2 )Изобразить схематично все типы химических реакторов, которые используются на различных стадиях производства аммиака с обоснованием их использования.

На стадии очистки природного газа от серосодержащих соединений используют однослойный реактор с неподвижным слоем зернистого поглотителя. На кобальто-молибденовом катализаторе происходит гидрирование серосодержащих соединений до сероводорода. Полученный сероводород поглощается в однослойном абсорбере с неподвижным слоем ZnS.

Трубчатая печь представляет собой реактор для конверсии природного газа и воды, аппарат состоит из труб, в которых находится катализатор. Такое строение позволяет эффективно обогревать газовую смесь.

Для проведения второй ступени конверсии природного газа используется адиабатический реактор, благодаря чему теплота подаётся внутренним теплообменом, повышая температуру газовой смеси.

Д ополнительная конверсия СО проходит а реакторе с адиабатическими слоями катализатора с охлаждением между ними для увеличения степени превращения при понижении температуры.

О чистка от СО происходит при метанировании водородом в однослойном реакторе, так как не происходитсильный адиабатический разогрев при этом процессе.

С интез аммиака должен проходить при отводе тепла, для достижения оптимальной температуры процесса, это обеспечивается в многослойном реакторе с промежуточным теплообменом (а) или в трубчатом реакторе с охлаждением (б).

3)Составить структурную схему производства аммиака с указанием основных аппаратов.

1 – колонна (реактор) синтеза NH_{3 ,} 2, 3, 13 – теплообменники_, 4 – воздушный холодильник_, 5 – сепаратор_, 6 – сборник аммиака_, 7 – циркуляционный компрессор_, 8 – конденсационная колонна, 9 – испаритель_, 10 – реактор метанирования СО_, 11 – абсорбер_, 12 – реактор конверсии СО с медьсодержащим катализатором_, 14 – реактор с железохромовым катализатором_, 15 – шахтный конвертор_, 16 –трубчатая печь_, 17 – компрессор_, 18 – реактор очистки природного газа от серосодержащих соединений.

4) Привести технологическую схему отдельной стадии процесса

Очистка от оксидов углерода СО и СО₂

Технологическая схема очистки газа от (МЭА-очистка) и CO (метанирование)

1 абсорбер; 2 - десорбер; 3- кипятильник; 4- теплообменники; 5- реактор метанироваиия (К –катализатор. Т - теплообменник); 6 - холодильники; МЭА – моноэганоламин; МЭА' - не полностью регенерированный МЭА; карб. МЭА - карбонизированный МЭА

Для удаления из азотоводородной смеси оксидов углерода применяют абсорбционные, адсорбционные и каталитические методы очистки.

Наиболее широко применяют процессы очистки газов от СО₂ растворами моноэтаноламина (МЭА) и поташа (К₂СО₃). Эти хемосорбенты обладают высокими емкостью и селективностью. Их недостаток – большой расход теплоты на 1м³ очищаемого газа при высокой концентрации диоксида углерода в исходной смеси.

Очистка от диоксида углерода.

Конвертированный газ содержит 17-18% СО2 и 0,3-0,5% СО. Первая примесь – балласт для синтеза аммиака, вторая – яд катализатора. Эти примеси надо удалить. Удаление сорбцией требует специфичных сорбентов (два удаляемых компонента), необходимых в большом количестве (содержание СО2 - до 20%). В настоящее время используется два специфических способа очистки от оксидов углерода.

Физико-химические свойства процесса. Диоксид углерода абсорбируют 19-21%-ным водным раствором моноэтаноламина :

Эта стадия называется МЭА-очистка. Поглощение (карбонизация раствора МЭА) - обратимый процесс. С повышением температуры равновесие сдвигается влево, т.е. возможна регенерация сорбента. Технологическая схема МЭА-очистки включает два основных аппарата: абсорбер и десорбер.

Над чистым МЭА-раствором равновесное давление мало, и потому газ и жидкость подают противотоком. Абсорбер - вертикальный газожидкостной реактор насадочного или тарельчатого типа, разделенный на две секции. Сначала газ проходит нижнюю секцию абсорбера, где происходит поглощение основного количества . Эта секция орошается не полностью (грубо) регенерированным МЭА-раствором. Доочистка происходит в верхней секции аппарата - газ, орошаемый тонко регенерированным (чистым) МЭА-раствором, выходит с остаточным содержанием не более 0,03% (об.). Температура абсорбции не превышает 330 К.

Насыщенный раствор, содержащий углекислоту в количестве 80-100 г/л, нагревается в рекуперативных теплообменниках и двумя потоками направляется в десорбер. Теплота на десорбцию подается через паровой кипятильник. Чистый раствор отбирают в нижней части десорбера, грубо регенерированный - из середины колонны. После охлаждения эти потоки направляются обратно в абсорбер.

Десорбция происходит при температуре 380-390 К. Организация схемы «регенерация с рециклом» позволяет в чистом виде выделить примесь и исключить постоянное потребление сорбента (только на компенсацию потерь). Чистый используют в других производствах (карбамида, твердой углекислоты и др.). В последнее время в качестве поглотителя используется также раствор NaOH.

Очистка от оксида углерода.

Так как раствор МЭА не поглощает оксид углерода, выходящий газ содержит СО. Как примесь его не выделяют, а превращают в метан, безвредный для катализатора и инертный в процессе синтеза аммиака

Физико-химические свойства процесса. Остаточное содержание оксида углерода мало ( 0,5%), и вместо удаления его обезреживают (дезактивируют как катализаторный яд) реакцией, обратной конверсии метана (метанирования):

Процесс проводят при низкой температуре (500-550 К) с использованием никелевого катализатора при большом избытке водорода [около 75% в азотоводородной смеси (АВС)].

Технологическая схема состоит из одного аппарата.

После стадии МЭА-очистки газ подогревают и направляют в реактор, содержащий никелевый катализатор (реактор метанирования. Так как содержание СО мало и адиабатический разогрев составляет лишь несколько десятков градусов, используют однослойный реактор. В очищенном газе, поступающем на синтез аммиака (синтез-газе), содержание СО не должно превышать 20 об. долей (20 ppm –миллионных долей). Суммарное содержание метана (непревращенного и образовавшегося в результате метанирования) в синтез-газе составляет до 1%.