Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Для регулирования температуры в колонне синтеза предусмотрена возможность подачи холодной азотоводородной смеси снизу по центральной трубе в катализаторную коробку, минуя теплообменник. В современных колоннах для утилизации тепла реакции нижний теплообменник разделен на две части, газ, выйдя из катализаторной коробки, проходит верхнюю часть теплообменника и при 400° С выводится в котел-утилизатор, где охлаждается до 200° С, и вновь направляется в колонну синтеза, проходит нижнюю часть теплообменника и выводится из колонны при 90— 100° С. Могут применяться также и выносные теплообменники. В настоящее время применяются колонны синтеза производительностью от 150 до 1500 т/сут аммиака. Производительность колонны синтеза аммиака рассчитывают по уравнению
где G — производительность колонны, кг/ч; V — объемная скорость газа, м3/м3 -ч; v — объем катализатора, м3; C1 — содержание аммиака в азотоводородной смеси на входе в колонну, %; C2 — содержание аммиака на выходе из колонны, %; 0,771 — плотность аммиака, кг/м3.
Пример расчета агрегата синтеза с колонной высотой Ими внутренним диаметром 850 мм при содержании в цикле 7% инертов, конечной температуре конденсации аммиака 5° С, объемной скорости 25 000 ч-1 и давлении 3-Ю7 Н/м2.
Принимая, что коэффициент использования внутреннего объема поковки колонны синтеза составляет 35%, находим объем катализатора, загруженного в колонну синтеза:
V = 0,785d2/z-0,35 = 2,8 м'.
Находим по данным рис. 13 и 16 в начальный период работы колонны C2 = = 17%, C1 = 4%. Тогда по формуле
„ 25 000 - 2,8-(17 - 4)-0,771 , _ . ... ,
G =-:—~---= 6,7 т/ч, или 160 т/сут.
Через 2 года работы выход аммиака в результате снижения активности катализатора составляет 80% от исходного, отсюда
„ 25 000 - 2,8-(13,5 - 4,0)-0,771 . . , ,
G =-:—Ц—---= 4,9 т/ч= 120 т/сут.
104
і.л Таким образом, средняя производительность такого агрегата составит '40 т/сут NH3.
Срок службы катализатора зависит от степени очистки газов и в практике работы наших заводов составляет около двух лет.
Современные схемы производства аммиака. При проектировании новых крупных промышленных установок на основе последних достижений науки и техники необходимо добиваться максимального снижения энергоматериальных и капитальных затрат, получать низкую себестоимость выпускаемой продукции и высокую производительность труда. В производстве аммиака эта цель достигается созданием крупных агрегатов в одну технологическую нитку
H2
— — Технологический газ---Раствор этаноламина—Пар---Дымодыегазы
Рис. 19. Схема производства аммиака:
/ — подогреватель природного газа; 2 — реактор гидрирования органической серы; 3 — адсорбер сероводорода; 4 — теплообменник; 5 — трубчатая печь — конвертор метана; в — топка; 7 — шахтный конвертор метана; 8 — паровой котел; 9 — конвертор CO I ступени; 10 — конвертор CO II ступени; // — теплообменник; 12 — регенератор CO2; 13 — абсорбер CO2; 14 — воздушный холодильник; 15 — метанатор; 16 — турбокомпрессор с газовой турбиной; 17 — паровая турбина; 18 — аммиачный холодильник; 19 — первичный сепаратор, 20 — вторичный сепаратор; 21 — холодный теплообменник; 22 — водоподогреватель паровых котлов; 23 — «горячип> теплообменник; 24 — воздушный холодильник; 25 — полочная колонна синтеза
с возможно более полной утилизацией низкопотенциального и высокопотенциального тепла.
Высокопотенциальное тепло дымового и конвертированного газов используется для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах, служащих приводом компрессоров. Низкопотенциальное тепло используется для получения технологического пара низкого давления, подогрева воды, получения холода и т. п. В новых системах широко применяются аппараты воздушного охлаждения, позволяющие сократить расходы воды. На рис. 19 приведена схема агрегата мощностью 1500 т/сут, включающая двухступенчатую паровоздушную конверсию метана, высокотемпературную и низкотемпературную конверсию СО, моноэтанола-
мяновую очистку от CO2, окончательную очистку от СО и CO2 каталитическим гидрированием (метанирование) и синтез аммиака.
Природный газ под давлением 4 -10е Н/м2 после очистки от серусодержащих соединений смешивается с паром в соотношении З?: 1, подогревается в теплообменнике отходящими газами и поступает в трубчатую печь с топкой, в которой сжигается природный газ. Процесс конверсии метана с водяным паром до образования окиси углерода протекает на никелевом катализаторе при 800—850° С. Содержание метана в газе после первой ступени конверсии составляет 9—10%. Далее газ смешивается с воздухом и поступает в шахтный конвертор, где происходит конверсия остаточного метана кислородом воздуха при 900—1000° С и соотношении пар : газ =¦ 0,8 : 1. Из шахтного конвертора газ направляется в котел-утилизатор, где получают пар высоких параметров (1•1O7 Н/м2, 480° С), направляемый в газовые турбины центробежных компрессоров. Из котла-утилизатора газ поступает на двухступенчатую конверсию окиси углерода. Конверсия окиси углерода осуществляется вначале в конверторе 1-й ступени на среднетемпературном железохромовом катализаторе при 430— 470° С, затем в конверторе 2-й ступени на низкотемпературном цинкхроммедном катализаторе при 200 —260° С. Между первой и второй ступенями конверсии устанавливают котел-утилизатор. Тепло газовой смеси, выходящей из 2-й ступени конвертора СО, используется для регенерации моноэтаноламинового раствора, выходящего из скруббера очистки газа от CO2.
