Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
ским процессом, то оптимальным будет снижение температуры по длине катализаторной коробки. На рис.- 14 приведены данные оптимального распределения температуры в зоне катализа колонны, работающей при давлении 3 • 107 Н/м2, объемной скорости 15 000 ч-1, при содержании инертных примесей (CH4, Ar и др.) в цикле около 8%.
Основные условия высокой и стабильной производительности установок синтеза аммиака: 1) высокая степень очистки азотоводородной смеси от каталитических ядов и инертных примесей, 2) поддержание соотношения N2 : H2, близкого к 1:3, 3) оптимальная температура процесса по длине каталитической зоны, 4) снижение содержания аммиака на входе в контактный аппарат, 5) совершенная конструкция контактного аппарата (колонна синтеза).
Промышленные способы синтеза аммиака. В, производстве синтетического аммиака применяется давление от 1-107 до 1•1O8 Н/м2. В зависимости от применяемого давления различают системы низкого давления (1•1O7—15•1O6 Н/м2), среднего давления (25 -10в— 60•1O6 Н/м2) и высокого давления (60•1O6—100•1O6 Н/м2). Наиболее распространены системы, работающие при среднем давлении, так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате. Азотоводо-родная смесь при прохождении через слой катализатора неполностью превращается в аммиак. В газе на выходе из контактного аппарата содержание аммиака составляет 14—20%. Газовая смесь, выходящая из контактного аппарата, охлаждается, аммиак конденсируется и отделяется от газа, а непро-реагировавшая азотоводородная смесь при помощи циркуляционного компрессора возвращается вновь в контактный аппарат. Свежая азотоводородная смесь в количестве, отвечающем^ коли-
3 4 5 6 7 Длина, м
Рис. 14. Оптимальное распределение температур по длине катализаторной коробки при объемной скорости 15 000 ч~1
честву образовавшегося в контактном аппарате аммиака, добавляется к оборотной смеси.
В систему с циклическим процессом должна поступать по возможности более чистая азотоводородная смесь. Практически полу-
газ
Рис. 15. Схема установки для синтеза аммиака под средним давлением:
/ — паровой котел; 2 — колонна синтеза; 3 — водяной холодильник; 4 — сепаратор; 5 — турбоциркуляционный компрессор; 6 — конденсационная колонна; 7 — испаритель
чить азотоводородную смесь, абсолютно свободную от примесей, крайне трудно. При циркуляционной схеме процесса даже при минимальном содержании инертных примесей (CH4, Ar) в поступающей на синтез свежей азотоводородной смеси происходит постепенное -накопление примесей в цикле, что снижает проиа= водительность колонны синтеза. Частично примеси растворяются в конденсирующемся жидком аммиаке и выводятся из цикла. Однако вывод примесей с продукционным аммиаком не компенсирует притока их со свежей азотоводородной смесью, и в производственной практике приходится прибегать к выбросу части циркулирующей газовой смеси (продувочные газы), чтобы снизить содержание примесей Б Цикле.
В отечественной промышленности получили распространение системы со средним давлением (30 •1O6—32 •10й' Н/м2). Схема такой Установки показана на рис. 15. Подготовленная к синтезу азото-
-15 ~5 5
Температура, 0C
Рис. 16. Зависимость содержания аммиака в азотоводородной смеси над жидким аммиаком от температуры и давления
водородная смесь подается сверху в колонну синтеза, где происходит образование аммиака. Прореагировавшая азотоводородно-аммиачная смесь выводится из колонны синтеза при 400° С, подается в котел-утилизатор, затем возвращается вновь в колонну синтеза, где проходит теплообменник, и при 90—100° С направляется в водяной холодильник и сепаратор. В водяном холодильнике при 30•1O6 Н/м2 конденсируется лишь часть аммиака. Далее газ турбоциркуляционный компрессором подается в конденсационную колонну и испаритель, где за счет испарения жидкого аммиака получают холод, необходимый для более полного выделения аммиака из газовой смеси. Из конденсационной колонны газ вновь поступает в колонну синтеза. Свежая азотоводородная смесь подается, как правило, в нижнюю часть конденсационной колонны, где она очищается промывкой жидким аммиаком от следов влаги, масла и CO2. Зависимость содержания аммиака в оборотной азотоводородной смеси над жидким аммиаком от температуры и давления показана на рис. 16. Содержание аммиака может быть также вычислено по эмпирической формуле
, 5,9878 1099,5
Ig С" = 4,1850 + —---Y- - (П-7>
где С —содержание аммиака в азотоводородной смеси, об.%.
Материальный баланс агрегата синтеза на 1 т аммиака рассчитывают по основным формулам.
Расход свежего газа (м3)
Vcb = Vt + Vp+ Vnp, (II.8)
где V1 — расход азотоводородной смеси (теоретический), равный 2635 м3, Vp — количество газов, растворенных в жидком аммиаке, м3; Vnp — количество азотоводородной смеси, метана и аргона, удаляемых из цикла при продувке, м3.
Объем газовой смеси на входе в колонну синтеза (м3)
V1 = VZg, (119)
где V—объемная скорость, ч-1; g — производительность катализатора на 1 т NH3, ч'1 -м 3.
