Из чего производят аммиак

Минеральные удобрения

1) Этапы развития предприятия. Основная продукция предприятия

1978г. — начало строительства

1980г. – пробные запуски

1981г. – первая продукция аммиака

2006г. — предприятие включено в реестр базовых российских компаний, имеющих высокую группу инвестиционной привлекательности.

Производят 1960 тон в сутки. Основная продукция ОАО «Минеральные удобрения»:

Аммиак (водный и технический) и карбамид (мочевина). Так же производят

азот технический; двуокись углерода (СО2) газообразная и жидкая; кислород жидкий и технический.

2) Производство аммиака: сырье, основные этапы.

Производство аммиака: основное сырье природный газ, вода и воздух.

1 стадия: сероочистка природного газа от серосодержащих соединений, протекает в 2 этапа.

1й — гидрирование на алюмокобальтовоммолибденовом катализаторе → связывание серы виде сероводорода

2й – взаимодействие сероводорода с адсорбентом ZnO→сульфид цинка

2 стадия: нагревание природного газа в печи первичного риформинга (с использованием водяного пара). Т=800-830 °С , P= 35 кг приводит к образованию водорода.

3 стадия: вторичный риформинг: не прореагировавший метан смешивается с кислородом воздуха Т =1100 °С; P= 33 кг.

Происходит конверсия угарного газа в углекислый (с использованием атм. воздуха).

Протекает в 2 стадии: Преобразование газа ( высоко- (железохромовый катализатор, Т=400 0С) и низкотемпературная конверсия (цинково-медный катализатор Т=220 0С), происходит более тонкая очистка, содержание СО не более 7%) , СО2- конвектор газ.

4 стадия: Очистка от углекислого газа раствором Бенфеля, уменьшение давления до 30 кг, Т=80С, СО2 поглощается раствором Бенфеля, очистка на регенерате (восстановителе) Метанирование – никелевый катализатор Т=300-310 °С — получение азотоводородной смеси (очистка от кислородсодержащих газов)→через сепараторы (аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками) поступает на холодильные установки.

Захолаживание жидк. аммиака – отделение от потока газа.

5 стадия: Синтез водорода и азота, получение аммиака.

Температура на выходе из колонны 360 °С. Газ охлаждается, поступает на сепаратор высокого давления и далее холодильная установка.

Отходы : нет, дымовые газы, кот. охлаждаются через змеевики

3. Традиционная схема получения аммиака из природного газа. Аппарат, протекающий в нем процесс.

Природный газ очищенный от примесей серы подают в печь, в печи газ поступает в 500 трубок с Ni-катализаторами, после чего он нагревается другим природным газом до температуры 1000 С. Происходит конверсия метана кислородом воздуха и водяным паром,

СH4+H2O=CO+3H2-Q

CH4+CO2=2CO+2H2-Q

CH4+0,5O2=CO+2H2+Q

Далее осуществляется конверсия угарного газа СO+H2O=CO2+H2+Q.Весь процесс конверсии протекает с поглощением тепла СH4+2H2O=CО2+4H2-Q.Все реакции протекают с увеличением объема и для большего выхода продукта, необходимо уменьшать давление. Необходимо, чтобы содержание метана в азотоводородной смеси было маленьким: для этого применяют катализаторы и температурные режимы.

Далее происходит очистка азотоводородной смеси от углекислого газа. Это осуществляют при помощи карбоната калия при температурах 110-120 °С . K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

Далее осуществляется синтез аммиака и водорода в колонне синтеза аммиака.

N2+3H2=2NH3 .При этом полученный аммиак очищается от воды и в зависимости какой аммиак нам нужен мы его охлаждаем до жидкого состояния или оставляем в виде газа.

4. Физико-химические особенности синтеза аммиака (t, р, kat)

В процессе первичного риформинга природного газа подается пар под давлением 10 МПа. В качестве катализатора используются сплавы Ме (в виде таблеток). Температура 900-1000 С.

5-6. Производство мочевины: сырье, основные этапы.

Сырье СО2 , NH3.

Производство карбамида: подается в компрессор жидкий аммиак и углекислый газ, который остался после получения аммиака, смесь подается в колонну синтеза, где создается повышенное давление (230-250 атм.) и температура. При этих условиях и происходит конверсия аммиака и углекислого газа. После чего происходит дестиляция — удаления углекислого газа, аммиака, воды. Далее происходит кристаллизация карбамида и подача его в Град-башню, где кристаллы сушатся (110°С) и затем расплавляют. Эта смесь падает с башни вниз, при этом образуется ровные гранулы в кипящем слое, завершающая стадия это упаковка и отправка на склады.

7.Технология производства карбамида, используемая на предприятии.

На производстве применена технология, разработанная фирмой MITSYI TOATSY (Япония), позволяющая производить продукцию высокого качества с минимальным ущербом для окружающей среды.

8.Области применения продукции предприятия ОАО «Минеральные удобрения»

Карбамид используется в промышленности — как сырье для синтеза ценных химических продуктов: карбамидных смол, меламина, циануровой кислоты и ее эфиров, гидразина и пр., а также фармацевтических препаратов и некоторых красителей. В нефтяной промышленности используют для де-парафинизации масел и моторных топлив; для растениеводства — как универсальное концентрированное водорастворимое азотное удобрение предназначено для применения под все выращиваемые культуры на всех типах почв, удобен в применении, не является токсичным и дает устойчивый прирост урожая. Может быть использован в животноводстве в качестве кормовой добавки.

Аммиак используется в производства азотной кислоты, для азотирования, в качестве хладагента, для создания защитных атмосфер, как сырье при производстве минеральных удобрений (в основном карбамида и аммиака водного технического), в органическом синтезе при производстве пластмасс, ароматических и других соединений.

8.1. Проблема «связанного» азота

8.1.1 Потребности народного хозяйства в соединениях азота

Соединения азота имеют исключительное значений для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Их потребляют производства азотной кислоты, разнообразных минеральных удобрений, полимерных материалов, взрывчатых веществ и ракетных топлив, красителей, фармацевтических препаратов.

Азот принадлежит к числу достаточно распространенных химических элементов. Его кларк (% мас.) для планеты в целом составляет 0,01, для земной коры равен 0,04, для атмосферы – 75,5. Формы существования азота в земной коре весьма разнообразны. Он входит в состав минералов, содержится в каменном угле, нефти и других видах ископаемого топлива. Важнейшее значение имеет азот для жизни на Земле, являясь одним из элементов, входящих в состав белковых структур. На рис. 8.1 представлены формы существования азота на земле и содержание элемента в них.

Рисунок 8.1 – Формы существования азота в литосфере

Основным природным источником азота является атмосфера. Масса азота в ней составляет 4 × 1015 тонн. Однако газообразный молекулярный азот представляет одно из самых устойчивых химических веществ. Энергия связи в молекуле азота равна 940,5 кДж/моль. В естественных условиях лишь незначительное количество атмосферного азота переходит в биологически усвояемую форму в результате грозовых разрядов по реакции

или непосредственно фиксируется ограниченными видами растений в форме аминокислот в ходе фотосинтеза, катализируемого ферментами

Большинство организмов (высшие растения и животные) усваивают азот в виде его соединений со степенью окисления –3 и не могут использовать азот атмосферы. То же относится и к использованию соединений азота в промышленности.

Скорость перевода атмосферного азота в состояние, в котором он может быть усвоен или реализован, в природных процессах весьма мала. В среднем половина необходимого для жизни азота возвращается через атмосферу за 108 лет. В то же время организация современного культурного земледелия связана с непрерывным уносом усвояемого азота с посевных площадей, достигающим 88 млн тонн в год, а это 90 % азота, необходимого для питания растений. Поэтому первоочередная задача – непрерывное пополнение запасов азота в почве в усвояемой растениями форме. До конца ХIX столетия источником «связанного» азота служили естественные удобрения и лишь в незначительной степени природные соли – нитраты натрия и калия, запасы которых в природе весьма ограничены. Увеличение масштабов культурного земледелия и потребностей промышленности в разнообразных соединениях азота потребовали разработки промышленных способов получения этих соединений, то есть способов «связывания» атмосферного азота.

8.1.2. Методы связывания атмосферного азота

В начале ХХ века почти одновременно были разработаны три технических метода синтеза соединений из молекулярного азота: дуговой, цианамидный и аммиачный.

  1. Дуговой метод основан на эндотермической реакции прямого окисления азота кислородом воздуха, протекающая при температуре около 30000С в пламени вольтовой дуги: где DН = 179,2 кДж с последующим доокислением оксида азота (II) и получением нитрата кальция:
  2. Цианамидный метод основан на способности тонкоизмельченного карбида кальция реагировать при температуре около 10000С молекулярным азотом с образованием кальцийцианамида
    где DН = 300 кДж с последующим превращением кальцийцианамида в аммиак
  3. Аммиачный метод, в основе которого лежит реакция взаимодействия азота и водорода: , где DН = 111,6 кДж.

Сравнительная энергоемкость этих методов фиксации азота приведена в табл. 8.1

Таблица 8.1 – Энергоемкость методов фиксации азота

Метод

Затраты энергии на производство 1 т аммиака, кДж

Дуговой
Цианамидный
Аммиачный

Энергетически наиболее выгоден аммиачный метод фиксации, что и обусловило его широкое промышленное внедрение.

8.2. Получение аммиака. Общие сведения

Аммиак является важнейшим и практически единственным соединением азота, производимым в промышленных масштабах из азота атмосферы. Таким образом, его следует рассматривать как полупродукт для получения всех остальных соединений азота.

8.2.1. Технологические свойства аммиака

Аммиак NH3 – бесцветный газ с резким запахом с температурой кипения — 33,350С и температурой плавления -77,750С. Аномально высокие температуры кипения и плавления аммиака объясняются ассоциацией его молекул вследствие высокой полярности их и образования водородных связей. Аммиак хорошо растворим в воде (750 литров в литре воды), ограниченно растворим в органических растворителях.

В водных растворах аммиака содержатся его гидраты состава , образующие эвтектики, а также незначительное количество ионизированных молекул в результате реакции

Константа равновесия этой реакции равна , что соответствует степени диссоциации 0,004. При температурах выше 13000С аммиак диссоциирует на азот и водород:

Сухой аммиак образует с воздухом взрывчатые смеси, пределы взрываемости которых зависят от температуры и при 180С ограничены интервалом содержания аммиака в газовой смеси от 0,155 до 0,270 об. долей. Эта особенность системы «аммиак–воздух» учитывается при производстве азотной кислоты окислением аммиака, в котором сырьем является аммиачно–воздушная смесь.

8.2.2. Области использования аммиака

Аммиак – ключевой продукт для получения многочисленных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности, сельском хозяйстве и быту. На основе аммиака в настоящее время производятся практически все соединения азота, используемые в качестве целевых продуктов и полупродуктов неорганической и органической технологии. На рис. 8.2 представлены основные направления использования аммиака в промышленности и сельском хозяйстве.

Рисунок 8.2 – Использование аммиака

8.2.3. Сырье для производства аммиака

Азотоводородная смесь (АВС) — сырье в производстве аммиака стехиометрического состава N2 : H2 = 1 : 3. Так как ресурсы атмосферного азота практически неисчерпаемы, сырьевая база аммиачного производства определяется вторым компонентом смеси – водородом, который может быть получен разделением обратного коксового газа, газификацией твердого топлива, конверсией природного газа (рис. 8.3).

Рисунок 8.3 – Сырьевые ресурсы производства аммиака

Структура сырьевой базы производства аммиака менялась, и сейчас свыше 90% аммиака вырабатывается на основе природного газа. В табл. 8.2 приведена динамика изменения структуры основных видов сырья аммиачного производства.

Таблица 8.2 – Изменение сырьевой базы производства аммиака

Виды сырья Доля сырья по годам, % Энергоемкость, тонн усл. топлива
1960 1965 1970 1975 1980
Твердое топливо

32,0

В15,9

10,4

5,7

1,5

3,73

Коксовый газ

32,1

18,2

14,2

11,7

5,3

2,07

Природный газ

16,3

59,9

72,3

79,6

92,2

1,50

Азотоводородная смесь независимо от метода ее получения содержит примеси веществ, некоторые из которых являются каталитическими ядами, вызывающими как обратимое (кислород, оксиды углерода, пары воды), так и необратимое (различные соединения серы и фосфора) отравление катализатора. С целью удаления этих веществ АВС подвергается предварительной очистке, методы и глубина которой зависят от их природы и содержания, то есть от способа производства АВС. Обычно АВС, получаемая конверсией природного газа, содержит оксид углерода (IV), метан, аргон, следы кислорода и до 0,4% об. оксида углерода (II).

Для очистки АВС в промышленности используются методы абсорбции жидкими поглотителями (мокрый метод) и адсорбции твердыми поглотителями (сухой метод). При этом процесс очистки может производиться на различных стадиях производства:

  • исходного газа перед подачей его на конверсию;
  • конвертированного газа для удаления из него оксида углерода (IV);
  • азотоводородной смеси непосредственно перед синтезом аммиака (тонкая очистка АВС).

Тонкая очистка АВС достигается хемосорбцией примесей жидкими реагентами и окончательно каталитическим гидрированием их или промыванием АВС жидким азотом.

Для удаления оксида углерода (IV) и сероводорода АВС промывают в башнях с насадкой щелочными реагентами, образующими с ними нестойкие термические соли: водным раствором этаноламина или горячим, активированным добавкой диэтаноламина, раствором карбоната калия. При этом протекают соответственно реакции:

Оксид углерода (II) удаляют из АВС промывкой ее медно-аммиачным раствором ацетата меди

  • , где Ац = СН3СОО–.

Применяемые для хемосорбции абсорберы образуют с поглощаемыми из АВС нестойкие соединения. Поэтому при нагревании их растворов и снижении давления происходит десорбция растворенных примесей, что позволяет легко регенерировать абсорбент, возвратить его в процесс и обеспечить цикличность операции абсорбции по схеме

где П – поглощаемая из АВС примесь; А – абсорбент; ПА – соединение примеси и абсорбента.

Более эффективным методом очистки АВС от оксида углерода (II) является применяемая в современных установках промывка АВС жидким азотом при –1900С, в процессе которой из нее удаляются, помимо оксида углерода (II), метан и аргон.

Метанирование, или предкатализ — способ окончательной очистки АВС путем каталитического гидрирования примесей. Этот процесс проводится в специальных установках метанирования (рис. 8.4) при температуре 250–3000С и давлении около 30 МПа на никель–алюминиевом катализаторе (Ni + Al2O3). При этом протекают экзотермические реакции восстановления кислородсодержащих примесей до метана, который не является ядом для железного катализатора, а вода конденсируется при охлаждении очищенного газа и удаляется из него:

Если в предкатализе используется железный катализатор, то в процессе гидрирования также образуется некоторое количество аммиака, в этом случае предкатализ называется продуцирующим.

Очищенная АВС, поступающая на синтез, содержит до 0,0025 об.долей аргона, 0,0075 об.долей метана и не более 0,00004 об.долей оксида углерода (II), являющегося наиболее сильным каталитическим ядом.

Рисунок 8.4 – Схема установки метанирования АВС:

  1. компрессор;
  2. подогреватель;
  3. реактор метанирования;
  4. реактор метанирования;
  5. подогреватель воды;
  6. конденсатор;
  7. влагоотделитель

8.3. Химическая и принципиальная схемы производства

Основная стадия процесса синтеза аммиака из азотоводородной смеси описывается уравнением

Так как преобладающим методом получения АВС является конверсия метана воздухом и водяным паром, химическая схема производства аммиака включает помимо этой реакции несколько реакций воздушной и паровой конверсии:

и последующего превращения оксида углерода (II) в оксид углерода (IV):

После удаления оксида углерода (IV) из газовой смеси и коррекции ее состава получают АВС с содержанием азота и водорода в отношении 1 : 3.

Таким образом, современное производство аммиака состоит из двух стадий: приготовления АВС и превращения ее в аммиак, представляя единую энерготехнологическую схему, в которой сочетаются операции получения АВС, ее очистки и синтеза аммиака и эффективно используются тепловые эффекты всех стадий процесса, что позволяет в несколько раз снизить затраты электроэнергии. На рис. 8.5 приведена принципиальная схема производства аммиака, отвечающая рассмотренной выше химической схеме.

Рисунок 8.5 – Принципиальная схема производства аммиака:

  1. очистка природного газа от сернистых соединений;
  2. паровая конверсия метана;
  3. воздушная конверсия метана;
  4. конверсия оксида углерода (II);
  5. хемосорбционная очистка АВС;
  6. метанирование;
  7. синтез аммиака;
  8. абсорбция аммиака;
  9. сжатие аммиака.

8.4. Физико-химические основы синтеза аммиака

8.4.1. Равновесие и скорость процесса в системе

Равновесие в системе. Реакция синтеза аммиака из АВС — гетерогенно–каталитическая обратимая, экзотермическая реакция, протекает с уменьшением объема без образования каких–либо побочных продуктов и описывается уравнением

Тепловой эффект реакции зависит от температуры и давления и составляет 111,6 кДж при температуре 5000С и давлении 30 МПа.

Константа равновесия реакции имеет вид

  • (8.1)

В табл. 8.3 приведено содержание аммиака в равновесной газовой смеси для различных температур при среднем (30 МПа) и высоком (100 МПа) давлениях.

Таблица 8.3 – Содержание аммиака (об. долей) в газовой смеси

Давление, МПа

Температура, 0С

0,899

0,710

0,470

0,264

0,138

0,073

0,983

0,925

0,800

0,575

0,314

0,128

Зависимость содержания аммиака в равновесной газовой смеси от температуры и давления представлена на рис. 8.6.

Рисунок 8.6 – Зависимость содержания аммиака в смеси от температуры (а) и давления (б)

Из табл. 8.3 и рис. 8.6 следует, что повышение давления и снижение температуры смещает равновесие реакции синтеза и повышает равновесный выход аммиака. Однако достаточно высокое для целей практики равновесное содержание аммиака в газе может быть достигнуто только при температуре не выше 4000С, то есть в условиях, когда скорость процесса и, следовательно, время достижения состояния равновесия весьма низки. Поэтому в реальных условиях содержание аммиака в газовой смеси будет ничтожно мало, что делает процесс синтеза малопроизводительным и экономически нецелесообразным.

Скорость процесса. Даже при сравнительно высоких температурах энергия активации молекул азота велика и процесс синтеза аммиака в гомогенной газовой фазе практически неосуществим. Для снижения энергии активации используются катализаторы, позволяющие значительно уменьшить температуру процесса.

Реакция синтеза аммиака катализируется металлами, имеющими не полностью застроенные d– и f–электронные уровни. К ним относятся железо, родий, вольфрам, рений, осмий, платина, уран и некоторые другие металлы. В промышленности используются контактные массы на основе железа, например, катализатор ГИАП состава

Он дешев, достаточно активен при температуре 450–5000С, менее остальных катализаторов чувствителен к каталитическим ядам. Промоторы в составе контактной массы способствуют созданию высокоразвитой поверхности, препятствуют рекристаллизации катализатора и повышают его активность.

Контактную массу готовят сплавлением в атмосфере азота смеси оксидов железа Fe3O4, алюминия Al2O3, калия К2О, кальция СаО и кремния SiO2 или порошков металлических – железа и алюминия – с оксидами кальция и кремния и карбоната калия с последующим измельчением массы до размеров зерен катализатора (5 мм) и восстановлением их водородом в колонне синтеза аммиака. При этом протекают реакции

Так как железные катализаторы имеют максимальную активность при температуре не ниже 400–5000С, при которой нельзя обеспечить высокую степень превращения АВС в аммиак, синтез аммиака ведут в условиях, далеких от равновесных, и определяющее влияние на общую скорость процесса оказывает скорость прямой реакции.

Константа скорости зависит от температуры, активности и состояния катализаторов. Зависимость константы от температуры выражается уравнением Аррениуса

  • (8.2)

в котором энергия активации для реакций на промышленном железном катализаторе равна 165 кДж/моль.

8.4.2. Оптимальный режим процесса синтеза

В 8.4.1 было показано, что температура и давление влияют на состояние системы и скорость синтеза аммиака противоположным образом, то есть существует противоречие между термодинамикой и кинетикой процесса. Поэтому выход аммиака и удельная производительность катализатора зависят в первую очередь от этих параметров, а также от состава и объемной скорости газовой смеси, активности катализатора и конструкции реактора.

Применение высоких давлений увеличивает скорость процесса синтеза за счет повышения движущей силы процесса и уменьшения скорости обратной реакции диссоциации аммиака и способствует отделению образовавшегося аммиака от газовой смеси путем его конденсации.

Оптимальный температурный режим процесса определяется общими закономерностями влияния температуры на выход продукта экзотермического обратимого каталитического процесса, которым является производство аммиака (рис.8.7).

Рисунок 8.7 – Зависимость содержания аммиака в газе после синтеза от температуры и объемной скорости газа (W3 > W2 > W1).

Для каждого значения объемной скорости газовой смеси W содержание аммиака в ней увеличивается с ростом температуры до определенного предела, отвечающего максимальной скорости процесса и содержанию аммиака в газе. Очевидно, эта температура отвечает наибольшей интенсивности катализатора.

Повышение объемной скорости снижает выход аммиака. Линия А, соединяющая максимумы кривых wNH3 = f(T) для различных значений объемной скорости w, соответствует кривой оптимальных температур, линия ВВ представляет равновесную кривую.

Однако с ростом объемной скорости газа возрастает интенсивность катализатора (рис.8.8). Поэтому увеличение объемной скорости газа до определенного предела положительно сказывается на выходе аммиака.

Рисунок 8.8 – Зависимость интенсивности катализатора от объемной скорости при Р1 > P2

Дальнейшее повышение ее приводит к увеличению затрат на транспортировку газа, нарушению автотермичности и снижению полноты выделения аммиака из газовой смеси. Верхний предел объемной скорости определяется обычно именно автотермичностью процесса синтеза. На практике в установках среднего давления объемная скорость газа выбирается в пределах ч Состав азотоводородной смеси интенсивности катализатора выбирается возможно более близким к стехиометрическому, что обеспечивает максимальную степень превращения компонентов в аммиак.

Так как степень превращения не превышает 0,14 – 0,20 дол. един., то процесс синтеза аммиака строится по циркуляционной схеме с отделением образующегося аммиака от непрореагировавшей АВС и возвращением оставшейся части ее в реактор, как это показано на рис. 8.9 Так как синтез аммиака идет с сокращением объема, то в циркулирующей АВС накапливаются инертные примеси (аргон, метан), что приводит к снижению выхода аммиака вследствие уменьшения концентрации азота и водорода в ней. Для устранения этого часть циркулирующей АВС периодически выводится из цикла аммиака в виде продувочного газа (оттдувка).

Рисунок 8.9 – Циркуляционная схема синтеза

Рисунок 8.10- зависимость выхода аммиака от времени контактирования при различных температурах.

Для выделения образовавшегося аммиака из АВС ее охлаждают до температуры сжижения аммиака. При этом часть аммиака остается в АВС. Концентрация его зависит от температуры и изменяется от 0,015 об. доли при –200С до 0,073 об. дол. при +200С при давлении около 30 МПа. При использовании водяного и аммиачного охлаждения это обеспечивает остаточное содержание аммиака в циркулирующей АВС 0,03 – 0,05 об. дол.

Увеличение времени контактирования не может быть использовано для того, чтобы обеспечить в системе состояние равновесия, так как на практике синтез аммиака проводят в условиях, далеких от равновесных (см. выше). Однако при более высоких температурах приближение к состоянию равновесия достигается быстрее. На рис. 8.10 представлена зависимость выхода аммиака от времени контактирования при различных температурах. Из нее следует, что при более высокой температуре Т2 состояние равновесия может быть достигнуто быстрее, чем при более низкой температуре Т1, хотя выход аммиака при этом меньше.

8.5. Технологическая схема производства аммиака

8.5.1. Выбор схемы производства

Определяющим параметром в производстве аммиака из азотоводородной смеси является давление синтеза. В зависимости от применяемого давления все системы производства синтетического аммиака делятся на:

  • системы низкого давления (10–15 МПа);
  • системы среднего давления (25–60 МПа);
  • системы высокого давления (60–100 МПа).

Методом математического моделирования было найдено, что экономически наиболее выгодным является проведение процесса при среднем давлении. На стадиях компрессии газа, синтеза аммиака и конденсации его из АВС капитальные и энергоматериальные затраты с повышением давления снижаются до определенного предела. Оптимальным давлением является давление 32 МПа. Дальнейшее повышение давления не приводит к существенному снижению затрат, но усложняет технологическую схему производства.

В системе среднего давления обеспечивается достаточно высокая скорость процесса, простота выделения аммиака из газовой смеси, возможность одновременного получения жидкого и газообразного продуктов. Вследствие этого в мировой и отечественной практике распространены установки среднего давления.

5.2. Технологическая схема производства

На рис. 8.11 приведена технологическая схема современного производства аммиака, при среднем давлении производительность 1360 т/сутки. Режим ее работы характеризуется следующими параметрами:

Рисунок 8.11 – Технологическая схема производства аммиака:

  1. колонна синтеза;
  2. водяной конденсатор;
  3. смеситель (инжектор) свежей АВС и циркуляционного газа;
  4. конденсационная колонна;
  5. газоотделитель;
  6. испаритель жидкого аммиака;
  7. выносной теплообменник (котел–утилизатор);
  8. трубоциркуляционный компрессор.

температура контактирования

  • 450–5500С;
  • давление 32 МПа;
  • объемная скорость газовой смеси 4 × 104 нм3/м3×ч;
  • состав азотоводородной смеси стехометрический.

Смесь свежей АВС и циркуляционного газа под давлением подается из смесителя 3 в конденсационную колонну 4, где из циркуляционного газа конденсируется часть аммиака, откуда поступает в колонну синтеза 1. Выходящий из колонны газ, содержащий до 0,2 об.дол.аммиака (w2) направляется в водяной холодильник–конденсатор 2 и затем в газоотделитель 5, где из него отделяется жидкий аммиак. Оставшийся газ после компрессора 8 смешивается со свежей АВС и направляется сначала в конденсационную колонну 4, а затем в испаритель жидкого аммиака 6, где при охлаждении до –200С также конденсируется большая часть аммиака. Затем циркуляционный газ, содержащий около 0,03 об.дол.аммиака, поступает в колонну синтеза 1. В испарителе 6 одновременно с охлаждением циркуляционного газа и конденсацией содержащегося в нем аммиака происходит испарение жидкого аммиака с образованием товарного газообразного продукта.

Основной аппарат технологической схемы – колонна синтеза, представляющая собой реактор РИВ–Н. Колонна состоит из корпуса и насадки различного устройства, включающей катализаторную коробку с размещенной в ней контактной массой, и систему теплообменных труб. Для процесса синтеза аммиака существенное значение имеет оптимальный температурный режим. Для обеспечения максимальной скорости синтеза процесс следует начинать при высокой температуре и по мере увеличения степени превращения понижать ее в соответствии с линией оптимальных температур (ЛОТ), как это показано на рис. 8.12а. Регулирование температуры и обеспечение автотермичности процесса обеспечиваются с помощью теплообменников, расположенных в слое контактной массы и дополнительно подачей части холодной АВС в контактную массу, минуя теплообменник (рис. 8.12).

С учетом последовательного изменения температуры при прохождении реакционной смеси и продуктов реакции через теплообменные устройства, катализаторную коробку и котел–утилизатор температурный режим работы колонны синтеза может быть представлен графиком (рис.8.13).

Для защиты корпуса колонны от действия высоких температур, способствующих диффузии водорода в сталь и ее разрушению, холодная АВС, поступающая в колонну, прежде чем пройти в катализаторную коробку проходит сначала по кольцевому пространству между корпусом и насадкой, непрерывно омывая стенки колонны и охлаждая их.

Рисунок 8.12 – Изменение температуры в катализаторной коробке (а). Схема поступления АВС в катализаторную коробку (б).

Рисунок 8.13 – График изменения температур в колонне синтеза

В промышленности выпускаются два сорта (первый и второй) жидкого аммиака и водный раствор его (аммиачная вода). Согласно с ГОСТом 6221–75 аммиак первого сорта должен содержать не менее 99,9% и второго сорта не менее 99,6% NH3. Аммиак 1–го сорта применяется в качестве хладагента в холодильных машинах и минерального удобрения, 2–го сорта – используется в производстве азотной кислоты.

Контроль над крупнейшим в мире производителем аммиака уплывает из рук России: драма «Тольяттиазота»

Гордость России — «Тольяттиазот» — рискует оказаться под контролем сбежавших в США бизнесменов благодаря покровителям в российской власти, вхожим в то же время в Овальный кабинет американского Белого дома.

На «Тольяттиазоте» выявлено свыше 500 нарушений. Возникает вопрос: куда ушли деньги, которые должны были обеспечить развитие завода? Важнейшее, стратегическое предприятие фактически оказалось под контролем из-за океана. Неужели о проблемах ТоАЗа не известно в руководстве, где в последнее время столько внимания уделяют противодействию «украинскому сценарию»?

В 70-х годах прошлого века «Тольяттиазот» был построен в ходе сотрудничества советской стороны с компанией известного американского промышленника Арманда Хаммера. Построить крупнейший аммиачный завод мира в США Хаммеру так и не позволили, в том числе из соображений безопасности и заботы об экологии. Зато в Советском Союзе американцам удалось и вложиться в постройку завода, и добиться для себя сверхвыгодных условий: здесь и преимущество в поставках готовой продукции, и вето на собственный экспорт аммиака, и применение вспомогательных реагентов исключительно американского производства.

В эпоху приватизации заводом завладел его «красный директор» Владимир Махлай. Но связь с США не прервалась: даже после истечения контракта по преимущественным поставкам в 1997 году ТоАЗ продолжил экспортировать большую часть производимого сырья на американский рынок.

В середине 2000-х у Владимира Махлая возникли проблемы с законом. Его объявили в розыск по обвинениям в мошенничестве и неуплате налогов. Махлай влился в стан опальных олигархов и сбежал в Великобританию, но сохранил контроль над предприятием и продолжал руководить им вплоть до 2011 года, когда на посту председателя совета директоров ТоАЗа его сменил сын Сергей.

И все бы ничего, но Сергей еще в 1994 году уехал в США и стал американским гражданином. С тех пор в России его не видели. О жизни будущего руководителя крупнейшего в мире производства аммиака в США практически ничего неизвестно, кроме того, что он зачем-то несколько раз менял имя. Зачем респектабельный бизнесмен прибегал к подобным действиям, понять обычному человеку сложно. Если только, попав в Америку, он не оказался в какой-то момент интересен, например, спецслужбам.

По информации газеты «Труд», при Сергее Махлае «Тольяттиазот» стал еще более закрытым и недружественным по отношению к российскому государству предприятием, чем при его отце. Контрольно-надзорные органы и налоговики сбились со счета претензий в адрес ТоАЗа.

В 2011 году проверка Ростехнадзора показала шокирующий результат: выявлено свыше 500 нарушений в сфере промышленной безопасности и охраны труда! Изношено до 80% средств контроля, управления, сигнализации и противоаварийной защиты выработали свой ресурс. Изношено основное производственное оборудование: многие узлы исчерпали 20-летний срок эксплуатации. Это говорит о том, что оборудование и противоаварийные системы не обновлялись и не ремонтировались с момента ввода завода в эксплуатацию, и тысячи тонн горючих, ядовитых и взрывоопасных веществ, по сути, находятся не под контролем. Малейшая искра в случае аварии газопровода обернется катастрофой федерального масштаба. Теперь понятно, почему американцы решили строить ТоАЗ на территории потенциального военного противника.

Интернет-издание АПН цитрует выводы правоохранительных органов: ТоАЗ продавал свою продукцию по заниженной цене швейцарскому офшору, а тот, в свою очередь, реализовывал ее по всему миру уже по рыночной цене. «Эта часть прибыли никогда не возвращалась в Россию и оседала в карманах Махлаев и их швейцарских партнеров Андреаса Циви и Беата Рупрехта. Уже в январе 2013 года генеральный директор ТоАЗа Евгений Королев спешно отбыл в Лондон, как говорили на заводе, «в служебную командировку». Из нее он не вернулся и по сей день. Директору предъявлено обвинение в мошенничестве, причинившем заводу ущерб в $550 млн. Год спустя против гендиректора ТоАЗа завели уголовное дело по факту вывода из «Тольяттиазота» наиболее ликвидных активов — метанолового производства вместе с земельным участком, на котором оно расположено», — пишет АПН. Издание, впрочем, считает, что Королев простой исполнитель, а организаторы и бенефициары преступной схемы во главе с Сергеем Махлаем находятся в Европе и США в безопасности от преследования в России по обвинению в нанесении предприятию баснословного ущерба — $1,5 млрд.

На ТоАЗе, тем временем, происходят странные вещи: в 2013 году во время обысков по делу о мошенничестве на ТоАЗе было установлено, что на заводе в течение нескольких лет работал и проживал в одном из офисных помещений гражданин США Дональд Кнапп (Donald Knapp). Он занимал должность вице-президента по экономике и финансам «Тольяттиазота». По крайней мере, официально.

В начале 2014 года стало ясно, куда могла быть направлена часть выведенных с ТоАЗа средств, когда в Интернете всплыли подробности об участии Махлаев в финансировании переворота на Украине. Логика таких «инвестиций» проста: продвижение интересов США на постсоветском пространстве и одновременно обеспечение бесперебойных поставок стратегического сырья – аммиака – на американский рынок. Ведь фактически единственный экспортный канал поставок ТоАЗа – уникальный аммиакопровод «Тольятти – Одесса», в конце которого находится «Одесский припортовый завод».

Российская часть трубы уже давно контролируется Махлаями, а вот украинская вместе с ОПЗ – государством. С предыдущей властью договориться у Махлаев не получилось, но теперь под мощным политическим давлением со стороны они могут рассчитывать на успех. Здесь весьма показателен эпизод, когда ровно через два месяца после объявления о приватизации ОПЗ, 12 марта этого года Дмитрий Фирташ, основной претендент на актив, был арестован в Вене по американскому ордеру и выпущен 21 марта под рекордный для Австрии залог в 125 млн евро. Таким образом, на ОПЗ и украинский участок трубы из серьезных игроков претендуют лишь Махлаи.

Деятельность Махлаев не раз оказывалась в поле зрения журналистов, да и для российских правоохранительных органов и спецслужб не является большой тайной, где живут хозяева ТоАЗа и проводником чьих интересов они являются. Почему тогда даже сейчас, когда конфликт с США достиг высшей точки со времен, пожалуй, холодной войны, никто не может помешать Махлаям вести свою деятельность, финансируемую за счет эксплуатации природных богатств России? Есть мнение, что бизнес Махлаев давно бы прикрыли, если бы их интересы в России не поддерживали заинтересованные лица. В этот список СМИ записывают депутата Госдумы Тамару Плетневу, сенатора от Марий Эл Александра Торшина. Попытки пресечь противозаконную и антироссийскую деятельность Махлаев неизбежно наталкиваются на сопротивление.

На первый взгляд, Торшина с ТоАЗом связывает очень мало: по образованию сенатор — юрист и психолог. В Совете Федерации он представляет совсем не Самарскую область и с химической промышленностью никогда связан не был. Но взгляд на другую сторону жизни этого человека расставляет все по местам: будучи членом Национального антитеррористического комитета, он очень гордится тем, что вхож в Овальный кабинет и является пожизненным членом Национальной стрелковой ассоциации США (NRA) – мощной лоббистской организации производителей оружия, тратящей десятки миллионов долларов на принятие выгодных ей политических решений.

Также сенатор регулярно принимает участие в ежегодном национальном молитвенном завтраке, который устраивает президент США. На такие завтраки приглашаются высокопоставленные общественные деятели и чиновники, в том числе, зарубежные, на которых американскому руководству было бы интересно пообщаться и не только. Иными словами, российский сенатор и член НАК РФ, с доступом к секретной информации, регулярно участвует в вербовочных мероприятиях американского правительства. В последнее время также сообщалось, что работает над созданием «несистемной» оппозиционной партии в России.

Знающие люди говорят, что «Тольяттиазот» под контролем Махлаев, их покровители в США и «защитники» в России представляют серьезную угрозу национальным интересам страны.

Современный процесс производства аммиака

Современный процесс получения аммиака основан на его синтезе из азота и водорода при температурах 380 — 450 0C и давлении 250 атм с использованием железного катализатора:

N2 (г.) + 3H2 (г.) = 2NH3 (г.)

Азот получают из воздуха. Водород получают восстановлением воды (пара) с помощью метана из природного газа либо из лигроина. Лигроин (нафта) представляет собой жидкую смесь алифатических углеводородов, которая получается при переработке сырой нефти (см. гл. 18).

Работа современного аммиачного завода очень сложна. На рис. 7.2 показана упрощенная схема действия аммиачного завода, работающего на природном газе. Эта схема действия включает восемь стадий.

1-я стадия. Удаление серы из природного газа. Это необходимо, поскольку сера представляет собой каталитический яд (см. разд. 9.2).

2-я стадия. Получение водорода восстановлением пара при 750 0C и давлении 30 атм с помощью никелевого катализатора:

CH4 (г.) + H2O (г.) = СО (г.) + ЗН 2 (г.)

3-я стадия. Впуск воздуха и сгорание части водорода в кислороде вводимого воздуха:

2H2 (г.) + O2 (г.) = 2H2O (г.) В результате получается смесь водяного пара, моноксида углерода и азота. Водяной пар восстанавливается с образованием водорода, как на 2-й стадии.

4-я стадия. Окисление моноксида углерода, образующегося на стадиях 2 и 3, до диоксида углерода по следующей реакции «сдвига»: СО (г.) + H2O (г.) = CO2 (г.) + H2 (г.)

Этот процесс проводится в двух «реакторах сдвига». В первом из них используется катализатор из оксида железа и процесс проводится при температуре порядка 400 0C Во втором используется медный катализатор и процесс проводится при температуре 220°С.

5-я стадия. Вымывание диоксида углерода из газовой смеси при помощи буферного щелочного раствора карбоната калия или раствора какого-либо амина, например этаноламина NH2CH2CH2OH. Диоксид углерода в конце концов сжижают и используют для производства мочевины, либо выпускают в атмосферу.

6-я стадия. После 4-й стадии в газовой смеси остается еще около 0,3% моноксида углерода. Поскольку он может отравлять железный катализатор во время синтеза аммиака (на 8-й стадии), моноксид углерода удаляют путем конверсии водородом в метан на никелевом катализаторе при температуре 325°С.

7-я стадия. Газовую смесь, которая теперь содержит приблизительно 74% водорода и 25% азота, подвергают сжатию; при этом ее давление возрастает от 25-30 атм до 200 атм. Поскольку это приводит к повышению температуры смеси, ее сразу же после сжатия охлаждают.

8-я стадия. Газ из компрессора поступает теперь в «цикл синтеза аммиака». Схема, приведенная на рис. 7.2, дает упрощенное представление об этой стадии. Сначала газовая смесь попадает в каталитический конвертер, в котором используется железный катализатор и поддерживается температура 380-450°С. Газовая смесь, выходящая из этого конвертера, содержит не более 15% аммиака. Затем аммиак сжижают и направляют в приемный бункер, а непрореагировавшие газы возвращают в конвертер.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *