Стадия очистки конвертированного газа от диоксида углерода в производстве аммиака

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

Литературный обзор…………………………………...……………………….8

1.1 Общие сведения…………………………………………………………….8 2.Характеристика исходного сырья…………………………………………8

3. Физико-химические основы процесса…………………………………...13 4. Технологическое оформление процесса синтеза аммиака……………..23

4.1. Стадия очистки конвертированного газа от диоксида углерода в производстве аммиака……………………………………………………………………..32

4.2 Очистка природных и технологических газов…………………………..32

4.3 Очистка технологических газов от кислородсодержащих соединений…………………………………………………………………….34

4.4 Технологическая схема очистки конвертированного газа от диоксида углерода…………………………………………………………….39

4.5 Усовершенствование системы очистки от CО₂…………………………41

5. Расчет материального баланса процесса………………………………....25

Экономическая часть…………………………………………………………46

6.1 Организационная часть………………………………………………….46

6.2 Определение трудоемкости работы АТР по стадиям…………………48

6.3 Календарное планирование работ………………………………………50

6.4 Расчет капитальных затрат……………………………………………...51

6.5. Расчет эксплуатационных расходов…………………………………...53

Расчёт показателей экономической эффективности проекта……….57

Заключение……………………………………………………………………….61

Список использованной литературы…………………………………………...64

Введение

По объемам производства аммиак занимает одно из первых мест; ежегодно во всем мире получают около 100 миллионов тонн этого соединения. Аммиак выпускается в жидком виде или в виде водного раствора – аммиачной воды, которая обычно содержит 25% NH₃. Огромные количества аммиака далее используются для получения азотной кислоты, которая идет на производство удобрений и множества других продуктов. Аммиачную воду применяют также непосредственно в виде удобрения, а иногда поля поливают из цистерн непосредственно жидким аммиаком. Из аммиака получают различные соли аммония, мочевину, уротропин. Его применяют также в качестве дешевого хладагента в промышленных холодильных установках.

Аммиак используется также для получения синтетических волокон, например, найлона и капрона. В легкой промышленности он используется при очистке и крашении хлопка, шерсти и шелка. В нефтехимической промышленности аммиак используют для нейтрализации кислотных отходов, а в производстве природного каучука аммиак помогает сохранить латекс в процессе его перевозки от плантации до завода. Аммиак используется также при производстве соды по методу Сольве. В сталелитейной промышленности аммиак используют для азотирования – насыщения поверхностных слоев стали азотом, что значительно увеличивает ее твердость.

Медики используют водные растворы аммиака (нашатырный спирт) в повседневной практике: ватка, смоченная в нашатырном спирте, выводит человека из обморочного состояния. Для человека аммиак в такой дозе не опасен. Тем не менее этот газ токсичен. К счастью, человек способен почувствовать запах аммиака в воздухе уже в ничтожной концентрации – 0,0005 мг/л, когда еще нет большой опасности для здоровья. При повышении концентрации в 100 раз (до 0,05 мг/л) проявляется раздражающее действие аммиака на слизистую оболочку глаз и верхних дыхательных путей, возможна даже рефлекторная остановка дыхания. Концентрацию 0,25 мг/л с трудом выдерживает в течение часа даже очень здоровый человек. Еще более высокие концентрации вызывают химические ожоги глаз и дыхательных путей и становятся опасными для жизни. Внешние признаки отравления аммиаком могут быть весьма необычными. У пострадавших, например, резко снижается слуховой порог: даже не слишком громкие звуки становятся невыносимы и могут вызвать судороги. Отравление аммиаком вызывает также сильное возбуждение, вплоть до буйного бреда, а последствия могут быть весьма тяжелыми – до снижения интеллекта и изменения личности. Очевидно, аммиак способен поражать жизненно важные центры, так что при работе с ним надо тщательно соблюдать меры предосторожности.

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности является атмосферный воздух и различные виды топлива.

В число постоянных составляющих воздуха входят следующие газы (в % по объему): азот - 78,16; кислород - 20,90; аргон - 0,93; гелий, неон, криптон, ксенон и другие инертные газы - 0,01. В технических расчетах принимают, что воздух содержит 79% азота и 21% кислорода [2].

Для синтеза аммиака в некоторых схемах необходима азотоводородная смесь в соотношении N₂:H₂=1: 3. Азот получают разделением воздуха или же совместно с водородом в виде азотоводородной смеси. В других схемах используют и чистый жидкий азот для тонкой очистки синтез - газа от вредных примесей, и газообразный, вводя его в строго корректируемом соотношении в конвертированный газ. В последнем случае воздух подвергают разделению методом глубокого охлаждения.

Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья - топливом, применяемым для получения водорода или водородсодержащего газа.

Синтез - газ из углеводородных газов (природного, попутного, газов переработки других топлив) в настоящее время является основным источником получения аммиака.

Кислородсодержащие соединения являются ядами для катализаторов синтеза аммиака и метанола. Кислородсодержащие примеси (Н₂О, СО, СО₂ и О₂) в синтез-газе отравляюще действуют на катализатор синтеза аммиака, снижая его производительность. Допустимое содержание различных кислородсодержащих примесей в азотоводородной смеси, направляемой на синтез аммиака, не должно превышать 0.002%, хотя количество отдельных компонентов может колебаться [2].

Технологический газ перед очисткой содержит в своем составе 15-30% СО₂ и 0.3 –4.0% СО, кислород после паровой конверсии оксида углерода (2) полностью отсутствует, а водяной пар конденсируется при охлаждении.

Поэтому следующей стадией технологического процесса является очистка газа от СО и СО₂. Для очистки газа от этих соединений применяются как физические, так и химические методы. Физические методы очистки от диоксида углерода основаны на повышенной растворимости его в жидкостях или на конденсации СО₂ при умеренном охлаждении. СО удаляется физическим способом при глубоком охлаждении газа и при промывке его жидким азотом. Большинство химических методов основано на абсорбции этих примесей растворами химических реагентов, а в случае тонкой очистки – на каталитическом восстановлении их Н₂ до СН₄ . Почти все способы удаления СО₂ дают возможность получить СО₂ в качестве побочного продукта, используемого в производстве карбамида.

Абсорбционная очистка предусматривает удаление из газа основного количества СО₂. В связи с тем, что в последующей стадии метанирования на гидрирование одного объема СО₂ тратится четыре объема водорода и образуется метан, который выдувается на стадии синтеза, желательно добиться возможно низкой остаточной концентрации СО₂ в газе.

Абсорбционные методы очистки являются циклическими процессами. На стадии абсорбции СО₂ поглощается растворителем и газ направляется на дальнейшую переработку. Насыщенный СО₂ раствор подается на регенерацию, которая осуществляется либо сбросом давления, либо нагревом раствора, либо и тем и другим одновременно.

Оценка промышленных способов очистки конвертированного газа от СО₂ показывает, что если энергоматериальные затраты по 2-х-ступеньчатой МЭА очистке принять за 100%, то затраты по очистке активной К₂СО₃ составляют 138%.

Эффективность процесса абсорбции СО₂ горячим раствором К2СО3 зависит от температуры, парциального давления СО₂ и водяного пара над раствором, концентрации активирующей добавки и щелочности раствора.

Целью нашей курсовой работы является рассмотрение стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, анализ технологии, выявление проблем и разработка методики их устранения.

Объект исследования: стадия очистки конвертированного газа от диоксида углерода при производстве аммиака.

Предмет исследования: модернизация системы очистки конвертированного газа от диоксида углерода.

Задачи исследования:

- Рассмотреть технологию производства аммиака, стадии производства;

- Дать характеристику исходному сырью при производстве аммиака, продукту синтеза;

- Рассмотреть стадию очистки конвертированного газа от диоксида углерода;

- Провести анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, выявить существующие проблемы в очистке конвертированного газа и разработать решение выявленных проблем;

- Обосновать экономическую эффективность предложенных мероприятий.

 

Литературный обзор .

Во всех индустриально развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Доказательством этого… Такое бурное развитие азотной промышленности диктуется в первую очередь… Производству азотных удобрений и их основы, аммиака, в нашей стране всегда уделялось первостепенное внимание.…

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Реализация проекта по внедрению в цехе по производству аммиака ОАО «Азот» аппаратурно-технологического изменения, состоящего в замене (модернизации)… Таким образом, основными целями внедрения решения по модернизации системы… Основными этапами разработки аппаратурно-технологического решения (АТР) являются:

Расчёт показателей экономической эффективности проекта

Эг = QГ0 – QГ1+ Зэкспл0 – Зэкспл1 (3.9) где: QГ0 и QГ - годовая производительность оборудования до и после… Режим работы системы очистки печи - непрерывный, время простоев на капитальные и планово - предупредительные ремонты…

Заключение

В современной технологии переработки природного газа очистка от оксида углерода (4) с использованием аминоспиртов занимает первое место в общем числе промышленных способов. Применяемые растворы содержат этанольные аминосоединения – моноэтаноламин (С₂Н₅О)NН₂ (МЭА), диэтаноламин (С₂Н₅О)₂NН (ДЭА) и триэтаноламин (С₂Н₅О)₃N (ТЭА). МЭА обладает большей основностью и поэтому применяется для очистки газа от кислых примесей. ДЭА в меньшей степени, чем МЭА, поглощает СО₂, однако его используют при очистке горячими щелочными растворами, так как парциальное давление ДЭА над растворами на порядок ниже. Благодаря этому технологические потери адсорбента также значительно снижаются. В технологии извлечения оксида углерода (4) из конвертированного газа применяют 12-20% растворы МЭА. Отработанные растворы аминоспиртов подвергают регенерации при повышении температуры до кипения раствора. Наибольший эффект регенерации достигается при давлении 0.138-0.246 МПа, когда теплота десорбции выше теплоты испарения растворителя. При этом происходит полная регенерация раствора при меньших затратах теплоты.

Как уже было отмечено выше, эффективность процесса абсорбции СО₂ карбонатными растворами зависит от температуры, парциального давления оксида углерода (4) и водяного пара над раствором, состава и концентрации активирующих добавок, а также от основности раствора. Повышение температуры абсорбции, хотя и приводит к уменьшению поглотительной способности раствора, однако увеличивает растворимость карбонатных солей в воде и скорость абсорбции. В промышленности существуют различные модификации этого процесса, основными отличиями которых являются различные активаторы, температура и концентрация растворов.

Наибольшее применение получил метод очистки горячим раствором поташа при давлении 2.56 – 2.96 МПа и концентрации К₂СО₃ 25-30% (мас). В качестве активатора добавляют н/м 2% ДЭА, антикоррозионного ингибитора – 0.5% (мас)V₂О₅. Температуру в процессе абсорбции повышают до 360-380К, температуру регенерации в кубовой части поддерживают не ниже 390К.

Для повышения эффективности процесса в данной курсовой работы предлагается модернизировать схему процесса, путем ввода в технологическую схему процесса очистки испарительной емкости. Так в существующую схему очистки конвертированного газа была встроена маленькая дополнительная испарительная емкость, функционирующая при 30 кПа, и новая тарелка для отбора фракции. Раствор, покидающий колонну низкого давления, передается в главную секцию абсорбера. Пар, образовавшийся при мгновенном испарении, и углекислый газ из испарительной емкости попадают в регенератор высокого давления всего на одну тарелку ниже, а не в самое основание. Поток раствора из регенератора высокого давления в регенератор низкого давления в основном увеличивается с 200 до 350 м³/ч.

Раствор со дна колонны высокого давления, становится чище, и через другую испарительную емкость попадает в секцию тонкой очистки CО₂. Процесс, модифицированный таким образом, позволяет снизить содержание CО₂ в составе очищенного газа до 0,04%.

Реализация проекта по внедрению в цехе по производству аммиака ОАО «Азот» аппаратурно-технологического изменения, состоящего в замене (модернизации) системы очистки конвертированного газа от диоксида углерода позволит улучшить технико-экономические показатели процесса. Производительность очистки увеличится, газ лучше станет очищаться с 41000 до 46000 нагрузки на газ, выработка готового продукта увеличится с 1350 до 1700 т/сутки (аммиака жидкого).

Таким образом, основными целями внедрения решения по модернизации системы очистки является снижение содержание CО₂ в составе очищенного газа до 0,04% с целью улучшения очищаемости синтез-газа и как следствие, увеличения производительности процесса синтеза аммиака.

Затраты на разработку и внедрение – 187813 руб.

Годовая экономия – 757957 руб.

Показатель эффективности капиталовложений – 4,03 руб на 1 вложенный рубль.

Через 0,24 года или 3 месяца капиталовложения начнут приносить прибыль.

Следовательно, проект эффективен и может быть предложен для внедрения.

 

Список использованной литературы

 

1. Андреев Ф.А., Карган С.И., Козлов Л.И., Приставко В.Ф. Технология связанного азота. – М., 2008.

2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М., Высшая школа, 2000.

3. Справочник азотчика. – М., Химия, 1987.

4. Кононова Г.Н., Сафонов В.В., Егорова Е.В. Расчёт материального баланса химико-технологических систем интегральным методом. – М., МИТХТ, 1999.

5. Малина И.К. Развитие исследований в области синтеза аммиака. – М., Химия, 1993.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М.: Химия, 1987.

7. Расчеты по технологии неорганических веществ / Под. ред. М.Е. Позина. - Л.: Химия, 1977.