Технологическая схема отделения синтеза аммиака
Свежая азотоводородная смесь с давлением не более 240 кгс/см² и температурой 40 °С после компрессора (поз. 401) поступает в конденсационную колонну (поз. 605), где, барботируя через слой жидкого аммиака, промывается от следов влаги и углекислоты и смешивается с циркуляционным газом.
Смесь свежего и циркуляционного газа, пройдя по трубкам теплообменника конденсационной колонны, направляется в межтрубное пространство выносного теплообменника где нагревается до температуры не более 195 °С и поступает в колонну синтеза (поз. 601).
При необходимости снижения температуры газа, перед колонной синтеза (поз. 601) возможно байпасирование части газа мимо выносного теплообменника (поз. 602) в линию подачи газа на колонну синтеза.
В колонне синтеза газ проходит снизу вверх в цилиндрическом зазоре, образованном между каталитической коробкой и корпусом колонны, охлаждая при этом последний.
В верхней части колонны газ проходит через межтрубное пространство теплообменника, расположенного в горловине колонны, нагреваясь до рабочей температуры реакции за счет теплообмена с газом, покидающим нижний слой катализатора.
В пространстве, образованном выше первого слоя, газ, проходящий межтрубное пространство теплообменника, смешивается с газом холодной дозировки, подаваемым через перфорированное кольцо в верхней части колонны, а также с газом, выходящим из трубного пространства межслойного теплообменника. После этого поступает на входные пластины первого слоя, проходит слой катализатора в радиальном направлении (от краев к центру) и поступает далее в зазор, образованный между первым слоем катализатора и межслойным теплообменником. Распределение газа в каталитическом слое обеспечивается за счет перфорированных распределительных пластин, установленных на входных панелях.
Газ, покидающий первый слой катализатора, проходит по межтрубному пространству межслойного теплообменника, охлаждаясь до требуемой температуры второго слоя катализатора за счет теплообмена с газом, проходящим по трубкам межслойного теплообменника.
Входная температура второго слоя регулируется подачей части холодного газа в нижнюю часть трубного пространства межтрубного теплообменника. Эта часть газа, проходя по трубкам межслойного теплообменника, охлаждает газ, выходящий из первого слоя катализатора. Газ, проходящий в межтрубном пространстве межслойного теплообменника, поступает в нижний слой катализатора через входные пластины, окружающие слой катализатора. Газопоток проходит слой катализатора в радиальном направлении (от краев к центру), в этом случае распределение газа также осуществляется с помощью перфорированных распределительных пластин.
Газ, покидающий нижний слой катализатора, проходит по центральному трубному ситу и поступает в трубки верхнего теплообменника, где происходит теплообмен с газом, поступающим с основного входа, расположенного в нижней части колонны. Из трубного пространства верхнего теплообменника газ поступает на выход из колонны синтеза.
Температура газа на входе в слой катализатора и на выходе контролируется на ЦПУ. Синтез аммиака происходит при давлении в колонне синтеза не более 240 кгс/см² и температуре 387-511 °С.
Для поддержания нормального температурного режима в зоне реакции перед верхним и нижним слоями предусмотрена подача холодного газа по байпасам.
Регулирование температуры на верхний слой осуществляется подачей части холодного газа через заслонку TCV-632. Регулирование температуры на нижний слой осуществляется подачей другой части холодного газа через три другие заслонки «КВЕНЧ» - TCV-639/1-3 в нижнюю часть трубного пространства межслойного теплообменника.
Далее циркуляционный газ поступает в трубное пространство подогревателя (поз. 603), отдавая тепло на подогрев питательной воды от 102 до 310 °С, направляемой затем в паросборник (поз. 109). Максимальная температура газа перед подогревателем (поз. 603) сигнализируется. Сигнализируется также максимальная температура нагреваемой воды.
После подогревателя воды (поз. 603) газ с температурой не более 240 °С проходит трубное пространство выносного теплообменника (поз. 602), охлаждаясь до температуры не более 70 °С газом, идущим по межтрубному пространству, и поступает в аппараты воздушного охлаждения (поз. 604), где охлаждается до температуры (20-40) °С и из него конденсируется часть аммиака.
Сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе (поз. 621), а циркуляционный газ с давлением до 225 кгс/см² и содержанием аммиака (11-13) % направляется на всас циркуляционного колеса компрессора азотоводородной смеси (поз. 401), где сжимается до 240 кгс/см² компенсируя потери давления в системе синтеза.
После циркуляционной ступени газ с температурой не более 50 °С поступает в конденсационную колонну (поз. 605), проходит межтрубное пространство теплообменника, охлаждаясь встречным потоком холодного газа, идущего по трубкам после испарителей (поз. 606/А, Б).
Далее газ поступает в U-образные трубки испарителей жидкого аммиака (поз. 606/А, Б), где проходя по трубкам высокого давления, охлаждается до температуры не более плюс 5 °С за счет аммиака, кипящего в межтрубном пространстве испарителей при температуре не более минус (10-12) °С.
Испарители по газу включены параллельно. Аммиачная система предусматривает разные варианты включения:
а) Газообразный аммиак из межтрубного пространства испарителя (поз. 606А) направляется на абсорбционно-холодильную установку с температурой испарения минус 10 °С, где он сжижается и подается обратно в испаритель (поз. 606А). Газообразный аммиак из межтрубного пространства испарителя (поз. 606 Б) поступает в заводскую сеть.
б) Газообразный аммиак из межтрубного пространства испарителей (поз. 606/А,Б) объединяется и направляется на абсорбционно-холодильную установку, где он сжижается и подается обратно в испарители (поз. 606/А,Б).
Так как в испаритель (поз. 606А) попадает некоторое количество влаги из абсорбционно-холодильной установки, а постепенное ее накапливание ухудшает работу испарителя, в схеме предусмотрена:
линия для дренирования флегмы из испарителя в АХУ.
линия для откачки флегмы насосом поз. 17Б из испарителя в АХУ.
Газообразный аммиак, подаваемый в заводскую сеть на переработку, может подогреваться в подогревателе газообразного аммиака поз. 617.
Из трубного пространства испарителей охлажденный циркуляционный газ и сконденсировавшийся аммиак поступают в сепарационную часть конденсационной колонны (поз. 605), где происходит отделение жидкого аммиака от газа. В сепарационной части конденсационной колонны свежая азотоводородная смесь смешивается с циркуляционным газом, проходит корзину с кольцами «Рашига», где дополнительно сепарируется от капель аммиака, затем, поднимаясь по трубкам теплообменника, охлаждает циркуляционный газ, идущий в межтрубном пространстве, и поступает в выносной теплообменник (поз. 602) и далее в колонну синтеза (поз. 601).
Жидкий аммиак, отделившийся в сепараторе (поз. 621) проходит магнитные фильтры (поз. 609), где очищается от катализаторной пыли, далее дросселируется до давления не более 20 кгс/см2 и поступает в сборник жидкого аммиака (поз. 610Б).
Жидкий аммиак, отделившийся в конденсационной колонне (поз. 605), после дросселирования до давления не более 20 кгс/см2 поступает в сборник жидкого аммиака (поз. 610А).
В результате дросселирования жидкого аммиака от 230 до 20 кгс/cм² в сборниках (поз. 610/А,Б) происходит выделение растворенных в жидком аммиаке газов (водорода, азота, метана, аргона). Эти газы, называемые «танковыми» содержат около 30 % аммиака. Конденсация аммиака из танковых газов происходит в трубном пространстве испарителя (поз. 613) за счет охлаждения газов испаряющимся в межтрубном пространстве жидким аммиаком. Из испарителя (поз. 613) танковые газы и сконденсировавшийся аммиак поступают в сепаратор (поз. 614), откуда жидкий аммиак подается в сборники (поз. 610/А, Б), а танковые газы подаются на сжигание в трубчатую печь (поз.107) или на факел. Максимальное давление 21,5 кгс/см2 в сборниках (поз. 610/А,Б) сигнализируется на ЦПУ.
Для поддержания в агрегате объемного содержания инертов не более 18 %, производится постоянная продувка после сепаратора жидкого аммиака (поз. 621).
Продувочные газы под давлением не более 200 кгс/см² направляются на вымораживание аммиака, для чего поступают в межтрубное пространство теплообменника конденсационной колонны (поз. 611), охлаждаются за счет теплообмена с газом, идущим из испарителя (поз. 612), проходят трубное пространство испарителя, в межтрубном пространстве которого кипит жидкий аммиак.
После испарителя, продувочные газы вместе со сконденсировавшимся жидким аммиаком, поступают в сепарационную часть конденсационной колонны (поз. 611), где происходит отделение жидкого аммиака, а газовая смесь поднимается по трубкам теплообменника колонны, нагреваясь вновь поступающими продувочными газами до температуры плюс 35°С. Отделившийся жидкий аммиак направляется в сборники (поз. 610 А,Б).