Производство аммиака

Производство аммиака

Производство аммиака

За годы существования ГИАП на основе разработок его ученых и инженеров была создана крупнейшая в мире и передовая по уровню технических решений азотная промышленность. Было спроектировано и построено около 70 агрегатов аммиака мощностью от 55 до 450 тыс. тонн в год. Построен уникальный аммиакопровод Тольятти – Одесса, позволяющий экспортировать жидкий аммиак во многие регионы мира. В настоящее время в России и странах СНГ работает 22 агрегата аммиака мощностью 450000 тонн в год. По проектам института построены объекты азотной промышленности в Афганистане, Болгарии, Германии, Китае, Кубе, Румынии.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА

В  рамках данного направления в настоящее время компанией осуществляется разработка и проектирование следующих технологий:

  • Модернизация действующих производств аммиака
  • Перевод избыточных производств аммиака на производство метанола
  • Создание интегрированных производств аммиак-метанол, аммиак-водород и др.
  • Разработка производства аммиака на базе новейших достижений технологии для замены действующих агрегатов

Для выполнения работ по перечисленным направлениям компания располагает знаниями и опытом практически по всем стадиям технологических линий производств аммиака,  метанола, водорода и др. Сотрудники компании принимали участие в разработке технологии и аппаратуры для многих крупнотоннажных химических производств, а также в их пуске. В 1998 году при их участии было разработано и запущено производство аммиака в Китае с использованием наиболее современной энергосберегающей технологии, превосходящей мировой уровень. В настоящее время разработаны перспективные технологии производства аммиака с удельным энергопотреблением 6.64 Гкал на тонну NH3.  Для модернизации производств разработаны технические решения по увеличению мощности крупных агрегатов аммиака до 1800 тонн в сутки, разработаны и осуществлены проекты реконструкции колонн синтеза аммиака и метанола, конверторов СО первой и второй ступени, смесителей для реакторов реформинга и др.

 

Технология ГИАП производства аммиака с низким потреблением энергии

При разработке концепции нового аммиачного агрегата мы принимали во внимание следующие аспекты проблемы:

Термодинамический аспект. Необходимо прежде всего снизить производство пара, ограничившись неизбежными технологическими нуждами, и производство механической энергии, используемой на компремирование технологических потоков и гидравлические потери. При этом неизбежную рекуперацию тепла следует проводить на наиболее высоком температурном уровне.

Экологический аспект. Можно полагать, что ограничения на используемое первичное топливо и производство пара скажется на количестве жидких и газовых выбросов в окружающую среду. Мы исходили из необходимости снизить вредные газовые выбросы в 3-4 раза и почти полностью исключить выбросы технологического конденсата.

Надежность и безопасность. Следует принять во внимание, что надежность и безопасность агрегата повышается, если удается уменьшить долю оборудования, работающего при наиболее высокой температуре и давлении, упростить компрессоры, исключить паропроводы высокого давления и турбины, использующие пар высокого давления. Система управления должна обеспечивать надежное функционирование всех установок агрегата, содержать подсистемы диагностирования состоянии оборудования, обрабатывать и выводить их информацию.

 Технические решения. Термодинамические соображения, положенные в основу концепции энергосбережения  могут быть реализованы  путем использования новейших разработок ГИАП в области технологии, аппаратуры и катализаторов. В соответствии с этой концепцией аммиачного  агрегата мы приняли следующие технические решения.

Базовые показатели потребления энергии аммиачных агрегатов по технологии ГИАП.  В приведенной ниже Таблице 1 приведены показатели по потреблению энергии на тонну аммиака. для агрегата с давлением синтеза 80 бар, в котором достигнуто наименьшее производство механической энергии – около 0,566 МВт на тонну аммиака.

 Таблица 1

БАЗОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСХОДА СЫРЬЯ, ЭНЕРГИИ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АММИАЧНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ ГИАП на 1 тонну NH3

Давление в цикле синтеза, бар

80

Природный газ, м3 калорийность 8807 кал/м3

708,1

Кислород, м3

0

Электроэнергия, кВтч

481,5

Питательная вода, м3

0,73

Охлаждающая вода, м3

80,6

Общее потребление энергии, ГДж

28,01

 

Программное обеспечение инженерно-технологических решений.

При разработке современных технологий большее значение принимает программное обеспечение моделирования химико-технологических процессов. В нашем институте ведутся работы по созданию программных средств для расчёта процессов в каталитических реакторах, поскольку производство аммиака в значительной мере базируется на каталитических процессах, а  его дальнейшее развитие связано с прогрессом в области исследований гетерогенного катализа. Любая разработка современной аммиачной технологии не может быть осуществлена без использования программ кинетических расчетов реакторов вторичного риформинга, конверсии СО, синтеза аммиака и др. Указанные программы созданы с учетом многолетних исследований ГИАП в области кинетики гетерогенного катализа и обобщают уникальный опыт внедрения разработок института в промышленности.

Сейчас мы перешли от одномерных моделей химико-технологических процессов с набором критериальных уравнений тепломассообмена к созданию программ более сложных двумерных моделей. Использование таких моделей уменьшает количество экспериментально определяемых параметров, которые на настоящий момент либо нельзя достаточно точно определить, либо они вообще не определяются существующими методами измерения. Кроме того, такие модели в несколько раз увеличивают объем получаемой полезной информации.

В частности разработана программа для расчета паровой конверсии природного газа по двухмерной модели катализаторного слоя, которая делает возможным:

  • Предсказание получаемого состава газа на выходе из реактора с катализатором различных форм и размеров
  • Определение производительности риформинга.
  • Определение степени использования и ресурса дальнейшей работы катализатора.
  • Расчет оптимального объема катализатора согласно требуемой производительности установки и с учетом возможного старения катализатора.
  • Расчет радиального и аксиального распределения температур,  концентраций, ско­ростей потоков и т. д.

Как и все программные разработки, сделанные в ГИАПе, она базируется на фундаментальных теоретических построениях и использовании значительного коли­чества промышленных экспериментальных данных.

Теоретическая база программы расчета конверсии природного газа в трубке с катализатором позволяет создавать аналогичные программы и для других процессов гетерогенного катализа, например, для моделирования процессов синтеза аммиака в радиально-противоточном реакторе.