Разработка математической модели и оптимизации процесса производства аммиака
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?едставляют собой не кристаллическое железо, а комплексы сложного химического состава, состоящие из металлического железа и промотирующих Al2O3 и SiO2.повышенную активность трижды промотированного катализатора объясняется большой концентрацией свободных электронов в образцах со слабой связью и высокой электропроводимостью слоя промоторов и их соединений, находящегося на поверхности металлического железа.
В промышленности применяются следующие марки катализаторов:СА-1,СА-1В.Катализатор СА-1В не требует длительного восстановления в колоннах синтеза, в результате чего при его перегрузках продолжительность непроизводительной работы агрегата сокращается по сравнению с катализатором СА-1 на 5-8 дней.
Синтез аммиака из газообразного азота и водорода протекает с измеренной скоростью только при участии твердых катализаторов. Механизм реакции синтеза аммиака можно представить следующим образом. Адсорбированные молекулы азота реагируют с атомами железа, образуя нитриды FeN. Молекулы водорода, взаимодействуя на поверхности катализатора с нитридами железа, образуя ряд промежуточных комплексных соединений FexNH, FexNH2 вплоть до FeNH3.Комплекс FeNH3 является нейтральным, и его разложение приводит к образованию аммиака, молекулы которого десорбируются с поверхности катализатора в газовый объем.
В зависимости от применяемых давлений азотоводородной смеси известны следующие системы синтеза аммиака:
. Системы, работающие при низком давлении (9-19 МПа)
. Системы, работающие при среднем давлении (25-31 МПа)
. Системы, работающие при высокого давлении (44-98 МПа)
Установки синтеза, работающие при низких давлениях, аппаратурно громоздки, требуют дополнительных затрат электроэнергии на процессе конденсации аммиака из аммиачно-азотоводородной смеси, поэтому не нашли применения.
Установки синтеза, работающие при высоких давлениях, также не получили широкого применения, поскольку требуют сложного конструктивного оформления применяемой аппаратуры.
Наиболее распространенные в химической промышленности получили установки синтеза аммиака работающие под средним давлением. Данные установки работают под давлением 22-30 МПа. Эксплуатируются крупнотоннажной установки единичной мощности 600, 1360 и 1420 т/сут.
Рисунок 1.1-Схема установки синтеза аммиака среднего давления производительностью 600 т/сут.
Свежая, очищенная от всех примесей АВС сжимается в оппозитных многоцелевых компрессорах 1, в котором компримируется АВС, циркуляционный газ, аммиак, холодильной установки. Пять таких компрессоров - по два рабочих на каждую линию производства аммиака и один общий резервный - соединены по коллекторно-агрегатной схеме, чтобы дать возможность работать двум агрегатам получения синтез-газ и любому одному агрегату синтеза аммиака.
Сжатая до давления 26 МПа свежая ABC смешивается iиркуляционным газом, идущим в трубки холодного теплообменника 7.Проходя по трубам теплообменника, циркуляционный газ охлаждается от 303 до 290 К газом, проходящим по межтрубному пространству после сепаратора аммиачного испарителя 8.Из теплообменника 7 газовая смесь направляется а испаритель жидкого аммиак 9 для дальнейшего охлаждения. Проходя по трубкам испарителя , циркуляционный газ охлаждается до 270 К испаряющимся в межтрубном пространстве жидким аммиаком. Смесь циркуляционного газа со сконденсировавшейся частью аммиака поступает в сепаратор 8.Отделенный от жидкого аммиака газ направляется в межтрубное пространство холодного теплообменника и далее поступает в компрессор 1 на досжатия.
После компрессора циркуляционный газ с температурой 300 К и давлением 30 мПа направляется в межтрубное пространство горячего теплообменника 4.нагревается до 440 К и поступает в колонну синтеза аммиака 2, где на железном промотированном катализаторе при температуре 770-790 К происходит образование аммиака. Часть теплоты реакции синтеза аммиака используется в колонне для нагревания циркуляционного газа до температуры начала реакции(720К).Для регулировки температурного режима в колонне синтеза аммиака имеются байпасные линии подачи части поступащего в нее циркуляционного газа в верхнюю часть колонны и на полки.Из колонны газ выходит с температурой 65 ОК. Затем он последовательно охлаждается : до 460 К -в паровом котле-утилизаторе 3 с получением пара давлением 3,9 МПа ; в трубках горячего теплообменника 4-до ЗЗОК газом, идущим по межтрубному пространству в колонну синтеза аммиака;до 330 К-в водяном конденсаторе :.Отсепарированный газ направляется из сепаратора 6 в холодный теплообменник 7.По пути часть газа выводится из циркуляции для поддержания количества инертов в цикле перед колонной до 10%.После продувки в циркуляционный газ добавляют свежий. После смешения цикл циркуляционного газа повторяется.
Для того чтобы примеси в свежем газе(СО2,Н2О и др.) отмывались и выводились жидким аммиаком, его вводят непосредственно перед холодным теплообменником. Жидкий аммиак из сепаратора 6 и 8 направляются в магнитные фильтры 10 для улавливания катализаторной пыли, далее рудуцируется до 3,97 МПа, поступает в сборник 11, а затем направляется на склад. Выделившийся при дросселировании жидкого аммиака растворенные газы(Н2, N2, CH4, Аг) отводятся из сборника жидкого аммиака. Сюда же поступает продувочный газ.
Производительность колонны синтеза составляет 25 т/ч, объемная скорость газовой смеси на входе в колонну-25000 ч"1.
Колонна синтеза аммиака выполнена с обжатой горловиной и имеет полочную нас