Файл: Жидкие азотные удобрения..pdf

Плотность газообразного аммиака (при нормальных условиях) 0,771 кг/м3, относительная плотность (по воз­ духу) 0,596.

Основные теплофизические свойства аммиака:

Теплопроводность аммиака К при атмосферном дав­ лении и различных температурах:

В настоящее время во всей мировой азотной промыш­ ленности синтез аммиака из азота и водорода осуще­ ствляют преимущественно под давлением 320 кгс/см2. За рубежом в течение последнего десятилетия получили применение установки синтеза аммиака под давлением

500 кгс/см2.

Оборудование для синтеза аммиака работает под давлением и является сложным. Его можно подразде­ лить на следующие группы:

1)реакционные аппараты (колонны синтеза);

2)холодильники-конденсаторы (водяные и аммиач­ ные холодильники);

3)сепараторы и фильтры;

4) циркуляционные нагнетатели — компрессоры (поршневые, центробежные, газоструйные).

Корпуса аппаратов высокого давления выполняются по одному из трех основных вариантов: кованые аппа­ раты изготовляют из углеродистой или легированной стали; многослойные корпуса — из стальных цилиндров, которые насажены друг на друга в горячем состоянии или напрессованы; витой корпус представляет собою

30

внутренний цилиндр, на который навито несколько слоев стальной ленты.

Колонны синтеза состоят из корпуса и насадки, включающей теплообменник и катализаторную коробку. Применяемые в настоящее время конструкции насадок различны: трубчатые насадки (противоточные и прямо­ точные); полочные насадки с катализатором, загружен­ ным сплошным слоем на полки, и с подводом холодного газа (байпас) в пространство между полками; насад­ ки с двумя холодными байпасами и др.

Синтез аммиака относится с категории опасных про­ изводств, поэтому вопросам, связанным с пуском, под­ держанием нормального технологического режима, устранением аварий и др., необходимо уделять самое серьезное внимание.

В отечественной промышленности наиболее распро­ странены агрегаты синтеза под давлением 320 кгс/см2, в которых для циркуляции газа и компенсации потерь давления в системе применяются центробежные цирку­ ляционные компрессоры (ЦЦК) или поршневые цирку­ ляционные компрессоры (ПЦК). При использовании ПЦК газ загрязняется смазочным маслом, которое, по­ падая в колонну синтеза, отравляет катализатор и сни­ жает его производительность. В связи с этим ПЦК устанавливают перед конденсационной колонной, благо­ даря чему циркуляционный газ до подачи на катализа­ тор промывается жидким аммиаком и очищается от масла. Центробежные машины ЦЦК чаще всего распо­ лагают перед колонной синтеза, так как в этом случае циркуляционный газ не загрязняется маслом.

При синтезе аммиака под давлением 500 кгс/см2 для циркуляции газа в системе обычно используют инжек­ тор. Его установка позволяет упростить' схему, что дает некоторый экономический эффект.

Схема агрегата синтеза аммиака под давлением 320 кгс/см2 с использованием тепла реакции для полу­ чения водяного пара показана на рис. П-1.

Азотоводородная смесь для повышения выхода ам­ миака сжимается в компрессорах до давления 320 кгс/см2, проходит аммиачный испаритель 1 и масло­ отделитель 2 (для более полной очистки от масла и во­ дяных паров) и направляется на смешение с циркуля­ ционным газом в сепарационную часть конденсацион-

31

ной колонны 3. Здесь газовая смесь дополнительно про­ мывается жидким аммиаком для удаления следов мас­ ла, влаги и двуокиси углерода. Затем через теплообмен­ ник конденсационной колонны смесь направляется во всасывающую линию центрального компрессора 5. От-

Рис. П-1. Схема агрегата синтеза аммиака под давлением 320 кгс/см2 с использованием тепла реакции для получения пара:

V.N, + 3/2Н2 =r=fc NH3

Эта реакция протекает с выделением тепла и умень­ шением объема. Согласно принципу Ле-Шателье, с по­ нижением температуры и повышением давления равно­ весие реакции синтеза аммиака смещается вправо, т. е. в сторону увеличения содержания аммиака в газе. Часть

32

реакционного тепла отводится циркулирующим бидистиллятом в котел-утилизатор 9 на получение пара.

После колонны синтеза газ охлаждается в водяном конденсаторе 7 до 35 °С, при этом часть аммиака кон­ денсируется. Далее газ проходит сепаратор 8 для от­ деления сконденсировавшегося аммиака и поступает в конденсационную колонну 3, где движется в межтруб­ ном пространстве теплообменника, охлаждаясь встреч­ ным потоком холодного газа, выходящего из аммиачно­ го испарителя 4.

Из конденсационной колонны газ при 20—30 °С, на­ правляется в испаритель 4 и, проходя по змеевикам высокого давления, охлаждается до 0 — минус 10 °С. Здесь из газа конденсируется оставшийся в нем аммиак. Затем газ охлаждается испаряющимся жидким аммиа­ ком в ванне испарителя при минус 10 — минус 20 °С. Газообразный аммиак отводится через сепаратор, уста­ новленный в верхней части испарителя. Смесь охлаж­ денного газа и сконденсировавшегося аммиака возвра­ щается в конденсационную колонну 3 и сначала прохо­ дит ее сепарационное пространство (для отделения жидкого аммиака), а затем после смешения со свежим газом поступает в трубки теплообменника (для охлаж­ дения газа, идущего в конденсационную колонну 3.

Чтобы в газе, циркулирующем в агрегате, содержа­ ние инертных примесей (СН4, Аг и др.), ухудшающих условия синтеза, не превышало определенного уровня, часть циркуляционного газа после первой сепарации жидкого аммиака (см. аппарат 8) постоянно выдувает­ ся из системы. Газы «постоянной продувки» после улав­ ливания из них аммиака направляются на сжигание.

Жидкий аммиак по выходе из конденсационной ко­ лонны дросселируется с 320 до 20—25 кгс/см2 и отво­ дится в сборник 13. В результате дросселирования жид­ кого аммиака растворенные в нем газы (Н2, N2, СН4, Аг и др.) выделяются из жидкости и отводятся из сборни­ ка 13. Эти газы, обычно называемые танковыми, содер­ жат 30—50% NH3. Для улавливания аммиака танковые газы направляются на установку приготовления ам­ миачной воды или в цех производства аммиачной се­

Схема агрегата синтеза аммиака под давлением 320 кгс/см2 без использования тепла реакции приведена на рис. 11-2.

Азотоводородная смесь под давлением 320 кгс/см2 поступает в масляный фильтр 1, на линии нагнетания поршневого компрессора 2, где смешивается с циркуля­ ционным газом и очищается от масла. Затем газовая смесь поступает в конденсационную колонну 3 и, прохо­ дя межтрубное пространство теплообменника, охлажда­ ется встречным потоком холодного газа, идущего из

Рис. П-2. Схема агрегата синтеза аммиака под давлением 320 кгс/см? без использования тепла реакции:

аммиачного испарителя 4. При этом в межтрубном про­ странстве конденсируется часть аммиака, содержаще­ гося в газе. Из межтрубного пространства конденса­ ционной колонны газовая смесь поступает в змеевики аммиачного испарителя 4, где происходит дополнитель­ ная конденсация аммиака из газовой смеси.

Смесь охлажденного циркуляционного газа и скон­ денсировавшегося аммиака возвращается в конденса­ ционную колонну 3, в сепарационном пространстве ко­ торой из газа выделяется часть жидкого аммиака. Да­ лее смесь поступает в колонну синтеза 5, а затем в ско­

34

ростной водяной конденсатор 6 (типа «труба в трубе»), где охлаждается до 30—35 °С. При этом часть аммиака, содержащегося в газовой смеси, конденсируется. В се­ параторе 7, куда после водяного конденсатора посту­ пает газовая смесь, также происходит отделение жидко­ го аммиака от газа. Далее газ направляется в линию всасывания циркуляционного компрессора 2, обеспечи­

20—25 кгс/см2 и направляется в сборник 8, где из жид­ кости выделяются растворенные в ней танковые газы.

Состав танковых и продувочных газов приведен ни­ же (в объемн. %):

Представленные на рис. П-1 и П-2 схемы агрегатов синтеза аммиака под давлением 320 кгс/см2 с исполь­ зованием тепла реакции для получения пара и центро­

поршневым циркуляционным компрессором ПЦК (см. рис. П-2) имеют свои преимущества и недостатки. Бла­ годаря применению ЦЦК устранено загрязнение цирку­ ляционного газа маслом, поэтому фильтр, показанный на схеме с поршневым компрессором, становится излиш­

и значительно облегчить процесс конденсации аммиака, так как температура газа на входе в водяной конденса­ тор в агрегатах с использованием тепла снижается до 90—100°С (вместо обычной температуры 160—200 °С), что сокращает расходы на охлаждение газа. Поэтому схема синтеза аммиака с использованием тепла реакции для получения пара дает возможность улучшить техни­ ко-экономические показатели агрегата. При этом надо отметить, что для получаемого пара высокого давления должен быть найден соответствующий потребитель.

Согласно ГОСТ 6221—70, выпускаются три сорта жидкого синтетического аммиака, который должен со­ ответствовать следующим основным показателям:

Аммиачная вода

Согласно ГОСТ 9—67 из синтетического аммиака вырабатывается аммиачная вода двух марок. Продукт марки А предназначен для сельского хозяйства, марки Б — для промышленности. Аммиачная вода обеих марок подразделяется" на первый и второй сорта. В аммиачной воде первого сорта должно содержаться не менее 25% NH3, в продукте второго сорта — не менее 22% NH3.

Плотность 25%-ной аммиачной воды при 20 °С со­ ставляет 0,907 кг/м3, температура замерзания —50 °С. Аммиачная вода 22%-ная замерзает 'примерно при

—33 °С.

Давление паров аммиака над его водными раство­ рами приведено ниже (в мм рт. ст.):

над 20%-ной аммиачной водой составляет 0,305 кгс/см2,

над 25%-ной 0,455 кгс/см2.

Растворимость аммиака в воде при обычных темпе­ ратурах сравнительно велика (табл. 11-1);

Аммиачная вода каменноугольная концентрирован­ ная (ГОСТ 647—67), также применяемая в качестве

36