ОБРАЗОВАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СИНТЕЗ-ГАЗЕ НА СТАДИИ КОНВЕРСИИ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА В ВОДОРОД В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА
Аннотация
В статье выполнен анализ работы отделения конверсии монооксида углерода водяным паром в водород в составе агрегата синтеза аммиака. Показано влияние температуры и продолжительности эксплуатации катализатора среднетемпературной конверсии на технических и технологических параметрах процесса. Каталитическая конверсия монооксида углерода является важной составной частью процесса получения водорода в промышленной технологии глубокой переработки природного газа. В современных агрегатах синтеза аммиака процесс конверсии протекает в две стадии: сначала при температуре 360 – 430 °С на железохромовом, а затем при 190 – 260 °С на медьсодержащем катализаторе. Установлено, что наряду с основными продуктами (H2, CO2) в синтез-газе обнаружено присутствие нежелательных примесей аммиака, аминов, спиртов, ацетатов и формиатов. Показано, что основным побочным продуктом на стадии среднетемпературной конверсии является аммиак, содержание которого в конденсате достигает 80-85%. Метанол образуется в качестве побочного продукта как на стадии среднетемпературной (9-13%), так и низкотемпературной конверсии (87-91%). Большая часть образующегося в процессе конверсии метанола конденсируется вместе с водой в сепараторах, другая часть поступает в систему очистки от CO2. В сепараторе, где температура составляет 160-162 °С, в среднем 68% метанола остается в газовой фазе, а в сепараторе, где применяется более глубокое охлаждение газа до 72 °С, около 81% метанола остается в конденсате. Для уменьшения содержания метанола необходимо понижать температуру конверсии и увеличивать объемную скорость газа. В условиях производства аммиака из метанола и аммиака образуется смесь аминов разной степени замещенной преимущественно метиламин (CH3)NH2 и демитиламин (CH3)2NH2. Причем, около 35-40% образующихся аминов переходит в конденсат, а большая часть остается в газовой фазе и поступает на стадию очистки от CO2. В производстве аммиака для очистки конвертированного газа от CO2 применяются растворы на основе поташа – K2CO3, которые абсорбируют органические примеси, образующиеся в основном на стадии низкотемпературной конверсии. Примеси ухудшают работу стадии очистки, являются причиной вспенивания растворов. Одной из причин пенообразования является наличие в растворе продуктов деструкции органических веществ.
Литература
Analytical Bulletin. Chemical production: trends and forecasts. M.: RIA Novosti. 2010. N 1. P. 1 – 15 (in Rus-sian).
Vakk E.G., Maikov A.V. Ammonia production. M.: Galereya Print. 2017. 239 p. (in Russian).
Aleynov D.P. The main directions of technical progress in the nitrogen industry. Khim. Prom. Segodnya. 2005. N 9. P. 3-15 (in Russian).
Petrov L.A. The role of catalysis in the development of the chemical industry. Kataliz Prom-ti. 2001. N 2. P. 4-8 (in Russian).
Putilov A.V. Current problems in the field of new materials, chemistry and chemical technology. Khim.Rynok. 2001. N 6. P. 41 - 45 (in Russian).
Parmon V.N. Future catalytic technologies for renewable and unconventional energy. Khim.Interesakh Ustoych. Razvitiya. 2000. V. 8. N 4. P. 555 (in Russian).
Pakhomov N.A. Scientific bases of preparation of catalysts: introduction to theory and practice. Novosibirsk: Izd-vo Sib. otd-niya RAN. 2011. 261 p. (in Russian).
Baronskaya N.A. Minyukova T.P., Khassin A.A., Yuryeva T.M., Parmon V.N. Enhancement of water–gas shift reaction efficiency: catalysts and the catalyst bed ar-rangement. Usp. Khim. 2010. V. 79. N 11. P. 1112 – 1133 (in Russian). DOI: 10.1070/RC2010v079n11ABEH004160.
Il’in A.A., Babaiykin D.V., Smirnov N.N., Il’in A.P. Problems of low-temperature conversion of carbon mon-oxide by water vapor to hydrogen in the production of ammonia. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 12. P. 3 – 14 (in Russian).
Purification of technological gases. Ed. by Semenova T.A., Leites. I.L. M.: Khimiya. 1977. 487 p. (in Russian).
Sosna M.Kh., Kasym O.N. Main trends in the development of ammonia production technology. NefteGazo-Khimiya. 2017. 4. P. 17-21 (in Russian).
Ovsienko O.L. Ovsiyenko P.V., Cherepnova A.V. Catalytic conversion of carbon in a reactor with a solid fine-dispersed coolant. Kataliz Prom-ti. 2002. N 6. P. 41-45 (in Russian).
Babaiykin D.V., Il’in A.A., Il’in A.P., Rumyantsev R.N., Denisova K.O. Investigation of the formation of impuri-ties during the conversion of carbon monoxide in the production of ammonia on aggregates of large unit capac-ity. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2015. V. 58. N 9. P. 29 – 33 (in Russian).
Il’in A.P., Smirnov N.N., Il’in A.A. Development of catalysts for the medium-temperature conversion of car-bon monoxide in the production of ammonia. Ros. Khim. Zhurn. 2006. V. 2. N 3. P. 84 – 93 (in Russian).
Demidenko I. M. Ammiak. Ammonia. Technology issues. Donetsk: GIK «Novaya pechat'», OOO «Lebed'». 2001. 497 p. (in Russian).
Reference book of azotchik. M.: Khimiya. 1986. 512 p. (in Russian).
Golosman E.Z., Volchenkova S.A. Import substitution catalysts. Neftegazokhimiya. 2017. N 3. P. 41 - 51 (in Russian).
Il'in A.P., Smirnov N.N., Ilyin A.A. Mechanochemical synthesis of calcium and copper ferrite catalysts for me-dium-temperature carbon monoxide conversion. Kinet. Catal. 2006. V. 47. N 6. P. 901-906. DOI: 10.1134/S0023158406060139.
Lin G.I., Samokhin P.V., Kipnis M.A. Synthesis of Methanol and Dimethyl Ether from CO2 and H2 Under Flow-Circulation Conditions. Catal. Ind. 2020. V. 12. P. 101–109. DOI: 10.18412/1816-0387-2019-6-436-444.
Centi G., Perathoner S. Heterogeneous catalytic reactions with CO2: Status and perspective. Stud. Surf. Sci. & Catal. 2004. V. 153. P. 1–8.
Sazonov I.V. Methanol Synthesis Catalysts. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Neft' Gaz. 2010. N 2. P. 117 - 122 (in Russian).
Il’in A.A. Synthesis of iron oxide from metal powders. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2019. V. 62. N 5. P. 6270. DOI: 10.6060/ivkkt. 20196205.6009.
Rumyantsev R.N., Lebedev M.A., Popov D.S., Il’in A.A., Uzhevskaya U.S., Ilyin A.P. Analysis of catalyst of medium-temperature conversion of carbon monoxide by water vapor. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 9-10. P. 8388. DOI: 10.6060/ivkkt.20186109-10.5876a.
