Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет
Факультет экономики и менеджмента в химической промышленности
Кафедра технологии химического
Производства
Курсовой проект
На тему:
"Производство синтетического аммиака при среднем давлении. Расчёт колонны синтеза"
Выполнил:
Студент III курса 691 группы
Боруховский Максим Михайлович
Проверил:
К.т.н., доцент Никитин Е.Е.
Санкт-Петербург
2002 г.
Народнохозяйственное значение аммиака и его основные потребители.
Применение соединений азота в качестве удобрений определяет их первостепенное значение в жизни человечества.
В настоящее время в России потенциалом для производства синтетического аммиака обладают 18 предприятий с суммарными мощностями более 13 млн т химиката в год. Производителями аммиака являются предприятия химического комплекса, исключение здесь составляет "Новолипецкий металлургический комбинат", осуществляющий выпуск в весьма небольших количествах. При этом среди основных его продуцентов преобладают компании, использующие данный химикат во внутризаводском потреблении для производства азотных удобрений.
За три квартала 2001 г. в России было произведено 7831,7 тыс. т аммиака, что на 55,2 тыс. т или на 0,7% ниже уровня соответствующего периода 2000 г. Основным фактором сокращения производства стало снижение количества торговых операций с данным продуктом при сохранении объемов его внутризаводского потребления для выпуска азотных удобрений.
Производство синтетического аммиака в России, тыс. т
| Предприятие | Объем производства аммиака за 9 месяцев 2000 г. | Объем производства аммиака за 9 месяцев 2001 г. |
| Всего | 7886,9 | 7831,7 |
| в том числе: | ||
| АО "Тольяттиазот", г. Тольятти | 1391,7 | 1242,8 |
| Холдинговая компания "Акрон", г. Новгород | 1059,0 | 1050,0 |
| АК "Азот", г. Новомосковск | 854,2 | 847,4 |
| АО "Невинномысский Азот", г. Невинномысск | 722,6 | 747,9 |
| АО "Минудобрения", г. Россошь | 557,4 | 651,0 |
| АО "Азот", г. Череповец | 616,9 | 645,3 |
| АО "Кирово-Чепецкий химкомбинат", г. Кирово-Чепецк | 628,9 | 596,8 |
| АО "Азот", г. Кемерово | 484,1 | 497,2 |
| АО "Азот", г. Березники | 535,9 | 485 |
| АО "Куйбышевазот", г. Тольятти | 402,3 | 412,8 |
| Прочие | 633,8 | 655,5 |
Лидером в производстве синтетического аммиака в России является АО "Тольяттиазот", на долю которого приходится 15,9% от общероссийского выпуска данного продукта. Однако предприятие в 3 квартале столкнулось с определенными трудностями в сырьевом обеспечении, производство аммиака работает на минимальную мощность и это не замедлило сказаться на доле компании в общем объеме производства. Так в сравнении с показателем первого полугодия 2001 г. доля компании сократилась на 0,3 пункта. Среди других производителей крупными участниками рынка аммиака являются Холдинговая компания "Акрон", новомосковское АО "Азот" и АО "Невинномысский Азот", удельный вес которых по итогам трех кварталов составил, соответственно 13,4%, 10,8% и 9,6%
Краткая историческая справка о развитии производства синтетического аммиака
Первые попытки синтеза аммиака относятся к концу XV1ILв. В течение XIXв. было проведено много исследований в этом направлении. Пытались осуществлять эту реакцию как гомогенную газовую реакцию, применять для синтеза водород “instatunascendi”, найти катализаторы. Все эти работы не привели к положительным результатам и, более того, не дали каких-либо указаний для дальнейших исследований. Лишь исследование обратной реакции — диссоциации аммиака показало, что при 500—780° и атмосферном давлении аммиак “е разлагается полностью. С точки зрения учения о химическом равновесии отсюда вытекала принципиальная возможность синтеза аммиака. Для увеличения выхода аммиака необходимо было применить повышенное давление, что и было сделано в 1901 г. Ле-Шателье. Опыты кончились неудачей — произошел взрыв реакционного аппарата.
В течение последующего десятилетия было количественно определено равновесие реакции (Габер, Нернст). Исследования проводились
при относительно невысоких давлениях— ниже 100 ат. Позднейшие измерения равновесия при давлениях до 1000 ат показали, что константа равновесия КР, которая для идеальных газов является функцией только температуры, существенно зависит и от давления. В табл. 25 приведены значения констант равновесия реакции синтеза аммиака при
различных температурах и давлениях, вычисленные по экспериментальным данным. Из таблицы видно, что, например, при 450° повышение давления от 10 до 1000 ат приводит к увеличению значения Крболее чем в три раза.
В дореволюционной России единственным источником технического связанного азота был коксохимический аммиак, производство которого было далеко недостаточным для покрытия потребностей в нём. Эти потребности, возросшие во время первой мировой войны, удовлетворялись за счёт импорта чилийской селитры. Для молодой России создание азотной промышленности было жизненно необходимой задачей, и поэтому уже в августе 1918 года была создана Комиссия по связанному азоту. Были проведены лабораторные исследования по изучению действия различных катализаторов на смесь азота и водорода. На урановом катализаторе были получены следы аммиака, а в феврале 1919 года на смешанном катализаторе вольфрам - молибден - окись алюминия под давлением 7,5 МПа и при температуре 605-470оС была достигнута концентрация NH3 в газовой смеси 6,55%. Эти опыты проводились в тот период, когда сведения о производстве синтетического аммиака в Германии ещё не были опубликованы. Однако из-за отсутствия газа и перебоев с электрической энергией эксперименты были прекращены.
В середине 1925 года было принято решение о строительстве первой установки синтетического аммиака на Чернореченском химическом заводе. Был создан Комитет по связанному азоту. В этом же году по поручению Комитета группа специалистов выехала за границу для ознакомлением с производством и закупки оборудования.
В течении 1926-1927 годов был построен и введён в эксплуатацию цех по производству синтетического аммиака на Чернореченском химическом заводе, 9 февраля 1928 года наша страна впервые получила синтетический аммиак.
Синтез аммиака осуществлялся под давлением 76 МПа и при температуре 450оС на железном катализаторе. Первая очередь установки синтеза аммиака состояла из трёх реакторов с внутренним диаметром 400 мм, производительность каждого агрегата составляла 8 т/сут жидкого аммиака, общая мощность установки - около 7,5 тыс. т/год.
После первого года работы цеха было принято решение о замене ранее используемого катализатора на новый - антрацид. В результате производительность увеличилось на 10-15%, это около 9 т/сут. После установки, в 1931 году, четырёх дополнительных реакторов с внутренним диаметром 450 мм производительность увеличилась до 17-19 т/сут.
Главными объектами строительства предприятий азотной промышленности в первой пятилетке стали Березниковский и Горловский азотно-туковые заводы, а так же Бобриковский химический комбинат. После введение заводов в эксплуатацию производство синтетического аммиака увеличилось в 10 раз.
В конце 30-х годов азотная промышленность заняла ведущее место в химической индустрии СССР. В 1932 году на СССР приходилось 2,25% мировой мощности производства синтетического аммиака и наша страна занимала 12-е место в мире. Накануне второй мировой войны страна уже занимала третье место.
Сельское хозяйство страны в 1945 году получило всего 624 тыс. т. минеральных удобрений против 3159 тыс. т. в 1945 году, и только в 1948 году выработка азотной продукции достигла довоенного уровня.
В 1951 году была введена в действие группа цехов на Кироваканском химическом заводе и др.
Перед азотной промышленностью встала проблема технического перевооружения. В новых проектах предусматривалось использование высокоэффективных аппаратов. Начали проектировать газогенераторы производительностью 35-50 вместо 16 м3/ч, а колонны синтеза аммиака - 180-200 вместо 50-60 т/сут. Создание укрупнённых агрегатов с автоматическим и дистанционным управлением позволили повысить производительность в несколько раз.
В 1956 году был пущен первый в нашей стране цех синтетического аммиака на базе конверсии метана коксового газа на Руставском азотно-туковом заводе, а в 1959 году на Сталиноградском химическом комбинате был осуществлён полный перевод аммиачного производства на природный газ.
Развитие производства синтетического аммиака в период 1960-1970 годов базировалось на дальнейшем совершенствовании технологических процессов и укрупнение агрегатов синтеза аммиака.
По объёму производства синтетического аммиака азотная промышленность СССР вышла на второе место. В период с 1965 по 1980 года объём производства увеличился почти в пять раз.
Производство синтетического аммиака в 1965-1980 гг, в тыс. т.
| Страна | 1965 год | 1970 год | 1975 год | 1980 год |
| США | 7806 | 11883 | 14692 | 17258 |
| СССР | 3813 | 7638 | 11998 | 16732 |
| Япония | 2162 | 3220 | 3636 | 2572 |
| ФРГ | 2023 | 2220 | 2416 | 2493 |
| Франция | 1562 | 1970 | 2367 | 2543 |
| Италия | 1252 | 1548 | 1765 | 1704 |
| Болгария | 388 | 788 | 935 | 1009 |
| Прочие | 1543 | 3496 | 5701 | 7016 |
Физико-химические основы процесса производства синтетического аммиака