Hydrogen and Synthesis gas plant, Al Jubail, Saudi Arabia. Photoshoot October 2016, picture taken by Torsten Proß, Jürgen Jeibmann Photographik

Превращение аммиачных установок в настоящие универсальные производства

Технология Linde Ammonia Concept (LAC™) предоставляет потребителям бóльшую свободу выбора как сырьевых ресурсов, так и возможных побочных продуктов. Благодаря разным вариантам модульного дизайна, этот технологический процесс является также привлекательной перспективой для небольших аммиачных установок.

Многогранное решение

• Технология Linde Ammonia Concept – известная как LAC™ – предоставляет потребителям бóльшие возможности выбора из имеющейся у них номенклатуры сырья. Этот процесс можно также использовать для производства       побочных продуктов, таких как азот, аргон, водород, окись углерода, двуокись углерода и синтетический газ.
• Технологический процесс LAC требует меньше каталитических стадий и, благодаря этому, сокращает объем каталитических материалов и снижает количество потребляемой энергии. 
• Linde Engineering также предлагает это решение в виде модульной концепции, которая служит особенно привлекательным вариантом для малых установок для производства аммиака. 

Технология Linde Ammonia Concept предлагает бóльшую свободу выбора побочных продуктов. Операторы установок могут также использовать более широкий спектр сырья - от природного газа до метанола, нафты и тяжелой нефти.

Большинство компаний, эксплуатирующих установки для производства аммиака, будут приветствовать бóльшую свободу выбора как сырьевых ресурсов, так и возможных побочных продуктов. В то же самое время, они, разумеется, заинтересованы в оптимизации экономических показателей своего оборудования. «Мы разработали технологию Linde Ammonia Concept – или сокращенно LAC™ – специально, чтобы дать ответ на эти вызовы», - объясняет доктор Клеменс Вавжинек, работающий в департаменте развития бизнеса и технологии водорода и синтетического газа в компании Linde Engineering. «Это позволяет эксплуатирующим компаниям использовать для производства аммиака широкий спектр сырья, начиная от природного газа, включая остаточный газ с большим содержанием водорода и заканчивая сырой и тяжелой нефтью», - добавляет господин Вавжинек.

Тот факт, что инженеры компании Linde интегрировали стадию производства чистого синтетического газа в состав многоступенчатого процесса, является еще одним преимуществом, т.к. это дает потребителям возможность использовать потоки различных газов, содержащих ценные побочные продукты, такие как водород или окись углерода. Технологическая цепочка процесса LAC начинается с производства чистого водорода (H2). Который затем реагирует с азотом (N2) в присутствии катализатора, образуя аммиак (NH3). В отличие от традиционных заводов, процесс LAC разработан компанией Linde с целью исключения «балласта», поэтому в технологическом потоке нет инертных газов, таких как аргон и азот. Это исключает необходимость применения сложных процессов промывки и удаления, а также позволяет отказаться от трех каталитических процессов.


Установки для производства аммиака, работающие по технологии Linde Ammonia Concept

Для производства чистого водорода сырье в виде природного газа преобразуется в синтетический газ, представляющий собой смесь H2 и окиси углерода (CO). «Углеводороды преобразуются на первой технологической операции. Нам нужна только одна установка парового риформинга, чтобы сделать это в рамках процесса LAC™.L1, варианта технологии для получения легких углеводородов. Питаемая природным газом риформинговая установка LAC™.L1 спроектирована в расчете на максимальную эффективность его конверсии. Кроме того, традиционные установки для производства аммиака требуют наличия второй риформинговой установки, которая вводит в систему воздух из окружающей среды», - говорит господин Вавжинек. Этот воздух служит источником азота для реакции синтеза аммиака. Минус такого подхода заключается в том, что содержащийся в воздухе газ N2 транспортируется по системе с самого начала процесса, несмотря на то, что потребность в нем возникает на более поздней стадии. В противоположность этому, процесс LAC не вовлекает атмосферный воздух в этой точке. Вместо этого поток азота поступает от воздухоразделительной установки и подается в систему только перед реакцией синтеза NH3. Это исключает два следующих технологических этапа. Один из которых - это конверсия CO на следующей стадии процесса. Если традиционные установки требуют для этого две стадии, то в технологии Linde применяется специально разработанный изотермический реактор, который выполняет эту задачу за одну стадию. «Газ CO должен быть подвергнут конверсии для увеличения количества водорода в газовом потоке. Благодаря нашему изотермическому реактору, наш процесс требует гораздо меньшего объема катализатора для этого этапа», - объясняет эксперт компании Linde.

Linde-built ammonia plant in Togliatti, Russia, based on the Linde Ammonia Concept (LAC?).
Построенный компанией Linde аммиачный завод в г. Тольятти, Россия, работает по технологии Linde Ammonia Concept (LAC).

Изотермический реактор Linde в действии

Каталитическая реакция протекает в реакторе с неподвижным слоем. Пучки труб спиральной формы интегрированы в каталитический материал для рассеяния теплоты, образующейся при экзотермической реакции конверсии CO, вырабатывая при этом полезный пар. Спиральная конструкция делает эти трубы особенно эффективными в процессах охлаждения, поддерживая оптимальную рабочую температуру катализатора. Это повышает эффективность работы катализатора и срок его службы. Результатом этого также становится уменьшение побочных продуктов и эффективная рекуперация тепла реакции при снижении затрат на эксплуатацию реактора.

Использование короткоцикловой безнагревной адсорбции для очистки газового потока

Газовый поток с большим содержанием водорода, выработанный в изотермическом реакторе, необходимо промыть для удаления окиси и двуокиси углерода, которые в противному случае приведут к загрязнению катализатора синтеза аммиака. С технологией LAC™.L1 это достигается за счет использования другой технологии, разработанной компанией Linde и известной как короткоцикловая безнагревная адсорбция. На этом этапе газовый поток под большим давлением пропускают через адсорбционный материал, содержащий, например, молекулярное сито и активированный уголь. Этот материал эффективно захватывает такие компоненты как CO, CO2 и остатки метана из природного газа. Но водород проходит через этот слой и следует далее до этапа реакции синтеза аммиака. «Адсорбционный материал должен проходить регенерацию через регулярные промежутки времени. Для этого мы снижаем давление в оптимизированных циклах, стимулируя десорбцию удерживаемых молекул», - объясняет господин Вавжинек. Традиционные процессы, наоборот, требуют энергоемкого вымывания газа CO2 и еще одной каталитической ступени (метанизации) для снижения содержания CO и CO2 до требуемых уровней. «Наше решение исключает необходимость использования трех ступеней катализа, в результате чего расход каталитического материала снижается примерно на пятьдесят процентов по сравнению с традиционными процессами», - говорит эксперт компании Linde.

Linde-Isotherm-Reaktor: Grafik eines Reaktors basierend auf der Kon-struktion spiralgewickelter Wärmetauscher
Изотермический реактор Linde

Альтернативное использование водорода

Другой особенностью технологии Linde Ammonia Concept является тот факт, что эксплуатирующая организация может использовать поток синтетического газа не только для производства аммиака. Это возможно потому, что этот поток не содержит азота. Эксплуатирующая организация может также отбирать чистый водород и использовать его для других процессов – чего нельзя сделать по схеме традиционного процесса. «Эти преимущества были ключевыми аргументами для наших заказчиков в г. Эль Джубайль в Саудовской Аравии и в г. Тольятти в России», - объясняет господин Вавжинек. Другого потребителя в г. Салала, Оман, удалось убедить тем, что решение компании Linde позволяет использовать в качестве сырья не только природный газ, но и другие субстанции: «В этом случае мы используем предоставляемый эксплуатирующей организацией обогащенный водородом газ, чтобы получить из него поток чистого водорода H2 для синтеза аммиака», - объясняет специалист компании Linde. Завод в настоящее время строится и войдет в строй в 2020 году.  Необходимый для процесса LAC азот поставляет воздухоразделительная установка. Поток N2 подается в процесс непосредственно перед реакцией синтеза аммиака. Высокая энергоэффективность и эффективность конверсии сырья в процессе LAC демонстрирует убедительное доказательство продуманной концепции этого решения.

The Linde-built hydrocarbon  and ammonia  plant
Завод по производству HyCO и NH3 в г. Эль-Джубайль, Саудовская Аравия, производит водород и окись углерода в качестве побочных продуктов, которые затем используются в других технологических потоках.

Аммиак в модульном варианте

Хотя эксплуатационные расходы и эффективность являются основными аргументами в пользу крупных заводов по производству NH3, инвестиционные затраты начинают играть все большую роль для небольших установок, производящих менее 300 тонн аммиака в сутки. Компания Linde предлагает модульное решение, привлекательное для небольших установок в этом быстрорастущем сегменте. «Мы используем наши стандартные воздухоразделительные установки ECOGAN™ для производства азота и наши модульные установки парового риформинга HYDROPRIME® для получения водорода. Затем мы объединяем производство H2, короткоцикловую безнагревную адсорбцию и охлаждающие элементы в стандартных модулях», - объясняет господин Вавжинек. Производство аммиака интегрировано в другой модуль. «Поскольку процесс LAC не содержит инертных компонентов, он требует в целом меньше компонентов оборудования – и мы можем поставить такие компоненты, которые занимают меньше места». Это упрощает транспортировку и выполнение работ на месте, так как используется меньшее число блоков, которые нужно собирать и сваривать. «Наша модульная концепция - прекрасное решение для площадок в местностях с суровым климатом или там, где есть недостаток местных квалифицированных рабочих. Модульное исполнение уже зарекомендовало себя как высокоэффективное решение для установок других типов, и сейчас мы переносим его преимущества в область производства аммиака», - подводит итог господин Вавжинек.

Больше свободы в выборе сырья и побочных продуктов?