Синтез аммиака производительностью 100 тонн. Аня Кудашова. Курсовая работа по дисциплине (учебному курсу)

• Название: Курсовая работа по дисциплине (учебному курсу)
• Анкор: Синтез аммиака производительностью 100 тонн
• Дата: 02.07.2022
• Размер: 352.29 Kb.
• Имя файла: Аня Кудашова.docx
• Тип: Курсовая; #622927
• страница: 2 из 4

Содержание

Введение 5

1.Выбор и обоснование выбранной технологической схемы производства синтеза аммиака, производительностью 100 т/сутки 6

1.1.Технологическая схема производства синтеза аммиака 6

фирмы «Kellog» 6

1.2.Технологическая схема процесса AMV синтеза аммиака 8

фирмы «ICI» 8

1.3.Общая характеристика производства 9

2.Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов 9

3.Описание технологической схемы 12

4.Расчеты технологических процессов 17

4.1.Материальный расчет (материальный баланс) синтеза аммиака колонны 17

4.2.Материальный баланс первичной конденсации 21

4.3.Материальный баланс продувки вторичной конденсации аммиака 24

4.4.Тепловой баланс 29

5. Конструктивные расчеты основного аппарата 36

6.Охрана труда и окружающей среды 37

Заключение 40

Список использованных источников 41

Введение

Главным и важным продуктом в химпромышленности является аммиак, который используется в качестве различных химических соединений, а также служит для производства азотных удобрений (амидные, нитратные и аммиачные), метанола и капролактама. Производством аммиака занимаются около 80 стран.

Все производители аммиачной продукции стремятся осуществить поставленные задачи, в которые входят: а) оптимизация затрачиваемых ресурсов в производстве аммиака; б) модернизация, а также реконструкция потребляемых мощностей, которые будут направлены, на снижение материально – энергетических затрат.

Целью курсовой работы является изучение теоретических знаний в области синтеза аммиака, а также выполнение расчетов технологического процесса.

Для выполнения курсовой работы, решались следующие задачи:

1. 
   Изучить технологические схемы для производства синтеза аммиака;
   
2. 
   Рассмотреть общую характеристику выбранного производства;
   
3. 
   Рассмотреть характеристики выпускаемой продукции, сырья вспомогательных материалов;
   
4. 
   Разработка и описание выбранной технологической схемы;
   
5. 
   Выполнение расчетной части технологических процессов;
   
6. 
   Выполнение расчетов основного аппарата.
   

1. 
   Выбор и обоснование выбранной технологической схемы производства синтеза аммиака, производительностью 100 т/сутки
   
   1. 
      Технологическая схема производства синтеза аммиака
      

фирмы «Kellog»

Технологическая схема рассчитана на производство 100 тонн в сутки синтетического аммиака. Получают при помощи температур +5°С и -33°С.

Основные стадии процесса:

1. 
   Гидрирование сераорганических соединений, содержащихся в природном газе, в сероводород на кобальтмолибденовом катализаторе.
   
2. 
   Поглощение сероводорода поглотителем на основе оксида цинка.
   
3. 
   Первичный риформинг очищенного от сернистых соединений природного газа в трубчатой печи при давлении равном 33,1 кгс/см² изб.
   
4. 
   Конверсия остаточного метана, содержащегося в частично конвертированном газе после первичного риформинга, в водород и оксид углерода при повышенных температурах.
   
5. 
   Высоко- и низкотемпературная конверсия оксида углерода с одновременным получением эквивалентных количеств водорода.
   
6. 
   Очистка конвертированного газа от диоксида углерода по методу “Карсол”.
   
7. 
   Метанирование остаточного количества оксида и диоксида углерода для получения очищенного синтез-газа с содержанием оксидов углерода не более 10 ppm.
   
8. 
   Компримирование очищенного синтез-газа до 331 кгс/см² изб. с применением центробежного турбокомпрессора.
   
9. 
   Конверсия синтез-газа в аммиак при 321,7 кгс/см². Выделение и захолаживание продукционного аммиака.
   

Преимущества:

-использование избыточного пара для турбинных машин и насосного оборудования;

-использование технологически полученного конденсата в последующей технологии.

-получение нового метода мембран, для разделения газов.

Недостатки:

-капитальные и эксплуатационные затраты.




Рисунок 1 – Технологическая схема фирмы «Kellog»

2. 
   Технологическая схема процесса AMV синтеза аммиака
   

фирмы «ICI»

Внедрение процесса АМV фирмой «ICI», рассчитан на производительность 100 тонн в сутки.

Преимущества:

-циркуляция продувного газа;

-экономия топливных материалов.

Недостатки:

-капитальные и эксплуатационные затраты.



Рисунок 2 – Технологическая схема фирмы «ICI»

Вывод: Исходя, из двух представленных технологических схем производства синтеза аммиака выбираем фирму Kellog. Выбранная схема соответствует новейшим техническим условиям, а также количества выбросов.

3. 
   Общая характеристика производства
   

Производство синтетического аммиака с данной технологической схемой находится в городе Тольятти, на заводе ПАО «КуйбышевАзот», расположенного по адресу: улица Новозаводская 6. Совместно с предприятием и немецкой компанией Linde Group, была разрешена постройка цеха по производству синтетического аммиака. Ввод в эксплуатацию 19 июля 2018 года. Мощность производства составляет порядка 1300-1400 тонн в сутки.

2. 
   Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов
   

В таблице 1 указана характеристика готового продукта, сырья, вспомогательных материалов и полупродуктов, применяемых в процессе производства синтеза аммиака.

Таблица 1

Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов

Наименование сырья, материалов, полупродуктов	ГОСТ или ТУ	Показатели			Допустимые отклонения
1	2	3			4
Природный газ	ГОСТ 5542-2014	Массовая концентрация сернистых соединений, мг/м3			Менее 80
		Теплота сгорания низшая МДж/ м3 (ккал/ м3) при 20°С, и 101,325 кПа (760 мм.рт.ст.)			Менее 31,8 (7600)
		Плотность при 20°С, кг/ м3			От 0,71 до 0,75
		Давление избыточное на входе в цех, МПа (кгс/см2)			Не менее 0,9 (9,0)
		Температура, °С			-40 или +40
		Состав газа в объемных долях % СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 СО2 Н2 N2			От 85.9 до 98.7 От 0,15 до 4,1 От 0,06 до 1,5 От 0,02 до 0,7 От 0 до 0,5 не более 1,5 От 0 до 0,6 не более 2,5
Азот газообразный, чистый	СТП 113-03-26-43-91	Объемная доля кислорода, %			Не должна превышать значения 0,02
		Массовая концентрация водяных  паров, г/м3			Не должна превышать значения 0,05
		Содержание масла			0
		Давление избыточное, МПа (кгс/см2)			От 0,2 до 0,6 (2,0—6,0)
Продолжение таблицы 1
Азот газообразный, технический	СТП 113-03-26-43-91		Объемная доля кислорода, %	Не должна превышать значения 3
			Содержание масла	0
			Давление избыточное, МПа (кгс/см2)	От 0,2 до 0,6 (2,0—6,0)
Азот газообразный , чистый, высокого давления	СТП 113-03-26—43-91, регламент цеха синтеза метанола		Объемная доля кислорода, %	Не должна превышать значения 0,02
			Массовая концентрация водяных паров, г/м3	Не должна превышать значения 0,05
			Содержание масла	0
			Давление избыточное, МПа (кгс/см2)	Не должна превышать значения 31,9 (319)
Катализатор синтеза аммиака, железный, промотированный СА-С	ТУ 6-05761672.152-96		Размер зерен, мм:	1,5-3 3-7 7-10 10-15
			Насыпная плотность, кг/дм3	2,5-2,9 10 20
			Механическая прочность на раздавливание, МПа, н.м - для размеров зерен 1,5-3 и 3-5 - для размеров зерен 5-7, 7-10 и 10-15	10 20
			Массовая доля, %: FeO калия в пересчете на К2О алюминия в пересчете на Al2O3 кальция в пересчете на СаО кремния в пересчете на SiO2, не более серы в пересчете на SO3, не более	31-40 0,8-1,2 2,4-3,8 1,9-2,8 0,7 0,015

Полученный аммиак должен отвечать всем стандартам и требованиям ГОСТа 6221-90, которые указаны в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики полученного аммиака

Показатели в процентном соотношении	Нормы для марок
	А	Ак	Б
Массовая доля аммиака, %, не менее	99,90	99,6	99,6
Массовая доля воды, %, не более	0,1	0,4	0,4
Массовая концентрация масла, мг/дм3, не более	2	2	8
Массовая концентрация железа, мг/дм3, не более	1	1	2

3. 
   Описание технологической схемы
   

В регламенте на технологические процессы цеха № 11 завода ПАО «КуйбышевАзот» указывается:

1. 
   Газ после попадания в компрессор должен иметь температуру меньше 5⁰С;
   
2. 
   Газ после попадания в компрессор должен иметь давление меньше чем 5⁰С 25,8 МПа;
   
3. 
   Газ после попадания в компрессор должен иметь объемную долю аммиака до 3,2%.
   

После компенсатора газ поступает в теплообменник, где подогревается газом, выходящим из колонны синтеза и прошедшим воздушный холодильник.

Перед попаданием в смеситель синтез – газ и циркуляционный газ перемешиваются. При этом температура должна быть не менее 40⁰С. Если данную температуру не поддерживать, то пойдет образование карбамата аммония.

Далее смешанный газ попадает в сепаратор и разделяется на два потока. В первый поток попадает смешанный газ в количестве 70% и попадает в основную колонну с подогревом температуры не более 146⁰С, а во второй поток 30% и попадает в дополнительную колонну с подогревом температуры не более 146⁰С.

Основной поток газа, идущего на колонну синтеза через заслонку с дистанционным управлением, поступает в нижнюю часть колонны синтеза и поднимается по кольцевому зазору между корпусом колонны и стенкой катализаторной коробки в верхнюю часть колонны, где расположен теплообменник.

В верхней части колонны исходный газ входит в межтрубное пространство теплообменника входящего и выходящего потоков, где он подогревается, охлаждая продукционный газ.

На выходе из теплообменника входящего и выходящего потоков свежий газ смешивается с газом, выходящим из трубного пространства промежуточного теплообменника колонны.

Затем газ по аксиальной и радиальной траекториям («вовнутрь») проходит первую полку и поступает на вторую полку через кольцевой зазор между катализатором первой полки и вторым кольцевым зазором промежуточного теплообменника.

В кольцевом зазоре газ, прошедший первую полку, охлаждается, смешиваясь с газом, идущим через «холодный» байпас.

Смешанный газ, пройдя вторую полку по аксиальной и радиальной траекториям, поступает в межтрубное пространство промежуточного теплообменника через следующий кольцевой зазор между корпусом трубчатки теплообменника и первым зазором.

Пройдя межтрубное пространство промежуточного теплообменника, газ охлаждается потоком газа, идущего по трубному пространству этого теплообменника от «холодных» байпасов. Нагретый газ от «холодных» байпасов поступает на первую полку, а охлажденный газ из межтрубного пространства промежуточного теплообменника поступает на третью полку. На третьей полке газ также проходит по аксиальной и радиальной траекториям.

После третьей полки газ с температурой не более 538⁰С и объемной долей аммиака до 17,5% через перфорированную трубу этой полки и далее по центральной трубе поднимается вверх и входит в трубное пространство теплообменника входящего и выходящего потоков, где отдает часть своего тепла газу, идущему в колонну, охлаждаясь при этом до температуры не более 350⁰С, при давлении не более 25,0 МПа.


Таблица 3

Общий объем катализатора по полкам

№ полки	Фракция от 1,5 – 3 мм	Фракция от 8 – 12 мм
1 полка	4,4 м3	0,3 м3
2 полка	6,15 м3	0,28 м3
3 полка	26,05 м3	0,35 м3
	Всего: 36,6 м3	Всего: 0,93 м3
Всего: 37,53 м3

На катализаторе протекает реакция синтеза аммиака:



Такое распределение катализатора по полкам произведено с целью поддержания на них оптимальной температуры. Для этого же предназначены и «холодные» байпасы.

Регулирование температур по полкам производится с помощью заслонок с дистанционным управлением.

После подогревателя питательной воды газ поступает в теплообменник, где охлаждается за счет отдачи тепла газу, идущему в колонну.

Основной поток газа, идущего на колонну 6К, через заслонку с дистанционным управлением поступает в нижнюю часть колонны и поднимается по кольцевому зазору между корпусом колонны и стенкой катализаторной коробки в верхнюю часть колонны, где расположен теплообменник входящего и выходящего потоков.

Проходя по межтрубному пространству этого теплообменника, газ нагревается за счет охлаждения газа выходящего из колонны синтеза и поступает на катализатор первой полки. Общий объем катализатора, загруженного в колонну синтеза 16м³, располагается на четырех полках.

Количество катализатора на каждой полке:
Таблица 4

Количество катализатора на каждой полке

№ полки	Количества катализатора и его масса
1 полка	3,0м3 (8160 кг)
2 полка	4,0м3 (10880 кг)
3 полка	4,0м3 (10880 кг)
4 полка	5,0м3 (13600 кг)
Всего:	16,0м3 (43520 кг)

Для регулирования температуры по полкам колонны смонтированы «холодные» байпасы, по которым газ подается, минуя внутренний теплообменник. Максимальный перепад давления в колонне, зависящий в основном от состояния катализатора, не должен превышать 0,34 МПа.

После четвертой полки газ с температурой не более 538⁰С по центральной трубе поднимается вверх и входит в трубное пространство внутреннего теплообменника, где отдает часть тепла газу, идущему в колонну, охлаждаясь при этом до температуры не более 333⁰С.

Затем газ поступает в трубное пространство подогревателя питательной воды 9Т, охлаждаясь при этом до температуры не более 170⁰С.

После подогревателя питательной воды газ поступает в теплообменник, где охлаждается за счет отдачи тепла газу, идущему в колонну.

Перед подачей на воздушный холодильник потоки циркуляционного газа из обеих колонн смешиваются и затем охлаждаются до температуры не более 40⁰С и газ поступает в межтрубное пространство теплообменника, где охлаждается до температуры не более 33⁰С, нагревая газ, идущий в колонну синтеза после сепаратора.

Далее газ направляется в аммиачный холодильник, где охлаждается до температуры не более 19¸33⁰С подачей жидкого аммиака в.

Окончательное охлаждение циркуляционного газа осуществляется в аммиачном холодильнике до температуры 0- минус 10⁰С подачей жидкого аммиака.

В первичном сепараторе из газа отделяется образовавшийся в колоннах синтеза аммиака. Отделившийся аммиак отводится в сборник жидкого аммиака.

После сепаратора газ направляется на всас циркуляционной ступени компрессора синтеза-газа.

Таким образом, замыкается цикл циркуляционного газа в системе синтеза.

После первичного сепаратора часть циркуляционного газа постоянно выводится из системы в количестве, объемную долю инертов (метан, аргон) в газе на входе в колонну не более 10,6% и 6% соответственно.

4.