Синтез аммиака при среднем давлении. Технологическая схема. Пути совершенствования производства аммиака.

Основным агрегатом установок синтеза аммиака служит колон­на синтеза. Конструкция реактора должна обеспечить высокую интенсивность каталитического процесса, а также надежную и дли­тельную работу в условиях высоких температур и давлений.

Колонна синтеза состоит из толстостенного цилиндрического корпуса (толщина стенок 175—200 мм) с верхним и нижним затво­рами — крышками либо имеет форму бутыли с глухим днищем и суженным верхом. Корпус и затворы выполняют из специальных легированных (обычно хромованадиевых) сталей. Внутри корпуса колонны синтеза расположена ее насадка, состоящая из катализа-торной коробки и теплообменных устройств. Для защи­ты корпуса колонны от действия высокой температуры, способст­вующей диффузии водорода в сталь, холодная азотоводородная смесь, поступающая в реактор, проходит сперва между корпусом колонны и ее внутренней насадкой, непрерывно омывая корпус и охлаждая его. На большинстве заводов насадка колонны синтеза выполнена как трубчатый контактный аппарат. Нижняя часть насадки пред­ставляет собой теплообменник, обеспечивающий автотермичность процесса и отвод теплоты от катализатора. В верхней части на­садки — катализаторной коробке — в слое катализатора располо­жены дополнительные теплообменные устройства — двойные тепло-обменные трубки. При таком устройстве насадки происхо­дит постоянный теплообмен между более холодным и нагретым газом.

Трубчатый каталитический реактор не обеспечивает оптималь­ный температурный режим обратимого экзотермического процесса. Поэтому в современных крупных установках синтеза аммиака при­меняют полочные колонны синтеза, в которых катализатор нахо­дится на полках, размещенных в катализаторной коробке. Коли­чество катализатора (высота его слоя) на полках колонны увели­чивается по мере уменьшения скорости газа и снижения степени превращения. В нижней части колонны, под катализаторной ко­робкой, находится теплообменник, в котором происходит тепло­обмен между горячим газом, отходящим из колонны, и холодной азотоводородной смесью. Необходимое понижение температуры в зоне катализа производится также добавлением холодного «байпасного» газа к основному потоку газа.

В полочных колоннах синтеза температурный режим ближе к оптимальному, чем в трубчатых, поэтому производительность ката­лизатора в полочных колоннах выше. Наибольшее приближение к кривой оптимальных температур, а следовательно, наиболее вы­сокий выход аммиака и производительность катализатора могут обеспечить применение полочных колонн синтеза аммиака со взве­шенными слоями катализатора, внутри которых расположены водяные холодильники. Такие реакторы проходят испытание в азотной промышленности.

Азото-водородная смесь поступает в реактор 1 в 2-х точках - верхний ввод и нижний ввод. Это необходимо для регулирования водных процессов. Контактный газ последовательно охлаждается в котле-утилизаторе 7 и водяном холодильнике 2. Газо-жидкостная смесь поступает в сепаратор 3 для отделения жидкого аммиака от газавой смеси.

Отработанная азото-водородная смесь с помощью циркулирующего компрессора 4 направляется для дополнительного осаждения оставшегося аммиака в конденсационную колонну 5 и аммиачный холодильник 6. Азото-водородная смесь сначала охлаждается в теплообменной части колонны 5 за счет уходящей азото-водородной смеси и поступает в змеевиковый холодильник 6, который охлаждается жидким аммиаком до температуры -35 градусов. Газо-жидкостная смесь из 6 поступает в колонну 5, для удаления капель жидкого аммиака проходит насадку, подогревается в трубной части за счет тепда приходящей азото-водородной смеси и направляется в реактор. Перед колонной 5 происходит подпитка свежей азото-водородной смеси и отбирается часть азото-водородной смеси на очистку для удаления энертов.

Перспективы развития производства аммиака.

1. Создание и внедрение установок мощностью 3000 тонн аммиака в сутки.

2. Разработка новых катализаторов устойчивых к контактным ядам и действию высоких температур.

3. Разработка новых конструкций реактора.

4. Полная механизация и автоматизация производства с применением ЭВМ.

Крупнейшая современная установка по производству аммиака находится в городе Тольяти. От Тольяти до Одессы длиной 2200 км. Был проложен аммиакопровод. В Одессе имеется крупнейший завод по производству азотных удобрений, а также терминал по погрузке жидкого аммиака на океанские танкеры. На Украине имеется 35 раздаточных станций, где готовится водный раствор аммиака в качестве удобрений.