Авторы: А.В. Царапкин, Д.А. Филимонов (ООО «ТиссенКрупп Индастриал Солюшнс (РУС)»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №10/2016
В течение многих лет мощности химических установок продолжают расти в связи с тем, что масштабирование производств позволяет добиваться значительного сокращения определенных производственных затрат.
В настоящее время более, чем когда-либо прежде, перед сектором инжиниринга стоит задача воспользоваться этим преимуществом, одновременно применяя зарекомендовавшие себя технологии и оборудование.
Компании thyssenkrupp Industrial Solutions (ранее – ThyssenKrupp Uhde) и Johnson Matthey Catalysts ответили на этот вызов.
Компания Uhde с момента своего основания в 1921 г. занималась проектированием и строительством установок по производству аммиака и внесла важный вклад в развитие технологии синтеза аммиака. Первая установка по производству аммиака с использованием оборудования собственной разработки Uhde была запущена в эксплуатацию в 1928 г. на месторождении угля Монт-Сенис в Германии. Производительность этой установки с четырьмя реакторами в контуре синтеза, работающем при давлении 10 МПа, составляла 100 т/сут. аммиака.
На основе существующей технологии thyssenkrupp Industrial Solutions в партнерстве с JM Catalysts, обладающими ноу-хау в катализе, эксплуатации и сервисных услугах для производств аммиака, разработали процесс с двумя ступенями давления, позволяющий строить установки по производству аммиака большой мощности с использованием испытанного и хорошо зарекомендовавшего себя оборудования. Производительность таких установок составляет более 3 тыс. т/сут, а в принципе возможно достижение и более высоких мощностей (например, 4…5 тыс. т/сут).
Первая промышленная установка, созданная на базе новой технологии, – производство аммиака SAFCO IV в Эль-Джубайле, Саудовская Аравия (подрядчик – thyssenkrupp Industrial Solutions AG), – пущенная в эксплуатацию в 2006 г. (рис. 1). Она является также крупнейшей в мире установкой по производству аммиака: изначальная ее мощность составляла 3 300 т/сут., в настоящий момент установка модернизируется до производительности 3 670 т/сут.
Ключевым новшеством технологии двойного давления Uhde является установка дополнительного однопроходного реактора синтеза аммиака среднего давления перед традиционным контуром синтеза аммиака высокого давления. Конверсия происходит следующим образом (рис. 2). При однопроходном синтезе аммиака подпиточный газ компримируется в корпусе низкого давления (КНД) компрессора синтез-газа до давления ~11 МПа. При этом давлении однопроходный реактор синтеза аммиака с тремя слоями катализатора и промежуточным охлаждением обеспечивает примерно треть общего выхода по аммиаку. Смесь синтез-газ – аммиак далее охлаждается, и 85% полученного аммиака отделяется от газа в жидком виде.
Оставшийся синтез-газ затем компримируется до рабочего давления контура синтеза аммиака (21 МПа) в корпусе высокого давления (КВД) компрессора синтезгаза. Благодаря промежуточному охлаждению синтезгаза температура в КВД намного ниже, чем в традиционном процессе получения аммиака. Высокое давление в контуре синтеза аммиака достигается за счет сочетания охлаждаемого второго корпуса компрессора синтезгаза и слегка повышенного входного давления. В традиционном контуре синтеза аммиака получаются остальные две трети общего количества аммиака.
Схема нового технологического процесса отличается чрезвычайной гибкостью. Работа катализатора и оборудования может быть оптимизирована настройкой целого ряда параметров.
В результате высокой степени конверсии и уменьшенной производственной нагрузки в контуре синтеза высокого давления могут быть использованы трубопроводы меньшего диаметра, т.е. стандартные трубопроводы вполне достаточны для производительности, равной или больше 4 тыс. т/сут.
Использование технологии двойного давления Uhde для производства аммиака позволяет увеличить производительность и энергоэффективность установки при сохранении традиционного оборудования и эффективных катализаторов, отлично зарекомендовавших себя на действующих установках.
