Сжатие синтез-газа и синтез аммиака

Синтез-газ сжимается центробежным компрессором поз. 103-J с приводом от турбины. Установка КААР требует наличия только одноступенчатого компрессора, который также имеет одно циркуляционное колесо.

Реактор КААР(рис.1.26) использует новый, патентованный, высокоактивный катализатор синтеза аммиака фирмы “Kellogg” и спроектирован с применением практики межстадийного охлаждения для более эффективного использования катализатора. Свежий синтез-газ сжимается примерно до 90¸100 кгс/см² абс., смешивается с рециркулирующим водородом высокого давления из PGRU и рециркулирующим газом из контура синтеза внутри компрессора поз. 103-J перед входом на колесо рецикла компрессора.

Сжатый газ подогревается в теплообменнике входящих/выходящих газов с аммиачного конвертора перед непосредственной подачей в реактор. Предусмотрена возможность байпасирования газа мимо теплообменника для регулирования температуры входящих газов.

Реактор КААР является вертикальной конструкцией с горячей стенкой, которая включает три промежуточных теплобменника для регулирования температуры радиально-проточных слоев катализатора. Отдельная рубашка с кольцевым пространством для охлаждения корпуса высокого давления реактора синтеза аммиака не нужна.

Первый слой катализатора содержит промотированный магнетитовый катализатор. Следующие три слоя содержат графитовый катализатор, промотированный рутением (катализатор КААР). Каталитические слои расположены так, что каждый из них пропускает весь объем синтез-газа. Реакция проходит со значительным подъемом температуры в каждом слое.

Передовой способ получения аммиака фирмы “Kellogg” (КААР),в основу которого положено создание нового высокоэффективного катализатора, обеспечивает достижение очень высоких экономических показателей. Технология КААРвпервые применила катализатор не на основе железа. Катализатор был разработан совместно фирмами “Kellogg” и “Бритиш Петролеуш”. Этот новый катализатор синтеза отличается, прежде всего активным элементом из благородного металла - рутением на углеродном носителе. Формула катализатора составляет НОУ-ХАУ фирм. Катализатор обладает активностью, в 20 раз превышающую активность магнетита. Эффективность катализатора сохраняется при высоких концентрациях аммиака и в широком диапазоне соотношений азота и водорода. Равнозначно важной является очень высокая эффективность катализатора при низком давлении и низкой температуре. Фирма “Энгельгард Корпорейшен” является исключительным изготовителем катализатора КААРдля передового способа производства аммиака фирмы “Kellogg”.

Благодаря радиально-проточной конструкции слоев три промежуточных теплообменника расположены в центре слоев 1, 2 и 3. Синтез-газ, выходящий из последнего каталитического слоя, покидает конвертор и охлаждается в первом котле-утилизаторе контура синтеза перед тем, как вернуться в качестве охлаждающей среды в промежуточный холодильник первого каталитического слоя. Подогретый выходящий газ затем снова охлаждается во втором котле-утилизаторе контура синтеза. Свежее сырье подается в трубное пространство второго и третьего промежуточных холодильников, подогревая газ до реакционной температуры контактом с горячими выходящими газами второго и третьего слоев.

После утилизации тепла во втором котле-утилизаторе контура синтеза, выходящие газы конвертора охлаждаются дальше посредством теплообмена с поступающими газами, а затем охлаждающей водой в холодильнике выходящих газов аммиачного конвертора. Из-за высокой степени конверсии (от 20 до 22% об.), достигаемой в реакторе КААРточка росы выходящих из конвертора газов намного выше температуры газа из холодильника выходящих газов аммиачного конвертора. Это переносит значительную часть нагрузки по конденсации аммиака непосредственно на систему охлаждения водой, а не на систему аммиачной холодильной установки.

Охлажденные выходящие газы аммиачного конвертора далее конденсируются в блочном аммиачном холодильнике. Этот специально сконструированный холодильник охлаждает выходящие газы теплообменом между парами аммиака, возвращаемыми из сепаратора, и жидким аммиаком, кипящим при четырех разных температурах. Холодильник состоит из многочисленных концентрически вложенных трубок, проходящих через секторы с кипящим аммиаком. Циркулирующие пары синтез-газа проходят через центральные трубки, а выходящие из конвертора газы противотоком проходят через кольцевые пространства. Таким образом, выходящие газы охлаждаются снаружи аммиаком, а изнутри - парами из сепаратора аммиака. Большая часть аммиака из отходящих газов конвертора конденсируется в блочном холодильнике, а жидкий продукт сразу же отделяется в следующем за ним сепараторе аммиака.

После выхода из сепаратора часть газа направляется в скруббер очистки газа высокого давления для предотвращения накопления в контуре синтеза метана или аргона. Остаток циркулирующих паров из аммиачного сепаратора подогревается в блочном холодильнике как описано выше, направляется в компрессор синтез-газа и смешивается со свежим сырьем контура синтеза, затем используется для подачи в конвертор.

Жидкость из сепаратора аммиака вскипает в емкости испарителя аммиака. Образовавшийся пар, главным образом инертные газы, передаются в скруббер очистки низкого давления. Остающийся жидкий аммиак передается в систему аммиачной рефрижерации.