синтез аммиака реферат. Надымовой Марины Сергеевны Тема курсовой работы Синтез аммиака в производстве аммиака Содержание пояснительной записки Введение. Сжатое изложение

• Название: Надымовой Марины Сергеевны Тема курсовой работы Синтез аммиака в производстве аммиака Содержание пояснительной записки Введение. Сжатое изложение
• Анкор: синтез аммиака реферат
• Дата: 06.01.2022
• Размер: 1.76 Mb.
• Имя файла: Sintez_ammiaka.doc
• Тип: Изложение; #324962
• страница: 2 из 5

2. Выбор и обоснование способа производства

Промышленные схемы синтеза аммиака базируются на общих принципах, основанных на кинетических и термодинамических особенностях процесса. Цель производства - достигнуть максимальной производительности агрегата при минимальных материальных и энергетических затратах.

Реакция синтеза аммиака является обратимой. За однократное прохождение через колонну синтеза полное превращения азота и водорода в аммиак не происходит. Для более полного превращения реакционных газов в аммиак необходима их многократная циркуляция через колонну синтеза. Все современные схемы синтеза аммиака являются циркуляционными.

Основой построения циркуляционной схемы являются:

1) организация циркуляционного контура: циркуляционный компрессор – реактор синтеза с обеспечением необходимого постоянного давления в реакторе;

2) вывод из системы образовавшегося аммиака;

3) введение в циркуляционную систему свежего газа;

4) рекуперация тепла экзотермической реакции синтеза и тепла реакции других стадий для обеспечения постоянной температуре реакции синтеза и уменьшение энергетических затрат;

5) вывод из системы инертных компонентов, которые накапливают в

системе из-за ввода их в систему со свежим газом для обеспечения

постоянного состава реагирующего газа.

Циркуляционный контур наряду с циркуляционной машиной и колонной синтеза включает систему выделения аммиака из циркуляционного газа. Нередко циркуляционный контур включает оборудование для доочистки газа, а также аппаратуру, предназначенную для использования тепла реакции. В циркуляционный цикл синтеза аммиака непрерывно вводят свежий газ взамен азото-водородной смеси, пошедшей на образование аммиака.

Место установки циркуляционного компрессора в цикле в зна­чительной степени зависит от конструкции применяемой машины. При использовании поршневой циркуляционной машины не ис­ключена возможность загрязнения циркуляционного газа смазоч­ным маслом, являющимся катализаторным ядом. Поэтому порш­невой циркуляционный насос устанавливают обычно перед систе­мой вторичной конденсации, и циркуляционный газ до колонны синтеза отмывается от масла конденсирующимся жидким аммиа­ком. После поршневой машины обычно устанавливают фильтр для очистки газа от масла. Центробежный циркуляционный комп­рессор (ЦЦК), в котором возможность загрязнения газа маслом практически исключена, целесообразно устанавливать непосредст­венно перед колонной синтеза аммиака, что позволяет обеспечить более высокое давление в колонне, снизить содержание аммиака на входе в колонну и повысить ее производительность.

Материальный баланс процесса строится и контролируется по значениям основных параметров в следующих характерных узлах (точках) цикла синтеза аммиака: точка ввода свежего газа, точ­ки вывода продукционного аммиака, точка постоянной отдувки циркуляционного газа.

Для получения аммиака необходима газовая смесь, состоящая из азота и водо­рода, находящихся в стехиометрическом соотношении 1:3.

Синтез-газ загрязнен примесями, состав и содержание которых зависят от состава сырья, применяемого для его получения, а также от технологической схемы подготовки и очистки синтез-га­за. Обычно в свежем газе в качестве примесей присутствуют сое­динения кислорода (СО, СО2, Н2О) и серы, являющиеся каталитическими ядами, а также инертные газы: в основном аргон и метан, в незначительных количествах — ге­лий, криптон и ксенон. Инертные газы не участвуют в процессе и не являются ядами, но, накапливаясь в цикле, снижают парци­альное давление основных компонентов, тем самым уменьшая производительность колонны синтеза аммиака.

Наиболее чистым свежий газ получают в производствах, где на стадии очистки газа его промывают жидким азотом. В этом случае количество кислородсодержащих ядов обычно не превы­шает 15 см3/м3, а аргона и метана — 10 см3/м3. Чистый газ обес­печивает высокоэффективную работу отделения синтеза аммиака, однако себестоимость аммиака оказывается большей, чем в схе­мах с метанированием.

Чистый свежий газ наиболее целесообразно вводить в цикл непосредственно перед колонной синтеза аммиака. Это позволяет повысить эффективное давление в колонне и снизить содержание аммиака в циркуляционном газе на входе в колонну

Примерно 30 - 40% инертных газов выводится из цикла вследствие их растворения в жидком аммиаке, однако большая часть — остается в циркулирующем газе. Для повышения экономичности цикла синтеза аммиака необходимо применение эффективных способов выделения инертных газов. Наиболее простым и распространенным способом их выделения из цикла синтеза является отдувка части цирку­ляционного газа. Это так называемые газы постоянной продувки, или продувочные газы. Отдувку газа обычно проводят после пер­вичной конденсации аммиака, до ввода в цикл свежего газа.

Объем газа, который необходимо удалять из цикла для сохра­нения постоянного содержания инертных газов в циркуляционном газе определяют по материальному балансу. В указанном способе при удалении инертных газов теряется значительное количество дорогостоящей азото-водородной смеси. Если снизить содержа­ние инертных газов в цикле до 4 - 6% (об.), то интенсивность процесса синтеза будет повышаться, но резко возрастут потери азота и водорода.

Содержание инертных примесей в газе на входе в колонну синтеза при заданном их содержании в свежем газе сокращается пропорционально увеличению объема продувоч­ных газов, что естественно, приводит к повышению расхода свежего газа - важнейшего параметра, определяющего стоимость аммиака. При увеличении содержания инертных газов в цикле синтеза аммиака расход свежего газа сокращается, однако при этом снижается эффективное давление свежей азото-водородной смеси, а, следовательно, интенсивность процесса синтеза и конден­сации аммиака. Низкое содержание инертных газов в цикле по­зволяет сократить капитальные вложения, но повышает расход свежего газа.

Внедрение эффективных методов переработки и использования продувочных газов цикла синтеза аммиака значительно повышает экономичность производства аммиака.

Для наиболее эффективного использования циркулирующей азото-водородной смеси необходимо возможно полнее выделять из нее аммиак пе­ред тем, как вновь направлять в колонну синтеза. Для удаления аммиака в промышленности обычно используют два метода: вы­мывание аммиака из газа водой и конденсацию аммиака, содер­жащегося в газе, путем его охлаждения.

Промывку газа водой проводят в тех случаях, когда содержа­ние аммиака в газе колеблется от 5 до 10%. Промытый газ су­шат и возвращают в циркуляционную систему. Полученную 20 - 30%-ную аммиачную воду используют непосредственно или под­вергают отгонке для получения безводного аммиака. Хотя метод позволяет практически полностью уда­лить аммиак из газовой смеси, он не нашел распространения из- за низкой экономической эффективности и отравляющего дейст­вия влаги (остающейся в газе после его осушки) на катализатор.

Все современные схемы получения синтетического аммиака предусматривают выделение аммиака из цикла методом конденсации. Концентрация аммиака в газе, выходящем из колонны синтеза, составляет обычно 10 - 25%. Степень конденсации аммиака из газовой смеси зависит от общего давления газовой смеси, концентрации в ней аммиака, давления паров аммиака при температуре конденсации. Из физико-химических зависимостей следует, что доля аммиака в газе после конденсации обратно пропорциональна давлению, под которым находился газ, и тем меньше, чем ниже температура конденсации. Поэтому, чем боль­ше давление, при котором протекает процесс синтеза аммиака, тем (при прочих равных условиях) легче выделить аммиак из га­за после колонны синтеза.

В аммиачном холодильнике для охлаждения циркуляционного газа используют произведенный на установке жидкий аммиак, ко­торый после испарения направляют в перерабатывающие цехи (азотной кислоты, аммиачной селитры) или вновь конденсируют. После конденсационной аппаратуры в цикле синтеза обычно уста­навливают сепараторы для отделения образовавшегося аммиака и вывода его из цикла. Нередко конденсационные и сепарационные устройства совмещают в одних аппаратах.

В колоннах синтеза аммиака процесс протекает при 380— 550 °С, поэтому перед поступлением на катализатор газовая смесь должна быть нагрета до температуры не ниже температуры нача­ла реакции. Нагрев ведут в теплообменниках внутри или вне ко­лонны синтеза. Процесс синтеза аммиака экзотермичен.

На установках, созданных в 20-е - 50-е годы, тепло реакции практически не использовали, а отводили в водяных конденсато­рах охлаждающей водой оборотного цикла. В современных схе­мах его используют для получения пара средних параметров или для подогрева питательной воды паровых котлов, в которых на базе высокопотенциального тепла отделения конверсии метана генерируют пар высоких параметров. Имеются отдельные схемы, в которых тепло реакции синтеза аммиака используют для полу­чения холода в абсорбционно-холодильных машинах.

На основании вышеперечисленного в данной работе будет рассматриваться агрегат синтеза аммиака с производительностью 1360 т/сут, где используют циркуляционную схему производства, тепло реакции для подогрева питательной воды, постоянную продувку для подержания инертных примесей на постоянном уровне, и газ очищается наилучшим способом – жидким аммиаком. Для выделения аммиака используют конденсацию.