Современная энергосберегающая технология синтеза аммиака из азотоводородной смеси, осуществленная по циклической схеме

 
     Для оптимизации процесса  предлагаются следующие положения: 
 - соотношение пар/газ=2.8 за счет использования предреформинга и спец. катализатора СТК,

- высокая температура  в первичном реформинге за счет использования жаропрочных труб, 

- остаточный СОx после очистки от СО2 удаляется синтезом метанола. 
     Агрегаты IV-го поколения ICI (AMV Process) отличают следующие особенности: 
 - подача избыточного (на 20%) количества воздуха во вторичный реформинг и более мягкие условия первичного реформинга,

- низкое давление синтеза (80-110 атм),

- рекуперация водорода  из продувочных газов при давлении  синтеза, 
- экономия энергии (6.8-6.9 Гкал/т).    

 В таблице 4 представлены основные технические параметры процесса AMV фирмы ICI и традиционной технологии.

Таблица 4 - Технические показатели процесса синтеза аммиака AMV (ICI) и традиционной технологии

Источник: Институт катализа им. Г. К. Борескова

 
   Второй процесс, разработанный ICI (LCA Process), предполагает использование первичного реформинга с газовым обогревом. На рис. 2.6 представлена схема реактора синтеза аммиака, разработанного ICI для данного процесса.  
Основные особенности процесса:

- первичный реформинг без огневого подогрева,

- большой избыток воздуха во вторичном реформинге, 

- соотношение пар:газ=2.5,

- конверсия СО в одну стадию,

- выделение N2, Ar, CO2 методом КЦА,

- давление синтеза –  80 атм.

Упрощенно схему процесса LCA можно представить следующим  образом: 
     Также вкратце хотелось бы описать современные  варианты агрегатов синтеза аммиака компаний Linde, Kellog Brown & Root, Lurgi. 
Особенности агрегатов синтеза аммиака Linde (LAC): 
- водород получают паровой конверсией при 850°С, одноступенчатой конверсией СО и КЦА,

- азот получают криогенным  разделением воздуха, 
- нет продувочных газов,

- общее количество катализатора  снижено в 2 раза.

В агрегатах производства аммиака 4-го поколения Broun&Root Purifier process основная идея  – использование во вторичном реформинге расхода воздуха на 50% выше стехиометрического с выделением избыточного азота криогенным разделением перед компрессором синтез-газа. Особенности данного процесса можно кратко представить следующим образом:

Рисунок 2.6 - Схема процесса синтеза аммиака LCA (ICI)

- метан и аргон выделяются  криогенно. Синтез-газ содержит  только 0.25% инерта (Ar),

- существенно снижена  температура в первичном реформинге,

- соотношение пар/газ меньше 3,

- дополнительный воздух  дает дополнительное тепло,

- остаточное содержание  метана – 1.5%,

- концентрация СО после  НТК – 2.35%.    

 Особенности процесса KAAP/KRES фирмы Kellog Brown & Root:  
- отсутствие первичного реформинга,

- давление синтеза –  около 90атм, 
- катализатор синтеза – Ru/C,

- одноступенчатый компрессор  синтез-газа, 
- отделение H2 и N2 из продувочных газов,

- потребление энергии  6.5-6.7 Гкал/т NH3.    

 Особенности процесса Megammonia компании LURGI, мощностью 4000 тонн в сутки:

- нет первичного реформинга,

- автотермичный реформинг на кислороде при 60 атм., 

- нет НТК,

- азот после разделения  воздуха,

- криогенное выделение  СО2, рециркуляция СН4, СО и Ar,

- синтез при 200 атм.

 

4. Экономическая эффективность

 

Экономическая эффективность  определена на основе серии последовательно выполненных расчетов показателей (себестоимости продукции, срока окупаемости, прибыли, чистой дисконтированной стоимости дохода, дополнительных капиталовложений и др.)

Оценка эффективности  проектных решений осуществлена путем сопоставления стоимостных и натуральных показателей, характеризующих различные варианты решений. К основным стоимостным показателям относятся себестоимость дохода продукции, срок окупаемости, прибыли, чистая дисконтированная стоимость дохода и дополнительные капиталовложения. К натуральным  показателям относятся: производительность труда, расход сырья и материалов, топлива и энергии, использование оборудования и производственных площадей и др. стоимостные показатели дают оценку экономической эффективности производства аммиака.

В годы кризиса (с 2008-го по 2010 г.) украинские производители азотных минеральных удобрений забыли, что такое модернизация производства, поскольку химический бизнес был слишком дестабилизирован: сложно было предположить, стоит ли им заниматься в дальнейшем. Начиная с прошлого года, когда котировки удобрений в мире стали существенно расти, появилась надежда на то, что рентабельность заводов удастся восстановить. Особенные чаяния химиков были связаны с продажей активов стратегическому инвестору, который должен был их обеспечить более дешевым газом, чем рыночный. И это случилось. Первым на приход такого инвестора отреагировал «Стирол». Его поглощение бизнесменом Дмитрием Фирташем завершилось в сентябре прошлого года, а уже в этом году завод существенно нарастил производство аммиака, карбамида, реанимировал производство селитры. И наконец на «Стироле» заговорили об инвестициях в реконструкцию. «Вопрос по инвестициям, направленным на снижение расходного коэффициента по природному газу, будет решаться уже в этом году. Я оцениваю их объем на уровне 100 млн. грн. в 2011 г.»,— сообщил предправления ПАО «Стирол» Сергей Павлючук в конце апреля. По его словам, в данный момент расход природного газа на предприятии составляет 1150-1170 куб. м на 1 т аммиака. После внедрения технологии по снижению потребления газа расход топлива снизится на 30-40 куб. м на 1 т аммиака. «В результате экономия природного газа составит около 2,7-3 млн. куб. м в месяц»,— прогнозирует руководитель «Стирола». Наши химики — впереди российских Пока больше никто из менеджмента химзаводов не анонсировал вложения в модернизацию, но это не значит, что химики сидели с момента получения независимости Украины сложа руки. Другое дело, что им невыгодно было рапортовать о снижении потребления газа в отрасли, поскольку им бы урезали его поставки, а старые объемы газа нужны производителям, чтобы увеличить выпуск продукции. Как известно, реконструкция мощностей подразумевает два направления. Первое — уменьшение расхода газа на агрегатах аммиака, второе — расширение ассортимента и мощностей выпуска удобрений. Относительно первого можно констатировать, что украинские заводы в плане расходных коэффициентов по газу на тонну аммиака опередили российских химиков. Так, по данным старшего научного сотрудника черкасского НИИТЭХИМ Николая Селихова, в период с 1990 г. по 2010 г. шесть азотных предприятий сократили удельный расход газа на тонну аммиака более чем на 300 куб. м — с 1,458 тыс. куб. м до 1,120. Это ежегодно экономит при полной загрузке производств более 30 млн. куб. м газа (ежегодная потребность отрасли в газе — около 7 млрд. куб. м). Более других сократил потребление газа при производстве аммиака «Ровноазот». Его расходный коэффициент составляет 990 куб. м газа на тонну аммиака. «Без учета промышленных затрат на производство аммиака на «Ровноазоте» идет около 750-780 кубов газа — примерно столько же, сколько на новейших предприятиях Бахрейна и Йемена. Такие заводы «под ключ» строит корпорация Koch. Они потребляют 720-750 кубов в процессе производства тонны аммиака»,— говорят в DF Group. Для сравнения. Российские азотные предприятия расходуют, по данным президента Союза химиков России Виктора Иванова, 1,2-1,4 тыс. куб. м газа на выпуск тонны аммиака. Поэтому в этом направлении есть основания говорить о том, что наши предприятия опережают своих российских конкурентов. Что касается развития самих мощностей, в этом направлении также проведена большая работа за время независимости Украины. Одесский припортовый завод расширил производство аммиака с 900 тыс. т в год до 1,3 млн. т; карбамида — с 660 тыс. т в год почти до 1 млн. Черкасский «Азот» в 2010 г. расширил проектные мощности по производству карбамида с 720 тыс. т ежегодно до 970 тыс. т. Это делает предприятие третьим по мощности выпуска мочевины в отрасли после ОПЗ и «Стирола». «Стирол» уже увеличил проектные мощности по аммиаку до 1,385 млн. т в год, карбамида — с 900 тыс. т до 1,150 млн. т. «Ровноазот» расширил производство известково-аммиачной селитры с 10,755 тыс. т в 2003 г. до 378,257 тыс. т в 2008-м. «ДнепрАзот» увеличил выпуск карбамида с 720 тыс. т в год до 810 тыс. т. Северодонецкий «Азот» увеличил производство карбамида с 590 тыс. т в год до 720. «Суммарно сегодня общая проектная мощность по выпуску аммиака в отрасли составляет 5,5 млн. т, тогда как до начала реконструкции она не превышала 4,9 млн. т»,— говорит Николай Селихов. Рост выпуска аммиака на 600 тыс. т в год приравнивается практически к появлению нового производства. Какими были мощности по аммиачной селитре, узнать не удалось, но ныне они составляют около 3 млн. т — 2,860 млн. За последние 6 лет химики достигли наивысшего показателя производства этого удобрения лишь в 2007-м — предкризисном году. Тогда его выпуск составил 2,468 млн. т, и пока этот показатель не достигнут, внутренний рынок еще не способен поглотить такие объемы (потребляется в Украине ежегодно не более 1,8 млн. т селитры). Таким образом, отрасль способна ежегодно производить более 8 млн. т удобрений. Еще в 2005 г. этот показатель был более скромным — не превышал 6 млн. т. И сколько бы химиков не обвиняли в том, что они слишком медленно осуществляют техническое переоснащение производства, многое они уже сделали в этом направлении. Цены Вернуться вновь к теме модернизации химиков заставил благоприятный внешний рынок. В 2010 г. удобрения подорожали на мировом рынке в сравнении с 2009 г. более чем на 50%. В первом квартале 2010 г. цена аммиака, карбамида и селитры в среднем выросла на 28%, что не предрекалось экспертами в 2010 г. Максимум, что прочили рынку,— 15-20%. Более остальных продуктов удивил аммиак. 7 апреля 2011 г. его экспортная цена достигла пиковой отметки сентября 2008 г. — $505/т. Это привело к тому, что производители переориентировались на выпуск товарного аммиака, и это удобрение принесет хорошую прибыль владельцам химзаводов, по крайней мере, в первом полугодии. «Аммиак вырос в цене и стал очень прибыльным товаром для экспорта из-за сокращения производства в других регионах и стабильно высокого потребления в США»,— объясняет Дмитрий Гордейчук. Сравнительные данные за первый квартал 2009 г. и 2010 г. указывают на то, что в этот период аммиак прибавил в цене в среднем $132 на тонне, или вырос на 38%. Далее следует карбамид. Его достижения скромнее — рост стоимости составил 26%, или $79 на тонне. Селитра подорожала менее остальных продуктов — на 21%, или на $53 на каждой вывезенной тонне. Котировки указываются на условиях FOB, порт «Южный». Как будет дальше развиваться ценовая ситуация в мире, сказать сложно. Ясно только то, что с подорожанием продовольствия, а именно зерновой группы товаров в мире, будут расти в цене и удобрения с незначительным временным лагом. Это позволяет химикам рассчитывать на положительную работу до тех пор, пока в мире не будет решена проблема продовольственного кризиса. Ведь не стоимость газа, как считалось ранее, а цены на продовольствие коррелируют с ценами на удобрения. «Такие фундаментальные факторы, как стоимость зерновых и рост населения одновременно с изменением рациона в пользу мясной продукции, а также долларовая инфляция, предполагают стабильный рост котировок удобрений, тем более что введение большинства новых мощностей на мировом рынке было перенесено на 2012 г.»,— говорит Николай Батрацкий, аналитик компании ООО «Маркер Груп». Он считает, что сомнений в дальнейшем росте цен на удобрения в мире практически нет. Тем не менее очень многое будет зависеть от урожая 2011 г. и стоимости зерновых. «Если не будет природных катаклизмов, то, скорее всего, в первой половине 2011 г. сезонное снижение котировок летом будет менее резким по сравнению с 2010 г. Но и рост в начале осени будет не столь значительным»,— считает эксперт. Стратегия Долгое время химиков обвиняли в разрозненности интересов и отсутствии стратегии и видения жизнедеятельности химии в далекой перспективе. Теперь наконец-то эти обвинения не будут иметь под собой основания. Пока аналитики пытаются угадать поведение цен на рынке удобрений, собственник большинства азотных предприятий Дмитрий Фирташ готовит почву для успешной торговли. Кроме того, что он ведет переговоры с российскими компаниями по усилению экспансии на мировых рынках, он намерен наращивать производство удобрений на своих заводах. «Постараемся выйти на докризисный уровень производства»,— сказал он 20 апреля журналистам. Третье направление, которое осуществляет предприниматель — усиление логистических возможностей. «Мы сейчас выкупаем склады по стране, чтобы оптимизировать сбыт удобрений. Уже известно, какой завод, какой регион внутреннего рынка будет обеспечивать удобрениями»,— сообщил господин Фирташ. Эти планы складываются в четкую стратегию, которая напоминает поведение «Еврохима» в период консолидации активов в России и захвата украинского рынка импортными поставками селитры. В результате этой работы «Еврохим» добился поставок в Украину около 60% ввозимой селитры. На похожую экспансию в производстве и экспортном и внутреннем сбыте рассчитывает и новоиспеченный Дмитрий Фирташ.

 

     

 

Заключение

Соединения азота играют исключительно важную роль в жизни  на Земле, поскольку они являются составной частью всех белковых соединений и находят широкое применение во всех областях деятельности человека. В настоящее время основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотсодержащих соединений является аммиак, а синтез его из водорода и азота - единственным крупномасштабным методом производства этого важнейшего продукта.

Исследования каталитического  синтеза аммиака проводились  учеными разных стран, поэтому решение  этой проблемы носит интернациональный  характер.

Современные агрегаты синтеза  аммиака мощностью созданы на основе последних достижений науки  и техники, что позволило добиться значительного снижения энерго-материальных и капитальных затрат, обеспечить низкую себестоимость выпускаемой продукции и высокую производительность труда. Все это достигнуто в результате разработки совершенных энерго-технологических схем, обеспечивающих высокий к.п.д. использования сырья и топлива, применения высокопроизводительного оборудования, более эффективных машин (центробежных компрессоров и циркуляционных насосов, абсорбционно-холодильных установок), применения более активных, стабильных и селективных катализаторов, новых эффективных поглотителей, комплексной автоматизации производства. аммиак синтез кинетика термодинамика

В ходе курсовой работы был  исследован процесс производства аммиака, охарактеризована сырьевая база и области применения продукта, изучены физико - химические основы и кинетика процесса, описана схема технологического процесса и основных аппаратов, дана оценка экологичности производства и приведен материальный баланс.