паровому реформингу, в качестве источника тепла. Такие способ и реактор упоминаются в патенте США 5,429,809, в котором тепло подается частично горячим топочным газом, полученным в результате сгорания топлива, и частично выходящим потоком горячих продуктов,образованным в теплообменном трубчатом реакторе байонетного типа. В основу настоящего изобретения положена задача дальнейшего понижения необходимости в огневом обогреве и снижения расхода топлива в ходе проведения последовательных этапов первичного теплообменного парового реформинга и вторичного реформинга для получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака из углеводородного сырья. 2 В соответствии с вышесказанным задачей настоящего изобретения является создание способа получения синтез-газа для последующего производства аммиака из углеводородного сырья, предусматривающего последовательные этапы первичного и вторичного каталитического парового реформинга исходного сырья в первичном теплообменном паровом реформингреакторе и в последующем вторичном реформинг-реакторе, и в котором выходящий поток газа, подвергнутый первичному паровому реформингу, нагревают непрямым теплообменом потоком горячих продуктов, выходящим с этапа вторичного реформинга, перед введением потока газа, подвергнутого первичному реформингу,во вторичный реформинг-реактор. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание технологического блока,предназначенного для использования в вышеуказанном способе парового реформинга. Указанный технологический блок, таким образом,содержит первичный теплообменный паровой реформинг-реактор, сообщенный со вторичньм паровым реформинг-реактором, и теплообменник типа сырье/выходящий поток, расположенный по ходу потока перед вторичным паровым реформинг-реактором, так что поток исходного углеводородного сырья, подвергнутый паровому реформингу и выходящий из первичного теплообменного парового реформинг-реактора,нагревают непрямым теплообменом потоком горячих продуктов, выходящим из вторичного парового реформинг-реактора. Термин "теплообменный паровой реформинг-реактор", в том смысле как он использован здесь и ранее, так и в последующем описании,относится к паровому реформинг-реактору,предусматривающему использование водяного пара и в котором тепло, необходимое для осуществления реакции первичного парового реформинга, происходящей в фиксированном слое катализатора первичного парового реформинга,доставляется частично горячим газом, полученным в результате сгорания, и теплом, содержащимся в газе первичного реформинга, путем пропускания обоих газов в режиме теплообмена со слоем катализатора через реформингреактор. В таком реформинг-реакторе тепло газа, подвергнутого реформингу, извлекают путем снижения температуры реформинга, которая обычно около 800 С, до более низкого уровня, обычно до температуры на выходе, которая обычно около 600 С. Равновесная температура у входа на этап проведения вторичного парового реформинга является температурой газа, подвергнутого первичному реформингу, на выходе из слоя катализатора первичного парового реформинга обычно она составляет более 800 С. При использовании теплообменных первичных паровых реформинг-реакторов в последовательности первичного и вторичного паро 3 вого реформинга без предварительного подогрева газа после первичного реформинга, то температура газа, подвергнутого первичному реформингу, у входа во вторичный реформингреактор ниже из-за непрямого теплообмена с рабочим газом в первичном реформингреакторе. Это приводит к снижению степени конверсии сырья на стадии проведения вторичного парового реформинга. Чтобы получить желаемый стехиометрический состав неочищенного синтез-газа, предназначенного для дальнейшего производства аммиака и подвергнутого вторичному реформингу, и достигнуть низкого содержания углеводородов в газе, как это требуется в последующем процессе синтеза аммиака, равновесная температура газа, подвергнутого первичному реформингу, в последовательности первичного теплообменного и вторичного реформинга без предварительного подогрева газа, подвергнутого первичному реформингу, должна быть выше,чтобы компенсировать более низкую степень конверсии углеводородного сырья на этапе вторичного реформинга. Благодаря предложенному согласно изобретению сочетанию вторичного реформингреактора и теплообменника типа сырье/выходящий поток, температуру газа после первичного парового реформинга, охлажденного ниже равновесной температуры в теплообменном реформинг-реакторе, повышают до температуры реакции, которая требуется для проведения реформинга во вторичном реформинг-реакторе, это достигается путем непрямого теплообмена с потоком горячих продуктов,выходящим из вторичного реформинг-реактора. Таким образом, расход топлива в первичном реформинг-аппарате с выгодой снижают за счет использования избытка тепла в газе, подвергнутого вторичному паровому реформингу, в теплообменнике типа сырье/выходящий поток. По сравнению с обычным первично-вторичным паровым реформингом использование заявляемого способа приводит к соответственно более низкой выходной температуре получаемого неочищенного синтез-газа, используемого для дальнейшего производства аммиака, на выходе из секции парового реформинга. Более низкая температура на выходе из секции проведения реформинга и сниженный расход топлива в первичном реформингреакторе приводят к общему улучшению расходных показателей в секции проведения реформинга. В дальнейшем изобретение будет более детально описано в последующем описании со ссылками на фигуру, представляющую собой упрощенную схему потоков, используемую в способе, соответствующем специфическому варианту осуществления настоящего изобретения. 4 В ходе осуществления способа, проводимом согласно специфическому варианту настоящего изобретения, газовое сырье 2, т.е. природный газ и водяной пар, вводят в первичный теплообменный реформинг-реактор 4 при температуре 450 С. Реактор 4 спроектирован как обычный трубчатый реактор байонетного типа,содержащий внутри оболочки 6 высокого давления, по меньшей мере, одну трубку реактора,состоящую из выполняющей роль оболочки внешней трубки 8, закрытой у ее выходного конца и концентрически окружающей внутреннюю теплообменную трубку 10 байонетного типа с открытыми концами. Расстояние между трубками 8 и 10 заполнено катализатором 12 первичного реформинга. Сырье 2, проходя через внешнюю трубку 8 и катализатор 12, подвергается первичному паровому реформингу путем контакта с катализатором 12. Тепло, необходимое для осуществления реакций эндотермического парового реформинга, протекающих на катализаторе 12, поставляется горячим топочным газом, полученным при сжигании топлива в горелке 14, установленной на днище, при этом горячий топочный газ на своем пути вдоль стенки внешней трубки 8 находится в режиме теплообмена с реагирующим сырьем, проходящим в трубке 8. Дополнительное тепло подается потоком горячего газа 16, выходящего после осуществления этапа первичного реформинга из катализатора 12, при этом на выходе из катализатора его температура составляет 800 С и он, проходя через внутреннюю трубку 10, находится в режиме теплообмена с реагирующим газообразным сырьем в катализаторе 12. Температура газа 16 после первичного реформинга снижается таким образом до 600 С. Газ 16 затем проходит в теплообменник 18 типа сырье/выходящий поток, в котором температура газа 16 повышается до 800 С непрямым теплообменом с горячим газом 20 после вторичного реформинга, который отводится из вторичного реформинг-реактора 22 при температуре 975 С. Вторичный реформинг-реактор 22 является адиабатическим реформинг-реактором обычной конструкции, в котором вновь нагретый газ 16 после первичного реформинга частично окисляется воздухом 24 в верхней части реактора и затем подвергается вторичному реформингу при контакте с катализатором вторичного реформинга, расположенным в виде фиксированного слоя 26 в нижней части реактора 22. Газ 20 после вторичного реформинга отводится у днища реактора при температуре 975 С и охлаждается до 825 С непрямым теплообменом, как описано выше. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения синтез-газа, предназначенного для дальнейшего производства аммиака, из углеводородного сырья, предусматривающий последовательные этапы первичного и вторичного каталитического парового реформинга сырья в первичном теплообменном паровом реформинг-реакторе и во вторичном реформинг-реакторе, и в котором выходящий поток газа, подвергнутый первичному паровому реформингу, нагревают непрямым теплообменом горячим потоком газообразных продуктов,выходящим с этапа вторичного реформинга,перед введением потока газа после подвергнутого первичному паровому реформингу во вторичный реформинг-аппарат. 2. Технологический блок для получения синтез-газа, предназначенного для дальнейшего производства аммиака, из углеводородного сырья, содержащий первичный теплообменный паровой реформинг-реактор, сообщенный со вторичным паровым реформинг-реактором, и теплообменник типа сырье/выходящий поток,расположенный по ходу потока перед вторичным паровым реформинг-реактором, так что 6 поток углеводородного сырья, подвергнутый паровому реформингу и выходящий из первичного теплообменного парового реформингреактора, нагревают непрямым теплообменом потоком горячих продуктов, выходящим из вторичного парового реформинг-реактора.