Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 11 )

Н2+ ½ О2 = Н2О + 242.7 кДж/моль

СО + ½ О2 = СО2 +283 кДж/моль

СН4 + О2 = СО2 +2Н2 + 319кДж/моль

СН4 + ½ О2 = СО + 2Н2 + 35.7 кДж/моль

СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – 207кДж/моль

СН4 + СО2 = 2СО + 3Н2 + 35.7 кДж/моль

СО + Н2О = СО2 +Н2 + 42.1 кДж/моль

Объемная доля метана в конвертированном газе после вторичного реформинга снижается до 0.5%. Из реактора вторичного реформинга газ с Т н/б 10100С поступает в 2 параллельно работающих вертикальных котла – утилизатора. Газ проходит по межтрубному пространству, вода поступает сверху вниз по внутренним трубам, поднимается по внешним трубам и в виде пароводяной смеси выходит из боковых штуцеров. Аппараты футерованы огнеупорным бетоном и снабжены водяными рубашками. Температура конвертированного газа после котла-утилизатора составляет н/б 4820С.

Для подогрева различных технологических сред за счет тепла дымовых газов в конвекционной зоне печи установлены змеевики подогрева парогазовой смеси, паровоздушной смеси, воды питания котлов, топливного газа, перегрева насыщенного пара высокого давления. Для регулирования температуры пара высокого давления в змеевиках пароперегревателя между ними установлены 24 горелки

1.3.7.4.Конверсия оксида углерода.

Конвертируемый газ после вторичного реформинга содержит СО–10-13% объемных. Конверсия СО осуществляется в 2 стадии: высокотемпературная и низкотемпературная. Температура газа на входе в высокотемпературный конвертор СО –350-3900С.

Высокотемпературный конвертор загружен железохромовым катализатором. Газ проходит через слой катализатора сверху вниз. При этом протекает экзотермическая реакция

СО + Н2О = СО2 + Н2 + 41 кДж/моль

Температура газа на выходе из слоя катализатора н/б 4500С. Объемная доля СО после конвертора не должна превышать 4%. Затем газ проходит котел-утилизатор, где охлаждается до 3600С. Дальнейшее снижение температуры происходит в теплообменнике технологическим газом, поступающим в метанатор, в холодильнике, где за счет снижения температуры газа происходит образование водяного пара. После холодильника газ направляется в низкотемпературный конвертор СО, загруженный цинкхроммедным или цинкмедным катализатором. При работе на свежем катализаторе температура на входе поддерживается в пределах 190-2100С, а по мере снижения активности катализатора постепенно поднимается до 2500С. При температуре 190-2500С на данном катализаторе протекает конверсия остаточного СО. Проведение реакции при низкой температуре позволяет получить на выходе из низкотемпературного конвертора газ с объемной долей СО н/б 0.65%. В низкотемпературном конверторе возможно протекание реакции с образованием небольшого количества метанола, формальдегида и муравьиной кислоты.

Восстановление низкотемпературного катализатора проводят азотом с постепенным дозированием водорода. Газ после низкотемпературной конверсии СО направляется в систему очистки от СО2.

Конвертированный газ после НТК имеет следующий состав: Н2- 58-64%, N2 – 19-22%, СН4 –н/б 0.5, СО - н/б 0.65%,СО2- 19%.

1.3.7.5.Очистка конвертированного газа от диоксида углерода.

Конвертированный газ после низкотемпературной конверсии СО поступает в кипятильник флегмы, в котором за счет снижения температуры газа до 140-1650С происходит испарение флегмы. После кипятильника газ поступает в подогреватель питательной воды, где его температура снижается до 140-1550С, далее в сепараторе из него отделяется сконденсировавшаяся влага. После сепаратора газ поступает в кипятильники регенераторов, где его температура снижается до 1310С, затем в подогревателе деминерализованной воды происходит дальнейшее снижение температуры газа до 820С. После отделения воды в сепараторе газ поступает в нижнюю часть двух параллельно установленных абсорберов. Очистка газа от СО2 осуществляется горячим раствором «Карсол» (поташа К2СО3). Массовая доля компонентов в растворе «Карсол»: поташ, химический абсорбент, содержит 22-28%К2СО3; диэтаноламин, активатор абсорбции, н/б 2.2 % ДЭА; пятиокись ванадия, ингибитор коррозии, н/м 0.4% V2O5. Для предотвращения вспенивания в него вводится антипенная присадка «Лапрол». Очистка газа от СО2 осуществляется по реакции

К2СО3 +СО2 + Н2О = 2КНСО3 + 478.8 кДж/кг СО2

Процесс абсорбции проходит под давлением Р=2.7МПа в параллельно работающих абсорберах. Объемная доля остаточного СО2 не должна превышать 0.2% в пересчете на сухой газ. В каждом из аппаратов абсорбция осуществляется в две стадии. Конвертированный газ последовательно проходит снизу вверх сначала на нижнюю часть абсорбера, а потом верхнюю. Нижние части абсорберов орошаются частично регенерированным (полубедным) раствором «Карсол». При этом объемная доля СО2 в газе снижается от 14-19% до н/б 1.7%. Верхняя часть абсорбера орошается глубоко регенерированным (бедным) раствором «Карсол». Объемная доля остаточного СО2 не должна превышать 0.2%. Абсорберы представляют из себя двухкорпусные вертикальные аппараты, заполненные насадкой – полипропиленовые седла «инталокс» и кольца «Паля», регулярная насадка из нержавеющей стали. Верхние полки верхних секций оборудованы распределительными устройствами на выходе газа. Насыщенный раствор из нижних кубов абсорбера за счет перепада давления в абсорберах и регенераторах выводится на регенерацию. Регенерация насыщенного раствора протекает при снижении давления и подводе тепла в регенераторы по реакции

2 КНСО3 = К2СО3 + СО2 + Н2О

Регенераторы представляют собой двухкорпусные вертикальные аппараты, загруженные по полкам аналогично, как и в абсорберах насадкой. Не менее 80% насыщенного раствора регенерируется проходя верхние секции регенераторов до снижения массовой доли СО2 до 24 м3 СО2/м3 раствора – (45% степень конверсии К2СО3 в КНСО3). Этот поток называется «полубедным» раствором. После верхней секций регенераторов потоки «полубедного» раствора направляются в испарители, где раствор охлаждается до 90-950С за счет испарения воды. Не менее 20% от общего объема насыщенного раствора подвергается более глубокой регенерации в нижних частях регенераторов. Тепло, необходимое для регенерации, подводится путем циркуляции раствора по тракту. После нижней части регенераторов «бедный» раствор имеет температуру н/б 1190С, содержит массовую долю СО2 н/б 14.2 м3СО2 /м3 раствора (21% степень конверсии К2СО3 в КНСО3). Этот поток самотеком поступает в теплообменник, где охлаждается до 940С, воздушный холодильник, в котором охлаждается до 60-800С и далее на орошение верхней секции абсорберов. Часть раствора отводится на фильтрацию от механических примесей в угольных и механических фильтрах. Выходящие из верхней части регенераторов СО2 и водяные пары охлаждаются до 40- 800С в воздушных холодильниках, затем в сепараторе углекислоты отделяется жидкость. Далее СО2 охлаждается и поступает на другие производства. Очищенный от СО2 газ после абсорберов поступает в сепаратор, в котором происходит отделение из потока газа раствора «Карсол» и воды. Конвертированный газ имеет следующий состав: Н2-н/м 74%, N2- н/м 24%, СН4 – н/б 0.3%, СО - н/б 0.6%, СО2 –н/б 0.2% ( в пересчете на сухой газ).

1.3.7.6.Тонкая очистка газа от оксида и диоксида углерода.

СО и СО2 являются ядами для катализатора синтеза аммиака. Дальнейшая очистка от них производится путем восстановления их до метана водородом на никелевом катализаторе в реакторе метанирования по реакции

СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 206кДж/моль

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + 167кДж/моль

Теоретическое повышение температуры газа за счет теплового эффекта реакций составляет 730С на мольный процент СО и 59.40С на мольный процент СО2. Подогрев газа перед метанированием осуществляется в две стадии:

1) в теплообменнике за счет тепла синтез-газа после 1 ступени компримирования до 70-1200С;

2) в теплообменнике газом перед низкотемпературной конверсией СО до 270- 3160С.

В метанатор загружен никелевый катализатор. Газ проходит через слой катализатора сверху вниз. Температура газа не должна при этом повышаться более 3750С, объемная доля СО и СО2 после метанатора должна быть н/б 0.0015%. При повышении объемной доли СО и СО2 в газе на входе в метанатор возможно резкое увеличение температуры катализатора. После метанатора газ проходит теплообменник, где охлаждается до Т н/б 1430С, подогревая воду питания котлов, затем воздушный холодильник, где охлаждается до 550С. Для связывания остаточного СО2 в газ производится впрыск жидкого аммиака.

Синтез-газ должен иметь следующий состав: Н2 – н/м 74%, N2 –н/б 24.6%, СН4 – н/б 1.4%, (СО + СО2)-н/б 0.0015%.

1.3.7.7.Компримирование синтез-газа

Очищенный синтез-газ сжимается в трехкорпусном центробежном компрессоре, имеющем 4 ступени для сжатия свежего газа и циркуляционную ступень для дожатия циркуляционного газа. Свежий синтез-газ проходит поочередно 4 ступени, между которыми имеются холодильники для охлаждения газа, сепараторы для отделения воды из газа. В 4-й ступени газ сжимается до Р=53.5 МПА. Температура газа при этом должна повышаться н/б чем до 1620С. Далее газ охлаждается до Т=35-400С в воздушном холодильнике. Циркуляционный газ из системы синтеза в циркуляционной ступени компрессора сжимается до 336 кгс/см2 и имеет температуру н/б 37.70С. Циркуляционный газ смешивается с потоком свежего газа, выходящего из холодильника и направляется на установку синтеза аммиака.

1.3.7.8.Синтез аммиака.

В смеси свежего и циркуляционного газа на выходе из компрессора синтез - газа объемная доля аммиака должна быть н/б 5.0%. С целью снижения объемной доли аммиака газ охлаждается в аммиачном холодильнике до Т= 0 – -100С и поступает во вторичный сепаратор, в котором происходит выделение аммиака из газа. Синтез-газ с объемной долей аммиака н/б 2.9% из сепаратора направляется в трубное пространство теплообменника, где нагревается до Т= 26- 310С газом после колонны синтеза, поступающем из холодильника. После теплообменника газ разделяется на два потока, которые направляются на основную и дополнительную колонны синтеза аммиака. Поток на основную колонну проходит теплообменник, где его температура увеличивается до Т= 130-1500С за счет снижения температуры встречного потока. С этой температурой газ поступает в колонну синтеза по основному ходу и через холодные байпасы. Основной поток газа поступает в нижнюю часть колонны синтеза и по кольцевому зазору между корпусом колонны синтеза и стенкой катализаторной коробки поступает в верхнюю часть, где расположен теплообменник. Проходя по межтрубному пространству теплообменника газ нагревается газом, выходящим из колонны синтеза и поступает на катализатор. Катализатор (промотированное железо) располагается на четырех полках катализаторной коробки, здесь протекает реакция синтеза аммиака. Такое распределение катализатора на полках производится с целью поддержания температурного режима в слое катализатора. Для снижения температуры газа на входе в каждую полку предусмотрен подвод газа по холодному байпасу. Состояние катализатора и насадки колонны синтеза определяется по перепаду давления в колонне синтеза, н/б 1.2 МПа. После четвертой полки газ с температурой н/б 5380С и объемной долей аммиака н/м 15.3% поднимается вверх по центральной трубе и входит в трубное пространство теплообменника, где отдает тепло газу, идущему в колонну синтеза, охлаждаясь при этом до Т=3330С. Затем газ поступает в трубное пространство подогревателя питательной воды котлов, где охлаждается до Т= 1700С. Затем газ последовательно охлаждается в теплообменнике до Т=570С, в воздушном холодильнике до Т=400С, в теплообменнике до Т=160С. При этой температуре происходит отделение жидкого аммиака от газа в сепараторе, после чего газ с объемной долей аммиака н/б 6.6 % направляется на всас циркуляционной ступени компрессора синтез-газа. Часть газа выводится в виде постоянной продувки через аммиачный холодильник и сепаратор продувочных газов.