Аммиак представляет собой один из важнейших продуктов химической промышленности. Аммиак является сырьем для получения азотных соединений и азотных удобрений. На сегодняшний день производство аммиака освоено более чем 80 странами, общая мировая производственная мощность составляет 173 млн т/г по состоянию на 2017 г. Мировым лидером по производству аммиака является Китай, Россия обладает производственным мощностями в количестве более 19 млн т/год, что составляет около 10% мирового производства аммиака [1].
История становления аммиачной промышленности в нашей стране начинается в СССР, где были созданы крупнотоннажные и энерготехнологические агрегаты проектной мощностью 1360-1420 т/сут [3].
На сегодняшний день по причине введения новых эффективных мощностей и начавшегося технического перевооружения действующих производств расходная норма природного газа составляет 1100 м3/т.
В настоящее время в мировой промышленности получения аммиака и синтез-газа появились новые технологические усовершенствования, позволяющие значительно увеличить производственные мощности, снизить потребление энергетических ресурсов и уменьшить негативное экологическое воздействие. К таким усовершенствованиям можно отнести следующие технологические решения [17]:
• использование стадии конверсии природного газа с избытком воздуха;
• применение конвекторов с газовым обогревом вместо трубчатых печей;
• использование радиальной колонны для синтеза аммиака при давлении 9 МПа;
• конденсация аммиака с применением искусственного холода.
В бакалаврской работе рассмотрено действующее производство получения аммиака на предприятии АО «КуйбышевАзот». Существующее производство АМ-70 предназначено для получения аммиака из природного газа. Данное производство введено в эксплуатацию в 1977 г., проектная мощность составляла 1360 т/сут при работе 7200 ч/год. На сегодняшний день достигнутая производственная мощность по аммиаку составляет 1800 т/сут при работе 8000 ч/год [17], [21].
Актуальность выбранной темы бакалаврской работы заключается в необходимости увеличения мощностей производства аммиака в нашей стране, что «позволило бы России существенно приблизиться к мировым лидерам по производству аммиака, что особо важно при непрерывном росте спроса на данный вид сырья» [8]. С увеличением потребления минеральных удобрений сельским хозяйством спрос на аммиак в мире растет.
Целью данной работы является оптимизация технологии вторичного риформинга агрегата синтеза аммиака (АМ-70).
Задачи:
• Оптимизировать работу существующего реактора вторичного риформинга;
• Выполнение материальных, тепловых и конструктивных расчетов используемого в процессе технологического оборудования.
В бакалаврской работе рассмотрена оптимизация работы технологии вторичного риформинга агрегата синтеза. Оптимизация работы технологии вторичного риформинга заключается в замене двухканального смесителя на четырехканальный без замены действующего основного оборудования.
На основе выполненного литературного обзора показано, что наиболее предпочтительным сырьём для получения аммиака является водород и азот. Водород получают конверсией природного газа, для удаления остаточного метана применяют первичный и вторичный риформинг газовой смеси. Наиболее оптимальным условием синтеза аммиака является применение в колоннах синтеза среднего давления. Это обеспечивает наиболее оптимальные энергетические и экономические затраты. С увеличением потребления сельским хозяйством азотных удобрений требуется увеличение производственных мощностей агрегатов получения аммиака. На сегодняшний день имеются различные технологические новшества, позволяющие увеличить производительность по аммиаку.
Четырехканальный смеситель позволяет объединить паровую конверсию и высокотемпературную некаталитическую конверсию с целью получения азотоводородной смеси в объеме, достаточном для выхода по аммиаку - 1800 т/сут. Также представлена схема синтеза аммиака и технологическая схема вторичного риформинга.
Оптимальные параметры технологии вторичного риформинга: температура - 1000°С, давление не более 35 кгс/см2, объемная скорости газа 3400 ч-1 и соотношение водорода и аммиака равным (2,9-3,2) : 1.
В расчетной части выполнены расчет материального баланса паровоздушной конверсии метана, составлен тепловой баланс конвертора второй ступени, конструктивные расчеты четырехканального смесителя.
