Чтобы узнавать последние новости, подпишись на нашу группу в VK

ПОДЕЛИСЬ ССЫЛКОЙ С ДРУЗЬЯМИ!



Промышленное осуществление синтеза аммиака NH3 создает мощную сырьевую базу для получения самых разнообразных и широко применяемых азотсодержащих соединений (азотной кислоты, минеральных удобрений, карбамида, синильной кислоты, взрывчатых веществ, нитрила акриловой кислоты, капролактама, этаноламинов и др.). Азотная промышленность производит около 92 % выпускаемого аммиака, основным сырьем является природный газ. Начиналась азотная промышленность с получения водорода из твердого топлива и в перспективе по мере увеличения цен на углеводородное сырье (нефть и газ) возможно вновь расширение использования угля.

Наиболее распространен прямой синтез аммиака из азота и водорода. Синтез аммиака осуществляется при давлении от 10 до 100 МПа, однако системы высокого давления (60-100 МПа) применялись ранее, а сейчас чаще использует среднее давление (20-60 МПа), отечественные системы обычно работают при давлении 30-32 МПа. Азот получают низкотемпературной ректификацией сжиженного атмосферного воздуха или чаще конверсией метана в присутствии кислорода воздуха. При втором способе одновременно получают синтез-газ, уже содержащий азот и водород. Водород производят обычно двухступенчатой каталитической конверсией метана с водяным паром и кислородом (или воздухом). На первой ступени проводится каталитическая конверсия с водяным паром в трубчатой печи при температуре 800-850 °С со степенью превращения метана до 90 %. На второй ступени конверсию остатка метана осуществляют воздухом, обогащенным кислородом до 40-50 %. Использование воздуха в качестве окислителя позволяет вводить в синтез-газ азот (в составе воздуха) в таком количестве, чтобы азотоводородная смесь для синтеза аммиака содержала 75 % водорода и 25 % азота. После конверсии метана следует конверсия оксида углерода и далее очистка синтез-газа от примесей СО, С02, СН4, кислород- и серосодержащих соединений. Именно по такой схеме в мире созданы современные крупнотоннажные производства синтеза аммиака, эксплуатируются зарубежные установки единичной мощностью до 2 500 - 4 000 т аммиака в сутки.

Агрегат (установка) синтеза аммиака производительностью 1 360 т/сут. представляет собой замкнутую энерготехнологическую систему, т. е. с минимальным внешним потреблением электроэнергии и практически полной рекуперацией тепловой энергии на установке. Природный газ сжимается турбокомпрессором с приводом от паровой турбины до давления 4,6 МПа, смешивается с азотоводородной смесью в отношении 10:1, нагревается в нагревательной трубчатой печи от 130-140 до 370-400 °С и поступает в реактор гидроочистки, в котором на алюмокобалътмолибденовом катализаторе гидрируются серосодержащие соединения до сероводорода.

Сероводород удаляется из газа в адсорбере адсорбентом на основе оксида цинка. Обычно имеются два адсорбера, один в режиме адсорбции, другой в режиме десорбции (регенерации насыщенного адсорбента). Содержание сероводорода в очищенном газе не должно превышать 0,5 мг/м3 газа. Очищенный газ смешивается с водяным паром в отношении 1:3,7, парогазовая смесь проходит нагревательные конвекционные трубы и далее радиационные (реакционные) трубы трубчатой печи-реактора конверсии метана (первая ступень). Вертикальные параллельно соединенные реакционные трубы заполнены катализатором, через него сверху вниз проходит парогазовая смесь при температуре 850 °С и давлении 3,7-2,5 МПа. После каталитической паровой конверсии метана конвертированный газ содержит еще 9-10 об. % метана, который направляется на вторую ступень конверсии метана - в реактор шахтного типа. В верх этого реактора подается воздух температурой 480-500 °С. Получаемый конвертированный газ температурой около 1000 °С проходит в котел-утилизатор, где вырабатывается водяной пар высокого давления (10,5 МПа). Наряду с этим в котле-утилизаторе конвертированный газ охлаждается (процесс закалки) до температуры 380-420 °С, после чего поступает в реактор (конвертор) конверсии СО (первая ступень), где на железохромовом катализаторе осуществляется конверсия основного количества СО водяным паром. Выходящий из реактора первой ступени при температуре 450 °С конвертированный газ еще содержит около 4 об. % СО, поэтому он далее охлаждается до температуры 225 °С в котле-утилизаторе с выработкой водяного пара давлением 10,5 МПа и поступает во вторую ступень конверсии СО - реактор (конвертор) с низкотемпературным катализатором для снижения содержания СО в конвертированном газе до 0,5 об. %. Конвертированный газ, имеющий на этой стадии процесса состав (об. %): Н2 - 61,7; N2+Ar -20,1; С02 - 17,4; СО - 0,5; СН4 - 0,3, охлаждается до температуры окружающей среды и при давлении 2,6 МПа поступает на очистку.

Трубчатая печь-реактор состоит из конвекционной и радиационной (реакционной) камер. Печь имеет длину 26,1 м, ширину 21,5 м по радиационной камере и высоту этой камеры 18,3 м. В камере радиации расположены в 12 рядов 504 прямоточные вертикальные трубы диаметром 108 х 21 мм и длиной 10,7 м. Трубы центробежного литья заполнены катализатором объемом 21 м3. В верхнем своде камеры радиации расположены 260 газовых инжекционных горелок факельного типа (факелом вниз). В камере конвекции размещены четыре подогревателя природного газа, воздуха и питательной воды (для производства водяного пара) и пароперегреватель высокого давления. В дымоходе перед камерой и в камере конвекции установлены также газовые горелки для дополнительного подвода тепла. Дымовые газы с начальной температурой выше 1000 °С покидают трубчатую печь при температуре 160-200 °С.

Конвертор второй ступени конверсии метана (шахтного типа) представляет собой вертикальный аппарат со смесительной камерой вверху. В нижней корпусной части аппарата выложен свод, на котором укладываются шары из глинозема А1203, служащие опорой насыпаемому никелевому катализатору объемом 39 м3. Внутри аппарат футерован жаропрочным бетоном, снаружи имеет «водяную рубашку», не допускающую опасных перегревов внутреннего металлического корпуса конвертора при возможных во времени дефектах внутренней футеровки. Внутренний диаметр этого аппарата 4 м при высоте с опорой 17,4 м.

Конвертор СО первой ступени - вертикальный аппарат внутренним диаметром 3,8 м и общей высотой 32 м содержит по высоте две катализаторные корзины, внутренняя конструкция аппарата обеспечивает радиальное движение газа. Конвертор СО второй ступени похож на предыдущий аппарат, он имеет по высоте две катализаторные зоны, движение газа аксиальное, верхняя зона предназначена для конверсии СО, а вторая - для дополнительной сероочистки.

Очистка конвертированного газа от С02 проводится при давлении 2,8 МПа и температуре 25-40 °С абсорбцией моноэтаноламиновым раствором (МЭА) с последующей тонкой гидроочисткой от СО и С02 процессом метанирова-ния. Возможна двухстадийная моноэтаноламиновая очистка до содержания 3-5 об. % С02 на первой стадии и на второй стадии до содержания 0,004 об. % С02. В других случаях применяется также очистка газа от С02 горячими активированными растворами поташа К2С03, используют часто водный раствор, содержащий 25-28 % К2С03 и 1,2-2,0 мае. % диэтаноламина (ДЭА), при этом газ очищается до 0,1 об. % С02.

Используются также различные процессы очистки газа от С02 органическими растворителями: пропиленкарбонатом (процесс «Флюор»), N-метилпирролидоном (процесс «Пуризол»), диметиловым эфиром (процесс «Селек-сол»), метанолом (процесс «Ректизол»), смесью МЭА и ДЭА в метаноле (процесс «Амизол»), сульфоланом (процесс «Сульфинол») и др. После удаления С02 из конвертированного газа производится его очистка от СО. Ранее для этого использовалась абсорбция медно-аммиачным раствором.

На современных установках применяется очистка (промывка) газа жидким азотом. При этом происходит удаление (растворение) СО, а также примесей метана и аргона Аг, в результате чего азотоводородная смесь тщательно очищается от каталитических ядов и инертных газов. Остаточное содержание СО после такой очистки не превышает 20 см3/м3. Конвертированный газ последовательно охлаждается обратными холодными потоками и испаряющимся хладоагентом-аммиаком до температуры минус 192 “Сив промывной колонне орошается чистым жидким азотом. Тонкая очистка газа от СО и С02 может проводиться также и гидроочисткой их каталитическим гидрированием до метана (метанированием) при температуре 250-350 °С и давлении 2,7-2,8 МПа на никельалюминиевом катализаторе в виде таблеток размером 4-10 мм. Вертикальный реактор гидроочистки диаметром 3,8 м и высотой 7,6 м содержит до 40 м3 катализатора.

Синтез аммиака при давлении 32 МПа проводят при температурах 420-500 °С на гранулированных железных катализаторах, содержащих оксиды железа и активаторы (промоторы) А1203, Si02, К20, Na20, СаО и др. Такие катализаторы отравляются даже примесями серо-, кислород-, хлорсодержащих соединений. Достигается синтез за один проход только 20-40 % исходной азотоводородной смеси. Съем аммиака с 1 м3 катализатора составляет 20-40 т/сут. Очищенная азотоводородная смесь сжимается центробежным компрессором с приводом от паровой турбины и поступает в нижнюю часть конденсационной колонны для очистки от остаточных примесей С02, Н20 и следов масла (загрязнения в компрессоре). В этой колонне свежий газ (СГ) барботирует через слой сконденсировавшегося жидкого аммиака и освобождается при этом от водяных паров, следов С02 и масла и смешивается с циркуляционным газом (ЦГ).

Полученная газовая смесь в трубках внутреннего теплообменника конденсационной колонны и в межтрубном пространстве выносного теплообменника нагревается до температуры 185-195 °С за счет тепла конвертированного газа, выходящего из колонны синтеза, и поступает для дальнейшего нагрева до температуры начала реакции 400-440 °С в межтрубное пространство внутреннего теплообменника колонны синтеза аммиака. Нагретое сырье проходит последовательно четыре слоя катализатора. Синтез аммиака -реакция с выделением тепла. Азотоводородаммиачная смесь (ABAC) с содержанием до 15 % NH3, нагретая за счет тепла реакции до 500-515 °С, охлаждается в трубках внутреннего теплообменника колонны синтеза аммиака до температуры 330 °С. Дальнейшее охлаждение ABAC проходит в трубках подогревателя питательной воды до температуры 215 °С и в трубках выносного теплообменника до температуры 65 °С потоком холодного ЦГ, затем в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) до температуры 40 °С, при этом часть аммиака ABAC конденсируется и отделяется в сепараторе. Оставшаяся газовая ABAC дожимается на циркуляционном колесе центробежного сырьевого компрессора до давления 32 МПа и направляется для дальнейшей конденсации и сепарации NH3 в конденсационную колонну и трубки испарителей-конденсаторов, в которых газообразный NH3 из ABAC конденсируется за счет испарения хладоагента - жидкого NH3 в межтрубном пространстве.

Колонна синтеза аммиака - вертикальный сосуд высокого давления, изготовленный из рулонированных и цельнокованных царг, сваренных между собой. Для корпуса колонны применяются высокопрочные хромоникелевомолибденовые стали с расчетной температурой стенки корпуса не выше 250 °С. Например, внутренний диаметр колонны может быть 2,4 м, высота 32 м, толщина стенки 250 мм, общая масса колонны 550 т, объем четырех ка-тализаторных корзин 7,0-8,4-12,8-14,7 м3, внутренний теплообменник газ-газ расположен в верхней части колонны. Конденсационная колонна - вертикальный сосуд высокого давления внутренним диаметром 2 м и высотой 19 м имеет теплообменник высотой 7,2 м из 7800 трубок диаметром 14x2 мм, поверхностью теплообмена 2100 м2 и сепаратор.

Лидерами - разработчиками технологий синтеза аммиака являются известные фирмы «Haldor Topsoe», «Kellogg», «Brown-Root», «Ammonia Casale», «ICICF Braun», «Uhde», «Linde», «Lurgi» и др. Эксплуатируются зарубежные агрегаты синтеза аммиака четвертого поколения (Low Energy Process) при низком давлении 8-11 МПа. Расход сырья лучших агрегатов за рубежом -около 800 м3 природного газа/т аммиака против 1120-1380 м3/т на российских агрегатах, для которых аналогична ситуация и по потреблению электроэнергии и тепла.



Следующее: Азотная кислота Предыдущее: Водород

ПОДЕЛИСЬ ССЫЛКОЙ С ДРУЗЬЯМИ!







Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki


Наука Аммиак. Технология добычи газа и нефти