Тут есть жесткость воды

Контроль и управление технологическим процессом полукоксования сланца в 1000 т газогенераторе и технологическим процессом на отделении конденсации осуществляется автоматизированной системой управления (АСУТП). АСУТП включает в себя средства контроля и регулирования, расположенные по месту, преобразователи сигналов и программируемые контроллеры, расположенные на центральном пульте управления, два управляющих компьютера: один из которых расположен на ЦПУ, а второй - на пульте отделения конденсации 1000 тонного газогенератора.

Характеристика основных аппаратов отделения конденсации процесса «Кивитер»

Скрубберы К1 и К2 – аппараты колонного типа с тарелками, диаметр – 3,5 м, высота – 25 м, количество тарелок – 10 штук. Скрубберы предназначены для конденсации легкосредней смолы и воды за счет прямого контакта парогазовой смеси со смоловодяной смесью.

Фильтроемкости F1 и F2 – вертикальные аппараты с элептической крышкой, диаметр – 1,2 м, высота – 2,0 м; между крышкой и обечайкой расположена фильтрующая сетка. Фильтроемкости предназначены для отделения из смоловодяной смеси твердых частиц размерами более 2,5 мм.

Воздушные холодильники Х1/1, Х1/2, Х1/3, Х1/4 – аппараты воздушного охлаждения, поверхность теплообмена 3750 м2, мощность двигателя вентилятора – 75 кВт (Х1/1,Х1/2,Х1/3) и 90 кВт (Х1/40). Предназначены для охлаждения смоловодяной смеси подаваемой на циркуляцию в скрубберы К1 и К2.

Воздушные холодильники ХК1/1, ХК1/2 – аппараты воздушного охлаждения, поверхность теплообмена 2650 м2, мощность двигателя вентилятора – 75 кВт (ХК1/2), 40 кВт (ХК1/10). Предназначены для охлаждения смоловодяной смеси подаваемой на циркуляцию в скрубберы К1 и К2.

Емкость-отстойник – горизонтальная трехсекционная емкость прямоугольного сечения, длина – 10,4 м, ширина – 3,5 м, высота – 2,2 м , объем - 80 м3.

В первую секцию входят трубопроводы, по которым поступают все продукты, подлежащие разделению. Трубопроводы опущены до расстояния 300 мм от дна емкости. Из первой секции (приемный отсек) все поступающие продукты перетекают через перегородку во вторую секцию. За счет перегородки между первым и вторым отсеками в первом отсеке поддерживается уровень жидкости, равный высоте перегородки, что обеспечивает наличие гидрозатвора и предотвращает выброс газов.

Во втором отсеке (разделительный отсек) смола отделяется от воды за счет отстаивания, собирается в верхнем слое и перетекает через перегородку в третий – смоляной отсек. Избыток воды откачивается насосом из нижней части разделительного отсека.

При этом автоматически поддерживается граница раздела фаз смола-вода на заданной высоте между дном емкости и верхней точкой перегородки. Смола откачивается из третьего (смоляного отсека) насосом, при этом автоматически поддерживается заданный уровень смолы в этом отсеке.

280

5.5.3. Принципиальная технологическая схема конденсационного отделения ENEFIT-140

Отделение конденсации включает в себя два независимых отделений конденсации: газодувных и факельных свеч установок TSK. Это отделение предназначено для выделения жидких и газообразных углеводородных продуктов. Получаемая при термической переработке сланца получается парогазовая смесь в перегонном отделении установок TSK – сырье для отделения конденсации.

Отделение конденсации включает в себя:

узел до очистки от механических примесей ПГС путем орошения тяжелым сланцевым маслом;

узел охлаждения и выделения сланцевых масел путем ректификации ПГС;

узел охлаждения и сепарацию;

узел компримирования и выделения газового бензина путем абсорбции;

насосную по перекачке различных фракций сланцевых масел;

систему теплообменников для фракций сланцевых масел с целью охлаждения их оборотной водой.

узел факельных свеч с конденсатными станциями;

систему производственных стоков и насосную их перекачки.

узел отгрузки продукции на сторону с автоналивной эстакадой и весовой.

система сбора газового конденсата с газопроводов и их перекачка.

Таблица 5.13. Фракции, получаемые из ПГС установки ENEFIT-140

Парогазовая смесь после циклонной очистки от механических примесей с температурой 460÷ 480оС поступает в скруббер-стояк и в газосборник для доочистки от коксо – зольной пыли и частичного охлаждения. Доочистка парогазовой смеси производится путем впрыска циркуляционного тяжелого масла. Тяжелое масло при контакте с парогазовой смесью захватывает на себя коксо-зольную пыль. После орошения тяжелым маслом полученная смесь стекает в емкость тяжелого масла.

Из газосборника парогазовая смесь, очищенная от пыли, поступает в воздушный холодильник для конденсации. Чистое тяжелое масло через задвижку из газосборника стекает в кубовую часть ректификационной колонны. После охлаждения парогазовая

281

смесь из воздушного холодильника поступает в ректификационную колонну. Она представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из трех ректификационных колонн, которые разделены полуглухими тарелками.

Верхняя колонна служит для извлечения из парогазовой фазы тяжелой фракции бензина, в дальнейшем – керосин. Средняя колонна служит для извлечения из парогазовой фазы газотурбинного топлива. Нижняя колонна служит для извлечения из парогазовой фазы легкой фракции среднего масла. Куб колонны служит для сбора тяжелой фракции среднего масла, получаемой в холодильниках. Для оптимальной организации массопередачи из газовой фазы в жидкую фазу орошается соответствующими продуктами.

Нижняя колонна орошается газотурбинным топливом, средняя колонна орошается керосином и верхняя колонна орошается бензином из сепаратора. Полученные фракции сланцевых масел соответствующими насосами перекачиваются в резервуарный парк.

Рис.5.51 Блок-схема отделения конденсации ENEFIT-140.

Парогазовая смесь, содержащая пары бензина, фенольной воды и полукоксовый газ с верха поступает в воздушный холодильник-конденсатор, где происходит конденсация паров и охлаждение жидких фракций и полукоксового газа до температуры 45оС. На выходе из холодильника – конденсатора газовая фаза и жидкая фаза частично разделяются и направляются в сепаратор.

Бензин и фенольная вода поступают по трубопроводу в сепаратор, а газовая фаза – полукоксовый газ с парами газового бензина по другому трубопроводу в этот же сепаратор. В сепараторе происходит дополнительное разделение полукоксового газа от жидкой фазы. Сепаратор снабжён металлической перегородкой, за счет которой

282

увеличивается время отстаивания жидкой фазы и достигается качественное расслоение бензиновой фракции и фенольной воды. Фенольная вода из сепаратора откачивается насосом на форсунки КТЦ. Балансовое количество бензина откачивается насосом в систему орошения абсорбционной колонны, где бензин служит абсорбентом для улавливания газового бензина.

Рис.5.52. Диаграммараспределения фракций, получаемых из парогазовой смеси в процентах.

Полукоксовый газ после газодувки подаётся в абсорбционную колонну для улавливания газового бензина и далее по газопроводу подаётся на газовые горелки пылевидных блоков.

При пусковых и остановочных операциях ENEFIT-140 полукоксовый газ после системы абсорбции по газопроводу подаётся на сжигание в факельное хозяйство.

5.5.4. Вопросы для самоконтроля по теме «Технология конденсации и очистки парогазовой смеси»

Назовите технологические задачи отделения конденсации установок термической переработки горючих сланцев.

Чем обусловлено наличие в парогазовой смеси, выходящей из генератора, «смоляного тумана»?

Назовите орошающие жидкости и аппараты, которые применяются, в отделениях конденсации.

Какие компоненты парогазовой смеси выделяются на первой ступени конденсации, какие на второй?

Назовите основные способы первичной конденсации парогазовой смеси генераторов.

Чем обусловлено применение различных способов первичной конденсации?

Чем обусловлена необходимость обезвоживания сланцевой смолы?

Поясните термин «седиментация» применительно к технологии отделения конденсации.

283

Что такое сланцевые фусы?

Составьте блок-схему отделения конденсации 1000 - тонного генератора – технология «Кивитер».

Назовите основные аппраты отделения конденсации 1000 - тонного генератора.

Укажите основные фракции, получаемые в отделении конденсации цеха «Petroter»

VKG OIL AS.

Укажите назначение основных аппаратов отделения конденсации установки

ENEFIT-140.

284

6. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Раздел «Технология производства неорганических веществ» предусматривает изучение производства аммиака, карбамида, а также основ электрохимических производств. При изучении этих производств особое внимание должно быть уделено современным малоотходным технологиям и вопросам очистки отходящих газов, промышленных стоков и утилизации отходов производства.

Производство аммиака. Аммиак является одним из основных неорганических продуктов, который широко применяется в производстве азотной кислоты и азотных удобрений. Азотсодержащие соединения являются исходными веществами во многих процессах органического синтеза, при синтезе полимеров. Сырьём для получения аммиака служат азот и водород. Необходимо изучить способы получения водорода и очистки азотоводородной смеси. Производство синтетического аммиака следует начать с изучения его физико-химических свойств. При изучении физико-химических основ синтеза аммиака необходимо выяснить, какие факторы смещают равновесие в сторону образования аммиака, какие факторы увеличивают скорость реакции. Установки синтеза аммиака различаются по давлению, используемому в процессе. Наибольшее распространение получили технологические установки среднего давления. Необходимо остановиться на изучении принципиальной схемы синтеза аммиака, её аппаратурном оформлении. Производство аммиака является взрыво- и пожароопасным, поэтому необходимо изучить меры безопасного ведения процесса, условия хранения и транспортирования аммиака.

Производство карбамида. При изучении данной темы следует обратить внимание на роль азота в жизни растений. Карбамид является высококонцентрированным азотным удобрением. Процесс получения карбамида состоит из собственно синтеза карбамида, концентрирования его растворов путём дистилляции, упаривания под вакуумом для получения плава и гранулирования. При изучении процесса синтеза карбамида необходимо уяснить влияние на процесс таких факторов как температура, давление, избыток аммиака, содержание основного вещества в углекислом газе, степени заполнения аппарата. При изучении дистилляции следует обратить внимание на роль температуры и давления в этом процессе, уяснить, какие реакции при этом протекают, как используют газы дистилляции.

Электрохимические производства. При изучении этой темы желательно предварительно повторить раздел «Электрохимические процессы», изученный в курсе физической химии, усвоить как идёт процесс электролиза солей, а затем приступить непосредственно к изучению теоретических основ процесса электролиза водного раствора поваренной соли в ваннах с твёрдым стальным катодом, ваннах с ртутным катодом и в мембранных электролизёрах. После изучения теоретических основ можно приступать к изучению аппаратуры каждого метода и принципиальной технологической схемы. При изучении гальванотехнических процессов нужно обратить внимание на их сущность, разновидности и области применения.

285

6.1.СИНТЕЗ АММИАКА

6.1.1. Азотная промышленность и её сырьевая база

Одной из наиболее важных отраслей современной химической индустрии является азотная промышленность (промышленность связанного азота). Основными продуктами азотной промышленности являются аммиак и азотная кислота.

Азот распространён в природе в различных формах. В атмосфере он находится в виде свободных молекул N2 (свободный азот). В воздухе содержание азота составляет 78,09% по объёму или 75,6% по массе. Азот, входящий в состав азотсодержащих соединений, называется связанным. В земной коре азот находится преимущественно в виде минеральных соединений натриевой (чилийской) селитры NaNO3 и калиевой селитры KNO3. В настоящее время азотных месторождений промышленного значения практически не имеется. В небольших количествах азот содержится в каменном угле (1-2%), торфе, почве (в виде органических соединений), воде (в виде нитратов). Азот входит в состав белков, которые являются основой жизни на Земле и играют важную роль во всех процессах обмена веществ. Содержание азота в белках составляет 15-18%.

В природе существует постоянный кругооборот азота. Азот является питательным веществом для растений. Растения усваивают азот из почвенных растворов. Большое количество азота, усвоенного растениями, не возвращается в почву. Для восполнения потерь азота и повышения урожайности сельскохозяйственных культур в почву следует вносить азотные удобрения. В качестве удобрения с давних пор использовали навоз, позже стали применять природную чилийскую селитру. В связи с истощением запасов чилийской селитры и развитием производства азотной кислоты, взрывчатых веществ, азотных удобрений, красителей были развёрнуты поиски методов получения соединений азота.

Проблема связанного азота стала одним из ведущих направлений развития химии и химической технологии в конце 19 – начале 20 века. Результатом стала разработка трёх методов фиксации (связывания) азота:

дуговой метод (прямая фиксация азота в пламени электрической дуги);

цианамидный метод (получение аммиака через цианамид кальция);

синтез аммиака из азота и водорода.

Метод синтеза аммиака из простых веществ оказался наиболее экономичным и был реализован в промышленных масштабах. В настоящее время он является основным методом производства связанного азота.

Современный процесс производства аммиака состоит из трёх основных стадий:

286

Сырьём для получения азотных соединений являются атмосферный воздух и различные виды топлива. Одной из составных частей воздуха является азот, который используют в процессе получения аммиака и других продуктов азотной промышленности. Ресурсы атмосферного азота огромны.

Сырьевая база азотной промышленности определяется в основном вторым видом сырья – топливом (рис.6.1.). Топливо используют для получения водорода или водородсодержащего газа. До середины 20 века в качестве сырья использовали в основном твёрдое топливо (каменный уголь, кокс). С 60-х годов доля твёрдого топлива сокращалась. В настоящее время основным сырьём в производстве аммиака является природный газ. В значительно меньшей степени используют попутные газы, коксовый газ и нефтяное сырьё.

Рис. 6.1. Сырьевые ресурсы производства аммиака.

По мере истощения мировых запасов газа и нефти, а также изменения цен на эти виды сырья всё большее значение будет приобретать каменный уголь, запасы которого значительно превышают запасы газа и нефти.

Применение аммиака

Рис. 6.2. Основные области применения аммиака

Из аммиака получают все остальные соединения азота. Широкое применение аммиака основано на таких его особенностях, как многотоннажное производство и способность реагировать с другими веществами, разветвляя «дерево» соединений азота промышленного назначения.

287

Большая часть аммиака применяется в промышленности в качестве сырья для производства азотной кислоты, азотных и сложных минеральных удобрений, взрывчатых веществ, красителей и полимеров, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности.

Также используют такое свойство, как легкое превращение аммиака в жидкость при повышенном давлении. Испарение жидкого аммиака при понижении давления сопровождается сильным охлаждением окружающих предметов. Используется это свойство в холодильных установках. В холодильной технике аммиак известен как холодильный агент под маркой R717.

Жидкий аммиак применяют в качестве растворителя и при создании защитных сред (атмосфер).

Вмедицине 10% раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях (для возбуждения дыхания).

В2010 году мировой потенциал по выпуску аммиака достиг 194 млн. тонн. К настоящему моменту производства аммиака имеются примерно в 60 государствах. До 60-70-х годов 20 века основной объем выпуска аммиака приходился на страны Европы и Северной Америки, однако затем производство переместилось в богатые газом районы Ближнего Востока и Карибского бассейна. В последнее время в лидеры по производству аммиака вышли Китай и Индия, а также Индонезия, Пакистан.

6.1.2. Основные свойства азота, водорода и аммиака

Азот N2. Название азот происходит от греческого слова «азотос», что значит безжизненный. Латинское название азота Nitrogenium означает «рождающий селитру». Азот представляет собой бесцветный газ, чуть легче воздуха (плотность азота 1,25 г/л), без запаха, малорастворимый в воде. При охлаждении до −195,8 С азот превращается в жидкость, а при температуре −210 С затвердевает, образуя снегообразную массу. Молекула азота состоит из двух атомов, прочно связанных друг с другом ковалентной тройной связью . Азот представляет собой одно из самых устойчивых веществ. Молекула азота весьма инертна и при обычных условиях в химические реакции не вступает. При высокой температуре (свыше 1000 С) азот соединяется с кислородом, образуя оксид азота NO. В промышленности азот получают из жидкого воздуха перегонкой.

Водород Н2. Название водород происходит от латинского названия Hydrogenium - «рождающий воду». Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных одинарной связью Н-Н. Водород представляет собой бесцветный газ, без запаха, в 14,4 раза легче воздуха. При температуре −252,8 С водород превращается в жидкость, а при −259,2 С затвердевает в виде снегоподобной массы. Водород плохо растворяется в воде. В воздухе и кислороде горит несветящимся пламенем с образованием воды. Температура водородного пламени около 3000 С, поэтому водородно-кислородным пламенем пользуются для резки и сварки тугоплавких металлов и сплавов.

Смеси водорода с воздухом и кислородом взрывоопасны. Водород является восстановителем. Его применяют в производстве метанола и других спиртов, для гидрирования жиров, нефтепродуктов, смол. Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода в качестве топлива для автомобилей.

288

Аммиак NH3.

При обычных условиях аммиак представляет собой газ с резким характерным запахом, легче воздуха (плотность аммиака 0,7714 г/л). При охлаждении до температуры −33,4 С аммиак превращается в бесцветную легкоподвижную жидкость. При испарении жидкого аммиака он поглощает много тепла (теплота испарения 23,37 кДж/моль), поэтому

его используют в холодильной технике в качестве хладагента. При температуре −77,7 С жидкий аммиак превращается в белые кристаллы. Газообразный аммиак хорошо растворяется в воде. При 20 С в одном объёме воды растворяется 700 объёмов аммиака. Водный раствор аммиака называется аммиачной водой.

Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он очень токсичен для организма, поэтому большая часть аммиака превращается печенью в менее токсичное соединение – мочевину, которая затем выводится почками.

Химически аммиак очень активен. Он легко вступает в реакцию с кислотами, образуя аммонийные соли. Аммиак реагирует со многими органическими и неорганическими веществами с образованием комплексных соединений. В присутствии катализаторов он окисляется до оксида азота NO. На этом свойстве основан способ получения азотной кислоты.

Жидкий аммиак должен удовлетворять определённым требованиям. Требования стандартов некоторых стран к качеству аммиака приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Требования стандартов к качеству жидкого аммиака

Из истории

Современный промышленный способ синтеза аммиака был разработан в начале 20 века. Немецкий химик Фриц Габер разработал теоретические основы синтеза аммиака (в 1918 году Нобелевская премия по химии за эту работу), а Карл Бош создал промышленный способ производства (в 1931 году Нобелевская премия по химии за развитие

289