Материал: ОХТ в вопросах и ответах Ч2

снижение температуры. На рис. 3.6а приведён профиль температуры в ре-

акторе.

Аналогичный эффект достигается при использовании двойных тру-

бок (трубок Фильда) – рис. 3.6б. Газ поступает во внутренние трубки, за-

тем входит в кольцевое пространство между внутренними и наружными трубками. Проходя это пространство, газ нагревается от слоя катализатора и одновременно отдаёт часть тепла газу, циркулирующему во внутренних трубках. Режим процесса в слое в координатах «Т z» показан на рис. 3.7.

Содержание аммиака, об. доли

Рис. 3.7. Диаграмма «Т–z» режима процесса в реакторе синтеза аммиака:

1 – равновесные концентрации; 2 – оптимальные температуры; 3 – процесс в многослойном реакторе; 4, 5 – процесс в трубчатом реакторе (одинарные и двойные трубки соответственно)

а рис. 3.7 в координатах "Т–z" иллюстрирует режим процесса в слое ката-

лизатора.

Вопрос. Как осуществить синтез аммиака в многослойном реакторе?

Ответ. В многослойном реакторе (рис. 3.6в) процесс проводят в адиабати-

ческом режиме в нескольких слоях катализатора с промежуточным охла-

ждением. Компактность конструкции реактора достигается, если темпера-

туру между слоями снижать вводом холодного газа. Режим процесса в слое катализатора в координатах "Т–z" показан на рис. 3.7 (кривая 3). Во всех типах реакторов предварительный нагрев газа в теплообменнике потоком,

36

выходящим из слоя катализатора. Все элементы реактора – слои катализа-

тора, теплообменники, смесители – располагаются в одном корпусе высо-

кого давления. Поступающий холодный газ проходит в узком кольцевом пространстве вдоль стенок, предохраняя их от нагрева (рис. 3.6в). Это важно для сохранения прочности корпуса, находящегося под высоким дав-

лением.

Вопрос. Является ли ХТС производства аммиака энерготехнологической системой?

Ответ. В производстве аммиака используется энергоёмкое оборудование,

мощные турбокомпрессоры. Обеспечить необходимую мощность возмож-

но путём подвода энергии со стороны, либо за счёт использования соб-

ственных энергоносителей, в частности, энергетического водяного пара.

Суммарная энергия образующихся высокопотенциальных технологиче-

ских потоков (конвертированный и дымовые газы после конверсии метана,

синтез-газ после метанирования, газ после конверсии метана) не покрывает общих затрат производства на сжатие природного газа и воздуха, азотово-

дородной смеси, циркуляцию в подсистеме синтеза. Необходим дополни-

тельный высокотемпературный источник энергии. Им является энергети-

ческий узел (рис. 3.8), представляющий собой дополнительный котёл 6 с

огневым обогревом 3, установленный в газоходе 1 после трубчатой печи.

Пар, получаемый в котлах-утилизаторах в линиях технологических потоков (4 и 5) и в дополнительном котле, собирается в паросборнике 2 и

оттуда распределяется на паровые турбины – приводы компрессоров. Та-

ким образом, производство аммиака становится автономным по энергии,

но для выработки необходимого энергетического пара, помимо использо-

вания собственных вторичных энергетических ресурсов, необходимо определенное количество топлива – природного газа. Такая схема обеспе-

чения производства энергией и есть энерготехнологическая система.

37

Рис. 3.8. Энерготехнологическая схема агрегата синтеза аммиака:

1 – газоход после трубчатой печи; 2 – паросборник; 3 – огневой обогрев; 4, 5 – котлы-утилизаторы (после шахтного конвертора метана и после конвертора

оксида углерода соответственно); 6 – вспомогательный котёл

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве аммиака для решения концеп-

ции наиболее полного использования сырьевых ресурсов?

Ответ. Концепция наиболее полного использования сырьевых ресурсов

(сырья и вспомогательных материалов) в производстве аммиака может быть реализована благодаря применению следующих приёмов:

- избыток одного из компонентов водяного пара в процессах кон-

версии природного газа и оксида углерода;

- регенерация с рециклом при выделении побочного продукта ди-

оксида углерода из азотоводородной смеси;

-фракционный рецикл в синтезе аммиака;

-переработка и использование продувочных газов цикла синтеза ам-

миака;

- противоток при абсорбции СО2 раствором МЭА.

38

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве аммиака для решения концепции наиболее полного использования топливно-энергетических ресурсов

(ТЭР)?

Ответ. Концепция наиболее полного использования ТЭР в производстве аммиака реализуется благодаря утилизации и регенерации тепла в отделе-

ниях конверсии метана, оксида углерода, метанирования, синтеза аммиака.

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве аммиака для решения концепции эффективного использования оборудования?

Ответ. Концепция эффективного использования оборудования в производ-

стве аммиака может быть реализована следующими приёмами:

-оптимизацией стадий конверсии CO и синтеза аммиака;

-использованием реакторов с радиальным ходом газа через слои ка-

тализатора в конверсии оксида углерода и синтезе аммиака;

-совмещением процессов, например, в реакторе конверсии метана,

синтеза аммиака (реакционная зона в виде слоёв катализатора, теплооб-

менники, смесители расположены в одном корпусе).

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве аммиака для решения концепции минимизации отходов:

Ответ. Концепция минимизации отходов в производстве аммиака может быть реализована следующими приёмами:

-регенерацией отработанного поглотителя сернистых соединений на основе сульфида цинка;

-переработкой и использованием отдувочных газов синтеза аммиака с получением продуктов, имеющих коммерческое значение (Аr, He…);

-использованием замкнутого водооборота.

39

Вопрос. Какие существуют решения по усовершенствованию производ-

ства аммиака?

Ответ. Наиболее важными направлениями в развитии производства амми-

ака являются увеличение единичной мощности, создание энерго-

технологической системы и снижение давления. В настоящее время произ-

водительность по аммиаку уже достигла 1500 т/сутки и более. В производ-

стве аммиака применена энерго-технологическая схема с паровым циклом,

позволяющая осуществить энергетическую автономию агрегата синтеза.

Высокопотенциальное тепло дымовых газов используется для проведения эндотермическогопроцесса конверсии метана в трубчатых печах. Это теп-

ло, наряду с теплом газа после конверсии оксида углерода используют также для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах,

установленных на одном валу с насосами и компрессорами.

С понижением давления в синтезе аммиака уменьшаются энергети-

ческие затраты, но при этом возникает потребность в разработке низко-

температурных катализаторов, способных проявлять свою активность при температурах около 570 К и позволяющих вести процесс при давлении около 0,1 МПа без снижения выхода аммиака.

4. ХТС производства азотной кислоты

Вопрос. Какие реакции образуют химическую модель ХТС производства азотной кислоты?

Ответ. Химическая модель производства азотной кислоты может быть представлена следующими основными уравнениями реакций:

Вопрос. Что такое операционная модель производства азотной кислоты?

40