Введение 6
1 Аналитическая часть 8
1.1 Современное промышленное производство аммиака 8
1.2 Основные реакции и условия их протекания 10
1.3 Технические характеристики на основное оборудование 15
1.4 Основные физико-химические свойства и константы аммиака 21
1.5 Область применения 22
2 Технологическая часть 23
2.1 Компрессия природного газа 23
2.2 Риформинг 24
2.2.1 Сероочистка природного газа 25
2.2.2 Паровая каталитическая конверсия метана в трубчатой
печи (первичный риформинг) 26
2.2.3 Обзор катализаторов применяемых для проведения реакции
риформинга природного газа 29
2.2.4 Технические предложения CLARIANT. Катализаторы
первичного риформинга 33
2.2.5 Рекомендуемые катализаторы 34
2.2.6 Паровоздушная конверсия метана 37
2.2.7 Конверсия окиси углерода 39
2.3 Очистка конвертированного газа 41
2.4 Синтез аммиака 42
3 Расчетная часть 44
3.1 Технологический расчет единичной трубы реактора первичного
риформинга 44
3.2 Сравнительный анализ каталитических систем парового
риформинга 55
3.2.1 Характеристика среды на входе в реакционные трубы 57
3.2.2 Характеристика среды на выходе из реакционных труб 57
3.2.3 Характеристика промышленной площадки ПАО «КуйбышевАзот» 59
3.2.4 Реакционные трубы и комплектующие 59
3.2.5 Прогноз работы катализатора 60
3.3 Расчет материального баланса печи риформинга 64
3.4 Расчет энергетического баланса 69
3.5 Расчет потерь напора печи 72
Заключение 79
Список используемой литературы и используемых источников 80
Приложение А Основные схемы производства АМ - 70 и предложения по реконструкции печи
Производство аммиака - технологически сложный процесс, который требует значительных затрат энергии. Тем не менее, это одно из лидирующих промышленных направлений во всем мире, включая Россию. Все благодаря востребованности аммиака в научно - технической сфере, фармацевтике, агрокультуре. Процесс производства аммиака характеризуется большой энергоемкостью, что является его недостатком. Именно поэтому постоянно ведутся научные разработки, которые призваны решить проблемы экономии энергии.
Современное производство аммиака основано на энергосберегающих технологиях и реализовано в крупнотоннажных безотходных предприятиях. Основные экологические проблемы производства аммиака - это газообразные выбросы аммиака, оксидов углерода, дымовых газов. Проблема снижения выбросов решается комплексно: увеличивается доля крупнотоннажных производств, совершенствуется и оптимизируется технологический процесс, внедряется высокоинтенсивное оборудование, предлагаются более эффективные катализаторы, применяются новые способы очистки газов, разрабатываются совмещенные процессы и производства, оцениваются новые сырьевые источники.
Производство аммиака считается наиболее передовым с точки зрения химической технологии. Метод производства основан на получении технологического газа для синтеза аммиака путем паровой конверсии природного газа в трубчатой печи с последующей паро - воздушной конверсией остаточного метана в шахтном конверторе, конверсией окиси углерода, очисткой конвертированного газа от двуокиси углерода раствором активированного метилдиэтаноламина (аМДЭА), гидрированием (метанированием) остаточного содержания окиси и двуокиси углерода, компремированием синтез газа. Важной стадией процесса получения аммиака является риформинг природного газа [2]. Для его осуществления используются два процесса: паровой риформинг и парокислородный риформинг. Для реализации первого используется трубчатая печь позиции 107. Она состоит из радиационной и конвекционной зоны. В радиационной секции размещены 504 реакционные трубы, заполненные катализатором. Вместимость никелевого катализатора 30 м3, трубы расположены вертикально в 12 рядов. Каждый ряд состоит из трех секций:
1. Средняя секция из 12 труб с подъемным стояком.
2. Левая секция из 15 труб.
3. Правая секция из 15 труб.
4. Реакционные трубы: D=106/82 мм, L=10,921 м; n=504 шт.
5. Подъемные трубы: D=132/91,2 мм, L=9,45 м; n=12 шт. После трубчатой печи конвертированная парогазовая смесь по передаточному коллектору поступает в конвертор метана второй ступени позиции 110, где реализован процесс парокислородного риформинга.
Целью данной работы является увеличение производительности и энергоэффективности реактора позиции 107 отделения риформинга агрегата аммиака АМ-70.
Заявленная цель достигается путем решения следующих задач:
1. Снижение перепада давления на реакционных трубах.
2. Увеличение времени пробега катализатора.
3. Разработка конструкции реакционных труб большей производительности.
4. Выбор наиболее оптимального, по технологическим характеристикам, катализатора первичного риформинга.
В данной работе для оптимизации технологии первичного риформинга природного газа ПАО «КуйбышевАзот» предлагается увеличение внутреннего диаметра труб печи риформинга до 92 мм и замена катализатора первичного риформинга. Основным принципом для реконструкции, является внесение минимальных изменений в существующие оборудование отделения риформинга, с достижением значительного роста производительности.
В работе рассмотрено увеличение внутреннего диаметра реакционных труб первичного риформинга и этим мы добились больший объем катализатора печи, увеличили пропускную способность трубопровода. Парогазовая смесь распределяется по реакционным трубам, имеющим больший объем катализатора, благодаря этому увеличилась глубина конверсии метана. Уменьшение перепада давления в реакционной системе и увеличение глубины конверсии снижают энергозатраты при первичном и вторичном риформинге.
На данном этапе эксплуатации агрегата АМ - 70 соотношение пар: газ является лимитирующей нагрузку по природному газу, внедрение новых реакционных труб увеличенного диаметра, приведет к увеличению расхода пара на соотношение, следовательно, можно увеличивать нагрузку по природному газу, что в конечном результате повлияет на ожидаемое увеличение выработки продукционного аммиака.
Выбираем увеличенный диаметр реакционных труб печи риформинга и заменой катализатора, ожидаемый результат при такой же нагрузке по природному газу увеличение выработки продукционного аммиака 6,05 т/ч.
В своей работе мы выдержали основной принцип, при реконструкции, которым является внесение минимальных изменений в существующие оборудование отделения риформинга, с достижением значительного роста производительности.
