Описание технологической схемы

 

Компримирование синтез-газа.

 

Очищенный от СО и СО₂ синтез-газ с температурой не более 43 °С и давлением до 2,53 МПа поступает на всас трехкорпусного компрессора синтез-газа, имеющего четыре ступени для сжатия синтез-газа и ступень для сжатия циркуляционного газа.

В первой ступени корпуса низкого давления газ сжимается до давления 5,17 МПа, нагреваясь при этом до температуры не более 140 °С, и направляется в теплообменник, где охлаждается до температуры не более 85 °С, нагревая газ, идущий на метанатор.

Затем газ поступает в воздушный холодильник, где охлаждается до температуры не более 49 °С, проходит сепаратор и поступает на всас второй ступени компрессора.

Во второй ступени компрессора синтез-газ сжимается до давления не более 9,81 МПа и с температурой не более 150 °С поступает в воздушный холодильник, где охлаждается до температуры не более 49 °С. Для связывания диоксида углерода и влаги в линию газа перед холодильником насосами из сборника впрыскивается жидкий аммиак.

После воздушного холодильника синтез-газ поступает в аммиачный холодильник, где за счет испарения аммиака в межтрубном пространстве температура газа снижается до 5¸8 °С.

Отделение сконденсировавшейся жидкости из охлажденного газа производится в сепараторе, откуда конденсат выводится в отпарную колонну, а газ поступает на всас третьей ступени компрессора с давлением не более 9,81 МПа и температурой не более 8 °С.

В третьей ступени (корпус среднего давления) газ сжимается до давления не более 21,58 МПа, нагреваясь при этом до температуры не более 119 °С. После третьей ступени газ поступает в воздушный холодильник, где охлаждается до температуры 49 °С и направляется для отделения сконденсировавшейся влаги в сепаратор, откуда конденсат выводится в отпарную колонну, а газ идет на всас четвертой ступени компрессора.

Из сепаратора газ идет на всас четвертой ступени компрессора (корпус высокого давления).

После четвертой ступени газ выходит с давлением не более 32,96 МПа и температурой не более 128 °С и направляется в воздушный холодильник.

В корпусе высокого давления компрессора расположена циркуляционная ступень, служащая для дожатия синтез-газа после колонны синтеза до рабочего давления.

На всас циркуляционной ступени газ поступает с температурой не более 21 °С. Сжимается здесь до давления не более 32,96 МПа, нагреваясь до температуры 30-32 °С.

На случай разгрузки системы синтеза в схеме компрессора предусмотрен байпас с общего нагнетательного коллектора свежего и циркуляционного газа на всас циркуляционной ступени компрессора.

При работе компрессора в корпусе высокого давления возможно создание условий, благоприятных для образования карбоната или карбомата аммония из СО₂, NH₃ и Н₂О, содержащихся в свежем газе. Поэтому снижение температуры на всасе четвертой ступени не допускается ниже 43 °С, так как отложение солей на роторе и корпусе компрессора могут привести к недопустимой вибрации и разрушению компрессора. Минимальная температура на всасе по ступеням компрессора сигнализируется в ЦПУ.

 

Синтез аммиака и аммиачное охлаждение.

 

Смесь свежего и циркуляционного газов после компрессора с температурой не более 40 °С, давлением не более 32,96 МПа и объемной долей аммиака до 5 % направляется в аммиачный холодильник 14 для охлаждения до температуры 04 °С.

Сконденсировавшийся в газе аммиак отделяется в сепараторе 1. Жидкий аммиак, отделившийся в сепараторе 1 выводится в сборник 2. Для улучшения сепарации аммиака внутри сепаратора 1 смонтирован циклон, состоящий из пакета труб. Накапливающийся в циклоне жидкий аммиак через дренажный вентиль перепускается в первичный сепаратор 3.

Синтез-газ с объемной долей аммиака не более 3,2 % из сепаратора 1 направляется в теплообменник 4, где нагревается до температуры 20 ¸ 31 °С поступающим из воздушного холодильника 5 газом после колонны синтеза 6.

Затем газ подогревается до температуры не менее 130 °С в теплообменнике 7 газом, поступающим из колонны синтеза. Подогретый до температуры не менее 130 °С газ поступает в колонну синтеза 6.

По конструктивным особенностям теплообменники 4, 7, 8 рассчитаны на определенный перепад давления не более 1,75 МПа между трубным пространством и межтрубным.

Реакция синтеза аммиака протекает на восстановленном промотированном железном катализаторе (V=37,53 м³) при температуре 390520 °С и давлением не более 32,37 МПа:

3Н₂ + N₂ ó 2NH₃ + 19,18 кДж/моль.

Объем загрузки катализатора на каждой полке:

1-я полка - 4,4 м³ фракции 1,53,0 мм и 0,3 м³ фракции 610 мм

2-я полка - 6,15 м³ фракции 1,53,0 мм и 0,28 м³ фракции 610 мм

3-я полка - 26,05 м³ фракции 1,53,0 мм и 0,35 м³ фракции 610 мм.

Катализатор крупной фракции 610 мм размещен в верхнем слое каждой полки.

На первую полку катализатора поступает синтез-газ по трем потокам:

а) пройдя кольцевой зазор между силовым корпусом колонны синтеза, не допуская его перегрева более 200 °С, и внутренним корпусом, удерживающим катализаторные полки, затем межтрубное пространство теплообменника 8, где газ подогревается встречным потоком газа, выходящим из колонны синтеза;

б) пройдя трубное пространство, встроенного внутри 1-й и 2-й полок промежуточного теплообменника 9 нагреваясь за счет охлаждения газа, прошедшего вторую полку и выходящего далее на третью полку;

в) через заслонку холодного байпаса.

В объем катализатора первой полки смесь этих газов поступает с температурой 370¸ 417 °С. Равномерность температуры газовой смеси достигается за счет перемешивания встречных потоков газов из окон 8 и отверстий кольца холодного байпаса и тангенциальной подачи газа из смесителя промежуточного теплообменника 9.

Вследствие экзотермичности реакции синтеза аммиака температура газа на выходе из первой полки повышается до не более 520 °.

После выхода из первой полки газ поступает в межстенное пространство между вторым экраном 9 и вертикальной стенкой, удерживающей катализатор, где охлаждается потоком свежего газа идущем через заслонку и с температурой не более 460 °С поступает на вторую полку. Пройдя второй слой катализатора, газ направляется в межстенное пространство между первым экраном 9 и сеткой, удерживающей катализатор, и поступает в верхнюю часть межтрубного пространства промежуточного теплообменника 9, где он охлаждается до температуры не более 370 °С, нагревая газ идущий по трубному пространству теплообменника 9.

Охлажденный газ далее поступает на катализатор третьей полки с направлением во внутрь к перфорированной центральной трубе (температура выхода не более 490 °С) и вверх в трубное пространство теплообменника 8, где отдает тепло газу, идущему в колонну через, охлаждаясь при этом до температуры не более 360 °С.

Газ после колонны синтеза с объемной долей NH₃ не более 18,3 % поступает в трубное пространство подогревателя питательной воды котлов 10, охлаждаясь в нем до температуры не более 162 °С.

После подогревателя питательной воды котлов 10 газ поступает в теплообменник 7, где охлаждается до температуры не более 57 °С за счет нагревания газа, идущего на колонну.

Далее газ охлаждается до температуры не более 45 °С в воздушном холодильнике 5 и поступает в межтрубное пространство теплообменника 4, где охлаждается до температуры 1623 °С, нагревая газ, идущий в колонну синтеза после сепаратора вторичной конденсации 1.

При температуре не более 23 °С и давлением не более 30,9 МПа (в первичном сепараторе 3 выделяется до 60 %образовавшегося в колонне синтеза аммиака. Отделившийся аммиак отводится в сборник жидкого аммиака 2.

Таким образом, замыкается цикл циркуляции газа в системе синтеза.

 

После первичного сепаратора 3 часть циркуляционного газа постоянно выводится из систем в количестве, обеспечивающем объемную долю инертов (метана, аргона) в газе на входе в колонну синтеза не более 13,6 %.

Продувочный газ поступает в аммиачный холодильник 11, охлаждается в нем до температуры не менее минус 23 °С, затем проходит сепаратор 12, освобождается в нем от жидкого аммиака, который выводится в сборник жидкого аммиака 2.

Жидкий аммиак из сепаратора 3, 1 и 12 поступает в сборник 2. При дросселировании жидкого аммиака с 30,9 МПа до не более 1,55 МПа в сборнике 2 происходит выделение растворенных в аммиаке азота, водорода, метана и аргона. Выделившиеся “танковые” газы из сборника 2 направляются в аммиачный холодильник 13, где охлаждаются до температуры не менее минус 23 °С. Сконденсировавшийся аммиак стекает в сборник, откуда выводится в расширительный сосуд. Освободившиеся от аммиака “танковые” газы сбрасываются в коллектор топливного газа.

Жидкий аммиак из сборника 2 и сборника через регуляторы уровня выдается в расширительный сосуд, в котором поддерживается давление не более 0,59 МПа и температура не более 13 °С.

Часть жидкого аммиака из расширителя подается на всас насосов для впрыска в синтез-газ перед межступенчатым холодильником компрессора синтез-газа и холодильником.

Жидкий аммиак в холодильник подается через дроссельную шайбу.

В холодильник 11 и 13 жидкий аммиак подается через дроссельную шайбу, где испаряется при температуре не более минус 33 °С. Газообразный аммиак из холодильника 11 и 13 направляется в расширительный сосуд.

Аммиачный холодильник вторичной конденсации 14 работает на принципе термосифонной циркуляции жидкого аммиака и с температурой не более минус 11 °С.

Из расширительного сосуда жидкий аммиак с температурой не более минус 32 °С откачивается в изотермическое хранилище.

В холодильнике при температуре не более 54 °С аммиак конденсируется и поступает в ресивер. “Танковые” газы из ресивера проходят аммиачный холодильник.

Выделившийся при этом аммиак стекает в сборник, а газ сбрасывается в систему топливного газа.

Продувочные и “танковые” газы из системы синтеза и охлаждения аммиака сжигаются в смеси с топливным газом в горелках печи первичного риформинга. Смешение газов производится после подогрева топливного газа в конвекционной камере до не более 150 °С, так как температура смеси не должна быть менее 40 °С, во избежание образования карбонатов аммония.

Объемная доля продувочных и “танковых” газов в смеси не более 15 %.