Раздел 2. Производство аммиака

Раздел 2. Производство аммиака

Аммиак является важнейшим многотоннажным продуктом (мировое производство - 150 млн т в год). Аммиак используется в качестве источника азота для производства удобрений в производстве пластмасс, взрывчатых веществ, гидразина, аминов, амидов, нитрилов и других органических азотных соединений, для производства красок и фармацевтических препаратов. Жидкий аммиак является важным растворителем, а также применяется в качестве хладагента (R-717).

Производство аммиака в России в настоящее время осуществляется на 40 установках, размещенных на 15 предприятиях. Суммарная мощность производств на 2018 год составила около 17 млн т в год.

Три четверти производимого в России аммиака направляется на внутренний рынок и прежде всего для производства азотных удобрений.

Рисунок 2.1 - Внутреннее потребление аммиака в России в 2005 г.

На внутреннем рынке аммиак покупают в основном предприятия по производству минеральных удобрений, не имеющие собственных производств аммиака: ООО "ЕвроХим - Белореченские Минудобрения", БФ АО "Апати" (г. Балаково), АО "Минудобрения" (г. Мелеуз).

Строительство агрегатов для производства синтетического аммиака из угля и углеводородного сырья началось в 1930-е годы и продолжалось вплоть до 1988 года с различной степенью интенсивности ввода агрегатов в зависимости от технических и экономических возможностей страны.

Для производства аммиака в качестве сырья и топлива используют природный газ.

В таблице 2.1 приведен перечень производителей аммиака, действующих на территории Российской Федерации.

В таблице 2.2 приведен перечень производителей аммиака Российской Федерации с уточнением по применяемой(ым) технологии(ям) на производстве.

Основу промышленности производства аммиака в России составляют агрегаты, введенные в эксплуатацию в 1973-1988 годах (28 аммиачных агрегатов).

Таблица 2.1 - Перечень производителей аммиака в Российской Федерации

N п/п	Наименование предприятия	Агрегат индекс АМ-70. Годовая проектная мощность - 450 тыс. т NH 3			Агрегат индекс АМ-76. Годовая проектная мощность - 450 тыс. т NH 3			Агрегат индекс ТЕС. Годовая проектная мощность - 450 тыс. т NH 3			Агрегат индекс Chemico. Годовая проектная мощность - 450 тыс. т NH 3			Агрегат индекс LAC Годовая проектная мощность - 489,1 тыс. т NH 3			Агрегат индекс HTAS Годовая проектная мощность - до 760 тыс. т NH 3			Агрегат индекс KBR Годовая проектная мощность - до 970 тыс. т NH 3
		Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)	Количество	Срок ввода в эксплуатацию	Мощность, тыс. т/год (т/ч)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1	АО "Апатит" (г. Череповец)	-	-	-	1	1985	450 (56,6)	1	1979	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	1	2017	760 (95)	-	-	-
2	АО "НАК "Азот" (г. Новомосковск)	1	1974	450 (56,6)	-	-	-	2	1975 1979	450 (56,6) 450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
3	АО "Минудобрения" (г. Россошь)	-	-	-	1	1988	450 (56,6)	1	1981	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4	Филиал "ПМУ" АО "ОХК "УРАЛХИМ" (г. Пермь)	-	-	-	-	-	-	1	1981	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5	АО "Невинномысский Азот" (г. Невинномысск)	1	1976	450 (56,6)	-	-	-	1	1973	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
6	ПАО "АКРОН" (г. Великий Новгород)	-	-	-	-	-	-	2	1975 1979	583 (72,9) 583 (72,9)	-	-	-	-	-	-	1	2016	760 (95)	-	-	-
7	ПАО "Дорогобуж", Смоленская обл	-	-	-	-	-	-	1	1979	583 (72,9)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
8	Филиал "Азот" АО "ОХК "УРАЛХИМ" в городе Березники	1	1976	450 (56,6)	1	1980	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
9	КАО "Азот" (г. Кемерово)	1	1982	450 (56,6)	1	1984	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	Филиал "КЧХК" АО "ОХК "УРАЛХИМ" в г. Кирово-Чепецк	1	1981	560 (70,5)	1	1983	560 (70,5)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
11	АО "Газпром нефтехим Салават" (г. Салават)	-	-	-	1	1988	450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
12	ПАО "Куйбышев-Азот" (г. Тольятти)	1	1977	660 (75,5)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13	ООО "Линде Азот Тольятти"													1	2018	489,1 (55,8)
14	АО "Тольяттиазот" (г. Тольятти)	-	-	-	3	1981 1983 1986	450 (56,6) 450 (56,6) 450 (56,6)	-	-	-	4	1979 1980	450 (56,6) 450 (56,6) 450 (56,6) 450 (56,6)	-	-	-	-	-	-	-	-	-
15	АО "Аммоний" (г. Менделеевск)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1	2016	522,2 (65,3)	-	-	-
16	АО "Щекиноазот" (г. Щекино)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1	2015	137,0 (17,3)	-	-	-
17	АО "Еврохим-Северо-Запад" (г. Кингисепп)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1	2019	963 (120)
ИТОГО		6			9			9			4			1			4			1

Таблица 2.2 - Разделение предприятий, производящих аммиак, по применяемой технологии

Номер технологии *	Технология	Проект	Предприятие
1	Производство аммиака из природного газа мощностью 1360 2100 т в сутки в однолинейном агрегате на базе парового каталитического риформинга в прямоточной трубчатой печи и вторичного паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 210 300 ати по циркуляционной схеме	АМ-70, АМ-76	АО "Апатит" (г. Череповец)); АО "Невинномысский Азот" (г. Невинномысск); АО "НАК "Азот" (г. Новомосковск); Филиал "КЧХК" АО "ОХК "УРАЛХИМ" в городе Кирово-Чепецке; Филиал "Азот" АО "ОХК "УРАЛХИМ" (г. Березники); АО "Минудобрения" (г. Россошь); КАО "Азот" (г. Кемерово); ПАО "КуйбышевАзот" (г. Тольятти); АО "Тольяттиазот" (г. Тольятти); ООО "Газпром нефтехим Салават" (г. Салават)
		TEC	АО "Апатит" (г. Череповец); АО "Невинномысский Азот" (г. Невинномысск); АО "НАК "Азот" (г. Новомосковск); ПАО "АКРОН" (г. Великий Новгород); ПАО "Дорогобуж"; АО "Минудобрения" (г. Россошь); Филиал "ПМУ" АО "ОХК "УРАЛХИМ" в городе Перми
2	Производство аммиака из природного газа мощностью 1240 1360 т в сутки в однолинейном агрегате на базе парового каталитического риформинга в противоточной трубчатой печи и вторичного паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 200 276 ати по циркуляционной схеме	Chemico	АО "Тольяттиазот" (г. Тольятти)
3	Производство аммиака (в том числе совмещенное с производством метанола) из природного газа на базе парового каталитического риформинга и паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 128,7 190 ати по циркуляционной схеме	HTAS	АО "Аммоний" (г. Менделеевск) АО "Щекиноазот", (г. Щекино) АО "Апатит", (г. Череповец)
4	Производство аммиака из природного газа по технологии Linde Ammonia Concept (LAC)	Linde	ООО "Линде Азот Тольятти" (г. Тольятти).
5	Производство аммиака из природного газа мощностью до 3000 т в сутки в однолинейном агрегате на базе технологии KBR (с применением технологии Purifier)	KBR	АО "Еврохим-Северо-Запад" (г. Кингисепп)
* Первичный риформинг (для агрегатов АМ-70, АМ-76, TEC - прямоточная трубчатая печь (I технология), для агрегатов Chemico - противоточная террасная трубчатая печь типа Фостер-Уиллер) (II технология).

2.1 Анализ приоритетных проблем в производствах аммиака

В Российской Федерации практическое применение нашли три варианта модернизации производства аммиака:

- модернизация и техперевооружение действующих агрегатов;

- интеграция производства;

- строительство новых современных агрегатов.

2.1.1 Модернизация и техперевооружение действующих агрегатов

Основные принципы, которые должны всегда учитываться при разработке концепции модернизации аммиачного агрегата:

1) Минимально возможное вовлечение природных ресурсов в технологический процесс.

2) Рециклирование в границах установки отходящих и отбросных потоков.

3) Использование малотоксичных химических веществ и некоррозионных материалов.

4) Использование материалов и катализаторов с возможностью их повторного использования в технологическом процессе.

5) Повышение надежности аппаратов и оборудования.

6) Интегрирование и диверсификация производств.

Можно выделить две стратегии:

- радикальная модернизация. Радикальную модернизацию следует предпринимать в современных условиях в России только в том случае, если есть уверенность в устойчивом спросе на азотную продукцию. Примерами успешного проведения радикальных модернизаций являются модернизации производств аммиака в Китае;

- стратегия частного техперевооружения. Учитывая риски, связанные с радикальной модернизацией, большинство предприятий в настоящее время выбирают тактику частных модернизаций. Такая тактика позволяет планировать капитальные вложения в модернизацию и реконструкцию в течение времени, постоянно используя амортизационные отчисления на замену выработавшего ресурс оборудования. Такая тактика приносит частный успех и улучшает экономические показатели всей цепочки азотных производств. Разработка и использование единой технологической концепции частных модернизаций является надежной базой для выработки программы инвестиций, обеспечивающей быстрый коммерческий успех.

2.1.2 Интеграция производства

Одним из направлений модернизации, позволяющим повысить конкурентоспособность и получить возможность более гибко реагировать на изменения рынка, является создание интегрированных производств на базе агрегатов аммиака. Аммиачные агрегаты могут технологически удачно интегрироваться с производством метанола, причем удельные затраты энергии при производстве обоих продуктов понижаются. Агрегаты аммиака интегрируются также с производствами капролактама, азотной кислоты, что приводит к снижению затрат по сумме производств.

2.1.3 Строительство новых современных агрегатов

Оценки перспективы производства аммиака и удобрений на его основе показывают, что при существующей цене природного газа рентабельными и конкурентоспособными на мировом рынке станут производства азотных удобрений, которые будут использовать аммиак, получаемый с затратами энергии не более, чем 7 7,5 Гкал/т. Достижения в области технологии, аппаратуры и катализаторов создают научную и техническую базу для разработки и строительства новых российских аммиачных агрегатов.

2.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве аммиака

2.2.1 Агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico, HTAS

Процесс производства аммиака состоит из следующих основных стадий:

1) компримирование природного газа;

2) очистка природного газа от сернистых соединений;

3) паровая каталитическая конверсия метана (первичный риформинг);

4) компримирование воздуха и паровоздушная конверсия природного газа (вторичный риформинг);

5) двухступенчатая конверсия оксида углерода на высокотемпературном, среднетемпературном и низкотемпературном катализаторах;

6) очистка конвертированного газа от диоксида углерода;

7) метанирование остатков моно- и диоксида углерода;

8) копримирование азотоводородной смеси (АВС);

9) синтез аммиака при давлении 15 32 МПа и выделение аммиака;

Блок-схема технологического процесса производства аммиака представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Блок-схема технологического процесса производства аммиака

В таблице 2.3 представлено описание технологического процесса производства аммиака с указанием основных входных и выходных потоков по стадиям.

Таблица 2.3 - Описание технологического процесса (с указанием подпроцессов)

Номер процесса	Входной поток	Наименование подпроцесса	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
1	2	3	4	5	6
1.1 Компримирование природного газа	Природный газ из сети (1)	Компрессия природного газа	Природный газ (4)	Компрессор природного газа, межступенчатое оборудование
	Пар среднего давления (2)		Паровой конденсат (3)
1.2 Сероочистка	Природный газ на технологию (5)	Подогрев природного газа, каталитическое гидрирование серосодержащих соединений с адсорбцией H 2S	Природный газ, очищенный от серосоединений (газовая смесь) (8)	Аппарат гидрирования, аппарат сероочистки, огневой подогреватель	Дымовые газы из огневого подогревателя в атмосферу (NO x, CO)
	Азотоводородная смесь (6)
	Природный газ (топливо) (7)		Дымовой газ (9)
1.3 Риформинг природного газа	Газовая смесь (8)	Паровая конверсия природного газа	Конвертированный газ (14)	Трубчатая печь с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА), паросборник, котлы-утилизаторы, шахтный конвертор метана	Дымовой газ в атмосферу (NO x, CO)
	Пар среднего давления (10)
	Природный газ (топливо) (11)		Дымовой газ (15)
	Питательная вода в змеевик БТА (12)		Подогретая питательная вода в паросборник (16)
	Насыщенный пар высокого давления (13)		Перегретый пар высокого давления (17)
	Конвертированный газ (14)	Паровоздушная конверсия природного газа	Конвертированный газ (24)		-
	Сжатый воздух (21)
	Питательная вода в котлы-утилизаторы (22)		Насыщенный водяной пар высокого давления (23)
	Атмосферный воздух (18)	Компрессия воздуха	Сжатый воздух (21)	Компрессор воздуха, межступенчатое оборудование
	Пар среднего давления (19)		Паровой конденсат (20)
1.4 Конверсия монооксида углерода	Конвертированный газ (24)	Среднетемпературная конверсия CO	Конвертированный газ (25)	Среднетемпературный конвертор	-
	Конвертированный газ (25)	Низкотемпературная конверсия CO	Конвертированный газ (26)	Низкотемпературный конвертор
1.5 Очистка от диоксида углерода	Конвертированный газ (26)	Абсорбция CO 2	Конвертированный газ (30)	Абсорбер, регенератор	Фракция CO 2 в атмосферу или на переработку
	Регенерированный раствор (МЭА, МДЭА, поташ) (29)		Раствор на регенерацию (28)
	Раствор на регенерацию (28)	Десорбция CO 2	Регенерированный раствор (МЭА, МДЭА, поташ) (19)
			CO 2 на переработку (27)
1.6 Метанирование	Конвертированный газ (30)	Тонкая очистка газа от CO и CO 2 (метанирование или КЦА)	АВС (синтез-газ) (31)	Метанатор	-
1.7 Компрессия синтез-газа	АВС (синтез-газ) (31)	Компрессия АВС (синтез-газа)	АВС (синтез-газ) (35)	Компрессор синтез-газа, межступенчатое оборудование
	Пар высокого давления (32)		Пар среднего давления (33)
	Циркуляционный газ (38)		Циркуляционный газ (36)
			Азотоводородная смесь (6) на стадию сероочистки
			Паровой конденсат (34)
1.8 Синтез и выделение аммиака	АВС (синтез-газ) (35)	Синтез аммиака	Циркуляционный газ (37)	Колонна синтеза аммиака, теплообменное, сепарационное оборудование
	Циркуляционный газ (36)	Выделение аммиака	Аммиак сжиженный (40)
	Холод, вырабатываемый в аммиачных холодильных установках или с помощью аммиачного компрессора (замкнутый цикл)		Танковые и продувочные газы на сжигание в печи риформинга или на дальнейшую переработку (получение аргона и т.п.) (39)
			Циркуляционный газ на компрессию АВС (синтез-газа) (38)
1.9 Отпарка технологического конденсата	Технологический конденсат (42)	Разгонка технологического конденсата в отпарной колонне	Конденсат на очистку (43)	Отпарная колонна, теплообменное оборудование
			Парогазовая смесь (ПГС) (44)
2.0 АХУ	ПГС (44)	Производство и потребление холода (АХУ)	На сжигание или на гомогенную очистку (45)	Генераторы-ректификаторы

2.2.1.1 Компримирование природного газа

Исходным сырьем для производства аммиака в агрегатах АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico, HTAS является природный газ, поступающий из сети. Требования к качеству природного газа установлены в ГОСТ 5542-2014.

Для переработки по принятой схеме природный газ сжимается до давления не более 4,7 МПа центробежным двухступенчатым компрессором с приводом от паровой конденсационной турбины и очищается от присутствующих в нем сернистых соединений, являющихся каталитическими ядами для стадий паровой конверсии углеводородов и низкотемпературной конверсии оксида углерода. На некоторых предприятиях сырьевой природный газ поступает из сети с давлением, достаточным для ведения технологического процесса, поэтому стадия компрессии природного газа отсутствует.

Для гидрирования соединений серы в природный газ дозируется АВС, отбираемая с нагнетания 1-й или 2-й ступени компрессора синтез-газа.

Подогрев газовой смеси перед гидрированием соединений серы до температуры 370-400 °C осуществляется в змеевиках огневого подогревателя или змеевиках, установленных в БТА печи первичного риформинга.

В качестве топливного газа в огневом подогревателе используется часть природного газа, поступающего на агрегат. Образующийся в результате сжигания природного газа дымовой газ из огневого подогревателя выбрасывается в атмосферу.

2.2.1.2 Сероочистка природного газа

Очистка природного газа от сернистых соединений производится в две ступени:

- I ступень - гидрирование органических соединений серы в H ₂S на алюмо-кобальтовом, алюмо-молибденовом или никель-молибденовом катализаторе.

- II ступень - поглощение сероводорода оксидом цинка.

Гидрирование органических соединений серы в сероводород осуществляется при температуре 370 °C 400 °C по следующим основным реакциям:

RSH + H ₂ RH + H ₂S;

R-S-R* + 2H ₂ RH + H ₂S + R'H;

R-S-S-R + 3H ₂ RH + 2H ₂S + R'H;

COS + H ₂ CO + H ₂S, где R = CnH ₂n + 1.

Поглощение сероводорода из газовой смеси осуществляется по следующей реакции:

H ₂S + ZnO ZnS + H ₂O.

Реакция поглощения сероводорода оксидом цинка необратима, поэтому при насыщении поглотителя серой до 15-18 % от его общего веса отработанный поглотитель заменяется свежим.

После стадии сероочистки газовая смесь с содержанием серы не более 0,5 мг/нм ³ направляется на конверсию метана.

2.2.1.3 Риформинг природного газа

На большинстве агрегатов аммиака процесс конверсии метана природного газа осуществляется в две ступени:

- I ступень - паровая каталитическая конверсия в трубчатой печи (первичный риформинг);

- II ступень - паровоздушная каталитическая конверсия в шахтном конверторе (вторичный риформинг).

На некоторых агрегатах аммиака процесс конверсии метана осуществляется в три ступени:

- I ступень - адиабатический предриформинг в ректоре предриформинга;

- II ступень - паровая каталитическая конверсия в трубчатой печи (первичный риформинг);

- III ступень - паровоздушная каталитическая конверсия в шахтном конверторе (вторичный риформинг).

2.2.1.3.1 Предриформинг

Адиабатический предриформинг - паровая конверсия высших углеводородов и частично метана осуществляется на никелевом катализаторе при давлении 2,95 МПа и температуре на выходе из реатора 455 °C.

Необходимое для процесса риформинга соотношение пар:углерод составляет 2,2:1. Перед поступлением в реактор предриформинга парогазовая смесь подогревается до температуры 520 °C в подогревателе конвекционной зоны печи первичного риформинга.

Технологический газ, выходящий из реактора предриформинга, перед подачей на стадию первичного риформинга подогревается до температуры 650 °C в подогревателе конвекционной зоны печи первичного риформинга.

2.2.1.3.2 Первичный риформинг

Перед подачей в трубчатую печь очищенный от серы природный газ смешивается с перегретым паром давлением 3,4-4,1 МПа в соотношении пар: газ не менее 3:1. После смешения образовавшаяся ПГС нагревается в подогревателе конвекционной зоны печи первичного риформинга до температуры не более 525 °C (агрегаты TEC, Chemico), не более 520 °C (агрегаты АМ-70, АМ-76, HTAS).

Подогретая ПГС поступает в реакционные трубы, расположенные в радиационной камере печи первичного риформинга (для агрегатов АМ-70, АМ-76, TEC - прямоточная трубчатая печь (I технология), для агрегатов Chemico - противоточная террасная трубчатая печь типа Фостер-Уиллер (II технология)).

В реакционных трубах на никелевом катализаторе при температуре на выходе не более 830 °C протекает процесс паровой каталитической конверсии природного газа по следующим реакциям:

CH ₄ + H ₂O CO + 3H ₂ 206,4 кДж/моль;

CH ₄ + CO ₂ 2CO + 2H ₂ 248,28 кДж/моль;

CO + H ₂O CO ₂ + H ₂ + 41,0 кДж/моль;

CH ₄ + 0,5О2 CO + 2H ₂ + 35,6 кДж/моль.

Реакции окисления гомологов метана протекают аналогично.

Остаточное содержание метана в газовой смеси на выходе из печи первичного риформинга составляет до 13 об. %.

Тепло, необходимое для процесса конверсии, получается за счет сжигания топливного газа в горелках печи.

Утилизация тепла дымовых газов, выходящих из радиационной камеры печи, осуществляется в конвекционной камере, оснащенной БТА. БТА представляет собой расположенные в конвекционной камере печи змеевики, в которых за счет использования тепла дымовых газов в зависимости от применяемой технологии могут нагреваться следующие потоки: ПГС, поступающая в реакционные трубы; паровоздушная смесь, поступающая в шахтный конвертор; пар высокого давления, поступающий из паросборника на турбину компрессора синтез-газа; питательная вода, поступающая в паросборник; топливный газ, поступающий на горелки печи первичного риформинга; природный газ, поступающий на очистку от сернистых соединений; пар среднего давления; деминерализованная вода для котлов среднего давления; танковые и продувочные газы и другие технологические потоки.

Дымовые газы после использования их тепла в БТА выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы дымососами.

В агрегатах АМ-70, АМ-76, TEC с конвективной камерой печи первичного риформинга конструктивно соединена конвективная камера вспомогательной печи (вспомогательного котла) системы парообразования, в которой за счет сжигания топливного газа получается дополнительное количество пара высокого давления, необходимое для поддержания парового баланса агрегата.

2.2.1.3.3 Вторичный риформинг

В реакторе вторичного риформинга (шахтный конвертор) на катализаторе происходит окончательная конверсия метана с паром и кислородом воздуха до остаточного содержания метана в газе не более 0,3-1,0 об. % (в пересчете на сухой газ) в зависимости от применяемой технологии.

В реакторе вторичного риформинга протекают следующие основные реакции:

H ₂ + 1/2O ₂ H ₂O + 242 кДж/моль;

CO + 1/2O ₂ CO ₂ + 282,6 кДж/моль;

CH ₄ + O ₂ CO ₂ + 2H ₂ + 318,2 кДж/моль;

CH ₄ + H ₂O CO + 3H ₂ 206,4 кДж/моль;

CO + H ₂O CO ₂ + H ₂ + 41,03 кДж/моль;

CH ₄ + 1/2O2 CO + 2H ₂ + 35,6 кДж/моль.

Воздух, необходимый для процесса вторичного риформинга, подается с помощью центробежного четырехступенчатого компрессора с приводом от паровой конденсационной турбины.

Конвертированная ПГС, выходящая из шахтного конвертора с температурой до 1030 °C, направляется для охлаждения:

- в агрегатах АМ-70, АМ-76, TEC - в котлы-утилизаторы I и II ступеней, в которых за счет утилизации тепла конвертированного газа вырабатывается пар давлением 10,35 МПа, используемый для привода турбины компрессора синтез-газа;

- в агрегатах Chemico - в последовательно установленные котел-утилизатор высокого давления и котел-утилизатор пара среднего давления, в которых вырабатывается насыщенный пар давлением не более 10,5 МПа и давлением не более 4,2 МПа соответственно.

- в агрегатах HTAS тепло конвертированного газа используется для выработки пара высокого давления 11,0 12,3 МПа.

Далее конвертированный газ поступает на двухступенчатую паровую конверсию оксида углерода.

2.2.1.4 Конверсия оксида углерода

Конверсия оксида углерода протекает по двухступенчатой схеме:

- I ступень - на высокотемпературном или среднетемпературном катализаторе;

- II ступень - на низкотемпературном катализаторе.

Технологические схемы отделения конверсии оксида углерода в агрегатах АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico, HTAS похожи, отличаются аппаратурным оформлением процесса и способом использования тепла после I и II ступеней конверсии.

В конверторе CO I ступени на высоко-/среднетемпературном катализаторе при температуре на выходе до 450 °C в зависимости от применяемой технологии происходит конверсия оксида углерода с водяным паром по реакции:

CO + H ₂O CO ₂ + H ₂ + 41 кДж/моль.

Остаточное содержание CO после конвертора I ступени составляет не более 4 об. % (на сухой газ).

После конвертора CO I ступени тепло конвертированного газа используется:

- для выработки пара давлением не более 10,5 МПа в котле-утилизаторе (агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC);

- для выработки пара давлением не более 1,13 МПа (часть агрегатов TEC);

- для выработки пара давлением 4,2 МПа в котле-утилизаторе (агрегаты Chemico);

- для нагрева конвертированного газа перед метанированием (агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico).

После утилизации тепла конвертированный газ поступает в конвертор CO II ступени.

В конверторе CO II ступени на низкотемпературном (цинк-медном) катализаторе при температуре на выходе до 280 °C происходит более глубокая конверсия оксида углерода с водяным паром до содержания CO в конвертированном газе 0,5 0,8 %.

После конвертора CO II ступени конвертированный газ охлаждается:

- для агрегатов АМ-70, АМ-76 - последовательно в узле охлаждения за счет впрыска в газ технологического конденсата, в газовых кипятильниках раствора отделения очистки от CO ₂, в теплоиспользующей аппаратуре аммиачно-холодильных установок, в подогревателе неочищенной АВС, идущей на метанирование. Окончательное охлаждение конвертированного газа перед абсорбером отделения очистки от CO ₂ происходит в аппарате воздушного охлаждения;

- для агрегатов TEC, Chemico - последовательно в узле охлаждения за счет впрыска в газ технологического конденсата (питательной воды), в кипятильниках раствора отделения очистки от CO ₂. Окончательное охлаждение конвертированного газа перед абсорбером отделения очистки от CO ₂ происходит в теплообменнике, где подогревается питательная вода;

- для агрегата TEC (г. Пермь) - последовательно в котле-утилизаторе 105-ХС флегмой из сепаратора 113-F c получением пара 6 кг/см ² и использованием его в процессе регенерации раствора "Бенфильд" в колонне 102-Е, в кипятильниках раствора отделения очистки СО ₂. Окончательное охлаждение конвертированного газа перед абсорбером отделения очистки от СО ₂ происходит в теплообменнике, где подогревается питательная вода;

- на некоторых агрегатах окончательное охлаждение конвертированного газа перед подачей его на очистку от CO ₂ осуществляется в водяном холодильнике.

Газовый конденсат, образующийся при охлаждении конвертированного газа, отделяется в сепараторе и направляется на установку разгонки газового конденсата. Имеется возможность использования конденсата для получения пара в котлах-утилизаторах. Отпарной газ направляется на сжигание или сбрасывается в атмосферу.

2.2.1.5 Очистка конвертированного газа от диоксида углерода

Технологические схемы отделения очистки конвертированного газа на агрегатах аммиака различны.

На агрегатах АМ-70, АМ-76, HTAS очистка производится абсорбцией CO ₂ растворами этаноламинов (моноэтаноламин (МЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА)). В результате конвертированный газ очищается до остаточного содержания CO ₂ не более 0,03 об. %. Насыщенный диоксидом углерода раствор из абсорбера направляется на регенерацию. Регенерированный раствор абсорбента направляется на орошение абсорбера, а выделившаяся в результате десорбции фракция CO ₂ выдается на переработку потребителям или сбрасывается в атмосферу.

На агрегатах TEC очистка до остаточного содержания CO ₂ в конвертированном газе не более 0,1 % об производится путем абсорбции CO ₂ горячим активированным раствором поташа (по методу "Карсол" или "Бенфилд") в двух параллельно работающих абсорберах. Насыщенный CO2 раствор поташа направляется на регенерацию. Регенерированный раствор поташа возвращается на орошение абсорберов, а выделившаяся в результате десорбции фракция CO2 выдается на переработку потребителям или сбрасывается в атмосферу.

На агрегатах Chemico реализована очистка конвертированного газа до остаточного содержания CO ₂ не более 0,05 % поташным раствором по методу "Бенфилд". Насыщенный CO ₂ раствор поташа направляется на регенерацию. Регенерированный раствор поташа возвращается на орошение абсорбера, а выделившаяся в результате десорбции фракция CO ₂ сбрасывается в атмосферу или направляется потребителям.

Очищенный от CO ₂ конвертированный газ направляется на метанирование.

На некоторых агрегатах HTAS очистка конвертированного газа от диоксида углерода осуществляется методом короткоцикловой адсорбции (КЦА). Принцип работы установки КЦА основан на способности адсорбента поглощать из газа и удерживать примеси при более высоком давлении и освобождаться от них при понижении давления. Выходящий из установки КЦА очищенный газ поступает на всас компрессора синтез-газа.

2.2.1.6 Метанирование

Тонкая очистка конвертированного газа от оксида и диоксида углерода (до их содержания не более 5  %), являющихся ядами для катализатора синтеза аммиака, производится в метанаторе путем каталитического гидрирования их до метана по реакциям:

CO + 3Н ₂ CH ₄ + H ₂O + 206,3 кДж/моль;

CO ₂ + 4Н ₂ CH ₄ + 2H ₂O + 165,1 кДж/моль.

Тепло азотоводородной смеси (АВС) после метанатора используется для подогрева питательной воды для котлов. Окончательное охлаждение АВС производится в аппаратах воздушного охлаждения и, в зависимости от применяемой технологии, оборотной водой в холодильнике.

После выделения конденсата, образующегося в результате охлаждения, АВС поступает на всас компрессора синтез-газа.

В совмещенных агрегатах производства аммиака и метанола процесс метанирования осуществляется в метанаторе высокого давления при давлении 8-12,2 МПа (давление в отделении метанирования соответствует давлению синтеза метанола) и температуре 290-350 °C. Очищенная от кислородсодержащих соединений азотоводородная смесь, содержащая не более 10 ppm оксидов углерода, поступает на всас третьей ступени компрессора синтез-газа.

2.2.1.7 Компрессия синтез-газа

В зависимости от применяемой технологии сжатие АВС осуществляется в двух или трехкорпусном центробежном компрессоре, имеющем три или четыре ступени для сжатия синтез-газа и ступень для сжатия циркуляционного газа. Привод компрессора осуществляется от паровой турбины, потребляющей пар высокого давления.

Синтез-газ после сжатия в компрессоре синтазе-газа вместе с циркуляционным газом с нагнетания в циркуляционной ступени компрессора подается в отделение синтеза аммиака.

На некоторых производствах часть газа отбирается после первой ступени сжатия и направляется на смешение с природным газом перед отделением сероочистки.

2.2.1.8 Синтез аммиака

В колонне синтеза аммиака на катализаторе (промотированное железо) при температурах 390 530 °C протекает экзотермическая реакция образования аммиака из АВС:

3Н ₂ + N ₂ 2NH ₃ + 111,5 кДж/моль.

Циркуляционный газ после колонны синтеза в зависимости от применяемой технологии выходит с температурой до 350 °C и содержанием аммиака до 19,9 %.

Тепло реакции синтеза аммиака используется для нагрева питательной воды, подаваемой в котел-утилизатор для получения пара высокого давления.

Конденсация аммиака производится в две ступени. При этом охлаждение газа проводят водой, воздухом, испаряющимся аммиаком. Сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе, а газ направляется на всас циркуляционного компрессора.

Часть циркуляционного газа после первичного сепаратора постоянно выводится из системы, обеспечивая содержание инертов в газе на входе в колонну синтеза не более 11 об. %.

Обеспечение аммиачным холодом агрегатов производится аммиачными компрессорными или абсорбционными холодильными установками. Продукционный аммиак может выдаваться потребителям как в жидком, так и в газообразном виде.

2.2.2 Описание процесса LAC

Процесс производства аммиака по технологии LAC основан на получении чистого водорода из природного газа с последующим смешением с чистым азотом для получения аммиака. Процесс состоит из следующих основных стадий:

- очистка природного газа от сернистых соединений и тяжелых металлов;

- смешение пара и очищенного природного газа;

- паровой каталитический риформинг природного газа;

- охлаждение конвертированного газа;

- паровая каталитическая конверсия оксида углерода;

- короткоцикловая адсорбция с получением чистого водорода;

- смешение очищенного водорода с чистым азотом;

- компримирование синтез-газа до 15 МПа;

- синтез аммиака;

- конденсация аммиака из циркуляционного газа;

- охлаждение жидкого аммиака.

Блок-схема технологического процесса производства аммиака по технологии LAC представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Блок-схема технологического процесса производства аммиака по технологии LAC

Технологический природный газ с давлением 4,8 МПа поступает на установку из заводской сети.

Для гидрирования сернистых соединений, содержащихся в природном газе, подается водород. Затем нагретый до 325 °С природный газ направляется в реакторы гидрирования и десульфуризации.

После очищенный природный газ смешивается с паром в соотношении пар:газ 2,8 моль/моль - в количестве превышающем стехиометрическое, для предотвращения образования побочных реакций образования углерода на поверхности катализатора печи риформинга.

Полученная парогазовая смесь поступает в подогреватель, расположенный в конвекционной зоне печи риформинга, где нагревается до 550 °С. Перегретая парогазовая смесь поступает в высоколегированные трубы печи риформинга, загруженные катализатором на основе никеля. Реакция конверсии углеводородов протекает при давлении 4,1 МПа.

Поскольку общий тепловой баланс носит эндотермический характер, требуемая теплота обеспечивается за счет потолочных горелок печи риформинга, работающих на продувочном газе установки КЦА (короткоцикловая адсорбция) и дополнительном топливном природном газе для достижения необходимой мощности. Температура дымового газа на выходе из радиантной камеры печи риформинга составляет 1020 °С.

Конвертированный газ с температурой 830 °С из печи риформинга охлаждается в двухступенчатом холодильнике до 270 °С после второй ступени.

После двухступенчатого холодильника парогазовая смесь поступает на конверсию оксида углерода в изотермический реактор конверсии оксида углерода. В результате реакции на катализаторе на основе меди происходит равновесная конверсия оксида углерода в диоксид углерода и водород. Температура газа на выходе из реактора изотермической конверсии поддерживается 260 °С

После конверсии оксида углерода синтез-газ поступает в блок охлаждения синтез-газа и сепарации конденсата. Тепло потока рекуперируется для:

- подогрева котловой воды парового барабана реактора конверсии оксида углерода;

- подогрева деминерализованной воды, поступающей в деаэратор котловой воды системы пара 11,2 МПа;

После охлаждения технологического газа до 155 °С поток поступает в сепаратор технологического конденсата первой ступени, в котором собирается конденсат. Затем синтез-газ охлаждается до 40 °С, и далее направляется в сепаратор технологического конденсата второй ступени, в котором собирается конденсат.

После системы сепарации и охлаждения синтез-газ с температурой 40 °С и давлением 3,4 МПа поступает на установку короткоцикловой адсорбции (КЦА), в которой синтез-газ очищается от примесей (диоксид углерода, оксид углерода, метан, азот, углеводороды) и на выходе из КЦА получается чистый водород с содержанием водорода 99,99 % моль, оксида углерода не более 10 ppm и метана не более 20 ppm. Продувочный газ установки КЦА используется в качестве топливного газа печи риформинга при нормальной работе.

Из установки КЦА водород поступает в емкость смешения с азотом давления 3,7 МПа, поступающего из заводской сети.

Смесь водорода и азота в соотношении водород:азот 3 моль/моль с давлением 3,25 МПа поступает на всас компрессора синтез-газа производства аммиака. Компримированный синтез-газ с давлением 15,0 МПа после третьей ступени подогревается до 175 °С и поступает в колонну синтеза аммиака, где на катализаторе на основе железа при температуре 350-520 °С протекает реакция синтеза аммиака. После колонны циркуляционный газ поступает в систему рекуперации, где теплота используется для:

- производства пара 11,2 МПа;

- подогрева котловой воды контура пара 11,2 МПа;

- подогрева синтез-газа после третьей ступени компрессора синтез-газа.

Затем охлажденный циркуляционный газ конденсируется и поступает в установку охлаждения жидкого аммиака.

Выделившийся газообразный аммиак и растворенные газы поступают на всас первой ступени компрессора охлаждения аммиака, состоящего из трех ступеней, приводимых в движение паровой турбиной. Несконденсированные газы из установки охлаждения сбрасываются на факел аммиака. Сконденсированный аммиак собирается в сепараторе и с температурой минус 33 °С направляется на всас насоса жидкого продукционного аммиака. Далее продукционный аммиак выдается в изотермическое хранилище или в сеть теплого аммиака.

2.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве аммиака

В таблице 2.4 приведены показатели расходов используемого сырья, основных материалов и энергоресурсов производства аммиака на 1 т аммиака для приведенных в настоящем разделе технологий производства аммиака.

Таблица 2.4

Наименование	Единицы измерений	Агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC		Агрегаты Chemico		Агрегаты HTAS		Агрегаты Linde		Агрегаты KBR
		Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.
Природный газ	нм 3	1073	1275	1245	1310	955	1032	916	935	900	900
Азот	нм 3	20	38	12	38	1,44	130	718	735	-	-
Электроэнергия		52	159	54,9	130	20	27	96,12	105	180	180 0,18
Подпиточная вода	м 3	0,43	3,65	0,4	2,8	1,6	2,5	2,3	3,5	4,61	4,61

2.3.1 Выбросы в атмосферу при производстве аммиака

В таблице 2.5 приведены усредненные значения по газовым выбросам производства аммиака по рассматриваемым технологиям.

В выбросах в качестве маркерных веществ приняты NOx (NO, NO ₂), CO.

Представленные в таблице 2.5 значения выбросов приведены для основных источников (помимо выбросов, представленных таблице 2.5., при производстве аммиака возможны выбросы также от факельных установок, парового котла, иных источников с незначительным выбросом СО и NO _x) и указаны для стабильного режима работы агрегатов после вывода их на нормальный технологический режим и не учитывают выбросы загрязняющих веществ в период пуска/останова агрегатов. Во время пуска осуществляются такие операции, как разогрев печи первичного риформинга, прием технологического природного газа, вывод на нормальный режим конвертора синтеза аммиака и др., во время которых образующиеся продукты и синтез-газ сбрасываются на факельную установку.

Таблица 2.5

Наименование загрязняющих веществ	Применяемая технология	Метод очистки, повторного использования	Выбросы			Комментарии
			Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну продукции, кг/т			Источники выброса/стадия процесса	Метод определения загрязняющих веществ
			Мин.	Макс.	Средн.
1	2	3	4	5	6	7	8
NO x	АМ-70, АМ-76, TEC	Без очистки	0,103	0,111	0,103	Огневой подогреватель природного газа (отделение сероочистки) (постоянно)	Фотоколориметрический метод;
		Гомогенное восстановление оксидов азота в дымовых газах риформинга	0,176	1,86	1,1	Трубчатая печь и вспомогательная печь (отделение риформинга) (постоянно)	Фотометрический метод;
		Без очистки	0,83	1,43	1,13
			0,031	0,23	0,14	Пусковой котел	Электрохимический метод
	Chemico	Без очистки	0,44	1,31	1,24	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	-
		Без очистки	0,028	0,094	0,055	Огневой подогреватель природного газа (отделение сероочистки) (постоянно)	-
	HTAS		0,0248	0,69	0,36	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Электрохимический, фотометрический методы
	Linde	Блок селективного каталитического восстановления окислов азота	0,189	0,224	0,207	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Электрохимический, фотометрический методы
	KBR(Purifier)	Без очистки С очисткой на катализаторе	0,274	0,304	0,283	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Поточный газоанализатор
			0,066	0,152	0,091
		Без очистки	0,045	0,053	0,05	Пусковой котел (постоянно)	Поточный газоанализатор
CO	АМ-70, АМ-76, TEC	Без очистки	0,136	1,45	0,8	Трубчатая печь и вспомогательная печь (отделение риформинга) (постоянно)	Газохроматографический метод;
			0,015	0,106	0,051	Пусковой котел	Электрохимический метод;
	Chemico	Без очистки	0,79	1,56	1,0	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Колориметрический метод
	HTAS	Без очистки	0,0224	0,3	0,161	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Электрохимический, фотометрический методы
	Linde	Без очистки	0,052	0,149	0,101	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Электрохимический, фотометрический методы
	KBR(Purifier)	Без очистки	0,750	0,770	0,760	Трубчатая печь (отделение риформинга) (постоянно)	Поточный газоанализатор

Для сокращения выбросов NO _x 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 °C 980 °C по следующим реакциям:

4NO + 4NH ₃ + O ₂ 4N2 + 6H ₂O;

2NO ₂ + 4NH ₃ + O ₂ 3N ₂ + 6H ₂O.

Также на некоторых предприятиях применяется очистка дымового газа NOx. На агрегате Linde в секции конвекции печи установлен блок селективного каталитического восстановления с катализатором на основе оксидов титана, вольфрама, ванадия. Восстановление оксидов азота, содержащихся в дымовом газе, до азота и воды, происходит с помощью выпаренного аммиака, который в жидком виде подается на катализатор.

2.3.2 Обращение со сточными водами

Образование технологических сточных вод (без возврата в технологический процесс) в производстве аммиака с содержанием N (NH ₄ ⁺) представлены для агрегатов АМ-70, АМ-76, TEC в таблице 2.6, для агрегатов Chemico - в таблице 2.7, для агрегата LAC - в таблице 2.8.

Прямого сброса в водный объект от производства аммиака не происходит, сточные воды направляются на биологическую очистку.

2.3.3 Отходы производства аммиака

В производстве аммиака образуются следующие виды отходов:

- отработанные катализаторы, которые направляются на восстановление, реализуются как материальный ресурс или подлежат размещению специальным организациям);

- активированный уголь, который направляется на рекультивацию или захоронение;

- ионообменные смолы и фильтровальные ткани, подлежащие обезвреживанию или захоронению;

- цеолит, шары из глиноземы (керамика), подлежащие утилизации или размещению на полигонах;

- осадок осветления природной воды отделения водоподготовки, который направляется на рекультивацию или размещается на полигонах.

Отработанные масла применяют в производстве или отправляются на утилизацию.

Таблица 2.6

Наименование загрязняющих веществ	Метод очистки, повторного использования	Технологические сточные воды			Комментарии
		Объем и (или) масса загрязняющих веществ в расчете на тонну продукции, кг/т			Источники сброса/стадия процесса	Метод определения загрязняющих веществ	Примечание/информация о том, куда направляются сточные воды с производства и сточные воды после очистки
		Мин.	Макс.	Средн.
Вода из гидрозатвора факельной установки N (NH 4 +)	Направляется на очистку в биологические очистные сооружения	0,00014	0,0011	0,00047	Факельная установка	Титрометрический метод; фотометрический метод	Промливневая канализация
Потери оборотной воды N (NH 4 +)	Направляется на очистку в биологические очистные сооружения	0,0025	0,0064	0,0044	Со всего производства	Титрометрический метод; фотометрический метод	Промливневая канализация

Таблица 2.7

Наименование загрязняющих веществ	Метод очистки, повторного использования	Технологические сточные воды			Комментарии
		Объем и (или) масса загрязняющих веществ в расчете на тонну продукции, кг/т			Источники сброса/стадия процесса	Метод определения загрязняющих веществ	Примечание/информация о том, куда направляются сточные воды с производства и сточные воды после очистки
		Минимальное	Максимальное	Среднее
1	2	3	4	5	6	7	8
Вода из сепаратора факельной установки N (NH 4 +)	Без очистки	0,0015	0,003	0,0018	Факельная установка (сепаратор)	Титрометрический метод	В канализацию с органическими загрязнениями и далее на биологическую очистку
Аммоний-ион (NH 4 +)	Нитри- и денитрификация в цехе биохимической очистки. Повторно не используются			0,0012	Промстоки с установки	Титрометрический метод	В коллектор промышленных химически загрязненных сточных вод и далее на биологическую очистку. После очистки сбрасываются в поверхностный водный объект
Аммоний-ион (NH 4 +)	Нитри- и денитрификация в цехе биохимической очистки. Частичное использование в производстве аммиака		0,03	0,0027	Отпарной конденсат, образованный в производстве аммиака	Титрометрический метод	В коллектор промышленной химически загрязненной и (или) оргзагрязненной канализации и далее на биологическую очистку. После очистки сбрасываются в поверхностный водный объект
Аммоний-ион (NH 4 +)	Очистка на прудах усреднителях биологической очистки. Повторно не используются		0,005	0,0003	Промливневые сточные воды	Фотоколометрический метод	В коллектор промливневой канализации и далее на биологическую очистку. После очистки сбрасываются в поверхностный водный объект

Таблица 2.8

Наименование загрязняющих веществ	Метод очистки, повторного использования	Технологические сточные воды			Комментарии
		Объем и (или) масса загрязняющих веществ в расчете на тонну продукции, кг/т			Источники сброса/стадия процесса	Метод определения загрязняющих веществ	Примечание/информация о том, куда направляются сточные воды с производства и сточные воды после очистки
		Мин.	Макс.	Средн.
Химзагрязненные стоки N (NH 4 +)	Без очистки	0,000015	0,00077	0,000486	Со всего производства	Титрометрический метод; фотометрический метод	Коллектор стоков предприятий и далее на очистку

2.4 Определение наилучших доступных технологий при производстве аммиака

Важнейшим показателем технического уровня производства аммиака наряду с показателем эксплуатационной надежности является потребление энергии на тонну продукта, поскольку доля стоимости энергоресурсов в себестоимости аммиака достигает 50 80 %.

В таблице 2.9 приведены проектные показатели энергопотребления для агрегатов АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico.

Таблица 2.9 - Проектные показатели энергопотребления агрегатов АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico

Индекс агрегата	Проектный показатель
	Суммарное потребление энергии всех видов, Гкал/т	Потребление природного газа, Гкал/т (ст. м 3/т)	Проектная мощность, тыс. т NH 3/год
TEC	10,07	9,82 (1218)	450
Chemico	10,58	10,25 (1271)	450
АМ-70	10,29	9,87 (1224)	450
АМ-76	10,01	9,74 (1208)	450

Характерной особенностью агрегатов, представленных в таблице 2.8, является то обстоятельство, что все они подверглись модернизациям или техперевооружению в той или иной степени, а кроме того, работают с высоким коэффициентом использования мощности.

Все агрегаты производства аммиака АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico, эксплуатирующиеся в Российской Федерации в настоящее время, имеют сравнимые показатели по уровню энергопотребления и воздействия на окружающую среду. Это вызвано тем, что все они построены по однотипной технологической схеме, различающейся в основном аппаратурным оформлением отдельных стадий технологического процесса и включающей в себя:

- сжатие природного газа до давления не более 4,5 МПа;

- очистку от сернистых соединений (до содержания серы не выше  %);

- паровоздушную конверсию природного газа (до остаточного содержания метана не более 0,5 %);

- средне- и низкотемпературную конверсию оксида углерода (до содержания 0,5 0,8 об. %);

- очистку конвертированного газа от диоксида углерода (до не более 0,1 % в очищенном газе) одним из описанных в разделе двух методов;

- метанирование остатков оксида и диоксида углерода (до их содержания 5  %);

- сжатие АВС до давления 20 32 МПа с промежуточным отбором части АВС на стадию сероочистки;

- синтез аммиака и выделение его из циркуляционного газа.

В таблице 2.10 приведены показатели энергопотребления для агрегатов HTAS, Linde и KBR. Указанные агрегаты были введены в эксплуатацию в течение последних 5 лет.

Таблица 2.10 - Проектные показатели энергопотребления агрегатов HTAS, Linde и KBR

Индекс агрегата	Потребление природного газа, Гкал/т (ст. м 3/т)	Примечание
HTAS	7,82 (970)	Показатель рассчитан исходя из среднего потребления по агрегатам
Linde	7,39 (916)
KBR	7,2 (900)

Агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico, в той или иной степени подвергнутые модернизации, а также агрегаты HTAS, Linde и KBR следует отнести к НДТ, так как все показатели этих агрегатов соответствуют требованиям Методических рекомендаций по определению технологии в качестве наилучшей технологии при составлении настоящего справочника НДТ.

2.5 Наилучшие доступные технологии при производстве аммиака

Для технологий производства аммиака (агрегаты АМ-70, АМ-76, TEC, Chemico), представленных в 2.2 в качестве НДТ, в настоящее время существует возможность для дальнейшей модернизации с целью увеличения производительности, снижения общего энергопотребления и негативного воздействия на окружающую среду.

Поэтому в составе представленных технологий по ряду подпроцессов технологической схемы в качестве частных НДТ рекомендуется проводить мероприятия, представленные в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Перечень рекомендуемых частных НДТ для производства аммиака

N п/п	Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
		Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность, отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
1	2	3	4	5	6	7
1	Исключение огневого подогревателя природного газа с переносом подогрева газовой смеси перед сероочисткой в блок БТА печи первичного риформинга	Снижение выбросов NO x и CO с дымовыми газами	Снижение расхода пара на привод дымососов	Уменьшение потребления природного газа (на сжигание в огневом подогревателе)	-	Дополнительные змеевики в БТА
2	Внедрение метода гомогенного восстановления оксидов азота дымовых газов печи первичного риформинга пароаммиачной смесью	Сокращение выбросов NO x с дымовыми газами	-	-	-	-
3	Замена реакционных труб в печи первичного риформинга на трубы с большим внутренним диаметром и меньшей толщиной стенки	-	Суммарное использование тепла сгорания топливного газа на конверсию метана увеличивается на 3 %	Содержание метана в сухом газе на выходе снижается на 1 %	Целесообразно при увеличении производительности агрегата	-
4	Реконструкция компрессора воздуха при увеличении производительности (модернизация проточной части)	-	Снижение потребления пара на тонну аммиака	Уменьшение потребления природного газа, экономия ХОВ	-	-
5	Исключение корпуса низкого давления компрессора природного газа или вывод компрессора природного газа из эксплуатации	-	Уменьшение/исключение потребления пара на привод турбины	-	Реализация ограничивается возможностью местной газораспределительной станции (ГРС) обеспечить требуемое давление природного газа	-
6	Замена МЭА-раствора абсорбентом на основе МДЭА	-	-	Снижение среднего удельного расхода тепла внутри отделения очистки на 400 ккал/нм 3 CO 2	Применимо для агрегатов АМ-70, АМ-76	-
7	Установка выделения горючих газов из фракции CO 2 в отделении очистки от диоксида углерода	-	Повышение чистоты продукционного CO 2. Увеличение выхода чистой фракции CO 2	Уменьшение потребления природного газа на топливо	-	Сепарационное, массообменное оборудование
8	Реконструкция компрессора синтез-газа и паровой турбины	-	Снижение удельного потребления энергии на 0,162 Гкал/т аммиака, уменьшение потребления пара на 5 %	Снижение потребления природного газа на 2 %	Целесообразно при увеличении производительности агрегата	-
9	Установка осушки синтез-газа путем промывки аммиаком после 2-й ступени компрессора синтез-газа и изменение точки ввода свежего синтез-газа в отделение синтеза аммиака	-	Снижение удельного потребления энергии на 0,06 Гкал/т аммиака за счет уменьшения перепада на циркуляционном колесе компрессора синтез-газа. Увеличение срока службы катализатора синтеза аммиака за счет снижения концентрации кислородсодержащих катализаторных ядов	Снижение потребления природного газа	-	Скруббер, теплообменник
10	Реконструкция колонны синтеза аммиака с аксиальных на радиальные	-	Снижение удельного потребления энергии	-	-	-
11	Установка выделения водорода из продувочных и танковых газов производства аммиака	-	-	Увеличение производительности агрегата без увеличения расхода природного газа, пара и воздуха на технологию	-	Теплообменное, газоразделительное оборудование

Таблица 2.12 - Технологические показатели для производства аммиака (с учетом всех стационарных источников)

Продукт	Технология	Технологические показатели НДТ	Показатели ресурсосбережения и энергоэффективности
			Энергоэффективность	Ресурсосбережение
Аммиак	Производство аммиака из природного газа мощностью 1360 2100 т в сутки в однолинейном агрегате на базе парового каталитического риформинга в прямоточной трубчатой печи и вторичного паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 210 300 ати по циркуляционной схеме (АМ-70, АМ-76, TEC)	Выбросы: Азота диоксид и азота оксид суммарно (NOx) < 1,89 кг/т; Углерода оксид CO < 1,41 кг/т	Электроэнергия < 159 /т	Норма расхода природного газа до 1275 нм 3/т
	Производство аммиака из природного газа мощностью 1240 1300 т в сутки в однолинейном агрегате на базе парового каталитического риформинга в противоточной трубчатой печи и вторичного паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 270 300 ати по циркуляционной схеме (Chemico)	Выбросы: Азота диоксид и азота оксид суммарно (NOx) < 1,404 кг/т; Углерода оксид CO < 1,56 кг/т	Электроэнергия < 130 /т	Норма расхода природного газа до 1275 нм 3/т
Аммиак	Производство аммиака (в том числе совмещенное с производством метанола) из природного газа на базе парового каталитического риформинга и паровоздушного риформинга с отделением очистки и подготовки синтез-газа, с синтезом аммиака под давлением 128,7 190 ати. по циркуляционной схеме	Выбросы: Азота диоксид и азота оксид суммарно (NOx) < 0,69 кг/т; Углерода оксид CO < 0,3 кг/т	Электроэнергия < 395 /т	Норма расхода природного газа до 1032 нм 3/т
Аммиак	Производство аммиака из природного газа по технологии Linde Ammonia Concept (LAC)	Выбросы: Азота диоксид и азота оксид суммарно (NOx) < 0,224 кг/т; Углерода оксид CO < 0,15 кг/т	Электроэнергия < 100 /т	Норма расхода природного газа до 916 нм 3/т
Аммиак	Производство аммиака из природного газа мощностью до 3000 т в сутки в однолинейном агрегате на базе технологии KBR (с применением технологии Purifier)	Выбросы: Азота диоксид и азота оксид суммарно (NOx) < 0,400 кг/т; Углерода оксид CO < 0,78 кг/т	Электроэнергия < 180 /т	Норма расхода природного газа 972 нм 3/т

2.5.1 Экономические аспекты реализации наилучших доступных технологий при производстве аммиака

В таблице 2.13 представлена информация по ориентировочным капитальным затратам на строительство нового производства аммиака.

Таблица 2.13

Производство	Производительность установки	Полная стоимость установки	Примечание
Производство аммиака	2100 т/сут	29,4 млрд руб.	При строительстве нового производства обеспечивается максимальная энергоэффективность технологического процесса
Строительство интегрированного производства аммиака, метанола и карбамида	455 т/сут	105 млрд руб.	Устранение сырьевой зависимости существующего производства минеральных удобрений от сторонних поставщиков
Производство аммиака	2700 т/сут	1 млрд долларов	Новое производство

В качестве примера в таблице 2.14 представлена информация по ориентировочным капитальным затратам на реализацию отдельных мероприятий по модернизации существующих производств аммиака, направленных на снижение негативного воздействия на окружающую среду и повышение энергоэффективности производства.

Таблица 2.14

Технологические мероприятия, объекты производства	Капитальные затраты	Эксплуатационные затраты (на единицу выпускаемой продукции)	Обоснование экономического эффекта	Примечание
1	2	3	4	5
Исключение огневого подогревателя природного газа с переносом подогрева газовой смеси перед сероочисткой в блоке БТА печи первичного риформинга	17,22 млн руб. на 2006 год	Снижение потребления энергоресурсов. Уменьшение потребления природного газа (на сжигание в огневом подогревателе). Снижение выбросов оксидов азота, углерода в окружающую среду. Снижение затрат на обслуживание огневого подогревателя	Увеличение степени полезного использования тепла дымовых газов печи риформинга	Установка дополнительных змеевиков в БТА печи первичного риформинга
Техническое перевооружение БТА печи первичного риформинга	52,073 млн руб. на 2013 год	Уменьшение потребления природного газа, снижение выбросов оксидов азота, углерода в окружающую среду	Увеличение степени полезного использования тепла дымовых газов печи риформинга; снижение теплопотерь по тракту дымовых газов; увеличение выработки аммиака	Установка дополнительных змеевиков в БТА печи первичного риформинга, замена футеровки печи
Техническое перевооружение горелок трубчатой печи	57,364 млн руб. на 2015 год	Снижение расходного коэффициента по газу на 4 %	Повышение КПД трубчатой печи	Установка современных инжекционных горелок, взамен старым
Техническое перевооружение системы очистки газового конденсата	13,851 млн руб. на 2014 год	Снижение потребления энергоресурсов и используемой в очистке питательной воды	Повышение эффективности работы отпарной колонны	Замена существующей насадки и решеток распределения жидкости в колонне
Установка осушки синтез-газа путем промывки аммиаком после 2-й ступени компрессора синтез-газа	110,0 млн руб. на 2014 год	Снижение удельного энергопотребления на 0,1 Гкал/т аммиака	Повышение глубины осушки свежего синтез-газа, снижение кратности циркуляции в цикле синтеза, повышение выработки аммиака	При реализации установки осушки по технологии АО "ГИАП" (г. Москва) устанавливаются скруббер и рекуперативный теплообменник
Реконструкция компрессора технологического воздуха	40,2 млн руб. на 2014 год	Уменьшение потребления пара на привод турбины. Уменьшение потребления природного газа и оборотной воды	Увеличение производительности агрегата	Модернизация проточной части компрессора
Реконструкция корпуса низкого давления компрессора природного газа	49 млн руб. на 2014 год	Уменьшение потребления пара на привод турбины	Снижение энергопотребления	-
Реконструкция компрессора синтез-газа	113,2 млн руб. на 2010 год	Уменьшение потребления пара на привод турбины	Увеличение производительности агрегата	Модернизация проточной части компрессора
Установка дополнительного реактора НТК (при увеличении производительности)	53,1 млн руб. на 2014 год	-	-	-

2.6 Перспективные направления в технологии производства аммиака

В таблице 2.15 представлен перечень перспективных технологий в производстве аммиака, разделенных на два подраздела:

- перспективные технологии, предназначенные для частных модернизаций существующих производств;

- перспективные технологии для радикальных модернизаций существующих производств.

Таблица 2.15

Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
	Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность, отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
Перспективные технологии для частных модернизаций существующих производств
Установка сатурации природного газа	Снижение выбросов NO x и CO с дымовыми газами	Снижение энергоемкости производства; снижение расхода пара на привод насосов питательной воды и привод дымососов; уменьшение потребления пара среднего давления за счет дополнительного количества пара, вырабатываемого в установке сатурации	Снижение потребления природного газа (на топливо)	-	Сатурационная колонна; теплообменник; циркуляционный насос; змеевик-подогреватель сатурационной воды; змеевик-подогреватель сатурированного газа
Установка параллельного трубчатого реактора в отделении риформинга	Сокращение выбросов NO x с дымовыми газами	Снижение удельной энергоемкости производства	-	-	Дополнительный змеевик в БТА; трубчатый реактор
Установка дополнительной колонны синтеза аммиака	-	Снижение удельной энергоемкости производства; снижение потребления пара высокого давления	Снижение потребления природного газа	-	Колонна синтеза; теплообменник; подогреватель питательной воды
Установка котла-утилизатора после колонны синтеза	-	Снижение энергоемкости производства; вырабатывается дополнительное количество пара среднего давления	Снижение потребления природного газа	-	Дополнительная колонна синтеза аммиака; блок генерации пара среднего давления (парогенератор, паросборник и экономайзер); пароперегреватель
Перспективные технологии для радикальных модернизаций существующих производств
Установка рекуперативного риформинга "Тандем"	На установке "Тандем" отсутствуют постоянные выбросы в атмосферу	Снижение энергоемкости производства	Снижение потребления природного газа (прямой расход природного газа на тонну аммиака составит 676,88 нм 3 (726,47 ст. м 3 (20 °C, 760 мм рт. ст.) при производительности 1600 т/сут)	Производится полная замена изношенного оборудования риформинга природного газа	Оборудование установки "Тандем": трубчатый конвертор; шахтный конвертор; оборудование системы использования тепла отходящих потоков для подогрева исходных потоков, в том числе перед стадией сероочистки природного газа от сернистых соединений (дополнительные теплообменники) Дополнительное оборудование: Кислородный компрессор, блок разделения воздуха (БРВ), парогенератор

2.6.1 Технологии для создания новых производств. Производство аммиака мощностью 2000 3000 т в сутки

Главной особенностью предлагаемой схемы производства аммиака мощностью до 830 тыс. т/год является то, что в ней может быть использована значительная часть известного, надежного оборудования, используемого в агрегатах АМ-76, которое имеет существенные запасы по производительности.

Энергоемкость производства по данной технологической схеме составит 7,0 7,2 Гкал/т, потребление природного газа на технологию - 598,9 нм ³/т, на топливо - 195,5 нм ³/т, итого - 794,32 нм ³/т.

Технологический процесс состоит из следующих основных стадий:

1) каталитическое гидрирование органических соединений серы, содержащихся в подаваемом природном газе. Подогрев природного газа перед стадией гидрирования осуществляется в змеевике БТА трубчатой печи за счет тепла дымового газа;

2) очистка газа от сероводорода с помощью окиси цинка;

3) каталитическая конверсия углеводородов природного газа, осуществляемая в трубчатой печи и в параллельной установке паровоздушной конверсии метана по технологии "Тандем";

4) двухступенчатая конверсия оксида углерода;

5) очистка газа от диоксида углерода раствором МДЭА;

6) метанирование остаточного оксида и диоксида углерода;

7) компрессия очищенного синтез-газа до давления 18,14 19,12 МПа;

8) синтез аммиака под давлением 17,65 18,63 МПа.

В таблице 2.16 приведены основные отличия и особенности описываемой схемы по сравнению со схемой агрегата типа АМ-76.

Таблица 2.16

Наименование стадии или аппарата	Краткое описание, отличие от АМ-76	Примечание
Компримирование природного газа	Осуществляется в одноступенчатом компрессоре с паровым приводом. Давление в линии всаса - 2,45 МПа
Компримирование воздуха	Производится четырехступенчатым компрессором увеличенной мощности с паровым приводом
Подогрев природного газа перед сероочисткой	Производится в змеевике БТА трубчатой печи	Подогреватель природного газа, в котором используется топливный природный газ, отсутствует
Сероочистка	Проводится в аппаратах тех же габаритов, как в АМ-76	Аппараты сероочистки сохраняются в тех же габаритах, как в АМ-76
Конверсия метана I и II ступени	Осуществляется в трубчатой печи, трубчатом и шахтном реакторах. Для этого в БТА трубчатой печи встраивается дополнительный змеевик подогрева ПГС для подачи ее в трубчатый реактор. Трубы трубчатого реактора обогреваются конвертированным газом после шахтного реактора. Трубчатая печь содержит трубы увеличенного диаметра. Модернизируется смеситель шахтного реактора	Реактор вторичного риформинга сохраняется в тех же габаритах, как в агрегате АМ-76
Котлы-утилизаторы I ступени		Полностью сохраняются
Котел-утилизатор II ступени	Котел заменяется на котел аналогичный котлу-утилизатору, установленному после конвертора CO I ступени (при максимальной мощности)	Сохраняется при мощности 2000 т/сут
Охлаждение конвертированного газа	Теплообменник неочищенной АВС заменяется
Конвертор CO II ступени	Устанавливается аналогичный конвертору I ступени с однополочной насадкой радиального типа	Сохраняется при мощности 2000 т/сут в модернизированном варианте по 7.1.3
Очистка газа от CO 2	Применяется МДЭА-очистка. Изменяется система утилизации тепла после стадии очистки без связи с АХУ. Перекачивающие насосы МДЭА-раствора - с паровым приводом от конденсационной турбины. Устанавливается агрегат мотор-насос-турбина для сокращения расхода энергии при перекачке раствора
Метанирование	Изменяется система утилизации тепла на стадии метанирования. Заменяются подогреватели недеаэрированной питательной воды	Метанатор сохраняется в тех же габаритах
Компрессор синтез-газа	Компрессор синтез-газа мощностью 27 МВт, трехступенчатый с системой осушки газа после I ступени, с паровым приводом от модернизированной турбины. Давление нагнетания третьей ступени 18,14 19,12 МПа (в зависимости от активности катализатора синтеза аммиака)
Циркуляционный компрессор	Циркуляционный компрессор мощностью 2500 кВт
Синтез аммиака	Синтез аммиака - с предреактором. Основной реактор синтеза - трехполочный, с межполочными теплообменниками и объемом катализатора 50 55 м 3, расположенном в трех корпусах. В циркуляционной смеси на выходе из основного реактора - 17,5 19 % NH 3. Максимальный циркуляционный поток - 920 тыс. нм 3/час. Предреактор - двухполочный, с межполочным теплообменником и объемом катализатора 20 22 м 3
Система охлаждения и конденсации аммиака	Для охлаждения и конденсации аммиака устанавливается компрессионная машина с приводом от паровой турбины

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

2.6.1.2 Зарубежные технологии

Технология производства аммиака Uhde

На блок-схеме установки получения аммиака по технологии Uhde (см. рис. 2.4) представлена традиционная последовательность стадий процесса, которые являются основой большинства современных процессов.

Рисунок 2.4 - Блок-схема установки получения аммиака по технологии Uhde

Общее энергопотребление (расход сырья, топлива и электроэнергии) на тонну аммиака составляет от 6,6 до 7,2 Гкал (27,6-30,1 ГДж) в зависимости от местных условий (например, от температуры охлаждающей воды) и специфики проекта (например, цены на природный газ).

Для достижения вышеназванного показателя следующие стадии процесса были подвергнуты существенным изменениям:

печь риформинга и ее система утилизации отходящего тепла;

стадия очистки от СО ₂;

стадия синтеза аммиака.

Паровой риформинг

Общая эффективность установки по производству аммиака была повышена за счет внедрения следующих модификаций:

Смещение процесса риформинга с печи первичного риформинга в сторону печи вторичного риформинга за счет включения в технологическую схему стадии утилизации продувочного газа.

Таким образом, водород возвращается на всас компрессора синтез-газа, печь вторичного риформинга работает с избытком воздуха, и соотношение водород-азот в подпиточном газе поддерживается на уровне, близком к 3:1.

Подогрев технологического воздуха для реактора вторичного риформинга до более высокой температуры (540 °С).

Смещение процесса риформинга в сторону реактора вторичного риформинга повлечет за собой более низкие рабочие температуры в печи первичного риформинга и экономии топлива.

Оптимальное использование снижения нагрузки на печь первичного риформинга.

Это достигается за счет повышения давления в печи риформинга до 40 бар при сохранении срока службы реакционных труб 100 000 часов. При этом происходит дальнейшее сокращение общего энергопотребления, потому что потребляемая мощность компрессоров уменьшается.

Подогрев смеси сырье/пар до более высокой температуры.

Таким образом, уменьшается потребление топлива печи первичного риформинга, так как теплопередача осуществляется в конвекционной зоне, а не в радиантной.

Уменьшение соотношения пар: углерод до 3,0.

В нижеследующей таблице указаны рабочие характеристики риформинга:

Соотношение пар/углерод		3,0
Температура на выходе печи первичного риформинга	°C	530-580
Давление на выходе печи первичного риформинга	бар	39-43
Содержание метана на выходе печи первичного риформинга	% об.	10-13
Содержание метана на выходе реактора вторичного риформинга	% об.	0,3-0,6
Температура технологического воздуха	°C	520-600
Температура воздуха для горения	°C	250-440
Перегретый пар 125 бар	°C	530-540
Температура в дымовой трубе	°C	120-180

Очистка от СО ₂

Для очистки от СО ₂ имеются разные способы химической и физической абсорбции, например, аМДЭА, процесс Бенфильд, Amine Guard и Селексол. Самым низким энергопотреблением отличается способ с использованием активированного МДЭА (аМДЭА) по лицензии компании BASF. При этом раствор регенерируется мгновенным вскипанием вместо отпаривания.

В процессе аМДЭА водный раствор N-метилдиэтаноламина используется со специальным активатором, действующем как растворитель. Процесс сочетает преимущества как хемосорбции, так и физической абсорбции СО ₂.

Схема включает в себя двухступенчатый абсорбер, в нижней части которого основная часть СО ₂ удаляется с помощью обедненного раствора, регенерированного в двухступенчатом испарителе мгновенного вскипания (ИМВ). В верхней части абсорбера осуществляется конечная очистка конвертированного газа до остаточного содержания СО ₂ в ppm с помощью относительно малой доли общего количества циркулирующего растворителя, и только эта небольшая часть растворителя затем подлежит термической регенерации в отпарной колонне. Таким образом, удельное энергопотребление системы рекуперации СО ₂ уменьшается до 1340 кДж/нм ³ СО ₂.

Кроме того, описанная технология имеет следующие преимущества:

высокий коэффициент рекуперации СО ₂ (свыше 96 %) и высокая степень чистоты СО ₂ (свыше 99 % объемных);

ингибиторы коррозии не требуются, потому что раствор не вызывает коррозию углеродистой стали;

потери раствора сведены до минимума в связи с низким давлением вскипания и отсутствием изнашивания аМДЭА. Восстановление раствора не требуется;

отсутствие токсичных растворителей;

отсутствие проблем кристаллизации.

Синтез аммиака

Наиболее существенным изменениям по сравнению с ранней схемой подвергался узел синтеза аммиака.

Его основной отличительной чертой является высокая степень конверсии, которая достигается с помощью большого объема катализатора. В целях минимизации размера и стоимости реактора синтеза при сохранении низкого перепада давления, необходимо использовать:

мелкозернистый катализатор;

реактор радиального типа.

В узле синтеза аммиака Uhde установлена система трехслойных реакторов радиального типа.

Синтез с высокой степенью конверсии имеет значительные преимущества, потому что существенно уменьшаются количество циркуляционного газа, мощность циркуляционного насоса и поверхность теплообмена. Энергопотребление на охлаждение также уменьшается пропорционально, потому что основная часть полученного аммиака конденсирует уже перед холодильником контура синтеза.

Технологические параметры контура синтеза аммиака приведены:

Соотношение H 2/N 2 на выходе узла метанирования		2,95
Давление в контуре синтеза	бар	140-210
Содержание NH 3 на входе реактора синтеза	% об.		3-5
Содержание NH 3 на выходе реактора синтеза	% об.		20-25
Генерация пара ВД	т/т NH 3		1,1 - 1,5
Число реакторов			1 или 2

Производство аммиака из водорода, получаемого из продувочного газа синтеза метанола

В настоящее время на ПАО "Метафракс" ведется строительство комплекса по производству аммиака, карбамида и меламина. Особенностью производства аммиака, входящего в состав комплекса, является использование в качестве сырья для получения водорода продувочного газа производства метанола, который в настоящее время направляется на сжигание в печи риформинга.

Проектная мощность нового производства аммиака составляет 900 т/сутки. Блок-схема производства аммиака представлена на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 - Блок-схема производства аммиака на ПАО "Метафракс"

Исходным сырьём в данном производстве является водород высокой степени очистки, поступающий из установки короткоцикловой адсорбции (КЦА) и азот, поступающий из действующей установки разделения воздуха.

Инновационным подходом в данном производстве является использование сред, считающихся отходами действующего на предприятии производства метанола, или необходимых продувок, образующихся в технологическом процессе получения метанола, в качестве ценных сырьевых компонентов производства аммиака.

Основными технологическими стадиями проектируемого производства аммиака являются:

- сжатие азота;

- сжатие синтез-газа;

- синтез аммиака;

- конденсация и выделение аммиака.

Для безопасности ведения технологического процесса предусмотрена факельная установка.

Сжатый азот и водород смешивают в мольном соотношении 1:3 и направляют на всас компрессора синтез-газа.

На последнюю ступень сжатия в компрессор поступает также не сконденсировавшийся в аммиачном ступенчатом холодильнике газовый поток - непрореагировавшие компоненты с небольшим содержанием аммиака.

Из компрессора синтез-газ при давлении 15,5 МПа и температуре 73 °С направляется в теплообменник горячего газа, в котором его нагревают до температуры 178 °С, после чего нагретый газ поступает в реактор синтеза аммиака, в котором при температуре 430 °С синтез-газ проходит несколько каталитических зон с образованием аммиака.

Полученная смесь газов с содержанием аммиака 20 % мол. из реактора поступает в ряд теплообменников.

Снятие тепла сопровождается получением пара среднего давления. Охлаждённая до 35 °С смесь газов поступает на захолаживание в специальный холодильник. В качестве хладоагента используется сжиженный аммиак. С первой ступени аммиачного холодильника сжиженная масса поступает на вторую ступень, а несконденсировавшаяся - возвращается в голову процесса. Со второй ступени сжиженный аммиак - товарный продукт, поступает потребителям или на склад.

Несконденсировавшаяся масса поступает в сепаратор, из которого жидкий аммиак поступает в аммиачный холодильный цикл, а газообразный - обратно в ступенчатый холодильник.

Несконденсировавшаяся газовая смесь (H ₂, N ₂, NH ₃) в процессе захолаживания аммиака и холодильного цикла после подвергается дополнительному охлаждению и далее используется в качестве топливного газа.

Для обеспечения условий пуска и остановки производства аммиака и на случай возможных аварийных ситуаций предусматривается факельная система. В штатном режиме выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух имеют место только от дежурных горелок.

Также для обеспечения требований производства предусматривается пусковой подогреватель, использующий в качестве топлива природный газ.

Основные показатели расхода сырья, материалов и энергоресурсов представлены в таблице 2.17. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу представлены в таблице 2.18.

Таблица 2.17 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов на 1 т производимого аммиака

Наименование	Единица измерения	Значение
Природный газ	нм 3	631
Азот среднего давления	нм 3	659
Электроэнергия	кВт*ч	0,659
Оборотная вода	м 3	96,2

Таблица 2.18 - Выбросы в атмосферу на 1 т производимого аммиака

Выхлопной газ	Ед. изм.	Максимальная масса выбросов ЗВ после очистки
NOx	кг/т	0,001
СО	кг/т	0,005