CC BY
1090Ж ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
Передовые технологии фирмы «Казале» для новых агрегатов по производству удобрений и метанола
Паскуале Таларико, старший инженер-технолог Группы Казале
Александр Хорьков, инженер-технолог Московского представительства Группы Казале
Компания «Аммониа Казале», учредитель Группы Казале, занимается проектированием новых агрегатов аммиака начиная с первой половины прошлого века. С конца 70-х гг. Группа Казале получила всемирную известность в области реконструкции существующих агрегатов аммиака, карбамида и метанола любого типа, заняв лидирующую позицию в этой области деятельности. Позднее Казале разработала передовые технологии проектирования новых агрегатов аммиака, карбамида и метанола по которым были построены и строятся новые заводы.
Природный газ как сырье может использоваться для производства аммиака и метанола. Аммиак может использоваться в производстве карбамида, который выступает и как сельхозудобрение, и как исходный продукт для получения меламина.
Метанол является базовым компонентом для производства большого количества химических веществ и промежуточных соединений, таких как формальдегид, ук-
сусная кислота, МТБЭ. Также метанол участвует в производстве биотоплива, ДМЭ, олефинов (например, пропилена).
НАЧИНАЯ СО ВРЕМЕНИ ОСНОВАНИЯ И ПО СЕЙ ДЕНЬ КОМПАНИЯ «АММОНИА КАЗАЛЕ» АКТИВНО
занимается строительством
НОВЫХ ЗАВОДОВ, КОТОРЫХ НАСЧИТЫВАЕТСЯ БОЛЕЕ 200 ПО ВСЕМУ МИРУ
Аммониа Казале является одной из старейших компаний в сфере производства синтетического аммиака. Она была основана в Лугано (Швейцария) в 1921 г. с целью промышленного развития и коммерциализации изобретений д-ра Луиджи Казале в области каталитического синтеза аммиака.
Начиная со времени основания и по сей день компания «Аммониа Казале» активно занимается строительством новых заводов, которых насчитывается более 200 по всему миру.
В настоящее время Казале представляет группу компаний, активно работающих в различных областях, а главной ее задачей является разработка технологий для производства аммиака, карбамида и метанола.
Основной сильной позицией Казале является лицензирование своих технологий. Большая часть технологий разрабатывается на самой
40 газохимия май-июнь 2009
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
ТЕХНОЛОГИИ Ж
РИС. 1. СТАНДАРТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА КАЗАЛЕ
AIR СО}
фирме командой высококвалифицированных и опытных специалистов. Благодаря инновационному подходу, заложенному основателем компании д-ром Луиджи Казале, а также наследию последующих команд руководства, Казале сделала существенный вклад в технологию.
Сегодня технологическое проектирование сопровождается серьезным изучением химизма процессов, поведения катализатора, данных по кинетике, тепло- и массопереносу, механике сплошных сред, а также науки о конструкционных материалах, анализом стоимости.
Технические службы Казале располагают специалистами во всех вышеназванных областях, так же как и сложными средствами для исследования, анализа и наглядного представления сложных явлений, что невозможно осуществить с помощью квалифицированных расчетов вручную.
За последние десятилетия компания «Казале» очень активно проводила работу по реконструкции существующих агрегатов и имеет большой опыт в проектировании и реализации проектов по реконструкции всего агрегата, включая основные модификации по ключевому оборудованию. Стратегия Казале по реконструкции агрегатов заключается в разработке и применении новых прогрессивных технологий для получения наилучшего возможного варианта улучшения показателей работы агрегата при минимальных капитальных затратах с целью снижения энергопотребления и/ или повышения мощности.
Применяя ту же стратегию как естественное продолжение своей деятельности по реконструкции, Казале разработала новые технологии для новых агрегатов аммиака, карбамида и метанола.
Технологии для новых агрегатов аммиака
Группа Казале от лица своей компании «Аммониа Казале» предлагает высокоэффективные проекты для строительства новых агрегатов аммиака. Для мощностей агрегата до 2500-3000 т/сут Казале предлагает свою стандартную технологию, тогда как для мощности свыше 3000 т/сут может спроектировать агрегат в соответствии с технологией MEGAMMONIA®.
Стандартная технология Казале производства аммиака на основе природного газа основана на клас-
сическом применении парового риформинга. Основные стадии процесса показаны на рис. 1:
■ обессеривание;
■ первичный и вторичный риформинг;
■ НТК и ВТК;
■ очистка от CO2;
■ метанирование;
■ осушка синтез-газа;
■ компрессия;
■ синтез аммиака;
■ выделение водорода.
Основные характеристические элементы технологии Казале:
■ высокоэффективная конструкция вторичного риформинга;
■ аксиально-радиальная конструкция аппаратов конверсии СО;
■ система промывки аммиаком (с использованием эжектора);
■ аксиально-радиальная конст-
РИС. 2. АКСИАЛЬНО-РАДИАЛЬНАЯ ПОЛКА
рукция конвертора синтеза аммиака;
■ передовая конструкция котла-утилизатора в контуре синтеза.
Высокоэффективная конструкция Казале для вторичного риформинга основана на самой передовой технологии для горелки вторичного риформинга, которая была разработана на основе глубоких знаний процессов горения и механики сплошных сред с целью достижения очень высокой эффективности горения с низким потреблением энергии.
Высокоэффективная горелка Казале для вторичного риформинга имеет следующие особенности:
■ идеальное смешивание в пламени;
■ низкие перепады давления как в воздушном, так и в технологическом потоке;
■ однородный состав газа и распределение температуры на входе в слой катализатора;
■ меньшая длина языка пламени во избежание его попадания на катализатор при больших нагрузках;
■ низкая температура поверхностей горелки, подвергающихся воздействию пламени;
■ защита огнеупорной футеровки от горячей активной части пламени.
Аксиально-радиальная конструкция Казале используется для проектирования как конверторов СО, так и колонн синтеза аммиака.
Распределение аксиально-радиального потока газа на полках (рис. 2) происходит следующим образом: большее количество (около 90%) газа проходит через катализаторную
МАЙ-ИЮНЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 41
ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
РИС. 3. СИСТЕМА ПРОМЫВКИ АММИАКОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЖЕКТОРА
Важной чертой в проектировании контура синтеза аммиака является современная конструкция котла-утилизатора фирмы «Казале» после колонны синтеза
полку в радиальном направлении со значительным понижением перепада давления по сравнению с осевым потоком. Оставшееся количество поступает вниз через верхний слой катализатора в осевом направлении, устраняя необходимость в верхней крышке катализаторных полок.
Механически полка является простой конструкцией, представленной двумя перфорированными вертикальными стенками и закрытым днищем полки. Верхняя крышка отсутствует. Это облегчает и упрощает конструкцию внутренних устройств колонны.
Важнейшими преимуществами использования технологии катализаторных полок с аксиально-радиальным направлением потока, в какой бы установке производства аммиака она ни применялась, ЯВЛЯЮТСЯ:
■ низкий перепад давления:
■ высокая эффективность благодаря применению мелкозернистого катализатора.
Оба эти преимущества являются важными особенностями, позволяющими свести к минимуму размер оборудования и энергопотребление. Использование аксиально-радиальной конструкции Казале в конверторах ВТК и НТК гарантирует дополнительно к названным выше следующие преимущества:
■ низкая средняя концентрация СО на выходе;
■ высокая надежность и больший срок службы катали-
затора благодаря более высокому сопротивлению ядам и уносу воды;
■ больший срок службы катализатора благодаря постоянному перепаду давления в аппарате.
Перед поступлением в контур синтеза синтез-газ осушается с помощью системы промывки аммиаком Казале с использованием эжектора (рис. 3), которая основана на технологии промывки жидким аммиаком, применяющемся для осушки синтез-газа.
Система промывки аммиаком Казале с использованием эжектора состоит из специального эжектора, обеспечивающего отличный контакт между жидким аммиаком и синтез-газом, и последующего за
РИС. 4
АКСИАЛЬНОРАДИАЛЬНЫЙ КОНВЕРТОР АММИАКА
эжектором сепаратора, что делает данную систему, полностью удаляющую воду и СОг из синтез-газа, очень простой и эффективной.
Основные преимущества данной системы заключаются В следующем:
■ сведение к минимуму энергопотребления холодильным компрессором, ак как синтез-газ может на-
правляться непосредственно в колонну синтеза;
■ сведение к минимуму энергопотребления циркулятором, так как температура на всасывающей линии становится очень низкой;
■ получение выигрыша в давлении синтез-газа для выделения аммиака.
Конвертор синтеза аммиака (рис. 4) также базируется на технологии аксиально-радиального распределения потока Казале.
Степень конверсии за проход, таким образом, максимально увеличивается, при этом минимизируется энергопотребление в контуре синтеза и размер его оборудования.
Важной чертой в проектировании контура синтеза аммиака является современная конструкция котла-утилизатора фирмы «Казале» после колонны синтеза.
Котел-утилизатор Казале представляет собой теплообменник с U-образными трубками, в которых кипит вода со стороны трубного пространства, а со стороны межтрубного пространства проходит технологический газ. Корпус высокого давления охлаждается более холодным потоком газа на выходе. Единственные ферритные части, которые находятся в контакте с горячим газом, — трубы, охлаждающиеся кипящей водой. С такой специальной конструкцией становится возможным избежать риска нитрирования.
Стандартная технология производства аммиака Казале имеет высокоэффективные характеристики:
■ соотношение пар/углерод (относится только к потоку ПГ): от 2.9 до 1;
■ остаточная концентрация CO с НТК: менее 0,3 об. % (в пересчете на сухой);
■ CO2 из абсорбера: менее 300
об. ppm;
■ давление в контуре синтеза аммиака: 140-160 бар;
■ степень конверсии аммиака: около 20%.
А также очень низкие показатели энергопотребления (оцениваемые как сырьевые потоки + топливо + импорт пара от пускового котла и экспорт пара на агрегат карбамида):
■ около 6,7 Гкал/MT аммиака.
Высокая эффективность стандартной технологии производства аммиака Казале делает возможным при данной мощности уменьшить размеры оборудования и, следовательно, сократить инвестиционные затраты
42 ГАЗОХИМИЯ МАЙ-ИЮНЬ 2009
ТЕХНОЛОГИИ
на постройку завода по сравнению с другими технологиями.
Стандартная технология производства аммиака Казале разработана таким способом, чтобы свести к минимуму влияние на окружающую среду. Фактически единственными жидкими стоками являются компоненты продувки котла и конденсат межступенчатых холодильников компрессора. Компоненты продувки котла после вскипания и охлаждения используются как под-питочная вода для пополнения ВОЦ. То же самое справедливо и для конденсата межступенчатых холодильников компрессора, который возвращается в коллектор оборотной воды. Единственным газообразным выбросом является отходящий газ из первичного риформинга, содержащий 110 мг/нм3 NOx. Гарантийный показатель по NOx составляет величину менее требуемой Евросоюзом для новых агрегатов (140 мг/нм3, рассчитанный при 3% избытка кислорода).
Технология MEGAMMONIA®
Технология MEGAMMONIA® разработана Казале вместе с компанией Lurgi для проектирования агрегатов аммиака на природном газе в одну нитку с очень большой мощностью.
Основная концепция технологии MEGAMMONIA® заключается в использовании автотермического риформинга для производства син-
СТАНДАРТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА КАЗАЛЕ РАЗРАБОТАНА ТАКИМ СПОСОБОМ, ЧТОБЫ СВЕСТИ К МИНИМУМУ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
тез-газа при более высоком давлении по сравнению со стандартным процессом, использовании технологии очистки от диоксида углерода, основанной на физической аб-
сорбции CO2 (Rectisol®), которая более эффективна при повышенном давлении по сравнению со стандартными химическими процессами, а также в высокоэффективной конструкции конверторов СО и конверторов синтеза аммиака, что позволяет в комбинации с узлом промывки азотом сохранить размеры конверторов СО и колонн синтеза аммиака, равно как и всего контура синтеза в конструкционных рамках даже при очень высокой производительности.
РИС. 5. БЛОК-СХЕМА ТЕХНОЛОГИИ MEGAMMONIA™
май-июнь 2009 газохимия 43
Ж ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
Как показано на рис. 5, технологический процесс MEGAMMONIA® включает следующие основные отделения:
разделение воздуха (ASU); обессеривание; автотермический риформинг (ATR);
■ высокотемпературный конвертор СО;
очистка от CO2;
■ промывка азотом;
■ компрессия;
■ синтез аммиака.
Блок ASU, являясь хорошо известным и широко используемым процессом, используется для получения
газообразного потока почти чистого кислорода, который требуется в ATR, и потока чистого азота, который используется для осушки синтез-газа и удаления всех инертов, поставляя при этом требующееся количество азота для отделения синтеза.
Блок ATR, располагающийся после секции обессеривания природного газа, состоит из предриформинга, где происходит превращение всех высших углеводородов в водород и метан, далее находится огневой подогреватель газа и сам реактор ATR. Использование ATR позволяет получать большое количество синтез-газа без ограниче-
ний первичного риформинга по размерам и рабочему давлению. Фактически ATR помогает избежать установки параллельно работающих отделений и максимально упрощает конструкцию агрегата, что, в свою очередь, дает преимущество — уменьшение капитальных затрат.
Для реактора ATR используются самые передовые конструкции горелок, основанные на глубоком знании специалистами Казале процессов горения и механики сплошных сред. После ATR располагается конвертор CO, состоящий из двух последовательно расположенных аксиально-радиальных полок с обычным катализатором ВТК. Аксиальнорадиальная конструкция является основной, позволяющей минимизировать объем катализатора, гидравлическое сопротивление аппарата и его диаметр, что очень важно для достижения высоких мощностей.
Очистка газа проводится в два этапа: сначала удаляется CO2, а затем — остальные примеси, в основном CO, CH4 и Ar.
CO2 удаляется путем абсорбции холодным метанолом в соответствии с хорошо известным процессом Rectisol®. Данный процесс, основанный на физической абсорбции, наилучшим образом подходит для максимального уменьшения отделения очистки от CO2, а также относительно высокой эффективнос-
РИС. 6. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТУРА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПОТОКАМИ™
44 ГАЗОХИМИЯ МАЙ-ИЮНЬ 2009
ТЕХНОЛОГИИ Ж
ти, если он проводится при высоком давлении по технологии MEGAMMONIA®.
CO, CH4 и Ar удаляются промывкой газа жидким азотом, который получают на ASU. Выделенные примеси, CO, CH4 и Ar рециркулируются в ATR для использования в качестве топлива в огневом подогревателе. Поступивший азот остается в синтез-газе и подается вместе с H2 и N2 в правильной стехиометрической пропорции в отделение синтеза аммиака.
Отделение синтеза аммиака основано на применении аксиальнорадиальной конструкции. Колонна синтеза аммиака имеет трехполочную конструкцию с двумя промежуточными теплообменниками. Наиболее эффективная конструкция конвертора синтеза в комбинации с отсутствием инертов позволяет достичь очень большой мощности контура синтеза. После колонны синтеза располагается котел, сконструированный с соответствии с передовым проектом Казале.
Благодаря инновационному проекту и особенностям технологии MEGAMMONIA® обладает выдающимися показателями работы, такими как очень низкое энергопотребление (оцениваемые как сырьевые потоки + топливо + импорт пара от пускового котла и экспорт пара на агрегат карбамида) — около 6,6 Гкал/МТ аммиака.
Эти выдающиеся показатели позволяют строить агрегаты в одну нитку с очень большой мощностью (4000 т/сут и выше).
Технологии Казале для новых агрегатов карбамида
Уреа Казале — компания Группы Казале, работающая в области карбамида и создавшая новейшую технологию для проектирования нового агрегата карбамида.
Эта технология называется Контур с разделенными потоками™ и представляет собой улучшенный процесс стриппинга CO2.
Основная концепция технологии с разделенными потоками заключается в разделении всего количества инертов, присутствующих в подаваемом CO2, таким образом, что только незначительная их часть направляется в реактор, который работает с минимально возможным количеством инертов. Вдобавок высокая эффективность конденсации достигается в конденсаторе карбамата ВД при использовании затоплен-
ного конденсатора. Это происходит на следующих этапах:
■ Пары, содержащие NH3, CO2, H2O и инерты, выходящие из стриппера ВД, разделяются таким образом, что незначительная их часть направляется непосредственно в реактор, в то время как большая часть направляется в конденсатор карбамата ВД.
CO2 в качестве стриппингующего вещества, выделяется большая часть непрореагировавших NH3 и CO2.
■ Часть непрореагировавших NH3 и CO2, выделяемых в стриппи-ре, направляется непосредственно в реактор, в то время как остальная часть рециркулируется обратно в реактор через конденсатор ВД.
■ Из стриппера раствор карба-
Уреа Казале — компания Группы Казале, работающая в области карбамида и создавшая новейшую технологию для проектирования нового агрегата карбамида
■ Часть паров, направленных в конденсатор карбамата ВД, полностью конденсируется в затопленном конденсаторе, получая поток карбамата и несконденсированный поток инертов.
■ Поток инертов, покидая конденсатор карбамата ВД, направляется непосредственно в скруббер ВД, байпассируя реактор.
Основные этапы технологии контура с разделенными потоками следующие (рис. 6):
■ Раствор из реактора сначала обрабатывается в стриппере, работающем при том же давлении, что и реактор, в котором, используя пар и
мида, все еще содержащий непрореагировавшие NH3 и CO2, в виде карбамата направляется на стадию разложения/конденсации при низком давлении, где практически все оставшиеся непрореагировавшие NH3 и CO2 выделяются в виде раствора карбамата.
■ Затем раствор карбамида, содержащий лишь незначительное количество NH3 и CO2, направляется в двухступенчатую секцию вакуумной выпарки для получения плава карбамида для гранбашни или гранулятора.
■ Технологический конденсат, полученный из вакуумных конденсаторов, очищается в двух колоннах и одном гидролизере для удаления всего NH3, CO2 и карбамида.
■ Раствор карбамата, полученный в секции НД, направляется в скруббер ВД, в котором промываются инерты, выходящие из контура ВД.
Раствор, выходящий из реактора, обрабатывается в стриппере ВД, в котором карбамат, имеющийся в растворе и содержащий непрореагировавшие NH3 и CO2 , разлагается при подаче CO2 в качестве стрип-пингующего вещества.
Поток пара, содержащий (NH3, CO2 и H2O) вырабатываемый в стриппере и содержащий также все инерты, разделяется после выхода из стриппера ВД.
Только часть этого потока пара направится в конденсатор карбамата ВД (ККВД), остальные пары бай-пасируют конденсатор и направляются непосредственно в реактор.
Фактически ККВД является полным конденсатором затопленного типа и поток карбамата, полученный в данном оборудовании, направляется в реактор.
Полная конденсация в конденсаторе невозможна из-за наличия
МАЙ-ИЮНЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 45
Ж ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
инертов, поэтому небольшое количество несконденсированных паров выходит из верхней части конденсатора и направляется непосредственно в скруббер ВД вместе с инертами.
Таким образом, около 2/3 от общего количества инертов, находящихся в CO2, не направляется в реактор и, следовательно, конверсия карбамида становится максимальной.
В скруббере ВД NH3 и CO2 выделяются из потока инертов, выходящего из ККВД и реактора, используя поток карбамата, выходящий из секции выделения ВД. Поток карбамата, выходящий из скруббера ВД, направляется в ККВД для повышения степени конденсации, используя эжектор, приводимый в движение потоком аммиака, который также направляется в ККВД. Для поддержания правильного соотношения в ККВД часть подаваемого CO2 байпа-сируется в ККВД и направляется в реактор через новый эжектор, который увеличивает движущую силу для циркуляции всасываемого карбамата, выходящего из ККВД.
При технологии Контура с разделенными потоками™ секция синтеза работает с очень низким содержанием инертов и имеет следующие преимущества:
■ высокая степень конверсии CO2 в реакторе (до 63-64%);
■ высокая эффективность стриппингования;
■ высокая эффективность конденсации.
Поэтому технология Контура с разделенными потоками™ является высокоэффективной технологией для малой производительности и оборудования небольшого размера с низкими капитальными вложениями.
Технология Контура с разделенными потоками™ фирмы «Казале» подходит также для агрегатов с большой мощностью. Наиболее критическое оборудование для данной производительности имеет меньшие размеры, чем в агрегатах с традиционными технологиями.
Основными элементами, характеризующими контур ВД Контура с разделенными потоками™, являются: ■ Затопленный конденсатор Казале.
■ Высокоэффективные тарелки Казале-Денте.
■ Высокоэффективный гидро-лизер Казале, используемый в установке обработки технологического конденсата.
Затопленный конденсатор фирмы «Казале» представляет собой затопленный конденсатор с естественной циркуляцией. Смешанный поток из двух фаз поднимается по большинству труб, при этом только небольшое количество труб остается без паровой фазы, в этих трубах жидкость течет по направлению вниз благодаря градиенту плотностей в других трубах, что ведет к естественной циркуляции. Следовательно, новый режим внутреннего тока является пузырьковым режимом внутри непрерывного тока жидкости. Таким образом, площадь границы раздела двух фаз (газа и жидкости) значительно увеличивается, соответственно, способность теплообмена значительно улучшается. Более того, в новой конфигурации ККВД будет даже лучше защищен от коррозии, поскольку новые трубы будут лучше смачиваться.
Новая структура потока для ККВД показана на рис. 7 и может быть описана следующим образом.
■ Пары, выходящие из стриппера ВД, подаются через один из штуцеров, расположенных в нижней части аппарата, и распределяются
Технология Контура с разделенными потоками™
является высокоэффективной технологией для малой производительности и оборудования небольшого размера с низкими капитальными вложениями
РИС. 7. ЗАТОПЛЕННЫЙ КОНДЕНСАТОР™
РИС. 8. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ТАРЕЛКИ КАЗАЛЕ-ДЕНТЕ
46 ГАЗОХИМИЯ МАЙ-ИЮНЬ 2009
ТЕХНОЛОГИИ
внутри непрерывной жидкой фазы с помощью распределителя, находящегося в нижней части ККВД.
■ Благодаря своей низкой плотности двухфазовый поток течет вверх по трубам, по мере тока пары конденсируются.
■ Двухфазовый поток выходит из труб в районе верхней трубной решетки, инерты отделяются от сконденсировавшейся жидкости и выходят из конденсатора через верхний штуцер.
■ Свежая жидкость (аммиак и смесь карбаматов) входит в теплообменник через второй штуцер в нижней части и распределяется в трубах.
■ Верхний водослив определяет уровень жидкости в верхней части конденсатора, перетекающая жидкость выходит из конденсатора через второй верхний штуцер.
Затопленный конденсатор является очень эффективным конденсатором, в котором эффективность теплопереноса на 50% выше, чем в стандартном конденсаторе с падающей пленкой. К тому же значительное количество карбамида образуется в самом затопленном конденсаторе, что снижает нагрузку на реактор.
Высокоэффективные тарелки Казале-Денте являются наиболее эффективными тарелками, существующими
КОНСТРУКЦИЯ КАЗАЛЕ-ДЕНТЕ УЛУЧШАЕТ ГЕОМЕТРИЮ ТАРЕЛОК, ОБЕСПЕЧИВАЯ ОЧЕНЬ ХОРОШИЙ ПЕРЕНОС NHb И CO2 ИЗ ПАРОВ В ЖИДКУЮ ФАЗУ, В КОТОРОЙ ОБРАЗУЕТСЯ КАРБАМИД
на рынке, а также основным элементом, позволяющим повысить, насколько возможно, эффективность Контура с разделенными потоками™.
Конструкция Казале-Денте улучшает геометрию тарелок, обеспечивая очень хороший перенос NH и CO2 из паров в жидкую фазу, в которой образуется карбамид.
Новые тарелки (рис. 8) спроектированы следующим образом.
■ Предусмотрено разделение и распределение потоков через тарелки. Они гарантируют равномерный поток двух фаз и лучшее приближение к однородности потока двух фаз через весь реактор.
■ Разделенные потоки, идущие через тарелки, выбираются так, что достигается высокая эффективность смешивания между паром и жидкостью. Следовательно, осуществляется очень высокий перенос тепла и массы в жидкой фазе.
■ При соответствующей конструкции диаметр получаемых пу-
зырьков меньше, чем в любой предыдущей конструкции. Как результат увеличивается межфазная поверхность для массо- и теплообмена.
■ Создана значительно большая поверхность обмена между эмульсией и чистой жидкостью.
■ Более короткая длина рециркуляции потоков в фазе эмульсии значительно снижает сопротивление перемещения.
Эти тарелки изготавливаются из нескольких перевернутых U-образных балок, которые имеют большие отверстия для прохода жидкости на нижних крыльях и небольшие отверстия для прохода газа на откосах и в верхних секциях. Благодаря этой уникальной конструкции можно получить преимущество в виде очень маленьких пузырьков и, следовательно, очень высокую удельную площадь поверхности для переноса массы и тепла. Это преимущество сочетается с высокой эффективностью перемешивания между парами и жидкостью.
Следующим важным элементом технологии Контура с разделенными потоками™ является высокоэффективный гидролизерд, создающий возможность очень эффективной обработки технологического конденсата с удалением всего имеющегося аммиака и карбамида без ка-
МАЙ-ИЮНЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 47
Ж ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
ГРУППА КАЗАЛЕ В ЛИЦЕ СВОЕЙ КОМПАНИИ «МЕТАНОЛ КАЗАЛЕ» МОЖЕТ ПРЕДЛОЖИТЬ ОЧЕНЬ ЭФФЕКТИВНЫЕ ПРОЕКТЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВЫХ АГРЕГАТОВ МЕТАНОЛА
ких-либо последствий для окружающей среды или использованием его в качестве котловой питательной воды.
С помощью нового высокоэффективного гидролизера Уреа Казале, добавив при необходимости одну или две отпарные колонны, возможно полностью удалить NH3 и карбамид из технологического конденсата до остаточного значения менее 3 ppm.
Это значение отвечает требованиям по питательной котловой воде, следовательно, обработанный конденсат можно использовать для питания котлов с экономическими преимуществами.
Высокоэффективный гидролизер Казале (рис. 9) повышает эффективность процесса стриппинга паром для удаления NH2 и СО2 из конденсата с отделения обработки сточных вод для полного гидролиза содержания карбамида.
Эффективность повышается благодаря тому факту, что гидролизер делится на две зоны для поддержания на самом высоком уровне движущей силы для удаления NH3 и СО2. Обе зоны снабжены высокоэффективными тарелками Казале, кото-
рые делят их на сегменты. В каждом сегменте жидкость отделяется от паров (содержащих NH3 и СО2), создавая множество потоков паров, которые вновь входят в жидкость в виде небольших восходящих пузырьков, увеличивая тепломассообмен. Может быть использован пар давлением меньше 25 бар.
Технология Контура с разделенными потоками™ имеет очень высокие показатели:
■ общее потребление пара (24 бар) — 750 кг/МТ;
■ потребление CO2 — 735 кг/МТ;
■ потребление NH3 — 568 кг/МТ;
■ потребление электроэнергии — 22 кВт ч/МТ.
Высокая эффективность технологии Контура с разделенными потоками™ позволяет снизить для данной производительности размер оборудования и, следовательно, постро-
РИС. 9. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗЕР КАЗАЛЕ______________
: тКй йиПГГ I
ить завод с более низкими капитальными затратами по сравнению с другими технологиями.
Технологии Казале для строительства новых агрегатов метанола
Группа Казале в лице своей компании «Метанол Казале» может предложить очень эффективные проекты для строительства новых агрегатов метанола. Для агрегатов мощностью до 3000 Казале предлагает стандартные технологии, а для производительности выше 3000 MTQ, и до 7000-10000 Казале проектирует агрегат по своей передовой технологии производства метанола.
Стандартное производство метанола
Стандартная технология Казале для производства метанола на природном газе базируется на классическом паровом риформинге. Основные технологические отделения, показанные на рис. 10, следующие:
■ паровой риформинг;
■ рекуперация тепла и охлаждение;
■ компрессия;
■ синтез метанола;
■ дистилляция.
Конвертор синтеза в технологии Казале спроектирован в соответствии с самой передовой конструкцией конвертора метанола ИМК (изотермический метанольный конвертор), см. рис 11.
ИМК представляет псевдоизотермический конвертор, в котором поверхностью теплопереноса являются пластины внутри труб, а катализатор находится снаружи охлаждающих платин.
Эта новая конструкция имеет следующую основную характеристику:
■ Удаление тепла из разных частей каталитической полки может контролироваться независимо, обеспечивая точный контроль температурного профиля в слое катализатора и распределение температур в этом слое таким образом, чтобы масса катализатора могла работать как можно ближе к линии максимальной скорости реакции. Для удаления тепла из катализаторной полки не требуются трубные доски. Конвертор может быть спроектирован по конфигурации аксиальнорадиального потока.
Охлаждающей средой внутри пластин может быть свежий питающий газ конвертора, вода или другая среда, переносящая тепло. Также возможна комбинация различных сред.
48 ГАЗОХИМИЯ МАЙ-ИЮНЬ 2009
ТЕХНОЛОГИИ Ж
Другим преимуществом конструкции ИМК является возможность строительства конверторов, имеющих очень большую мощность в одном единичном сосуде.
Стандартная технология производства метанола фирмы «Казале» имеет очень хорошие характеристики, которые позволяют снизить для данной производительности размер оборудования и, следовательно, построить агрегат с меньшими капиталовложениями, чем при других технологиях:
■ соотношение пар/углерод (относится только к потоку природного газа): от 2,5 до 3,0;
■ давление в контуре метанола: 80 бар;
■ конверсия метанола: около 7%;
■ потребление энергии: около 6,9 Гкал/MT произведенного метанола.
Передовые технологии Казале для агрегатов производства метанола большой мощности
Передовая технология производства метанола была разработана Казале для конструкции с природным газом, базирующейся на агрегатах производства метанола с одной линией и очень высокой производительностью (до 7000 MTA и выше).
Основной концепцией передовой технологии производства метанола Казале является использование схемы комбинированного риформинга (или схема Banquy) для производства синтез-газа в большом количестве и использования конвертора «Казале ИМК», что приводит к очень высокой мощности конструкции с одним аппаратом.
Как показано на рис. 12, передовая технология производства метанола фирмы «Казале» включает следующие основные этапы:
■ разделение воздуха (ASU);
■ паровой риформинг;
■ автотермический риформинг (ATR);
■ рекуперация тепла и охлаждение;
■ компрессия;
■ синтез метанола;
■ дистилляция.
Комбинированный риформинг, также известный как схема Banquy, которая является комбинацией парового риформинга с автотермическим риформингом (ATR) с кислородом, позволяет делить природный газ на два потока: первый поток направляется к паровому ри-
РИС. 10. СТАНДАРТНЫЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ФИРМЫ КАЗАЛЕ
Передовая технология производства метанола
была разработана Казале для конструкции с природным газом, базирующейся на агрегатах производства метанола с одной линией и очень высокой производительностью (до 7000 MTA и выше)
формингу, в то время как второй байпасирует паровой риформинг и направляется напрямую к конвертору автотермического риформинга ATR вместе с выходящим потоком из парового риформинга и в отделении ATR реагирует с кислородом, полученным в установке разделения воздуха, для получения синтез-газа с составом, пригодным для производства метанола.
Горелка в ATR представляет собой специальную конструкцию Казале, позволяющую достичь идеального смешивания кислорода и газа с получением очень хорошего горения: ■ высокая надежность и долго-
РИС. 11. КОНВЕРТОР ИМК
вечность, несколько лет эксплуатации без каких-либо признаков износа;
■ высокая эффективность конверсии метана в синтез-газ;
■ полное отсутствие образования сажи, что видно из проведенных анализов и инспектирований катализатора ATR и оборудования, расположенного после потока;
■ большая гибкость: он успешно эксплуатировался при температурных условиях, составе и производительности, далеких от проектных.
Произведенный синтез-газ из секции комбинированного риформинга направляется после рекуперации тепла, охлаждения и компрессии, к секции синтеза.
Секция синтеза метанола базируется на конструкции ИМК. Конвертор метанола имеет двухполочную конфигурацию; на одной полке используется свежий газ, питающий конвертор в качестве охлаждающей среды, а на другой — кипящая вода.
Произведенный метанол очищается в стандартной системе дистилляции с тремя колоннами.
Благодаря новой передовой конструкции и специфическим особенностям передовая технология производства метанола имеет очень высокую эффективность, а именно — очень низкое общее потребление энергии: около 6,7 Гкал/MT произведенного метанола.
Эти высокие характеристики делают возможным построение агрегатов с очень большой производительностью (7000 МТ/сут и выше) в одну линию.
МАЙ-ИЮНЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 49
Ж ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
Реализации проектов по строительству новых агрегатов
Компания «Казале» постоянно работает над несколькими проектами, включающими внедрение технологий, описанных в предыдущих разделах. Агрегат, построенный по стандартной технологии производства аммиака Казале, в настоящее время работает с мощностью 2050 мт/сут на заводе, принадлежащем Razi Petrochemical Company. Новый агрегат, спроектированный Казале и построенный иранским субподрядчиком Pidec, работает с начала 2008 г.
Второй агрегат мощностью 2050 МТ/сут, строящийся для Shiraz Petrochemical Company, находится на стадии внедрения.
Недавно Казале подписала еще три контракта на проектирование трех новых агрегатов мощностью 2050 МТ/сут в разных местах в Иране.
Технология Контура с разделенными потоками™ производства карбамида внедрена на работающем в Украине агрегате, который был первоначально спроектирован в соответствии с технологией стрип-пинга CO2 и был реконструирован Казале путем модификации в агре-
гат с технологией Контура с разделенными потоками™.
Агрегат также включает высокоэффективные тарелки Казале для реактора и Затопленный Конденсатор™ в качестве конденсатора карбамата ВД, что делает данный проект полной референцией для технологии Контура с разделенными потоками™. Агрегат работает с 2003 г. по технологии Контура с разделенными потоками™ и производит 1500 мт карбамида в сутки. Данный агрегат был первоначально спроектирован по технологии стриппинга CO2 с мощностью 1000 мт карбамида в сутки.
В заключение отметим, что технология Контура с разделенными потоками™ хорошо зарекомендовала себя и, как это было продемонстрировано, наилучшим образом подходит для увеличения производительности существующих заводов (при этом сохранялось оборудование) и может использоваться для проектирования новых агрегатов с минимальными затратами.
Недавно Казале также спроектировала в соответствии с технологией Контура с разделенными потоками™ новый агрегат, который будет построен во Франции.
Стандартная технология производства метанола фирмы «Казале» в настоящее время применяется на двух агрегатах в России, спроектированных для мощности 1350 МТ/сут и 1650 МТт/сут соответственно. Агрегаты находятся в эксплуатации с 2000 и 2006 гг. соответственно.
Агрегат производительностью 7000 МТ/сут, спроектированный фирмой «Казале» по передовой технологии производства метанола, внедряется в Иране.
Ключевые компоненты технологий производства метанола Казале, такие как конвертор ИМК, работают при мощностях до 3200 МТ/сут.
Альянс Казале —
Фостер Уилер. Заключение
Methanol Casale и Foster Wheeler создали альянс для проектирования и строительства агрегатов производства метанола. Благодаря запатентованным технологиям, которыми владеют только два партнера, имеется возможность проектирования самых современных агрегатов. Роль Methanol Casale в альянсе заключается в предоставлении лицензии, разработке базового инжиниринга для всего агрегата, обеспечении шефнадзора за монтажом запатентованного оборудования. Роль Foster Wheeler в альянсе состоит в выполнении рабочего проекта, работ по закупке, шефнадзо-ре за строительством и, когда требуется, осуществлении самого строительства, а также в поставке первичного риформинга, являющегося запатентованным оборудованием. Непрерывно совершенствуя свои технологии, Казале имеет уникальную возможность, обладая запатентованными технологиями, проектировать агрегаты для всех трех продуктов — аммиака, карбамида и метанола. ЕХ
РИС. 12. ПЕРЕДОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ФИРМЫ «КАЗАЛЕ»
50 газохимия май-июнь 2009
