+ 2 H +2 H +2 H
Fe+N=N - N=N —>NH-NH—> NH2(Fe)-NH2(Fe) —> H3N(Fe)-NH3(Fe)
Ammiak sintezi qurilmasining yuqori va baqaror mahsuldorligini ta’minlashning asosiy shartlari quyidagilardir:
1. Azot vodorodi aralashmaning yuqori darajada tozalanishi (inert gazlar va katalizator zaharlaridan tozalash).
2. N2:H2 nisbatani 1:3 holatda saqlash.
3. Katalizatoning hamma joyida haroratni optimal saqlash.
4. Kontakt apparatiga kiruvchi gazlar aralashmasi tarkibida NH3 miqdorini kamaytirish. 5. Sintez minorasining takomillashgan konstruksiyasini yaratish.
6.2. Texnologik sxema bayoni
Ammiak sintezi jarayoni quyidagi asosiy bosqichlardan iborat:
Tabiiy gaz kompressiyasi
Oltingugurtdan tozalash
Metan konversiyasi
Uglerod oksidi konversiyasi
MDEA bilan (CO2)ni tozalash
Metanlash
Azot - vodorod aralashmasi kompressiyasi
Ammiak sintezi.
Tabiiy gaz kompressiyasi
Ammiak sintezi uchun boshlang'ich hom ashyo sifatida (1,1-1,2 MPa) bosimda, (minus 40-35 C) harotatda, miqdori 70000 m3, oltingugurt birikmasi 80 mg/m3 dan ko'p bo'lmagan tabiiy gaz ishlatiladi. Agregatda tabiiy gaz 2 qismga bo'linadi: yoqilg'i sifatida yoqish uchun va texnologik maqsadda foydalanish uchun. Texnologik maqsadda foydalaniladigan gaz 408 separatorga kirishda AVA bilan aralashtiriladi. Separatorda boshqa uglevodorodlar ajratilib, ikki bosqichli truba kompressorga siqish uchun jo'natiladi. Kompressordan so'ng 4,5MPa dan yuqori bo'lmagan bosimda va 2000C temperaturada oltingugurtdan tozalash bo'limiga jo'natiladi. Oltingugurt birikmalaridan tozalash 2- bosqichda olib boriladi:
bosqich - oltingugurtning organik birikmalarini alyuminiy-kobalt-molibden katalizatori ishtirokida vodorod sulfidgacha gidridlash;
bosqich - hosil bo'lgan vodorod sulfidni ruh oksidiga yuttirish.
Gaz aralashmasida vodorod hajmiy jihatdan 10-11 % ni tashkil etadi.
Gaz aralashmasi (tabiiygaz va AVA) kompressordan o'tib tabiiy gaz qizdirgichi 103 da (370-400) оС gacha qizdiriladi. Qizdirgich 103 dan chiqqan aralashma 1680 s-1 tezlikda gidridlash uchun 105 ga kiradi. U yerda quyidagi jarayon boradi:
RSH + H2=H2S + RH
Vodorod sulfidni yuttirish uchun gaz aralashmasi ketma - ket 104 A,B apparatlaridan o'tkaziladi. Vodorod sulfidni yuttirish 610 s-1 hajmiy tezlikda quyidagicha boradi:
H2S + ZnO = ZnS + H2O
Oltingugurt birikmalaridan tozalangan (0,5 mg/m dan ko'p bo'lmagan) gaz aralashmasi (360-390) оС temperatura va 3,7 MPa bosimda trubkali pech (107) metan konversiyasiga boradi.
Metan konversiyasi (1-bosqich katalitik riforming)
Trubkali pech oldidan gaz aralashmasi suv bug'i bilan (3,1-3,4) m /m nisbatda aralashtiriladi. Gaz bug' bilan aralashtirilgandan so’ng trubkali pechning konveksion kamerasida tutun gazlar hisobiga 5250C dan yuqori bo'lmagan temperaturagacha qizdiriladi. Qizigan bug' - gaz trubkali kameraning reaksion trubalari orqali tarqaladi. Reaksion trubalardan (Ni) kalkatalizatori yuzasida (GIAP - 16 yoki uning analoglari) tabiiy gaz konversiyasi 1790 s-1 hajmiy tezlik, chiqishdagi temperatura (760-830) оС da quyidagicha boradi:
CnHn+2+nH2O = nCO+(2n+1)H2 - Q
CH4+ H2O = CO + 3H2 - Q
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 - Q
CO + H2O =CO2 +H2 +Q
Reaksion trubalardan so’ng konvertirlangan gaz yig'uvchi kollektorda 8600C dan yuqori bo'lmagan temperaturagacha qizdiriladi va futerovkalangan trubaprovod orqali metan konversiyasi 2 bosqichga o'tadi (110). Trubkali pechdan so’ng qoldiq tabiiy gaz 9-11 % ni tashkil etadi. Trubkali pech reaksion trubali radiatsion pechdan tashqari qo'shimcha issiqlikdan foydalanish pechi (108) ham o'rnatilgan bo'lib u yerda tabiiy gazni yoqish hisobiga (10,2-10,9) MPa ((102-109) kgf/cm ) bosimli bug' hosil qilinadi. Shahtali pechda metan konversiyasi qoldiq metanni havo kislorodi ishtirokida oxirigacha konversiyalanadi. Jarayon 110 qurilmadan nikel katalizatori (GIAP - 8) va issiqlikka bardoshli aluminiy-xrom katalizatori (GIAP - 14)va ularning analoglari ishtirokida olib boriladi. Havo truba kompressor orqali 3,5MPa bosimda pechga beriladi. Bug'-havo aralashmasi trubkali pechning yordamchi qizdirgichi orqali o'tib (465-485) оС gacha qiziydi va markaziy truba orqali 110 qurilmaga kiradi.
Konvertorda katalizator qizib ketishini oldini olish va uning normal ishlashini ta'minlash uchun katalizator ustida bo'shliq joy bor. Bu yerdan so’ng gaz-bug' aralashmasi yuqori temperaturadan saqlovchi olovbardosh g'ishtli qatlam va aluminiy katalizatori qatlamlaridan o'tadi
Metan konversiyasi jarayoni 3,2 MPa, chiqishdagi harorat 1010 0C dan kam bo'lmagan sharoitda 3900 soat-1 hajmiy tezlikda quyidagicha boradi:
CH4 + 0,5 O2—— CO + 2H2 + Q
H2 + 0,5 O2 — H2O + Q + 57,8 kkal/mol
CH4 + H2O = CO + 3H2 - Q - 49,3 kkal/mol
CO + H2O = CO2 + H2 + Q + 9,8 kkal/mol
Va nixoyat gaz 110 chi apparatdan chiqqandan so’ng quyidagi tarkibga ega bo’ladi.
CH4 - 0,28%. CO - 12,12%
CO2 - 8,08 %. N2 - 22,44%
H2 - 56,80 %. Ar - 0,28 %
Shahtali pechdan chiqayotgan konventirlangan bug' -gaz aralashmasi 111 A,B kotyol-utilizatorlarda, so’ng esa 112 kotyol utilizatorida sovutiladi. 1- bosqichda (380-480)0Cgacha 2-bosqichda esa (330-380) оС gacha sovutiladi va is gazi konversiyasiga yo'l oladi.
Uglerod oksidi konversiyasi
Is gazi konversiyasi quyidagi jarayonga asoslangan:
СО + Н2О= СО2 + Н2 + Q + 9,8 kkal/mol
CO ni chuqur konversiyalash ikki bosqichda olib boriladi:
bosqich - o'rta temperaturali temir-xrom katalizator ishtirokida
bosqich - past temperaturali ruh-xrom-mis-alyuminiy ishtirokida Konvertirlangan bug'-gaz aralashmasi (330-380) оС temperatura bilan (0,56-0,66):1 m3:bug'/m3 (bug'-gaz) nisbatda 114 qurilma CO konversiyasi 1-bosqichga kiradi. Jarayon o'rta temperaturali temir-xrom katalizator ishtirokida 2120 m3/m3 tezlikda boradi. Chiqishda CO miqdori 4 % ni tashkil etadi. Yuqoridagi reaksiya ekzotermik bo'lgani uchun issiqlik ajralib chiqib gaz aralashmasi harorati 4500 gacha ko'tariladi. Birinchi bosqich CO konvertoridan so’ng gaz tartibi quyidagicha bo’ladi.
H2 - 63 - 83 %
N2 - 22,4 %
CH4 - 0,28 %
CO - 4 %
Birinchi bosqich CO konvertoridan so’ng bug'-gaz aralashmasi 115 kotel-utilizatorga o'z issiqligini berishi hisobiga (10,2-10,9) MPa bosimli bug' olinadi, gaz esa (330-340) оС gacha soviydi. Keyin gaz aralashmasi metanlashga ketayotgan tozalanmagan AVA bilan issiqlik almashinish hisobiga (200-240) оС haroratgacha soviydi va ikkinchi bosqich CO konvertoriga(117) (0,43-0,54):1,0 m3:bug'/m3 (bug'-gaz) hajmiy nisbatda keladi.
СО konvertori II bosqich (117) bir korpusda joylashgan 2 parallel ishlovchi qirilmalardan iborat. Taqsimlovchi zaslonkalar orqali gaz oqimining ikki qurilmaga bir xilda taqsimlanishi ta'minlanadi.
Past temperaturali ruh-xrom-mis-alyuminiy katalizator bilan jarayon (200-260) оС va kirishda 2870 m3/m3 soat hajmiy tezlikda suv bug'i ishtirokida amalga oshadi. Ikkinchi bosqich CO konversiyasi chuqur amalga oshib quruq gaz tarkibi quydagicha bo’ladi.
H2 - 60 - 63 % CO2 - 16 - 18%
N2 - 20 - 21 % CH4 - 0,28 %
CO - 0,15 - 0,65 % Ar - 0,25 %
Yangi katalizator ish davrida past haroratli konversiyaga kirayotgan gaz harorati 2000 dan yuqori bo'lmasligi kerak. Konvertordan chiqishda esa gaz haroratini 2600 dan oshirib yubormaslik lozim.
Ikkinchi bosqich CO konversiyasidan so’ng tozalanmagan gaz uzel sovutgich orqali o'tib nasos orqali gaz kondensatini sochish hisobiga yoki tuzsizlantirilgan sanoat suvi bilan 128 A,B qurilmalarda 1800C gacha sovutiladi. So'ng MDEA gaz kipitilnigiga kiradi (306 A,B). Kipitilnikdan so'ng gaz suv-ammiakli absorbsion sovutish bo'limida 1200 C gacha soviydi. Bu yerdan chiqib gaz 119 tozalanmagan CO2 dan tozalash bo'limidan chiqib metanlashga ketayotgan AVA qizdirgichida AVA bilan issiqlik almashinish hisobiga 1000C haroratgacha soviydi. Oxirgi sovutish 120 havo bilan sovutish qurilmasida amalga oshiriladi va gaz 500 C gacha soviydi. 120 havo sovutgichidan o'tib gaz tomchi ajratgich separatorida namlikdan ozod qilinadi va CO2 dan tozalash bo'limiga yo'l oladi.
Metildietanolamin bilan CO2 ni tozalash
Konvertirlangan gazni metildietanolamin (MDEA) eritmasi bilan tozalsh quyidagi reaksiyaga asoslangan:
(C2H5OH)2NCH3 + CO2 + H2O = (C2H5OH)2NCH3 HCO3
2(C2H5OH)2NCH3 + CO2 + H2O =((C2H5OH)2NCH3)2CO3
((C2H5OH)2NCH3)2CO3 + CO2 + H2O=2(C2H5OH)2NCH3HCO3
Yuqoridagi reaksiyalar hammasi qaytardir. Reaksiya past temperatura va CO2 ning parsial bosimi yuqori bo'lganda chapdan o'ngga boradi, ya'ni CO2 ning eritmaga yutilish darajasi ortadi. Absorber(301)dan so'ng 2 parallel joylashtirilgan regenerator-rekuperatorlar(303a,b) joylashtirilgan bo'lib ular yutilgan CO2 ni eritmadan regeneratsiya qilib ajratadi.
Absorbsiya jarayonida MDEA ning 70-85 % li eritmasi ishlatiladi. Yuqori intensivlikka ega bo'lgan absorberda joriy qilingan jarayon parametrlari karbonizatsiyalashni muvozanat holatga yaqinlashtiradi.
MDEA eritmasida karbonizatsiya darajasining ortishi energiya sarfini kamaytirish hamda sistemada eritma sirkulyatsiyasini kamaytirish imkonini beradi.
Loyiha bo'yicha karbonizatsiya darajasi MDEA eritmasiga - 0,67 mol/mol MDEA ni tashkil etadi. Regeneratsiyalangan eritmada harorat 400 dan past bo'lganda (qish mavsumida) yutilish darajasi (0,7-0,72) mol C02/mol MDEA ga yetadi. Konvertirlangan gaz 2,8 MPa dan yuqori bo'lmagan bosimda, 500 C haroratda absorberda (301) 80-85 % li MDEA eritmasiga (35-420C ) yuttirish uchun beriladi.
Absorbsiya jarayoni ko'p qatlamli tarelkali absorberda boradi. Absorber pastki va yuqorigi qismlarga bo'lingan bo'lib har ikkala bo'limdan gaz oqimi berib turiladi. Konvertirlangan gaz avval pastki qismda tozalanadi so’ng esa yuqori qismida CO2 miqdori 0,03 % qolguncha tozalanadi. Bu yerda gaz qalpoqsimon tarelkalar orqali flegmadan o'tadi va gaz bilan birga chiqib ketayotgan eritma ushlab qolinadi. Absorbsiya bo'limidan chiqqan gaz (tozalanmagan AVA) metanlash bo'limiga keladi. Tozalanmgan AVA ni tarkibi esa quyidagilardan iborat.
H2 - 74,5 % CO2 - 0,03 %
N2 - 24,2 % CH4 - 0,34 %
CO - 0,67 % Ar - 0,31 %
Regenerator-rekuperator ham absorbsion kalonna kabi 2 oqimga bo'lingan. Regenerator-rekuperatorning yuqori qismida (10-31 tarelka) 12-30 tarelkalar joylashgan. Bundan tashqari U simon issiqlik almashinish apparati ham joylashgan bo'lib u yerda regenirlangan issiq eritmadan kelayotgan MDEA eritmasiga issiqlik beradi. Bu seksiyada kelayotgan eritma tarkibidagi CO2 (50-58) g/l СО2 qolguncha desorbsiya boradi. Eritma qurilma pastki qismida issiqligini berib tahminan bir xil bo'lgan ikki oqimga ajraladi. Birinchi qism eritma 115-120 0C harorat bilan nasos orqali so'rilib issiqlik almashinish elementlari tarelkalari orqali pastga sochiladi va buyerda 60-70 0C gacha soviydi. Keyingi sovutish birinchi oqimni havo xolodilnigida olib boriladi. Eritma sovugach to'planib absorbsiya kolonnasining pastki qismiga yuttirish uchun beriladi
Eritma qolgan ikkinchi oqimi regeneratorning pastki seksiyasiga kirib (1-19 tarelkalar) chuqurroq regeneratsiyalanadi . CO2ni so'nggi desorbsiyalash qaynatgichda bug' orqali qaynatish bilan amalga oshiriladi СО2 (16-21) g/l.
Regeneratsiyadan chiqayotgan gaz ikkiga toza va ifloslangan fraksiyalarga ajratiladi. Toza fraksiya (10g/l) 0,85 % gacha CO2 tutgan bo'ladi. Gaz harorati 57-67 0C va bosimi (0,04-0,05) MPa bo'lib MDEA tomchilaridan ajratuvchi separatorda 45 0C gacha soviydi va talabgorga jo'natiladi. Ifloslangan fraksiya esa tarkibida (40g/l) 5 % gacha CO2 tutadi va regenerator pastki qismidagi separatorda flegmada yuvilib (57-67) °C harorat, (0,04-0,05) MPa bosimda havo sovitgichida 450C gacha sovitilib atmosferaga tashlab yuboriladi.
Metanlash
Metildietanolamin bilan karbonat angdriddan tozalanmagan AVA 0,67 % CO tutib, metanlashga keladi. CO va CO2 sintez jarayoni katalizatori uchun zahar bo'lgani uchun qoldi gaz metnlash orqali yana tozalanadi.
Metanlash CO va CO2 larni vodorod bilan o'zaro ta'sirlashishiga asoslangan bo'lib, reaksiya natijasida suv va metan hosil bo'ladi. Jarayon quyidagicha boradi:
СО + 3Н2=СН4 + Н2О +Q + 49,27 kkal/mol
СО2 + 4Н2=CН4 + 2H2O+Q + 39,43 kkal/mol
Yuqoridagi ikki reaksiya ham ekzotermik bo'lib, harorat ko'tarilishi 1% СО ga 72 оС ni, 1% СО2 - 60 оС ni tashkil etadi. Metanlash jarayoni borishi uchun gazni (280-320) оС gacha qizdirish talab etiladi. Shu maqsadda gaz (tozalanmagan AVA) CO konversiyasi bo'limida ikki qizdirish bo'limida qizib keladi. Birinchi bosqichda AVA 50 °C dan 1000C gacha 119 qizdirgichida qiziydi So'ng esa birinchi bosqich CO konversiyasidan chiqayotgan bug' hisobiga (280-320) оС gacha qiziydi.
Metanlash nikel katalizatori ishtirokida olib boriladi. Gaz 4340 s-1 hajmiy tezlikda kirib vodorod bilan (1-10)ppm СО hamda (1-5)ppm СО2 qolguncha ta'sirlashadi. Reaksion zonada harorat 320-350˚C ni tashkil etadi va reaksiya borgan sari ko'tarilib boradi. Tozalangan AVA 3800da metanatordan chiqib deaeratsiyalangan suv bilan (120-130) оС gacha sovitiladi va deaeratsiyalanmagan suv bilan (55-65) оС gacha sovutiladi. Metanatordan 320 - 3500S xaroratda chiqqan gaz endi tozalanmagan AVA dan tozalangan AVA ga aylanadi, ya’ni AVA bu azot vodorod aralashmasi demakdir. Azot vodorod aralashmasining tarkibi quyidagicha
H2 73 - 74 %
CO2 1 - 5 *10-6 %
N2 24,5 - 25,5 %
CH4 1,3 %
CO 1 – 10*10-6 %
Ar 1,3 %
AVA kompressiyasi
Uglerod oksidlaridan tozalangan AVA (2,35-2,45) MPa bosim, (35-45) оС harorat bilan separatordan (505) chiqib kompressorda so'rib olishga keladi. Birinchi bosqichda gaz 5,1 MPa bosimgacha siqilganda harorati 1650C ga yetadi. So'ng havo sovutgichidan o'tib (40-55) оС gacha sovib, separator 105-F da gaz kondensatidan ajratilib ikkinchi bosqich kompressiyaga beriladi. Ikkinchi bosqichdan so'ng gaz 10,1 MPa bosim va 182оС harorat bilan havo sovitgichida (40-55) оС gacha sovib, ammiak bug'latgichidan o'tadi va separatorda gaz kondensatidan ajratilib uchinchi bosqich kompressiyaga beriladi.
Ammiak sintezi
To’rtinchi bosqich kompressiyadan chiqqan toza AVA 32 MPa bosim va so'nggi bosqich havo sovutgichidan (40-50) °C da chiqib kondensatsion kalonnaning (605) pastki qismiga yo'l oladi. Kolonnaning pastki qismida suyuq ammiak qatlamidan barbotaj hosil qilib namlik va boshqa qoldiqlardan yuviladi. Toza va sirkulyatsoin gaz aralashmalari kondensatsion kolonna issiqlik almashinish apparati trubalari orasidan o'tadi. Bu gaz tarkibi esa quyidagichadir:
H2 60 - 63 %
CH4 11 - 12 %
N2 20 - 21 %
Ar 3-6 %
NH3 3 - 4%
Ushbu tarkibdagi gaz endi 602 issiqlik almashinish apparatining trubalari oralig'ida 195 0C gacha qiziydi va sintez kolonnasiga (601) keladi. Asosiy gaz oqimi kolonnaning pastki qismidan kirib katalizator qutisi va qurilma devori oralig'idan o'tib yuqoriga harakatlanadi. Kolonnaning yuqori qismida ichki issiqlik almashinish apparati joylashtirilgan. Issiqlik almashinish apparati trubalari orasidan o'tayotib gaz chiqayotgan gaz issiqligi hisobiga (400-440) оС gacha qizib, katalizator birinchi qatlamiga radial yo'nalishda kiradi. Gaz ketma-ket katalizatorning uch qatlamidan 32 MPa, 17 900 s-1 hajmiy tezlik, (400-530) оС da o'tadi. Jarayon ekzotermik bo'lib AVA reaksiyasi quyidagicha boradi:
3H2 + N2 = 2NH3 +Q
Oxirgi uchinchi qatlamdan o'tgan gaz tarkibida (14-16) % ammiak tutib, (500-515) оС haroratda markaziy truba orqali yuqoriga ko'tariladi. Yuqoridagi ichki issiqlik almashinish apparati orqali o'tayotib (300-335) оС gacha soviydi. Keyin gaz suv qizdirgichi 603 ga kirib o'z issiqligini bug' hosil qilishga beradi. Gaz aralashmasidagi ammiak avval havo sovutgichida so'ng ammiak bug'latish apparatida kondensatsiyalash yo'li bilan ajratiladi. Suv qizdirgichi 603 dan so'ng gaz 240˚C harorat bilan 602 apparatda (65-75) оС gacha soviydi.Truba oralig'i bo'shlig'idan o'tib havo sovutgichida ammiakning bir qismi kondensatlanadi. Kondensatlangan ammiak separator 621 da ajratiladi. Gaz tarkibida hajmiy jihatdan (11-12) % ammiak bilan 401 sirkulyatsion AVA kompressoriga boradi. Buyerda bosim sistemada yo'qotilgani uchun 21,9 MPa gacha siqiladi. So'ng gaz kondensatsion kolonna va suyuq ammiak bug'latgichidan iborat ikkinchi bosqich kondensatsiyalashga boradi. Gaz aralashmasi kondensatsion kolonnaning (605) yuqori qismidan pastga beriladi. Truba oralig'idan pastga harakatlanayotgan gaz (18-25) оС gacha sovib, 606 ammiak bug'latgichiga kiradi. Yuqori bosimda U simon ammiak bug'latgichiga kirib minus -12 0C gacha soviydi. Gaz holiga o'tgan ammiak ikki absorbsin kolonnali sovutishga beriladi va sovib, ortga 606 apparatga beriladi. Truba bo'shlig'ida kondensatsiyalangan ammiak va sovigan gaz 605 kolonnaning separatsiya qismiga kelib gaz va suyuq ammiakka ajratiladi. Sirkulyarsion gaz toza AVA ga qo'shilib Rashig halqalaridan o'tkaziladi va qolgan ammiak tomchilaridan ajratiladi. Sistemada bu sirkulyatsiya jarayoni qaytarilaveradi. 40 0C li suyuq ammiak esa 609 ammiak filtri orqali o'tib katalizator qoldiqlaridan tozalanadi va 2 MPa gacha drossellanib yig'gich 610 ga beriladi. Suyuq ammiak drossellanishi natijasida ammiakda erigan tank gazlari (vodorod, azot, argon, metan, ammiak) ajraladi. Ammiakni tank gazlaridan ajratish truba oralig'ida minus 340C li 613 ammiak bug'latish apparatida olib boriladi. Keyin esa 614 separatorda suyuq ammiak ajratilib 610 yig'gichga yuboriladi. Suyuq ammiak yig'gich 610 dan qayta sovutgich 918 orqali minus 34 0C gacha sovutish uchun AXU bo'limiga keladi. Bu yerda inert gazlar mahsulot ammiakdan ajratiladi. Qayta sovutilgan ammiak AXU bo'limidan minus 34 0C temperaturada nasos orqali izotermik saqlash joyiga beriladi. AXU ga kelganda mahsulot holdagi ammiakning sovug'ini rekuperatsiya qilish uchun 918 A, 918 B qayta sovutgich apparatlari o'rnatilgan. Tayyor ammiak (2 - 4) оС da omborga yoki iste'molchiga beriladi. 918 B AXU bo'limida 918 A esa agregatning sintez bo'limida joylashgan.
Do'stlaringiz bilan baham: |