Технологическая схема крупнотоннажного производства аммиака, работающая на оао «Акрон».

1 Общая характеристика производства

Метод производства основан на каталитическом получении синтетического аммиака под давлением не более 31,38 МПа (320 кгс/см²) при температуре 450 - 538 С из водорода и азота синтез - газа, получаемого паровой и паровоздушной конверсией природного газа с последующей двухступенчатой конверсией оксида углерода, очисткой от диоксида углерода раствором карбоната калия, тонкой очисткой от оксида и диоксида углерода метанированием, с использованием тепла процессов экзотермических стадий производства для выработки водяного пара, используемого для привода паровых турбин турбокомпрессоров и в технологии.

Технологический процесс разработан фирмой “Келлог”, США. Проект во всех частях выполнен фирмой “Тойо Инжиниринг Корпорейшн” (ТЕС), Япония.

2 Характеристика производимой продукции

Аммиак жидкий технический. Химическая формула - NH₃. Молекулярная масса - 17,0304. Аммиак безводный сжиженный выпускается в соответствии с ГОСТ 6221-90 и должен соответствовать требованиям, приведённым в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Требования к жидкому аммиаку

Наименование показателя	Норма для марок
	А	Ак	Б
1 Массовая доля аммиака, %, не менее	99,9	99,6	99,6
2 Массовая доля азота, %, не менее	-	82	82
3 Массовая доля воды (остаток после испарения), %, не более	-	0,2-0,4	0,2-0,4
4 Массовая доля воды (методом Фишера), %, не более	0,1	-	-
5 Массовая концентрация масла, мг/дм3, не более	2	2	8
6 Массовая концентрация железа, мг/дм3, не более	1	1	2
7 Массовая доля общего хлора, млн-1 (мг/кг), не более	-	0,5	-
8 Массовая доля оксида углерода (IV), млн-1 (мг/кг), не более	-	3010	-

Физико-химические свойства аммиака.

При нормальной температуре и атмосферном давлении аммиак - бесцветный газ с удушающим резким запахом.

Сжиженный аммиак представляет собой бесцветную подвижную жидкость с плотностью при 0 ^оС 639 кг/м³.

В потоке кислорода аммиак горит зеленоватым пламенем с образованием воды и свободного азота: 4 NH₃ + 3 O₂ 2 N₂ + 6 H₂O + Q

Аммиак хорошо растворим в воде. При 20 С и давлении 0,101 МПа (760 мм рт.ст.) в одном объеме воды растворяется 706,2 объемов аммиака. Растворение аммиака в воде происходит с выделением тепла. Аммиак с водой образует гидроксид аммония - NH₄OH.

Аммиак пожаровзрывоопасен, токсичен.

Описание технологического процесса и схемы

Технологический процесс получения синтетического аммиака состоит из следующих стадий:

- сероочистка природного газа;

- паровая конверсия метана;

- паровоздушная конверсия метана;

- конверсия оксида углерода;

- очистка конвертированного газа от диоксида углерода;

- тонкая очистка конвертированного газа от оксида и диоксида углерода метанированием;

- синтез аммиака.

Сероочистка природного газа

Очистка природного газа от серосодержащих соединений производится в две стадии.

На первой стадии происходит гидрирование сероорганических веществ на алюмоникельмолибденовом катализаторе. При температуре 370-400 С и давлении не более 4,12 МПа (42 кгс/см²) на нем протекают следующие реакции:

COS + H₂ → H₂S + CO

CS₂ +4 H₂ → 2H₂S + CH₄

C₄H₄S + 4 H₂ → H₂S + C₄H₁₀

C₂H₅SH + H₂ →H₂S + C₂H₆

На второй стадии процесса происходит поглощение сероводорода поглотителем на основе активного оксида цинка по реакции:

ZnO + H₂S → ZnS + H₂O

Паровая конверсия метана

Природный газ, очищенный от серосодержащих соединений, при температуре не более 830 С и давлении не более 3,434 МПа (35 кгс/см²) подвергается конверсии с водяным паром в присутствии никелевого катализатора по следующим реакциям :

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ - 206,4 кДж/моль (- 49,3 ккал/моль)

CO + H₂O → CO₂ + H₂ + 41,0 кДж/моль (+ 9,8 ккал/моль)

CH₄ + CO₂ → 2 CO + 2 H₂ - 247,0 кДж/моль (- 59,1 ккал/моль)

Паровоздушная конверсия метана

На данной стадии при температуре не более 1 270 С и давлении не более 3,335 МПа (34 кгс/см²) на никелевом катализаторе происходит паровоздушная конверсия метана по следующим реакциям: 4.9)

CO + I/2 O₂ → CO₂ + 283,5 кДж/моль (+ 67,5 ккал/моль)

CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂ + 319,0 кДж/моль (+ 76,0 ккал/моль)

CH₄ + I/2 O₂ → CO + 2 H₂ + 35,7 кДж/моль (+ 8,5 ккал/моль)

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ - 207,0 кДж/моль (- 49,3 ккал/моль)

CH₄ + CO₂ → 2 CO + 3 H₂ - 248,2 кДж/моль (- 59,3 ккал/моль)

CO + H₂O → CO₂ + H₂ + 41,2 кДж/моль (+ 9,8 ккал/моль)

Конверсия оксида углерода

Процесс конверсии оксида углерода описывается уравнением реакции:

СО + Н₂О → СО₂ + Н₂ + 41 кДж/моль (+ 9,52 ккал/моль)

В существующей схеме конверсия оксида углерода осуществляется в 2 стадии:

1) высокотемпературная;

2) низкотемпературная.

Процесс высокотемпературной конверсии оксида углерода протекает на железохромовом катализаторе при температуре не более 450 С и давлении не более 3,139 МПа (32 кгс/см²).

Низкотемпературная конверсия оксида углерода осуществляется на цинкхроммедном (цинкмедном) катализаторе при температуре не более 255 С и давлении не более 2,943 МПа (30 кгс/см²).

Очистка конвертированного газа от диоксида углерода

Очистка конвертированного газа от диоксида углерода осуществляется раствором карбоната калия, активированным диэтаноламином (раствор “Карсол”) и протекает по реакции:

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2 KHCO₃ + 478,8 кДж/кг СО₂ (+114,0 ккал/кг СО₂)

Тонкая очистка конвертированного газа от оксида и диоксида углерода

(метанирование)

Тонкая очистка газа от кислородосодержащих соединений (СО и СО₂), являющихся ядами для катализатора синтеза аммиака, производится путем восстановления их до метана водородом на никелевом катализаторе при температуре не более 375 С и давлении не более 2,55 МПа (26,0 кгс/см²). Данный метод основан на протекании следующих обратимых экзотермических реакций гидрирования:

СО + 3 H₂ → СН₄ + Н₂О + 206,0 кДж/моль (+ 49,3 ккал/моль)

СО₂ + 4 Н₂ → СН₄ + 2 Н₂О + 167,0 кДж/моль (+ 39,8 ккал/моль)

Синтез аммиака

Синтез аммиака протекает при температуре не более 538 С и давлении не более 31,39 МПа (320 кгс/см²) по реакции:

3 Н₂ + N₂ → 2 NН₃ + 52,38 кДж/моль (+ 12,51 ккал/моль)

Катализатором синтеза аммиака является промотированное железо.