Выбор и технико-экономическое обоснование принятой схемы производства

 

Агрегаты синтеза аммиака мощностью 1360т/сут.

Агрегат на отечественном оборудовании (31,5 МПа) [4]

В этом агрегате (рис. 1.1) азотоводородную смесь, которая содержит 0,3% (об.) Аг, до 1% (об.) СН₄, до 20 млн. долей СО и СО₂, сжимают в четырехступенчатом центробежном компрессоре до давления 31,5 МПа и после охлаждения в воздушном холодильнике до 40 °С направляют в конденсационную колонну 9 агрегата синтеза аммиака. Барботируя через слой жидкого аммиака, она промывается от следов влаги и диоксида углерода и смешивается с циркуляционным газом в сепарационной части колонны. Смесь газов проходит через корзину с кольцами Рашига для отделения капель аммиака, поднимается по трубкам теплообменника, где, охлаждая газ в межтрубном-пространстве, нагревается до 35—45 °С и выходит из конденсационной колон­ны в выносной теплообменник 4. В межтрубном пространстве теплообменника газ нагревается до 140—190 °С (встречным газом, идущим по трубкам) и направляется в колонну синтеза 2.

Перед колонной синтеза газовая смесь, содержащая 3,3% (об.) NН₃, разделяется на несколько потоков. Основной поток газа идет в низ колонны синтеза, поднимается по кольцевому зазору между корпусом колонны и катализаторной коробкой и поступает в теплообменник, размещенный над катализаторной коробкой в корпусе меньшего диаметра. В межтрубном про­странстве теплообменника газ нагревается до 400—440 °С за счет теплообмена с газом, выходящим из катализаторной коробки, и поступает в катали-заторную зону, где происходит образование аммиака из азотоводородной смеси. Четыре линии служат для введения в колонну синтеза газа перед каждой полкой для регулирования температуры реакции. Шестую линию, соединенную с огневым подогревателем, используют в период пуска для разогрева системы..

Пройдя последовательно четыре слоя катализатора, газовая смесь, содержащая 14—16% (об.) аммиака при температуре 480—530 °С по центральной трубе поднимается вверх, проходит по трубкам теплообменника, где охлаждается до 335 °С и выходит из колонны синтеза. Далее газовая смесь проходит по трубкам подогревателя воды 3, охлаждается до 215 °С, нагрева питательную деаэрированную воду от 102 до 286 °С,
проходит по трубкам выносного теплообменника 4, охлаждаясь до 60—75 °С, и поступает в аппараты воздушного охлаждения 5.

Аммиак, сконденсировавшийся при охлаждении газовой смеси до 30— 40 °С, отделяется в сепараторе 6, проходит магнитный фильтр 8, где очищается от катализаторной пыли, дросселируется до 2 МПа и выдается в сборник 13.

Газовую смесь, содержащую 10—12% (об.) аммиака, направляют из сепаратора в циркуляционное колесо компрессора 7, где дожимают да 31,5 МПа, компенсируя потери давления в системе, и подают во вторичную конденсационную систему, состоящую из конденсационной колонны и испарителя жидкого аммиака 10. В конденсационную колонну 9 газ вводят сверху; он проходит межтрубное пространство теплообменника, охлаждаясь га­зом, идущим по трубкам, до 20—25 °С, и поступает в испаритель 10, где охлаждается до минус 5—0 °С аммиаком, кипящим в межтрубном пространстве испарителя при температуре минус 12 °С. Смесь охлажденного циркуляционного газа и сконденсировавшегося аммиака подают в сепарационную часть конденсационной колонны 9, где происходит отделение жидкого аммиака от газа. Циркуляционный газ смешивают с азотоводородной смесью, и цикл повторяется. Жидкий аммиак из конденсационной колонны 9 при температуре минус 5 — минус 2 °С дросселируется до 2 МПа и выдается в сборник 13.

Метан и аргон, содержащиеся в исходной газовой смеси, накапливаются в цикле синтеза и снижают эффективное давление азотоводородной смеси. Для поддержания на определенном уровне концентрации инертов (СН₄ и Аr) часть циркуляционного газа постоянно выводят из системы продувкой, которую проводят после первичной конденсации аммиака на выходе из сепаратора 6. Продувочные газы под давлением 29,5 МПа направляют в конденсационную колонну 11, где они проходят по межтрубному пространству теплообменника и поступают в трубки испарителя 12, в межтрубном пространстве которого кипит аммиак при минус 34 °С. Продувочные газы, охлажденные до минус 28 °С, возвращают в сенарационную часть конденсационной колонны для отделения жидкого аммиака. Они проходят по трубкам теплообменника, нагреваясь до 35—40 °С газом, идущим по межтрубному пространству. Затем продувочные газы направляют на использование. Содержание аммиака в продувочном газе после охлаждения снижается до 2% (об.). Жидкий аммиак из конденсационной колонны 12 дросселируется до 2 МПа и направляется в сборник 13.

В результате снижения давления в сборнике происходит выделение газов, растворенных в жидком аммиаке при давлении 31,5 и 29,5 МПа. Эти газы (Н₂, N₂, СН₄, Аr, СН₄) охлаждают в испарителе 18 до температуры минус 28 °С аммиаком, кипящим при минус 34 °С. Сконденсировавшийся аммиак отделяют в сепараторе 15, а газовую фазу, содержащую до 7% (об.) NН₃, смешивают с продувочными газами, из которых выделен аммиак, и направляют на установку выделения аргона и водорода или на сжигание в горелки трубчатой печи. Жидкий аммиак из сепаратора 15 направляют в сборник жидкого аммиака 13, из которого он поступает в переохладители 14 и 17 и расширители 16, 19 для охлаждения и выделения растворенных в нем газов. Из расширителя 19 жидкий аммиак, охлажденный до минус 33 °С, насосом 20 подают на склад в изотермическое хранилище.

В переохладителях охлаждение продукционного аммиака ведут жидким аммиаком, подаваемым насосом из изотермического хранилища. В расширителях 16 и 19 охлаждение происходит за счет испарения аммиака при снижении давления с 2,1 МПа до 0,28 МПа и затем до 0,1 МПа. Подогретый в переохладителях аммиак возвращают на склад в хранилище теплого аммиака. Газообразный аммиак из испарителей 10, 12, 18 и расширительных сосудов 16, 19 направляют на сжижение в холодильные установки. Питатель­ную воду (170 т/ч) под давлением до 11 МПа передают в систему получения пара высокого давления.

Схемы некоторых агрегатов на отечественном оборудовании несколько отличаются от представленной на рис. 1.1. В них охлаждение циркуляционного газа ведут в двух параллельно установленных испарителях. На заводах, где часть продукционного аммиака используют в газообразном виде, из одно­го испарителя газообразный аммиак идет к потребителю, из другого — в абсорбционную водоаммиачную холодильную установку. При получении всей продукции в жидком виде один испаритель можно соединять с аммиачной компрессионной холодильной установкой, другой с абсорбционной холодильной установкой. Жидкий аммиак из конденсационных колонн и сепараторов передают в сборники, работающие под давлением 4 МПа. Переохладители и расширители на этих заводах не устанавливают. Жидкий аммиак передают на склад непосредственно из сборников или захолаживают в компрессионной холодильной установке.

Синтез аммиака может осуществляться в колонне, конструкция которой отличается от изображенной на рис. 1.1. Для отвода тепла реакции в катализаторе размещают двойные теплообменные трубки, под слоем катализатора устанавливают предварительный теплообменник. Для разогрева системы в период пуска и восстановления катализатора используют электрический подогреватель, размещенный в центральной трубе катализаторной коробки колонны синтеза аммиака.

На рис. 1.1 показаны основные узлы автоматического регулирования в агрегате синтеза аммиака. Оптимальный температурный режим в колонне синтеза аммиака 2 автоматически поддерживают регулированием заслонками подачи холодного газа на каждую полку с катализатором. Автоматическая выдача жидкого аммиака из сепаратора 5 и конденсационной колонны 9 в сборник 13 осуществляется при помощи регуляторов уровня, связанных с регулирующими клапанами на линии выхода жидкого аммиака из этих аппаратов. Уровень жидкого аммиака в испарителях 10, 12, 18 автоматически поддерживают регуляторами уровня, связанными с регулирующими клапанами на линии подачи жидкого аммиака в эти аппараты. На выходе продувочных газов из конденсационной колонны 11 установлен регулятор, поддерживающий давление перед колонной синтеза 2 и соответственно регулирующий содержание инертных газов в цикле синтеза. Постоянное давление в сборнике жидкого аммиака 13 автоматически поддерживают регулятором, регулирующим отвод газов растворенных в аммиаке. Автоматическая выдача жидкого аммиака из сборника 13 в расширительный сосуд 16 осуществляется при помощи регуля­тора уровня Р₈, связанного с регулирующим клапаном на линии выхода из переохладителя 14. При максимальном значении уровня в сборнике 13 открывается отсечной клапан на выдаче жидкого аммиака в аварийное хранилище. Уровень жидкого аммиака в расширительном сосуде 19 поддерживают регулятором уровня, связанным с регулирующим клапаном на линии выдачи аммиака от насоса 20.

Сейчас установки синтеза аммиака работают при большей производительности ~ 1600 т./сут. Данная схема подходит под эту производительность, но необходимо изменить параметры ведения прочеса.
2. Характеристика сырья и готовой продукции

 

Продуктом производства является синтетический аммиак.

Химическая формула - NH₃.

 

Основные физико-химические свойства и константы.

 

Жидкий аммиак – бесцветная прозрачная жидкость, легколетучее вещество. Газообразный аммиак – бесцветный газ. Аммиак в жидком и газообразном состоянии обладает резким запахом.

Относительная молекулярная масса - 17,0304.

Мольный объем аммиака – 22,08 м³/(кг·моль) при 273,14 °К и 760 мм.рт.ст.

Температура кипения жидкого аммиака при атмосферном давлении – минус 33,4 °С.

Температура плавления – минус 77,7 °С.

Критическая температура – 132,4 °С.

Критическое давление – 11,32 МПа.

Температура самовоспламенения в воздухе 650 °С.

Пределы взрываемости сухой аммиачно-воздушной смеси при 20 °С и давлении 0,1 МПа:

- нижний - объемная доля NH₃ 15,0 %

- верхний - объемная доля NH₃ 28,0 %.

Аммиак хорошо растворяется в воде, образуя гидрат оксида аммония:

NH₃ + H₂O ó NH₄ОН + Q

При температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа в 1 объеме воды растворяется 760 объемов аммиака.

 

 

Основные технические показатели ГОСТа 6221-90 сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Наименование показателя	Ноpма для маpки	Метод анализа
А ОКП	Ак ОКП	Б ОКП
1. Массовая доля аммика %, не менее	99,9	99,6	99,6	По п.3.2 ГОСТ 6221-90
2. Массовая доля азота %, не менее	-			По п.3.3 ГОСТ 6221-90
3. Массовая доля воды (остаток после испаpения), %	-	0,2-0,4	0,2-0,4	По ГОСТ 28326.1
4. Массовая доля воды (метод Фишеpа), %, не более	0,1	-	-	По ГОСТ 28326.2
5. Массовая концентpация масла, мг/дм3, не более				По ГОСТ 28326.3 По ГОСТ 28326.4
6. Массовая концентpация железа, мг/дм3, не более				По ГОСТ 28326.5
7. Массовая доля общего хлоpа,млн-1 (мг/кг), не более	-	0,5	-	По ГОСТ 28326.6
8. Массовая доля оксида углеpода (4), млн-1 (мг/кг),не более	-	30±10	-	По ГОСТ 28326.7