RU2193520C1

RU2193520C1 - Protective nitrogen-hydrogen atmosphere formation process

Info

Publication number: RU2193520C1
Application number: RU2001107342A
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Иванов; В.А. Ильин; В.Л. Гришина; О.И. Пахотин; Н.Л. Алешкин; Е.Н. Селин; В.Р. Аншелес; В.Н. Талицкий; Р.А. Юдин
Original assignee: ОАО "Череповецкий Азот"
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-11-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: process involves synthesis of nitrogen-hydrogen mixture from natural gas and diluting it with nitrogen. Synthesis is accomplished by consecutive thermocatalytic reforming of natural gas with water steam followed by secondary reforming of reaction mixture with air, catalytic afteroxidation of CO into CO₂, absorption removal of CO₂ and methanization, drying, and dilution with high-purity nitrogen obtained via low-temperature isolation of nitrogen from air. Thus formed atmosphere contains 4.5-5.0% hydrogen and characterized by dew point -57 C. EFFECT: simplified technology and reduced consumption of steam and power. 2 ex

Description

Изобретение относится к процессам производства защитных азотоводородных атмосфер из природного газа и воздуха, применяемым в металлургических и сталепрокатных производствах, и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и смежных отраслях промышленности. The invention relates to processes for the production of protective nitrogen-hydrogen atmospheres from natural gas and air, used in metallurgical and steel rolling industries, and can be used in the chemical, petrochemical, gas and related industries.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является технологический процесс производства защитных азотоводородных атмосфер, описанный в источнике информации Д.Л. Гринберг. Химическая технология на металлургическом заводе. М.: Металлургия, 1983, с.104, по которому такая атмосфера получается путем смешения двух компонентов: а) азотоводородной смеси, производимой термокаталитической диссоциацией аммиака при температуре 800-900^oС и низких давлениях (около 49 кПа) и б)технического азота с агрегатов разделения воздуха.The closest set of essential features is the technological process for the production of protective nitrogen-hydrogen atmospheres, described in the information source D.L. Greenberg Chemical technology at a metallurgical plant. M .: Metallurgy, 1983, p.104, according to which such an atmosphere is obtained by mixing two components: a) a nitrogen-hydrogen mixture produced by thermocatalytic dissociation of ammonia at a temperature of 800-900 ^o C and low pressures (about 49 kPa) and b) technical nitrogen from air separation units.

Недостатком этого процесса является сложность и высокая энергоемкость технологии и необходимость доочистки всей полученной смеси от кислорода и воды последовательным каталитическим гидрированием на палладиевых катализаторах и осушкой вымораживанием и на силикагелевых адсорбентах. Полученный в этом случае защитный газ содержит 4-6% водорода, 94-96% азота, влажность газа соответствует точке росы (-) 45^oС.The disadvantage of this process is the complexity and high energy intensity of the technology and the need for additional purification of the entire mixture from oxygen and water by sequential catalytic hydrogenation on palladium catalysts and freeze-drying and on silica gel adsorbents. The protective gas obtained in this case contains 4-6% hydrogen, 94-96% nitrogen, the gas humidity corresponds to the dew point (-) 45 ^o C.

Целью изобретения является упрощение технологии и уменьшение энергопотребления при реализации технологии процесса. Предлагаемый процесс осуществляется следующим образом: природный газ подвергается последовательно вначале термокаталитическому (первичному) риформингу вместе с водяным паром, а затем вторичному риформингу с воздухом. В полученной газовой смеси каталитически доокисляется СО до СO₂, а затем смесь подвергается абсорбционной очистке от СO₂ и метанированию, она осушается и смешивается с азотом высокой чистоты (99,99%), полученным низкотемпературным выделением азота из состава воздуха.The aim of the invention is to simplify technology and reduce energy consumption when implementing process technology. The proposed process is carried out as follows: natural gas is first sequentially subjected to thermocatalytic (primary) reforming together with water vapor, and then to secondary reforming with air. In the obtained gas mixture, CO is catalytically oxidized to CO ₂ , and then the mixture is subjected to absorption removal of CO ₂ and methanation, it is dried and mixed with high-purity nitrogen (99.99%) obtained by low-temperature nitrogen evolution from the air.

Преимуществом предлагаемого процесса является значительная экономия энергоресурсов вследствие использования новых:
1) технологии получения азотоводородной смеси;
2) азотного разбавителя в виде азота высокой чистоты, полученного низкотемпературным выделением азота из состава воздуха.The advantage of the proposed process is significant energy savings due to the use of new ones:
1) technology for producing a nitrogen-hydrogen mixture;
2) a nitrogen diluent in the form of high purity nitrogen obtained by low-temperature evolution of nitrogen from the air.

Пример 1. Процесс производства защитных азотоводородных атмосфер из аммиака и воздуха по прототипу осуществлялся по следующей схеме:
Термокаталитическое разложение аммиака-->азотоводородная смесь + технический азот-->гидрирование на палладиевом катализаторе-->осушка--> защитная азотоводородная атмосфера. Полученный в этом случае защитный газ содержал 4-6% водорода, 94-96% азота, влажность газа соответствовала точке росы (-) 45^oС.Example 1. The production process of protective nitrogen-hydrogen atmospheres from ammonia and air according to the prototype was carried out according to the following scheme:
Thermocatalytic decomposition of ammonia -> nitrogen-hydrogen mixture + technical nitrogen -> hydrogenation on a palladium catalyst -> drying -> protective nitrogen-hydrogen atmosphere. The protective gas obtained in this case contained 4-6% hydrogen, 94-96% nitrogen, the gas humidity corresponded to the dew point (-) 45 ^o C.

Пример 2. Азотоводородная смесь, синтезированная по предлагаемому способу последовательным термокаталитическим рифомингом природного газа с водяным паром, а затем вторичным термокаталитическим риформингом реакционной смеси с воздухом, каталитическим доокислением СО до СO₂, абсорбционной очисткой от СO₂ и метанированием на агрегате синтеза аммиака в количестве 240-300 м²/час была осушена методом охлаждения до температуры 5-15^oС и сепарации под давлением 80-100 кг/см² до точки росы (-)25-(-)30^oС. Далее она была разбавлена азотом высокой чистоты, полученным низкотемпературным выделением азота из воздуха в количестве 4500-4700 м³/час с точкой росы (-)70^oС на установке разделения воздуха. В результате была получена защитная азотоводородная атмосфера, содержащая 4,5-5,0% водорода и имеющая точку росы (-)57^oС.Example 2. Nitrogen-hydrogen mixture synthesized according to the proposed method by sequential thermocatalytic rhyming of natural gas with steam, and then secondary thermocatalytic reforming of the reaction mixture with air, catalytic reoxidation of CO to CO ₂ , absorption purification from CO ₂ and methanation on an ammonia synthesis unit in an amount of 240 -300 m ² / h was dried by cooling to a temperature of 5-15 ^o C and separation under pressure of 80-100 kg / cm ² to a dew point of (-) 25 - (-) 30 ^o C. Then it was diluted with high purity nitrogen , by radiated low-temperature evolution of nitrogen from the air in an amount of 4500-4700 m ³ / h with a dew point of (-) 70 ^o С at the air separation unit. The result was a protective nitrogen-hydrogen atmosphere containing 4.5-5.0% hydrogen and having a dew point (-) 57 ^o C.

При осуществлении процесса производства защитных азотоводородных атмосфер из природного газа и воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением исключаются технологические процессы термокаталитического синтеза и последующего разложения аммиака, реализуемые на сложном в эксплуатации и энергоемком оборудовании, а процессы гидрирования кислорода и осушки всей массы защитной азотоводородной атмосферы заменяются процессом осушки только первичного (до разбавления) потока азотоводородной смеси. Процессы последовательного термокаталитического рифоминга природного газа с водяным паром, а затем вторичного термокаталитического риформинга реакционной смеси с воздухом, каталитического доокисления СО до СO₂, абсорбционной очистки от СО₂ и метанирования являются составными частями технологии синтеза аммиака и предшествуют процессу его разложения, используемому в прототипе.In the process of production of protective nitrogen-hydrogen atmospheres from natural gas and air in accordance with the invention, technological processes of thermocatalytic synthesis and subsequent decomposition of ammonia, which are implemented in complex and energy-intensive equipment, are excluded, and the processes of oxygen hydrogenation and drying of the entire mass of protective nitrogen-hydrogen atmosphere are replaced by a drying process only the primary (before dilution) flow of the nitrogen-hydrogen mixture. The processes of sequential thermocatalytic rhyming of natural gas with water vapor, and then secondary thermocatalytic reforming of the reaction mixture with air, catalytic oxidation of CO to CO ₂ , absorption purification from CO ₂ and methanation are integral parts of the ammonia synthesis technology and precede the process of its decomposition used in the prototype.

При реализации процесса по предлагаемому способу увеличилась его надежность, снизился расход пара и электроэнергии на собственные нужды производства и уменьшилась численность обслуживающего персонала. When implementing the process according to the proposed method, its reliability increased, the consumption of steam and electricity for own production needs decreased, and the number of service personnel decreased.

Claims

The process of production of a protective nitrogen-hydrogen atmosphere, including the synthesis of a nitrogen-hydrogen mixture from natural gas and its dilution with nitrogen, characterized in that the nitrogen-hydrogen mixture is synthesized by sequential thermocatalytic reforming of natural gas with water vapor, and then secondary reforming of the reaction mixture with air, catalytic reoxidation of CO to CO ₂ , absorption purification from CO ₂ and methanation, followed by drying of the mixture and dilution with high purity nitrogen obtained by low-temperature isolation nitrogen from the air.