Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 10 )

Количество и соотношение добавляемых промоторов оказывает решающее значение в получении промышленных катализаторов высокой активности и устойчивости. Кроме промотирующих соединений в катализаторе содержится незначительное количество примесей (серы, фосфора, меди), снижающих его активность, поэтому сырье для приготовления катализатора должно быть, возможно, более чистым. Процесс приготовления катализатора состоит из двух стадий:

1. Получение катализатора в окисленной форме сплавлением магнетита с промотирующими добавками.

2.  Восстановление катализатора водородом или азотоводородной смесью.

В последнее время находят применение катализаторы синтеза аммиака, восстановленные вне колонны. Восстановленный катализатор обладает пирофорными свойствами.

1.3.5. Технологические схемы и аппараты производства синтез – газа.

С середины 60-х годов начали внедряться установки нового типа – большой единичной мощности по энерготехнологической схеме с использованием центробежных компрессоров. Наиболее крупные агрегаты достигали мощности 600т/сутки. В 70-х годах появились агрегаты мощностью 1800-2700 т/сутки.

Наиболее экономичным сырьем для производства аммиака являются углеводороды, в значительной степени природный газ.

В зависимости от применяемого давления азотоводородной смеси известны следующие системы синтеза аммиака:

1.  Системы, рабботающие при низких давлениях (9-19МПа).

2.  Системы, работающие при средних давлениях (27-31 МПа).

3.  Системы, работающие при высоких давлениях (44-98 МПа).

Установки синтеза аммиака, работающие при низких давлениях, аппаратурно громоздки, требуют дополнительных затарат электроэнергии на процесс конденсации аммиака из аммиачно-азотоводородной смеси, поэтому не нашли широкого применения.

Установки синтеза аммиака, работающие при высоких давлениях, также не получили широкого распространения, поскольку требуют сложного конструктивного оформления применяемой аппаратуры.

Наибольшее распространение, как в России, так и за рубежом получили установки, работающие при средних давлениях.

В н. в. для производства синтетического аммиака в промышленности применяют следующие агрегаты:

1.  Высокопроизводительные установки мощностью 1360 и 600 т/сутки с использованием сероочистки природного газа, двухступенчатой каталитической конверсии углеводородов, двухступенчатой коверсии оксида углерода (2), очистки конвертированного газа от оксида углерода (4) МЭА раствором или горячим раствором поташа, удалением остаточных оксидов углерода каталитическим гидрированием, компрессией и синтезом аммиака.

2.  Малопроизводительные установки мощностью 150 и 300 т/сутки с использованием парокислородовоздушной конверсии природного газа при низком давлении и парокислородной конверсии природного газа под давлением 2 МПа.

Наиболее широко распространена в промышленности технологическая схема производства аммиака, по которой процесс осуществляется без применения дорогостоящего кислорода. Современное аммиачное производство рассматривается как энерготехнологический комплекс. В технологических схемах для производства 1 т аммиака необходимо расходовать 35.6-37.7 кДж энергии, к. п.д. установки составляет 50%. Аммиачные установки производительностью 1360т/сутки используют тепловые отходы, эквивалентные паровым установкам мощномтью 300-400т/ч, и имеют в своем составе несколько паровых турбин мощностью от 5 до 40МВт. Технологическая схема таких агрегатов характеризуется глубокой рекуперацией теплоты экзотермических стадий процесса. Низкопотенциальная теплота конвертированной парогазовой смеси, отпарного газа разгонки конденсата используется для получения низких температур на различных уровнях, а также для подогрева питательной воды котлов. Высокопотенциальная теплота технологического газа, дымовых газов трубчатой печи используется для получения пара (Р=10.2МПа), необходимого для паровой турбины турбокомпрессора, сжимающего азотоводородную смесь до давления 32 МПА. Пар, отбираемый из противодавленческой турбины турбокомпрессора азотоводородной смеси, используется для технологических целей, для паровых турбин, компрессоров природного газа и воздуха, дымососов и ряда центробежных насосов.

Новые схемы производства аммиака включают пять каталитических стадий, в которых применяются 8 различных катализаторов. В связи с этим показатели работы агрегатов во многом обусловлены свойствами и качеством применяемых катализаторов

1.3.7.Технологическая схема производства аммиака производительностью 1360 т/сутки

Технологическая схема крупнотоннажного производства аммиака, работающая на , включает следующие стадии процесса:

- компримирование и сероочистку природного газа,

- паровую конверсию метана (первичный реформинг),

- паровоздушную конверсию метана (вторичный реформинг),

- конверсию оксида углерода,

- очистку конвертированного газа от диоксида углерода,

- тонкую очистку газа от СО и СО2(метанирование),

- синтез аммиака,

- процесс гомогенного восстановления оксидов азота в дымовых газах,

- аммиачно-холодильную установку,

- систему производства и потребления пара,

-  установку получения деминерализованной воды.

Блок-схема установки приведена на рисунке.

1.3.7.1.Компримирование и сероочистка природного газа

Природный газ на установку подается с газораспределительной станции с Р=2.0 -2.7МПа (20 – 27 кгс/см2). Основная часть природного газа, используемого в качестве сырья, поступает в сепаратор, установленный на всасе компрессора природного газа. Остальная часть природного газа поступает в систему топливного газа. Для сжатия природного газа используют двухступеньчатый компрессор. Каждая ступень выполнена в виде отдельного корпуса. Между ступенями установлены сепараторы для удаления влаги и холодильники для снижения температуры. После 2 ступени газ имеет температуру н/б 1550С и давление н/б 44МПа(44кгс/см2).

Для обеспечения нормальной работы системы сероочистки объемная доля водорода, необходимого для гидрирования серасодержащих соединений, в природном газе должна быть от 3.0 до 11%. Для этой цели азотоводородная смесь подается с нагнетания 2 ступени компрессора синтез-газа в линию природного газа от компрессора природного газа. С нагнетания 2 ступени компрессора природного газа газ, смешиваясь с азотоводородной смесью, направляется в подогреватель, где нагревается до Т=370-4000С за счет сжигания топливного газа. Огневой подогреватель имеет 4 горелки и 2 зоны обогрева: верхнюю-конвекционную и нижнюю-радиантную. После подогревателя газ поступает в реактор гидросероочистки, который заполнен алюмокобальтмолибденовым катализатором. На нем при Т=370- 4000С протекают реакции гидрирования сероорганических соединений до сероводорода.

СОS + H2 = H2S + CO

CS2 + 4H2 = 2 H2S+ CH4

Далее природный газ поступает в реакторы сероочистки, работающие последовательно. Каждый реактор заполнен оксидноцинковым поглотителем. В аппаратах происходит связывание Н2S по реакции:

ZnO+ H2S= ZnS + H2O

Массовая концентрация сероводорода после сероочистки должна быть н/б 0.5 мг/м3.

1.3.7.2.Паровая конверсия СН4 (первичный реформинг)

После реактора сераочистки природный газ поступает на смешение с водяным паром. Для проведения процесса конверсии в поток газа поступает пар среднего давления из цехового коллектора. Соотношение пар: углерод = (3.5 - 4.0:1.0). При снижении соотношения до 2.5:1.0 агрегат аварийно останавливается, чтобы исключить возможность выделения на поверхности катализатора свободного углерода, который забивает поры катализатора, резко снижает его активность, что может привести к перегреву и разрушению реакционных труб печи первичного реформинга. Парогазовая смесь с Т=350–3710С поступает в змеевики, расположенные в конвекционной зоне печи первичного реформинга, где подогревается до Т=450- 5240С за счет тепла дымовых газов. Подогретая парогазовая смесь разделяется на 12 потоков и подается в реакционные трубы, заполненные никелевым катализатором. Всего установлено 504 трубы. Между рядами реакционных труб расположены потолочные горелки инжекционного типа. За счет сжигания топливного газа в потолочных горелках осуществляется подвод тепла, необходимого для протекания эндотермической реакции паровой конверсии метана.

СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – 206.4 кДж/моль

СО +Н2О = СО2 +3Н2 +41 кДж/моль

СН4 + СО2 = 2 СО +2Н2 –247 кДж/моль

Парогазовая смесь движется по реакционным трубам сверху вниз. Температура газа на выходе из труб поддерживается н/б 8300С. Объемная доля остаточного метана после первичного реформинга н/б 11%. После реакционных труб газ с Т н/б 8300С собирается в сборных коллекторах, расположенных в нижней части радиантной зоны печи. Далее по подъемным стоякам газ поднимается в верхнюю часть печи в передаточный коллектор. Печь первичного реформинга сконструирована таким образом, чтобы достигнуть максимальной утилизации тепла дымовых газов, выходящих из радиантной зоны печи с Т=1000-10600С.

1.3.7.3.Паровоздушная конверсия метана (вторичный реформинг)

На данной стадии проводится конверсия остаточного метана кислородом воздуха и паром. С технологическим воздухом вводится азот в объеме, необходимом для обеспечения соотношения Н2:N2=3:1 в синтез - газе. Воздух забирается из атмосферы, очищается от пыли в фильтре и подается на всас компессора технического воздуха. Компрессор – двухкорпусной четырехступеньчатый. Охлаждение воздуха после сжатия производится в воздушных холодильниках. Отделение воды происходит в межступеньчатых сепараторах. Со всаса 4 ступени воздух подается на установку осушки и далее в коллектор воздуха КИПиА.

С нагнетания 4 ступени компрессора воздух может подаваться в реактор гидросераочистки, в метанатор, высоко –и- низкотемпературные конверторы СО для окисления катализатора. В линию воздуха подводится пар среднего давления. Паровоздушная смесь подогревается в змеевиках конвекционной зоны печи до Т н/б 4820С и поступает в смеситель реактора вторичного реформинга. Реактор вторичного реформинга представляет собой конвертор шахтного типа, футерованный огнеупорным бетоном, снабженный водяной рубашкой. Сверху загружен слой термостойкого алюмохромового катализатора, внизу – слой никелевого катализатора. В реакторе вторичного реформинга протекают реакции паровоздушной конверсии метана