Вопрос №52

Вопрос №52: ХТС производства аммиака. Полная химическая, функциональная и структурная схемы производства. Подсистема синтеза аммиака. Физико-химические основы синтеза аммиака. Решение концепций эффективного использования сырья и энергоресурсов, минимизации отходов, эффективного использования оборудования. Энерготехнологическая система производства аммиака.

В се реакции протекают с участием катализатора, и здесь записаны только основные стехиометрические уравнения.

Технологические подсистемы включают очистку природного газа от серосодержащих соединений, которые являются каталитическими ядами, и очистку азотоводородной смеси от оксидов углерода.

Функциональная схема:

В место подсистемы получения элементарного азота стоит знак вопроса. При дальнейшем рассмотрении указанных подсистем способ выделения азота из воздуха будет обоснован.

Синтез аммиака. Физико-химические свойства процесса.

Реакция протекает на катализаторе — пористое железо с добавками стабилизирующих и промотирующих элементов (Аl, К, Са и др.). Данный катализатор активен и термически устойчив в области -температур 650-830 К. Реакция обратимая, протекаете выделением теплоты и уменьшением объема. Согласно принципу Ле Шателье понижение температуры и повышение давления сдвигает равновесие реакции в сторону увеличения содержания аммиака.

При атмосферном давлении (0,1 МПа) превращение очень мало. Область давлений синтеза, при которых степень превращения представляет промышленный интерес: выше 20 МПа. Оптимальным же будет осуществление процесса при 30—32 МПа.

Реализация более высокого давления резко увеличивает затраты на оборудование и компрессию, а понижение давления увеличивает затраты, связанные с малым выходом аммиака.

Энерготехнологическая система в производстве аммиака.

Сжатие природного газа и технологического воздуха до 4,5 МПа, а также азотоводородной смеси до 32 МПа и ее циркуляция в подсистеме синтеза осуществляется с помощью мощных турбокомпрессоров. Кроме них в энергетической системе задействован еще ряд машин. Наиболее энергоемким элементом данной ХТС является компрессор синтез-газа с частотой вращения вала около 11000 мин-1, он потребляет более половины энергии всего производства аммиака. Применение для привода этого компрессора электродвигателя практически нереализуемо, поэтому используется паровая турбина с энергоносителем — паром с высокими параметрами (давление достигает 10 МПа, а температура - 720-5-740 К). Для привода других компрессоров также используют паровые турбины на энергоносителях с меньшими параметрами.

В производстве аммиака имеются высокопотенциальные технологические потоки: конвертированный и дымовые газы после конверсии метана, синтез-газ после метанирования, газ после конверсии метана. Однако их энергии и потенциала не достаточно для образования пара с высокими параметрами.

Необходим дополнительный высокотемпературный источник энергии. Таким источником является вспомогательный котел (6) с огневым обогревом от дополнительного энергетического узла (3), установленный в газоходе после трубчатой печи (рис. 6.46). Пар, получаемый в котлах-утилизаторах в линиях технологических потоков (4 и 5 на рис. 6.46) и в дополнительном котле, собирается в паросборнике (2) и оттуда распределяется на паровые турбины - приводы компрессоров. Таким образом, производство аммиака становится автономным по энергетическому пару, но для его выработки, используя свои вторичные энергетические ресурсы, потребляет также дополнительное количество топлива — природного газа. Такая схема обеспечения производства энергией и есть энерготехнологическая система.