Промышленные способы производства аммиака

Промышленные способы синтеза аммиака в зависимости от применяемого давления:

Системы низкого давления до 10 МПа;

Системы среднего давления до 20−30 МПа;

Системы высокого давления 75−100 МПа;

Наиболее распространены системы работающие при среднем давлении, так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате.

В современном агрегате синтез аммиака ведут на катализаторе СА-1 при температуре 420−500^оС и давлении 32 МПа; объемная скорость 25· 10³ ч^-1; производительность контактной массы составляет 20−40 тонн/сутки. Такие условия позволяют снизить капитальные вложения, полнее утилизировать низко и высокопотенциальную теплоту процесса и следовательно снизить себестоимость продукта.

Высокопотенциальную теплоту топочных и конвертированных газов используют для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах — приводах компрессоров и насосов высокого давления; низко потенциальную — для получения технологического пара низкого давления, подогрева воды, получения холода.

В новых системах широко применяют аппараты воздушного охлаждения, что сокращает расход воды.

Потенциальная схема синтеза аммиака под средним давлением мощностью 1360 тонн/сутки включает в себя двухступенчатую конверсию метана водяным паром, а затем кислородом атмосферного воздуха.

Схема синтеза аммиака под средним давлением.

Природный газ под давленим 4 МПа после отчистки от серосодержащих соединений смешивают с паром в соотношении 3,7:1, подогревают в теплообменнике отходящими газами и направляют в трбчатый конвектор, обогреваемый сжиганием природного газа.

Конверсию метана водяным паром до образования оксида углерода и водорода проводят на никелевом катализаторе при 800−850^оС.

Содержание метана в газе после первой ступени конверсии составляет 10%. Далее газ смешивают с воздухом и направляют в шахтный конвертор, где происходит конверсия всего метана кислородом воздуха при 900−1000^оС и соотношением воздух: газ = 0,8:1. Из шахтного конвертора газ поступает в котел утилизатор, где получают пар при высоких параметрах (10МПа и 480^оС) направляемый в турбины центробежных компрессора и насоса высокого давления. Из котла-утилизатора синтез-газ поступает на двухступенчатую конверсию оксида углерода — сначала в конверторе первой ступени на среднетемпературном железо-хромовом катализаторе при температуре 430−470^оС, а затем на конверторе второй ступени на низкотемпературном цинко-хромовом катализаторе при 200−280^оС между первой и второй ступенями конверсии установлен котел утилизатор.

Теплоту газовой смеси, выходящей из второй ступени конвертора СО, используют для регенерации моноэтанолового раствора, выходящего из скруббера очистки синтез-газ от СО₂. Далее синтез-газ поступает на очистку от СО₂ в скруббер, орошаемый раствором моноэтаноламина, где при 30−40^оС происходит очистка газа от СО₂ 0,3% (об.). На выходе из адсорбера газ содержит СО и 30−40 см³/м³ СО₂.

Содержание аммиака в оборотной азотоводородной смеси при давлении 30 МПа и температуре -5^оС составляет 2,5%.

Основной аппарат агрегата синтеза аммиака колонна синтеза, отвечающая требованиям ступенчатого синтеза аммиака. На рисунке № 6 представлена схема четырехполочной колонны синтеза.

В верхней части колонны находится катализаторная коробка (3), в нижней теплообменник (6), обеспечивающий автотермичность процесса. Катализатор загружают на колосниковую решетку (5).

Для обеспечения равномерного распределения температуры в слой катализатора вводятся двойные трубы (8), выполняющие функции теплообменника. Основной газ, поступающий в колонну синтеза сверху, проходит вдоль стенок внутреннего стакана в межтрубочном пространстве теплообменника (6) и, нагреваясь, за счет теплоты процесса катализа, по центральной трубе поднимается в надкатализаторное пространство. Затем азотоводородная смесь распределяется по теплообменным трубкам, опускается вниз и поднимаясь вверх по кольцевому пространству между внутренней и внешней трубками, нагревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу. Далее газ фильтруется через катализатор, на котором происходит синтез.

Аммиачно-азотоводородная смесь при 500^оС поступает в трубное пространство теплообменника и нагревает свежую порцию азотоводородной смеси. Для регулирования температурного режима в зоне катализа предусматривается подача части газа снизу через центральную трубку, минуя теплообменные устройства.

Основные направления в развитии промышленного производства аммиака как основного продукта и сырья для синтеза азотосодержащих продуктов:

кооперирование азотной промышленности с промышленностью основного органического синтеза на базе использования природного газа и газов нефтепереработки в качестве сырья;

определение оптимальных размеров химико-технологических систем с максимальной и экономической отдачей;

снижение давления и температуры путем повышения активности катализаторов;

освоение рентабельной работы реакционных агрегатов с применением кипящего слоя катализаторов;

утилизация теплоты, выделяющейся при использовании экзотермических эффектов химико-технологических и физико-химических систем.