Технологический расчёт производства аммиака, страница 3

Метан и аргон, содержащиеся в исходной газовой смеси, накапливаются в цикле синтеза и снижают эффективное давление азотоводородной смеси. Для поддержания на определенном уровне концентрации инертов (СН4 и Аr) часть циркуляционного газа постоянно выводят из системы продувкой, которую проводят после первичной конденсации аммиака на выходе из сепаратора 6. Продувочные газы под давлением 29,5 МПа направляют в конденсационную колонну 11, где они проходят по межтрубному пространству теплообменника и поступают в трубки испарителя 12, в межтрубном пространстве которого кипит аммиак при минус 34 °С. Продувочные газы, охлажденные до минус 28 °С, возвращают в сенарационную часть конденсационной колонны для отделения жидкого аммиака. Они проходят по трубкам теплообменника, нагреваясь до 35—40 °С газом, идущим по межтрубному пространству. Затем продувочные газы направляют на использование. Содержание аммиака в продувочном газе после охлаждения снижается до 2% (об.). Жидкий аммиак из конденсационной колонны 12 дросселируется до 2 МПа и направляется в сборник 13.

В результате снижения давления в сборнике происходит выделение газов, растворенных в жидком аммиаке при давлении 31,5 и 29,5 МПа. Эти газы (Н2, N2, СН4, Аr, СН4) охлаждают в испарителе 18 до температуры минус 28 °С аммиаком, кипящим при минус 34 °С. Сконденсировавшийся аммиак отделяют в сепараторе 15, а газовую фазу, содержащую до 7% (об.) NН3, смешивают с продувочными газами, из которых выделен аммиак, и направляют на установку выделения аргона и водорода или на сжигание в горелки трубчатой печи. Жидкий аммиак из сепаратора 15 направляют в сборник жидкого аммиака 13, из которого он поступает в переохладители 14 и 17 и расширители 16, 19 для охлаждения и выделения растворенных в нем газов. Из расширителя 19 жидкий аммиак, охлажденный до минус 33 °С, насосом 20 подают на склад в изотермическое хранилище.

В переохладителях охлаждение продукционного аммиака ведут жидким аммиаком, подаваемым насосом из изотермического хранилища. В расширителях 16 и 19 охлаждение происходит за счет испарения аммиака при снижении давления с 2,1 МПа до 0,28 МПа и затем до 0,1 МПа. Подогретый в переохладителях аммиак возвращают на склад в хранилище теплого аммиака. Газообразный аммиак из испарителей 10, 12, 18 и расширительных сосудов 16, 19 направляют на сжижение в холодильные установки. Питатель­ную воду (170 т/ч) под давлением до 11 МПа передают в систему получения пара высокого давления.

Схемы некоторых агрегатов на отечественном оборудовании несколько отличаются от представленной на рис. 1.1. В них охлаждение циркуляционного газа ведут в двух параллельно установленных испарителях. На заводах, где часть продукционного аммиака используют в газообразном виде, из одно­го испарителя газообразный аммиак идет к потребителю, из другого — в абсорбционную водоаммиачную холодильную установку. При получении всей продукции в жидком виде один испаритель можно соединять с аммиачной компрессионной холодильной установкой, другой с абсорбционной холодильной установкой. Жидкий аммиак из конденсационных колонн и сепараторов передают в сборники, работающие под давлением 4 МПа. Переохладители и расширители на этих заводах не устанавливают. Жидкий аммиак передают на склад непосредственно из сборников или захолаживают в компрессионной холодильной установке.

Синтез аммиака может осуществляться в колонне, конструкция которой отличается от изображенной на рис. 1.1. Для отвода тепла реакции в катализаторе размещают двойные теплообменные трубки, под слоем катализатора устанавливают предварительный теплообменник. Для разогрева системы в период пуска и восстановления катализатора используют электрический подогреватель, размещенный в центральной трубе катализаторной коробки колонны синтеза аммиака.

На рис. 1.1 показаны основные узлы автоматического регулирования в агрегате синтеза аммиака. Оптимальный температурный режим в колонне синтеза аммиака 2 автоматически поддерживают регулированием заслонками подачи холодного газа на каждую полку с катализатором. Автоматическая выдача жидкого аммиака из сепаратора 5 и конденсационной колонны 9 в сборник 13 осуществляется при помощи регуляторов уровня, связанных с регулирующими клапанами на линии выхода жидкого аммиака из этих аппаратов. Уровень жидкого аммиака в испарителях 10, 12, 18 автоматически поддерживают регуляторами уровня, связанными с регулирующими клапанами на линии подачи жидкого аммиака в эти аппараты. На выходе продувочных газов из конденсационной колонны 11 установлен регулятор, поддерживающий давление перед колонной синтеза 2 и соответственно регулирующий содержание инертных газов в цикле синтеза. Постоянное давление в сборнике жидкого аммиака 13 автоматически поддерживают регулятором, регулирующим отвод газов растворенных в аммиаке. Автоматическая выдача жидкого аммиака из сборника 13 в расширительный сосуд 16 осуществляется при помощи регуля­тора уровня Р8, связанного с регулирующим клапаном на линии выхода из переохладителя 14. При максимальном значении уровня в сборнике 13 открывается отсечной клапан на выдаче жидкого аммиака в аварийное хранилище. Уровень жидкого аммиака в расширительном сосуде 19 поддерживают регулятором уровня, связанным с регулирующим клапаном на линии выдачи аммиака от насоса 20.

Сейчас установки синтеза аммиака работают при большей производительности ~ 1600 т./сут. Данная схема подходит под эту производительность, но необходимо изменить параметры ведения прочеса.
2. Характеристика сырья и готовой продукции

Продуктом производства является синтетический аммиак.

Химическая формула - NH3.

Основные физико-химические свойства и константы.

Жидкий аммиак – бесцветная прозрачная жидкость, легколетучее вещество. Газообразный аммиак – бесцветный газ. Аммиак в жидком и газообразном состоянии обладает резким запахом.

Относительная молекулярная масса - 17,0304.

Мольный объем аммиака – 22,08 м3/(кг·моль) при 273,14 °К и 760 мм.рт.ст.

Температура кипения жидкого аммиака при атмосферном давлении – минус 33,4 °С.