1.Технологія виробництва аміаку

Виробництво синтетичного аміаку складається з трьох основних технологічних стадій: отримання вихідної азотоводневої суміші (синтезу газу); очистка синтез-газу від домішок; синтез аміаку. Основною сировиною для отримання аміаку є природний газ.

Основні стадії сучасних технологічних схем виробництва аміаку включають наступні процеси: сіркоочистки, парову каталітичну конверсію метану в трубчастої печі, пароповітряну каталітичну конверсію метану в шахтному конверторі, двоступеневу каталітичну конверсію оксиду вуглецю, абсорбціонну очистку газу від СО ₂ метанування залишкових оксиду і діоксиду вуглецю, компримування азотоводневої суміші і каталітичний синтез аміаку.

Розглянемо автоматизацію процесів конверсії метану, конверсії оксиду вуглецю та синтезу аміаку.

1.1. Технологічна схема процесу конверсії метану. Природний газ із заводського колектора під тиском 1,2 МПа змішується в співвідношенні 10: 1 з азотоводневою сумішшю (АВС), що надходить з відділення синтезу аміаку і прямує далі в трубчасту піч 1, де суміш газів підігрівається димовими газами до 400 ° С. Потім її направляють в апарат 2 гідрування сіркоорганічних з'єднань до сірководню. Далі природний газ, очищений від сірководню, змішують з водяною парою в співвідношенні пар: газ, рівному 4.

Отриману парогазову суміш направляють в підігрівач, розташований в конвективній частині трубчастої печі, де її температура підвищується до 500-550 ° С за рахунок тепла димових газів.

Нагріта парогазова суміш надходить далі в реакційні труби, встановлені в радіаційній камері трубчастої печі, в якій на нікелевому каталізаторі відбувається конверсія природного газу водяною парою.

В процесі конверсії метан окислюється в трубчастій печі водною парою за наступною основною реакцією:

СН₄ + Н₂О = СО + ЗН₂ - Q

Тепло, необхідне для реакції, получають спалюванням природного газу в міжтрубному просторі печі. Димові гази, що утворюються в результаті згоряння палива в трубчастої печі, викидаються в атмосферу димоходи 9. З реакційних труб конвертований газ, який містить близько 10% залишкового метану, при температурі 800-830 ° С, надходить в змішувач шахтного реактора 3. Сюди ж під тиском 3 МПа подається технологічне повітря, нагріте до 500 ° С в конвективній частині трубчастої печі.

В шахтному реакторі 3, відбувається практично повна конверсія метану, який залишився в газі після трубчастої печі і введення в склад отримуваного технологічного газу азота, необхідного для стадії синтезу аміаку.

В шахтному реакторі протікають наступні основні реакції

СН₄+0,50₂ ↔ CO + 2H₂+Q;

2Н₂ + О₂ ↔ 2H₂0+Q;

СH₄ + Н₂0→СО + ЗН₂-Q

У вільному просторі верхньої частини шахтного реактора частина водню і метану, що містяться в конвертованому газі, що надходить з трубчастої печі, згоряє з киснем повітря; при цьому виділяється тепло, необхідне для ендотермічної реакції метану що залишився з водяною паром на нікелевому каталізаторі шахтного реактора.

На виході шахтного реактора отримують конвертований газ при температурі 980-1000 ° С із залишковим вмістом метану 0,5%.

Рис.1.Технологічна схема і схема автоматизації процесу конверсії метану

1 – трубчаста піч; 2 – апарат гідрування; 3 – шахтний реактор; 4 – регулятор співвідношення; 5 – регулятор тиску; 6,8– регулятор витрати; 7 – регулятор співвідношення; 9 – димосос ; 10-15 – датчики тиску; 16-27 датчики температури; 28-30 – датчики складу; 31-35 – регулюючі клапани