Документ представляет собой лекцию по технологии производства аммиака из природного газа, включающую теоретические основы, блок-схемы и химико-технологические схемы. Учащиеся изучат терминологию, стадии процесса, химические реакции и устройство основного оборудования, таких как колонна синтеза. Проверка усвоения материала осуществляется с помощью тестов и самопроверки.

1. МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 80
ГОРОДСКОГО ОКРУГА ТОЛЬЯТТИ
Мультимедиа – лекция
к программе «Химия в промышленности»
Тема: "Технологическая схема производства аммиака"
Урок с применением компьютерной презентации
http://www.ispringsolutions.com/go/ispring-presentations
Тольятти 2009

2. Тема: "Технологическая схема производства аммиака"
Цель: изучить теоретические основы и принципиальную схему производства
аммиака из природного газа
Предварительные знания:
Для успешного освоения учебного объекта необходимы знания химии в объеме
школьной программы, элементарные навыки владения компьютером.
Краткое описание лекции:
1) блок-схема;
2) технологическая схема производства аммиака из природного газа, их
описание, устройство основных аппаратов;
3) вопросы для самопроверки.
Результат обучения После изучения учебного объекта учащийся
будет знать:
1) основную терминологию, относящуюся к производству аммиака;
2) основные стадии процесса производства аммиака из природного газа и их
особенности;
3) химические реакции, лежащие в основе каждой стадии;
4) параметры технологического режима каждой стадии;
5) устройство основных аппаратов;
уметь:
1) написать химические реакции, лежащие в основе процесса получения синтез-газа и
аммиака;
2) анализировать технологические параметры процесса;
3) нарисовать блок-схему производства аммиака из природного газа;
4) обозначить на блок-схеме основные материальные и энергетические потоки;
5) объяснить по технологической схеме, как осуществляется процесс получения
ситез-газа и аммиака;
6) объяснить устройство основных аппаратов.
Учебная деятельность:
Изучение химизма, блок-схемы, технологии производства аммиака, устройства
основных аппаратов. Проверка усвоения материала осуществляется с помощью тестов
для самопроверки.
1. Блок-схема
Открыть в новом окне
Свежая азото-водородная смесь поступает в линию циркуляционного газа перед
вторичной конденсацией. В холодильнике смесь свежего и циркуляционного газа
охлаждается до температуры +5 - (-5)⁰С за счёт испарения жидкого аммиака. При этом
происходит конденсация аммиака из газа. Из испарителя газовая смесь поступает в
сепаратор, в котором происходит отделение сконденсировавшегося аммиака.
Газ после отделения жидкого аммиака поступает в колонну синтеза (реактор). В
реакторе происходит синтез аммиака на железном катализаторе при температуре 460-
530⁰С и давлении 300 атм. Выход аммиака составляет 14-16%.
Из колонны синтеза газ поступает на охлаждение сначала в котёл-утилизатор,
затем в водяной холодильник-конденсатор, где охлаждается до 40⁰С. При этом аммиак
конденсируется, и газо-жидкостная смесь поступает в сепаратор для отделения жидкого
аммиака. Жидкий аммиак поступает на склад, куда также поступает и аммиак,
выделенный из циркуляционного газа.
Непрореагировавшая азото-водородная смесь дожимается циркуляционным
компрессором до 320 атм и далее поступает в систему вторичной конденсации.

3. Для поддержания в циркуляционном газе содержания инертных газов в пределах
14-18% производится постоянная продувка газа после первичной конденсации аммиака.
Присутствие инертных примесей в смеси равносильно снижению общего давления,
поэтому с увеличением их содержания скорость реакции уменьшается.
2. Химико-технологическая схема
Открыть в новом окне
Описание химико-технологической схемы производства аммиака из
природного газа
Природный газ под давлением 25-30 атм нагревается до 400°С топочными газами в
подогревателе, расположенном в трубчатой печи, и поступает на очистку от серы. Газ,
очищенный от сернистых соединений, смешивается с водяным паром до соотношения пар
: газ = 3,5 : 1 . Полученная парогазовая смесь с температурой 400°С поступает в
реакционные трубы трубчатой печи (установки первичного риформинга), где на
никелевом катализаторе при температуре 750-800°С происходит конверсия метана по
реакции: CH4 + H2O ↔ 3H2 + CO; ∆H<0
Трубы снаружи обогреваются продуктами сжигания природного газа в
беспламенных панельных горелках.
Конвертированный газ, содержащий до 10% метана, при температуре 750-800°С
выходит из реакционных труб снизу и поступает на вторую ступень конверсии метана –
установку вторичного риформинга. Конверсию проводят воздухом, который подаётся
турбокомпрессором под давлением 25-30 атм через подогреватель. Воздух смешивается с
конвертированным газом в смесителе, расположенном в верхней части конвертора. В
конверторе на никелевом катализаторе при температуре 850-1050°С протекают реакции
конверсии метана, оставшегося в газе после первой ступени.
Горячий газ из конвертора второй ступени поступает в котёл-утилизатор, где его
тепло используется для получения пара. При этом температура конвертированного газа
снижается до 430°С.
Далее конгаз поступает на конверсию окиси углерода, которую проводят в две
ступени. На первой ступени конверсию проводят при температуре 450-470°С на
цинкхромовом катализаторе, а на второй ступени – при температуре 220-260°С на
низкотемпературном катализаторе.
Газ после конверсии содержит кроме водорода и азота приблизительно 30% об.
СО2, 0,3% об. СО, 0,5% об. СН4, 0,5% Ar. Для синтеза аммиака необходима возможно
более полная очистка азотоводородной смеси (АВС) от кислородсодержащих соединений,

4. которые являются каталитическими ядами. Очистку от СО2 обычно осуществляют с
помощью жидких поглотителей – растворами этаноламинов или горячими растворами
поташа. После очистки азотоводородной смеси жидкими поглотителями в ней остаются
небольшие количества СО и СО2 (до 1%), которые могут отравлять катализатор синтеза
аммиака. От остатков СО и СО2 позволяет освободиться метанирование или
гидрирование. Газ поступает на никелевый катализатор, на котором при температуре 200-
400°С протекают реакции:
CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O
CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O
Образующийся при этом метан не снижает активность катализатора синтеза
аммиака.
В осушителе газ избавляется от влаги и поступает на сжатие в компрессор АВС,
где сжимается до давления 320 атм. В процессе сжатия газ загрязняется маслом. Очистка
газа от масла производится путём сепарации в маслоотделителе. Свежая азотоводородная
смесь соединяется с циркуляционным газом и поступает в колонну синтеза аммиака. В
колонне при температуре 460-530°С и давлении 300 атм идёт синтез аммиака по реакции:
N2 + 3H2 ↔ 2NH3; ∆H<0
После колонны газ охлаждается в холодильном блоке в две ступени: сначала до
температуры 35°С, а затем до температуры минус 10°С. При этом из газа конденсируется
аммиак, который направляется на склад. А непрореагировавшая АВС смешивается со
свежей и поступает обратно в колонну синтеза.
Основное оборудование
Открыть в новом окне
Колонна синтеза предназначена для проведения процесса синтеза аммиака. В
колонне расположены полки с катализатором. Процесс синтеза является сильно
экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого расходуется на
нагревание поступающей азотводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза,
состоит из аммиака (20-30%) и непрорегировавших азота и водорода.
Колонна синтеза аммиака состоит из корпуса высокого давления и вмонтированной
в нём насадки, заполненной катализатором. В большинстве колонн имеются внутренние
(встроенные) теплообменники.
Корпус колонны представляет собой толстостенный цилиндр, изготовленный из
легированной стали.
Внутренняя насадка колонны синтеза предназначена для проведения процесса
синтеза при определённом температурном режиме и для защиты корпуса от воздействия
высоких температур. Насадка колонны синтеза состоит из катализаторной коробки и
теплообменника. В полочных насадках катализаторная масса разделяется по высоте
колонны на несколько слоёв (полок), через которые последовательно проходит газ. Между
полками подаётся холодный газ (через байпасы), что позволяет регулировать температуру
в зоне катализа. На рисунке 1. показана четырехполочная колонна. Основной поток газа
поступает в колонну снизу, проходит по кольцевой щели между корпусом колонны 15 и
кожухом насадки 3 и поступает в межтрубное пространство теплообменника 6. Здесь
синтез-газ нагревается конвертированным газом до 420 – 440°С и проходит
последовательно четыре слоя катализатора 8, 10, 12, 14, между которыми подается
холодный байпасный газ.
После четвертого слоя катализатора газовая смесь при 500—515°С поднимается по
центральной трубе 2, проходит по трубкам теплообменника 6, охлаждаясь при этом до
320—350 °С, и выходит из колонны.

5. 1 – люк для выгрузки катализатора;
2 – центральная труба;
3 – корпус катализаторной коробки;
4 – чехол для термопары;
5 – загрузочный люк;
6 – теплообменник;
7, 9, 11, 13 – ввод байпасного газа;
8, 10, 12, 14 – катализаторные слои;
15 – корпус колонны
Рисунок 1 . четырехполочная колонна синтеза аммиака мощностью 1360 т/сутки
3. Самопроверка
Проверьте, насколько хорошо вы знаете технологический процесс производства
аммиака.
1. Прочитайте текст: "Технологические процессы производства аммиака" и
заполните пробелы.
Время на выполнение задания - 3 минуты.
2. Выберите правильные ответы.