Производство синтетического аммиака

В случае прекращения подачи воды требуется немедленная остановка цеха. В противном случае произойдет повышение температуры газа перед циркуляционными компрессорами и прекратится охлаждение их сальников.

Из внутренних причин нарушения режима наиболее нежелательные последствия вызываются неправильной выдачей жидкого аммиака на склад. При этом повышается уровень жидкости в конденсационных колоннах, что может привести к попаданию жидкого аммиака в колонны, резкому снижению температуры катализатора, следствием чего часто является поломка насадки колонн синтеза.

Превышение уровня жидкого аммиака в первичных сепараторах может закончиться их переполнением и перебросом жидкого аммиака в циркуляционные компрессоры. Вследствие этого в цилиндрах нагнетателей возникают гидравлические удары, которые могут привести к разрушению машин.

Опасно также понижение уровней в указанных аппаратах {ниже нормы), так как при этом может исчезнуть гидравлический затвор, и газ под давлением 300 ат устремится в трубопроводы для жидкого аммиака. В результате возможно разрушение газоотделителя. Если даже при этом сработают предохранительные устройства, неизбежно разлитие жидкого аммиака с возможностью отравления им людей. При малейших неполадках в работе автоматического управления следует переходить на ручное обслуживание с выдачей жидкого аммиака из сепаратора («под- газ») и следить за давлением по манометрам, установленным на трубопроводах для жидкого аммиака.

Аварии могут возникать, кроме того, при нарушении режима работы циркуляционных нагнетателей. Увеличение сверх 30 ат перепада давления между всасывающей и нагнетательной линиями может привести к обрыву штоков в поршневых машинах, к сдвигу вала и разрушению подшипников циркуляционных нагнетателей. При возрастании перепада нагрузка нагнетателей должна быть немедленно снижена.

Следует также иметь в виду, что резкое уменьшение интенсивности циркуляции газа вызывает резкий скачок температуры в колонне. Если в этом случае колонна находится на разогреве, возможен перегрев спиралей электрического подогревателя, что приводит к выходу его из строя.

При возникновении неполадок на одном участке технологического процесса необходимо обращать серьезное внимание на все связанные с ним другие звенья, чтобы меры, принятые к ликвидации одного из нарушений, не вызвали возможных аварий на смежном участке.

Спецификация оборудования. Насадки колонн синтеза

Колонны синтеза состоят из корпуса и насадки, включающей теплообменник и катализаторную коробку.

Применяемые в настоящее время конструкции насадок можно свести к следующим типам:

1. Трубчатые насадки с теплообменником в зоне катализа, подразделяемые на противоточные, в которых потоки газа в теплообменных трубках и в слое катализатора имеют встречное направление (см. рис. VI-10), и прямоточные (обычно с двойными теплообменными трубками), в которых потоки газа движутся в трубках и в слое катализатора параллельно друг другу (см. рис. VI-! 1).

2. Полочные насадки с катализатором, загруженным сплошным слоем на полки, и подводом холодного газа в пространство между полками (см. рис. VI-13).

Известны также многочисленные варианты конструкции насадок, являющихся комбинациями перечисленных выше типов (см., например, рис. У1-12). Производительность колонн во многом зависит от конструкции их насадок, совершенство которых оценивается простотой и надежностью работы, а также возможностью создания наиболее благоприятного температурного режима синтеза аммиака. В идеальном случае распределение температур по высоте слоя.

Для обеспечения оптимального режима должно быть правильно определено соотношение размеров предварительного теплообменника и катализаторной коробки и организован отвод тепла из зоны реакции таким образом, чтобы исключалась возможность как перегрева, так и переохлаждения катализатора.

Трудность создания температурного режима колонн синтеза, близкого к оптимальному, связана с тем, что образование аммиака по высоте катализаторной коробки и, следовательно, выделение тепла происходят неравномерно.

Рис. 2 - Противоточная насадка Рис. VI-11 - Прямоточная насадка (справа изображены графики распределения температур в катализаторной коробке): 1 - предварительный (нижний) теплообменник; 2 - катализаторная коробка; 3 - теплообменные трубки катализаторной коробки.

Вертикальные водяные холодильники-конденсаторы состоят из пучка согнутых в спирали труб высокого давления, помещенных в стальной цилиндрический кожух; концы труб ввальцованы в распределительные камеры. Газ движется по змеевикам сверху вниз, вода проходит в кожухе противотоком газу. В зависимости от производительности агрегатов синтеза аммиака охлаждающая поверхность таких конденсаторов составляет 150 -- 200 л2.

К наиболее эффективным типам конденсаторов относятся спиральные теплообменники. Они достаточно компактны, однако из-за трудности изготовления еще редко применяются.

Аммиачные конденсаторы устанавливают в дополнение к водяным конденсаторам. Они являются второй ступенью охлаждения циркуляционного газа и служат для более полной конденсации из него аммиака. Ниже кратко описаны применяемые типы аммиачных конденсаторов.

Горизонтальный конденсатор представляет собой стальной котел, рассчитанный на давление 16 ат. В нижней части котла размещается от 5 до 8 секций труб высокого давления, каждая из которых состоит из шести горизонтальных труб, соединенных между собой.

Снаружи такого конденсатора расположены газовые коллекторы, связывающие секции труб высокого давления по входу и выходу газа. Газ поступает в конденсатор сверху, разветвляется на параллельные потоки по секциям и движется вниз, переходя затем в нижний коллектор. Нижние ряды труб высокого давления погружены в кипящий жидкий аммиак, залитый в котел, а верхние трубы охлаждаются парами аммиака. Чем меньше давление паров над жидким аммиаком, тем ниже возможная температура охлаждения. Обычно конденсатор работает при давлении 2 ат.

Котел конденсатора имеет предохранительные устройства -- рычажные или пружинные клапаны и взрывные пластины, предотвращающие возможность случайного повышения давления в котле.

Вертикальный конденсатор (рис. VI-19) также представляет собой котел, заполняемый до определенного уровня жидким аммиаком. В котле размещены змеевики 3 (трубы высокого давления). Смесь входит в конденсатор через верхний коллектор 2 и движется через параллельно включенные змеевики (до 12. шт.) внутренним диаметром 25 -- 35 мм. Охлажденная газовая смесь выходит из аппарата через нижний коллектор б при температуре 10 -- 20 °С. Охлаждающая поверхность змеевиков-испарителей, установленных на крупных агрегатах, достигает 100 м.

Жидкий аммиак подается в испаритель (конденсатор) снизу, газообразный испарившийся аммиак отводится по трубке в ловушку /. Здесь задерживаются капли жидкого аммиака, уносимые газом; жидкость стекает обратно в аппарат через вертикальную трубу 5.

Сепараторы и фильтры

Фильтры предназначены для очистки газа от твердых и жидких веществ, сепараторы -- для отделения жидкого аммиака.

Применяются следующие способы выделения из газа твердых примесей и капель жидкости: фильтрация через пористые материалы, очистка под действием силы тяжести и резкого изменения скорости и направления газа, очистка в поле центробежных сил (созданием вращательного движения газа). Различают несколько типов сепараторов и фильтров.

Вертикальный сепаратор (рис. У1-20) состоит из толстостенного стального цилиндрического корпуса 2 с верхней и нижней крышками / и 5. Внутри аппарата имеется цилиндр 4, ввальцованный в верхнюю часть корпуса и опускающийся на треть его высоты. Газ, содержащий капельки жидкости, входит в сепаратор через отверстие и движется по кольцевому зазору между внутренней стенкой корпуса 2 и цилиндром 4. На выходе из этого кольцевого зазора газ изменяет скорость и направление и устремляется вверх цилиндра. Отделение капель жидкости от газа происходит под действием силы тяжести, изменения направления и скорости газового потока.

Внутри цилиндра на металлических стержнях укреплены отбойники 3, представляющие собой стальные полудиски, повернутые друг к другу под углом 30°. Уносимые газом брызги жидкого аммиака ударяются об отбойники и стекают вниз. Газ, освобожденный от жидкости, выходит из сепаратора через верхнее отверстие, жидкий аммиак удаляется из аппарата снизу. Для предотвращения прорыва газа в жидкостной трубопровод (что очень опасно) в сепараторе всегда поддерживается определенный уровень жидкого аммиака при помощи регулятора уровня, получающего соответствующий импульс от камеры 6.

Циркуляционные нагнетатели

В качестве циркуляционных нагнетателей применяются поршневые и центробежные компрессоры, а также газоструйные компрессоры (инжекторы).

Поршневые циркуляционные компрессоры (ПЦК) представляют собой машины двойного действия с сжатием газа в одну ступень и с одним или двумя параллельно работающими цилиндрами. Цилиндры не охлаждаются, так как количество выделяющегося тепла незначительно вследствие небольшой степени сжатия газа.

Характеристика некоторых типов поршневых нагнетателей, применяемых в производстве аммиака, приведена ниже.

Центробежные циркуляционные компрессоры (ЦЦК) являются многоступенчатыми центробежными машинами, непосредственно соединенными с электродвигателем и помещенные в толстостенный сосуд высокого давления (корпус). Такая конструкция компрессора позволяет исключить применение сальников, что является одним из достоинств ЦЦК (см. ниже).

Газ входит в корпус ЦЦК (рис. У1-24) со стороны двигателя, движется в кольцевой щели между корпусом компрессора и электродвигателя и выходит через окно промежуточного фонаря во всасывающую камеру первого рабочего колеса. Здесь газ центробежной силой отбрасывается на периферию. Проходя все рабочие колеса машины, газ подвергается сжатию до нужного давления и через нагнетательный патрубок удаляется из компрессора в трубопровод.

В большинстве случаев центробежные компрессоры работают при перепаде давлений 15 -- 20 ат между всасывающим и нагнетательным патрубками и, в зависимости от этого, имеют от 10 до 14 рабочих колес. Производительность ЦЦК составляет 300 -- 400 м3/ч сжатого газа.

Изоляционные материалы в электродвигателях аммиачных компрессоров при соприкосновении с аммиаком быстро теряют диэлектрические свойства. Поэтому, чтобы предотвращался контакт изоляции с циркуляционным газом, для обдувки двигателя применяется свежая азото-водородная смесь, предварительно освобожденная от водяных паров путем охлаждения испаряющимся аммиаком с последующей осушкой смеси силикагелем.

Компрессор имеет байпас (перепускной вентиль), которым пользуются при пуске машины и для регулирования ее нагрузки.

Преимущества центробежных компрессоров перед поршневыми заключаются в следующем: ЦЦК работают почти без смазки, благодаря чему газ не загрязняется маслом. Из-за отсутствия сальниковых уплотнений высокого давления в таких компрессорах снижаются потери газа и уменьшается возможность проникания газа в рабочие помещения. ЦЦК создают равномерный газовый поток без пульсаций характерных для работы поршневых компрессоров.

Типы контрольно-измерительных приборов. Измерение температуры

Температуру газа и кислоты в сернокислотном производстве измеряют при помощи ртутных термометров, термометров сопротивления и термопар, причём точность измерения термометрами сопротивления и термопарами выше; для обеспечения такой точности применяются разнообразные логометры, мосты сопротивления, милливольтметры и потенциометры - показывающие, автоматические регистрирующие одновременно несколько показаний и сигнализирующие.

Для измерения температуры до 500?С широко применяют ртутные термометры, однако более удобны в производственных условиях термометры сопротивления. Принцип их действия основан на измерении электропроводимости металлов при различной температуре.

Для измерения более высоких температур (300-1800?С) применяют термопары, состоящие из двух спаянных проволочек, выполненных из различных металлов или сплавов).

Измерение давления и разрежения осуществляется с помощью U-образных (двухтрубных) и чашечных (однотрубных) манометров, вакуумметров и микроманометров, заполненных водой, ртутью или какой-либо другой жидкостью. О разрежении или давлении судят по разности уровней жидкости в трубах.

Такие манометры применяются для измерения избыточного давления воздуха и газов до 7 кПа, и 0,1 МПа, а тягомеры для измерения разрежения до 0,101 МПа.

Объём проходящих газов или жидкости обычно измеряют при помощи диафрагмы - металлического диска с отверстием посредине. Диафрагма закрепляется между двумя фланцами трубопровода. Отверстие диафрагмы меньше диаметра трубопровода, поэтому при прохождении газа (жидкости) создаётся сопротивление, которое тем больше, чем выше скорость газа (жидкости) в трубопроводе.

Коррозионная стойкость материалов для основного и вспомогательного оборудования

Рациональный выбор материалов для изготовления аппаратуры имеет большое практическое значение и в значительной степени определяет экономические показатели химического производства. Материал должен быть прежде всего достаточно стойким к воздействию аммиака.

Коррозионная активность аммиака по отношению к материалам зависит главным образом от её концентрации, температуры и наличия примесей.

При выборе материалов для изготовления химической аппаратуры учитывается не только их стойкость к коррозии, но и прочность, устойчивость при высокой температуре, возможность обработки и сварки материала, его доступность и стоимость. Если чёрные металлы достаточно стойки к коррозии в условиях работы данного аппарата или технологического узла, то эти материалы используются в первую очередь, так как они весьма прочны, доступны и достаточно дёшевы. Часто применяются также легированные чёрные металлы (содержащие легирующие добавки) или специальные сплавы, обладающие повышенной коррозийной стойкостью. Однако специальные сплавы обычно дороги и в условиях, часто используют неметаллические химически стойкие материалы.

В аммиачной промышленности неметаллические материалы применяются особенно широко, так как многие из них весьма стойки к действию аммиака в широком диапазоне её концентраций и температур.

Почти все важнейшие аппараты в производстве аммиака изготовляют из стали и чугуна, в большинстве случаев изнутри их футеруют или покрывают кислостойкими материалами- керамикой, природными кислотоупорами, каменным литьём, кислотоупорным бетоном, органическими кислотостойкими покрытиями. , содержащие хром, молибден, никель и другие добавки.