ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА. Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду: 1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси 2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения; 3) низко потенциальную теплоту.

Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока, но когда происходит восстановление оксидов азота до элементного азота, для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия.

Полное исключение токсичных выбросов возможно при использовании каталитической очистки в присутствии газа-восстановителя.

В результате воздушного охлаждения и замены поршневых компрессоров турбокомпрессорами значительно уменьшилось потребление воды на 1 т МНз, что привело к существенному снижению количества сточных вод (а в 50 раз). Низкопотенциальную теплоту удается утилизировать повышением ее потенциала: это достигается вводом некоторого количества высокопотенциальной теплоты.

Но этот путь получения механической энергии связан с увеличением загрязненности воздушного бассейна дымовыми газами.

Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парога-зовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива. Операторная схема колонна синтеза теплообменники теплообменники сеператор первой ступени сеператор второй ступени сборник жидкого NH3 сепаратор Блок схема колонна синтеза сеператор первой ступени сеператор второй ступени танк Исходные данные для расчета Содержание NH3 газа после колонны синтеза% по объему 15 Давление газа, Мпа -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени Давление газа, ат. -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени 29 31 295,72 316,0 Температура газа, С -после водяного воздушного охлаждения -после аммиачного холодильника 30 -8 Растворимость азотоводородной смеси в жидком аммиаке нм3/кг(NH3) -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени 0,087 0,0176 Концентрация NH3 в танковых газах% (по объему) 39 Базис расчета, кг NH3 на выходе из танка 3600 Расчет концентраций аммиака в потоке по формуле ларсена и блэка, где - концентрация аммиака в потоке% (по объему) pi и Ti давление, ат. и температура, К газа =0,883, =101,181=7,65%=0,0765 =0,374 =100,714=2,37%=0,0237 Материальный баланс По колонне синтеза: По азотоводороднои смеси 1) По сепаратору I ступени: По азотоводороднои смеси 2) По аммиаку 3) По сепаратору II ступени: По азотоводородной смеси 4) По аммиаку 5) По танку: По азотоводородной смеси 6) + = По аммиаку 7) + = П - расчетное количество аммиака.  - растворимость авс в жидком аммиаке Соответствие переменных потокам: Наименование потока Усл. обозн.

Хi Размерн.

Значение 1 Поток, поступающий в колонну синтеза N31 X1 КМОЛЬ 1951,6 2 Поток газа после колонны синтеза N12 X2 КМОЛЬ 1737,3 3 Поток газа после сепаратора I ступени N23 X3 КМОЛЬ 1595,7 4 Поток свежей азотоводородной смеси N03 X4 КМОЛЬ 432,7 5 Поток танковых газов N402 X5 КМОЛЬ 6,609 6 Поток жидкого NH3 после сепаратора I ступени X6 КГ 2355,7 7 Поток жидкого NH3 после сепаратора II ступени X7 КГ 1289,5 Получаем уравнения 1) 1,0237X1-1,15X2=0 2) 0,85X2-0,9235X3-0,001281X6=0 3) 0,15X2-0,0765X3-0,0588X6=0 4) - 0,9763X1+0,9235X3+X4-0,000786X7=0 5) - 0,0237X1+0,0765X3-0,0588X7=0 6) - 0,61X5+0,001281X6+0,000786X7=0 7) - 0,39X5+0,0588X6+0,0588X7=94,12 Составим матрицу коэффициентов при Х и столбец свободных членов: X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Св. члены 1,0237 -1,15 0 0 0 0 0 0 0 0,85 -0,9235 0 0 -0,001281 0 0 0 0,15 -0,0765 0 0 -0,0588 0 0 -0,9763 0 0,9235 1 0 0 -0,000786 0 -0,0237 0 0,0765 0 0 0 -0,0588 0 0 0 0 0 -0,61 0,001281 0,000786 0 0 0 0 0 -0,39 0,0588 0,0588 211,76 Решаем систему уравнений матричным методом в программе Excel, умножая матрицу, обратную матрице коэффициентов но вектор свободных членов.

Заполняем таблицу потоков. 1. Расчет количеств азота и водорода в АВС. N03=X4=432,7 кмоль =N03Vm=432,722,4 = 9692,48 м3 Отношение H2: N2 =3: 1Wоб(H2) =0,75Wоб(N2) =0,25 =0,75  9692,48 = 7269,36 м3 =0,25  9692,48 = 2423,12 м3 m(H2) = m(N2) = Общая масса АВС m(АВС) =m(H2) +m(N2) =649,05+3028,90=3677,95 Массовые доли азота и водорода: Wмас(H2) = =17,6% Wмас(N2) = =82,4% 2. Расчет количеств водорода, азота и аммиака в танковых газах. =N402Vm=6,60922, 4 = 148,04 м3 Количество водорода и азота: NАВС=N402(1- ) =6,609(1-0,39) =4,031кмоль =NАВСVm=4,03122, 4 = 90,30 м3 =0,75  90,30 = 67,72 м3 =0,25  90,30 = 22,57 м3 m(H2) = Wмас( ) = =0,16% m(N2) = Wмас( ) = =0,77% Количество аммиака в танковых газах.

NNH3=N402 =6,6090,39=2,577кмоль V(NH3) =NNH3Vm=2,57722, 4=57,73 м3 m(NH3) = Wмас( ) = =1,19% Количество жидкого аммиака. m(NH3) =3600 кг Wмас( ) = =97,88% N(NH3) =211,76 кмоль V(NH3) =N(NH3) Vm=211,7622,4=47 43,42 м3 Общая расходная масса M= =3600+43,81+6,05+28,22=3678,08 кг Масса танковых газовэ mтг= M- =3678,08-3600=78,08 кг Wмас(т. г) = =2,12% Невязка =mавс - M=3677,95-3678,08=0,13 Wмас(невязки) 0 Общий расходный объем(при н. у) V= =4743,42+57,73+67,72+22,57=4891,44 м3 Материальный баланс системы Базис расчета 3600 кг NH3 Приход Расход Наименование М3, н. у. кг % масс Наименование М3, н. у. кг % масс АВС 9692,48 3677,95 100 Жидкий NH3 4743,42 3600 97,88 В том числе Танковые газы 148,04 78,08 2,12 Азот 2423,12 3028,90 82,4 Азот 22,57 28,22 0,77 Водород 7269,36 649,05 17,6 Водород 67,72 6,05 0,16 Аммиак 57,73 43,81 1, 19 Всего 9692,48 3677,95 100 Всего 4891,44 3677,95 100 Невязка 0,13 Расчет основных технологических показателей Выход аммиака Расходные коэффициенты по сырью.

По азоту а) теоретический б) практический По водороду а) теоретический б) практический