МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕСРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 80

ГОРОДСКОГО ОКРУГА ТОЛЬЯТТИ

Мультимедиа – лекцияк программе «Химия в промышленности»

Тема: "Технологическая схема производства аммиака"

Урок с применением компьютерной презентации http://www.ispringsolutions.com/go/ispring-presentations

Тольятти 2009

Тема: "Технологическая схема производства аммиака"Цель: изучить теоретические основы и принципиальную схему производства

аммиака из природного газа Предварительные знания: Для успешного освоения учебного объекта необходимы знания химии в объеме

школьной программы, элементарные навыки владения компьютером. Краткое описание лекции:

1) блок-схема; 2) технологическая схема производства аммиака из природного газа, их

описание, устройство основных аппаратов;3) вопросы для самопроверки.

Результат обучения После изучения учебного объекта учащийся будет знать:

1) основную терминологию, относящуюся к производству аммиака; 2) основные стадии процесса производства аммиака из природного газа и их

особенности; 3) химические реакции, лежащие в основе каждой стадии; 4) параметры технологического режима каждой стадии; 5) устройство основных аппаратов;

уметь:1) написать химические реакции, лежащие в основе процесса получения синтез-газа и

аммиака;2) анализировать технологические параметры процесса;3) нарисовать блок-схему производства аммиака из природного газа;4) обозначить на блок-схеме основные материальные и энергетические потоки;5) объяснить по технологической схеме, как осуществляется процесс получения

ситез-газа и аммиака; 6) объяснить устройство основных аппаратов.

Учебная деятельность: Изучение химизма, блок-схемы, технологии производства аммиака, устройства

основных аппаратов. Проверка усвоения материала осуществляется с помощью тестов для самопроверки.

1. Блок-схемаОткрыть в новом окне Свежая азото-водородная смесь поступает в линию циркуляционного газа перед

вторичной конденсацией. В холодильнике смесь свежего и циркуляционного газа охлаждается до температуры +5 - (-5)⁰С за счёт испарения жидкого аммиака. При этом происходит конденсация аммиака из газа. Из испарителя газовая смесь поступает в сепаратор, в котором происходит отделение сконденсировавшегося аммиака.

Газ после отделения жидкого аммиака поступает в колонну синтеза (реактор). В реакторе происходит синтез аммиака на железном катализаторе при температуре 460-530⁰С и давлении 300 атм. Выход аммиака составляет 14-16%.

Из колонны синтеза газ поступает на охлаждение сначала в котёл-утилизатор, затем в водяной холодильник-конденсатор, где охлаждается до 40⁰С. При этом аммиак конденсируется, и газо-жидкостная смесь поступает в сепаратор для отделения жидкого аммиака. Жидкий аммиак поступает на склад, куда также поступает и аммиак, выделенный из циркуляционного газа.

Непрореагировавшая азото-водородная смесь дожимается циркуляционным компрессором до 320 атм и далее поступает в систему вторичной конденсации.

Для поддержания в циркуляционном газе содержания инертных газов в пределах 14-18% производится постоянная продувка газа после первичной конденсации аммиака. Присутствие инертных примесей в смеси равносильно снижению общего давления, поэтому с увеличением их содержания скорость реакции уменьшается.

2. Химико-технологическая схема

Открыть в новом окне

Описание химико-технологической схемы производства аммиака из природного газа

Природный газ под давлением 25-30 атм нагревается до 400°С топочными газами в

подогревателе, расположенном в трубчатой печи, и поступает на очистку от серы. Газ, очищенный от сернистых соединений, смешивается с водяным паром до соотношения пар : газ = 3,5 : 1 . Полученная парогазовая смесь с температурой 400°С поступает в реакционные трубы трубчатой печи (установки первичного риформинга), где на никелевом катализаторе при температуре 750-800°С происходит конверсия метана по реакции: CH4 + H2O ↔ 3H2 + CO; ∆H<0

Трубы снаружи обогреваются продуктами сжигания природного газа в беспламенных панельных горелках.

Конвертированный газ, содержащий до 10% метана, при температуре 750-800°С выходит из реакционных труб снизу и поступает на вторую ступень конверсии метана – установку вторичного риформинга. Конверсию проводят воздухом, который подаётся турбокомпрессором под давлением 25-30 атм через подогреватель. Воздух смешивается с конвертированным газом в смесителе, расположенном в верхней части конвертора. В конверторе на никелевом катализаторе при температуре 850-1050°С протекают реакции конверсии метана, оставшегося в газе после первой ступени.

Горячий газ из конвертора второй ступени поступает в котёл-утилизатор, где его тепло используется для получения пара. При этом температура конвертированного газа снижается до 430°С.

Далее конгаз поступает на конверсию окиси углерода, которую проводят в две ступени. На первой ступени конверсию проводят при температуре 450-470°С на цинкхромовом катализаторе, а на второй ступени – при температуре 220-260°С на низкотемпературном катализаторе.

Газ после конверсии содержит кроме водорода и азота приблизительно 30% об. СО2, 0,3% об. СО, 0,5% об. СН4, 0,5% Ar. Для синтеза аммиака необходима возможно более полная очистка азотоводородной смеси (АВС) от кислородсодержащих соединений,

которые являются каталитическими ядами. Очистку от СО2 обычно осуществляют с помощью жидких поглотителей – растворами этаноламинов или горячими растворами поташа. После очистки азотоводородной смеси жидкими поглотителями в ней остаются небольшие количества СО и СО2 (до 1%), которые могут отравлять катализатор синтеза аммиака. От остатков СО и СО2 позволяет освободиться метанирование или гидрирование. Газ поступает на никелевый катализатор, на котором при температуре 200-400°С протекают реакции:

CO + 3H2 ↔ CH4 + H2OCO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2OОбразующийся при этом метан не снижает активность катализатора синтеза

аммиака.В осушителе газ избавляется от влаги и поступает на сжатие в компрессор АВС,

где сжимается до давления 320 атм. В процессе сжатия газ загрязняется маслом. Очистка газа от масла производится путём сепарации в маслоотделителе. Свежая азотоводородная смесь соединяется с циркуляционным газом и поступает в колонну синтеза аммиака. В колонне при температуре 460-530°С и давлении 300 атм идёт синтез аммиака по реакции:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3; ∆H<0После колонны газ охлаждается в холодильном блоке в две ступени: сначала до

температуры 35°С, а затем до температуры минус 10°С. При этом из газа конденсируется аммиак, который направляется на склад. А непрореагировавшая АВС смешивается со свежей и поступает обратно в колонну синтеза.

Основное оборудованиеОткрыть в новом окнеКолонна синтеза предназначена для проведения процесса синтеза аммиака. В

колонне расположены полки с катализатором. Процесс синтеза является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого расходуется на нагревание поступающей азотводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза, состоит из аммиака (20-30%) и непрорегировавших азота и водорода.

Колонна синтеза аммиака состоит из корпуса высокого давления и вмонтированной в нём насадки, заполненной катализатором. В большинстве колонн имеются внутренние (встроенные) теплообменники.

Корпус колонны представляет собой толстостенный цилиндр, изготовленный из легированной стали.

Внутренняя насадка колонны синтеза предназначена для проведения процесса синтеза при определённом температурном режиме и для защиты корпуса от воздействия высоких температур. Насадка колонны синтеза состоит из катализаторной коробки и теплообменника. В полочных насадках катализаторная масса разделяется по высоте колонны на несколько слоёв (полок), через которые последовательно проходит газ. Между полками подаётся холодный газ (через байпасы), что позволяет регулировать температуру в зоне катализа. На рисунке 1. показана четырехполочная колонна. Основной поток газа поступает в колонну снизу, проходит по кольцевой щели между корпусом колонны 15 и кожухом насадки 3 и поступает в межтрубное пространство теплообменника 6. Здесь синтез-газ нагревается конвертированным газом до 420 – 440°С и проходит последовательно четыре слоя катализатора 8, 10, 12, 14, между которыми подается холодный байпасный газ.

После четвертого слоя катализатора газовая смесь при 500—515°С поднимается по центральной трубе 2, проходит по трубкам теплообменника 6, охлаждаясь при этом до 320—350 °С, и выходит из колонны.

1 – люк для выгрузки катализатора; 2 – центральная труба; 3 – корпус катализаторной коробки; 4 – чехол для термопары; 5 – загрузочный люк; 6 – теплообменник; 7, 9, 11, 13 – ввод байпасного газа; 8, 10, 12, 14 – катализаторные слои; 15 – корпус колонны

Рисунок 1 . четырехполочная колонна синтеза аммиака мощностью 1360 т/сутки

3. СамопроверкаПроверьте, насколько хорошо вы знаете технологический процесс производства

аммиака.

1. Прочитайте текст: "Технологические процессы производства аммиака" и заполните пробелы.

Время на выполнение задания - 3 минуты.

2. Выберите правильные ответы.