Описание химико-технологической схемы производства аммиака из природного газа

Природный газ под давлением 25-30 а.т.м. нагревается до 400 °С топочными газами в подогревателе, расположенном в трубчатой печи, и поступает на очистку от серы. Газ, очищенный от сернистых соединений, смешивается с водяным паром до соотношения пар: газ = 3, 5: 1. Полученная парогазовая смесь с температурой 400°С поступает в реакционные трубы трубчатой печи (установки первичного риформинга), где на никелевом катализаторе при температуре 750-800°С происходит конверсия метана по реакции:

CH₄ + H₂O ↔ 3H₂ + CO; ∆ H< 0

Трубы снаружи обогреваются продуктами сжигания природного газа в беспламенных панельных горелках.

Конвертированный газ, содержащий до 10% метана, при температуре 750-800°С выходит из реакционных труб снизу и поступает на вторую ступень конверсии метана – установку вторичного риформинга. Конверсию проводят воздухом, который подаётся турбокомпрессором под давлением 25-30 атм через подогреватель. Воздух смешивается с конвертированным газом в смесителе, расположенном в верхней части конвертора. В конверторе на никелевом катализаторе при температуре 850-1050°С протекают реакции конверсии метана, оставшегося в газе после первой ступени.

Горячий газ из конвертора второй ступени поступает в котёл-утилизатор, где его тепло используется для получения пара. При этом температура конвертированного газа снижается до 430°С.

Далее Конгаз поступает на конверсию окиси углерода, которую проводят в две ступени. На первой ступени конверсию проводят при температуре 450-470°С на цинк-хромовом катализаторе, а на второй ступени – при температуре 220-260°С на низкотемпературном катализаторе.

Газ после конверсии содержит кроме водорода и азота приблизительно 30% об. СО₂, 0, 3% об. СО, 0, 5% об. СН₄, 0, 5% Ar. Для синтеза аммиака необходима возможно более полная очистка азотоводородной смеси (АВС) от кислородсодержащих соединений, которые являются каталитическими ядами. Очистку от СО₂ обычно осуществляют с помощью жидких поглотителей – растворами этанол аминов или горячими растворами поташа. После очистки азотоводородной смеси жидкими поглотителями в ней остаются небольшие количества СО и СО₂ (до 1%), которые могут отравлять катализатор синтеза аммиака. От остатков СО и СО₂ позволяет освободиться метанирование или гидрирование. Газ поступает на никелевый катализатор, на котором при температуре 200-400°С протекают реакции:

CO + 3H₂ ↔ CH₄ + H₂O

CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O

Образующийся при этом метан не снижает активность катализатора синтеза аммиака.

В осушителе газ избавляется от влаги и поступает на сжатие в компрессор АВС, где сжимается до давления 320 атм. В процессе сжатия газ загрязняется маслом. Очистка газа от масла производится путём сепарации в маслоотделителе. Свежая азотоводородная смесь соединяется с циркуляционным газом и поступает в колонну синтеза аммиака. В колонне при температуре 460-530°С и давлении 300 а.т.м идёт синтез аммиака по реакции:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃; ∆ H< 0

После колонны газ охлаждается в холодильном блоке в две ступени: сначала до температуры 35°С, а затем до температуры минус 10°С. При этом из газа конденсируется аммиак, который направляется на склад. А непрореагировавшая АВС смешивается со свежей и поступает обратно в колонну синтеза.