4. Объемная скорость

С повышением объемной скорости возрастает съем аммиака с 1 м³ катализатора, однако при этом увеличивается количество циркулирующего газа в системе, на дожатие которого приходится расходовать дополнительную энергию, возрастают размеры промежуточных аппаратов и трубопроводов и повышается расход воды на охлаждение циркуляционного газа. На основе экономических расчетов рекомендуется поддерживать при давлении 32 МПа объемную скорость ω=22-25 тыс. ч^-1 при наличии инертных газов и 30 тыс. ч^-1 в их отсутствие.

5. Работа по линии оптимальных температур (лот)

Рис. 3. Зависимость выхода аммиака от температуры процесса синтеза и объемной скорости

Выше сказано, что для увеличения производительности процесса синтеза аммиака прибегают к многократной циркуляции газов через катализатор. Зависимость выхода аммиака от объемной скорости при различных условиях показана на рис. 3. Для каждого значения объемной скорости содержание аммиака увеличивается с ростом температуры до некоторого максимального предела, называемого оптимальной температурой. При дальнейшем повышении температуры содержание аммиака уменьшается, т.к. равновесная концентрация аммиака понижается и приближается к его действительному содержанию в газовой фазе, поэтому скорость реакции падает [4].

Для обеспечения максимального выхода аммиака процесс необходимо начинать при высокой температуре и по мере увеличения степени превращения понижать ее. Регулирование температуры и обеспечение автотермичности процесса обеспечивается с помощью теплообменников, расположенных в слое контактной массы и дополнительно, подачей части холодной АВС в контактную массу, минуя теплообменник (байпасное включение).

3. Охрана окружающей среды в производстве аммиака

Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду:

1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси.

Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока[2]. Для сокращения выбросов оксидов азота с дымовыми газами печи первичного риформинга на большинстве предприятий предусмотрено гомогенное восстановление оксидов азота до азота газообразным аммиаком. Процесс гомогенного восстановления оксидов азота протекает при температуре 930÷980°C по следующим реакциям [10]:

4NO + 4NH₃ + O₂ ↔ 4N₂ + 6H₂O

2NO₂ + 4NH₃ + O₂ ↔ 3N₂ + 6H₂O

2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения.

В результате воздушного охлаждения и замены поршневых компрессоров турбокомпрессорами значительно уменьшается потребление воды на 1 т NН₃, что приводит к существенному снижению количества сточных вод (примерно в 50 раз) [2].

3) низкопотенциальная теплота.

Для наиболее полного использования низкопотенциального тепла и получения пара высоких параметров прибегают к сжиганию небольшого количества добавочного природного газа. Но этот путь получения механической энергии связан с увеличением загрязненности воздушного бассейна дымовыми газами [2,4].

4) твердые отходы

В производстве аммиака образуются следующие виды отходов:

• отработанные катализаторы, которые направляются на восстановление, реализуются как материальный ресурс или подлежат размещению один раз в 4–10 лет специальным организациям);

• активированный уголь, который направляется на рекультивацию или захоронение.

• отработанные масла применяют в производстве или отправляются на утилизацию [10].

Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парогазовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива [2].

Функциональная схема процесса синтеза аммиака [11]

АВС после паровоздушной

конверсии природного газа

Отчистка от СО и СО₂

Сжатие

Нагрев

Синтез аммиака

Конденсация и сепарация

Непрореагировавшая АВС

Жидкий аммиак