Бизнес-идея: производство аммиака. Схема и технология производства аммиака

Содержание

Бизнес-идея: производство аммиака. Схема и технология производства аммиака

Современный процесс производства аммиака

Современный процесс получения аммиака основан на его синтезе из азота и водорода при температурах 380 – 450 0C и давлении 250 атм с использованием железного катализатора:

N2 (г.) + 3H2 (г.) = 2NH3 (г.)

Азот получают из воздуха. Водород получают восстановлением воды (пара) с помощью метана из природного газа либо из лигроина. Лигроин (нафта) представляет собой жидкую смесь алифатических углеводородов, которая получается при переработке сырой нефти (см. гл. 18).

Работа современного аммиачного завода очень сложна. На рис. 7.2 показана упрощенная схема действия аммиачного завода, работающего на природном газе. Эта схема действия включает восемь стадий.

1-я стадия. Удаление серы из природного газа. Это необходимо, поскольку сера представляет собой каталитический яд (см. разд. 9.2).

2-я стадия. Получение водорода восстановлением пара при 750 0C и давлении 30 атм с помощью никелевого катализатора:

CH4 (г.) + H2O (г.) = СО (г.) + ЗН 2 (г.)

3-я стадия. Впуск воздуха и сгорание части водорода в кислороде вводимого воздуха:

2H2 (г.) + O2 (г.) = 2H2O (г.) В результате получается смесь водяного пара, моноксида углерода и азота. Водяной пар восстанавливается с образованием водорода, как на 2-й стадии.

4-я стадия. Окисление моноксида углерода, образующегося на стадиях 2 и 3, до диоксида углерода по следующей реакции «сдвига»: СО (г.) + H2O (г.) = CO2 (г.) + H2 (г.)

Этот процесс проводится в двух «реакторах сдвига». В первом из них используется катализатор из оксида железа и процесс проводится при температуре порядка 400 0C Во втором используется медный катализатор и процесс проводится при температуре 220°С.

5-я стадия. Вымывание диоксида углерода из газовой смеси при помощи буферного щелочного раствора карбоната калия или раствора какого-либо амина, например этаноламина NH2CH2CH2OH. Диоксид углерода в конце концов сжижают и используют для производства мочевины, либо выпускают в атмосферу.

6-я стадия. После 4-й стадии в газовой смеси остается еще около 0,3% моноксида углерода. Поскольку он может отравлять железный катализатор во время синтеза аммиака (на 8-й стадии), моноксид углерода удаляют путем конверсии водородом в метан на никелевом катализаторе при температуре 325°С.

7-я стадия. Газовую смесь, которая теперь содержит приблизительно 74% водорода и 25% азота, подвергают сжатию; при этом ее давление возрастает от 25-30 атм до 200 атм. Поскольку это приводит к повышению температуры смеси, ее сразу же после сжатия охлаждают.

8-я стадия. Газ из компрессора поступает теперь в «цикл синтеза аммиака». Схема, приведенная на рис. 7.2, дает упрощенное представление об этой стадии. Сначала газовая смесь попадает в каталитический конвертер, в котором используется железный катализатор и поддерживается температура 380-450°С. Газовая смесь, выходящая из этого конвертера, содержит не более 15% аммиака. Затем аммиак сжижают и направляют в приемный бункер, а непрореагировавшие газы возвращают в конвертер.

Бизнес-идея: производство аммиака. Схема и технология производства аммиака

Производство аммиака использует в качестве сырья уголь, кокс, коксовый и природный газ. При этом основным сырьем все-таки служит природный газ.

Немного истории

Еще в 20 веке известным ученым-химиком Габером был разработан физико-химический синтез аммиака. Последователи Габера также внесли свою лепту в данное производство. Так, Митташ смог разработать эффективный катализатор, Бошем создано специальное оборудование.

Митташем испытано огромное количество смесей в качестве катализаторов (порядка 20 тысяч), пока он не остановился на шведском магнетите, имеющем такой же состав, как и катализаторы, активно применяемые и сегодня. Современные катализаторы представляют собой сталь, промотированную незначительным количеством окиси алюминия и калия.

Еще в советское время в исследовательских институтах и лабораториях при заводах была проведена громадная работа в сфере исследований кинетики и термодинамики синтеза аммиака. Существенный вклад в совершенствование самой технологии производства аммиака внесен инженерами азотно-туковых заводов и рабочими-новаторами производства. В результате проведения данных работ существенно был интенсифицирован весь технологический процесс, созданы совершенно новые конструкции специализированных аппаратов, началось строительство производства аммиака.

Советская система производства аммиака характеризовалась достаточной экономичностью и высокой производительностью.

Первым практическим применением, подтверждающим успех предложенной теории, была разработка такого важнейшего процесса химической технологии, как синтез аммиака.

Одним из видов достаточно эффективных путей усовершенствования технологии производства аммиака является утилизация газов продувочного вида. Современные установки выделяют аммиак из таких газов вымораживанием.

Продувочные газы после получения аммиака могут быть использованы как низкокалорийное топливо. Иногда их просто выбрасывают в атмосферу. Газы на сжигание должны направляться в трубчатую печь (отделение конверсии метана). Это позволяет сэкономить расход сырья (природный газ).

Существует и другой способ утилизации указанных газов. Это разделение их методиками глубокого охлаждения. Данный способ позволит снизить общую себестоимость готовой продукции (аммиака). Также аргон, получаемый в данном технологическом процессе, гораздо дешевле, чем его аналог, но извлекаемый в установке разделения воздуха.

В продувочных газах имеется повышенное содержание инертов, которые способствуют менее интенсивному протеканию реакции.

Схема производства аммиака

Для подробного изучения технологии изготовления аммиака необходимо рассмотреть процесс выделения аммиака из таких простых веществ, как водород и азот. Возвращаясь к химии школьного уровня, можно отметить, что данная реакция характеризуется обратимостью и снижением объема.

Так как эта реакция экзотермическая, то снижение температуры будет способствовать смещению равновесия в пользу выделения аммиака. Однако в этом случае происходит значительное снижение скорости самой химической реакции. Именно поэтому синтез осуществляется в присутствии катализатора и с выдерживанием температуры порядка 550 градусов.

Основные способы производства аммиака

Из практики известны следующие способы производства:

  • при низком давлении (около 15 МПа);
  • при среднем давлении (порядка 30 МПа) – самый распространенный способ;
  • при высоком давлении (около 100 МПа).

Негативно на синтез аммиака влияют такие примеси, как сероводород, вода и оксид углерода. Чтобы они не снижали активность катализатора, азотводородная смесь должна быть тщательно очищена. Однако и в этих условиях лишь часть смеси превратится в будущем в аммиак.

Таким образом, рассмотрим подробнее процесс производства аммиака.

Технология производства

Схема производства аммиака предусматривает промывку природного газа с использованием жидкого азота. При этом необходимо провести конверсию газа под высокой температурой, давлением до 30 атмосфер и температурой порядка 1350 градусов. Только в этом случае конвертированный сухой газ будет иметь низкие расходные коэффициенты по кислороду и природному газу.

До недавнего времени производство аммиака, технология которого содержала как последовательные, так и параллельные связи между используемыми аппаратами, строилось на дублировании функций основного оборудования. Результатом такой организации производственного процесса было существенное растягивание технологических коммуникаций.

Существует современное производство аммиака, технология которого уже предусматривает использование установки мощностью от 1360 т в сутки. Данное оборудование включает не менее десяти аппаратов конверсии, синтеза и очистки. Последовательно-параллельные технологии формируют самостоятельные подразделения (цехи), которые отвечают за выполнение отдельных этапов переработки сырьевого материала. Таким образом организованное производство аммиака позволяет существенно улучшить условия труда на специализированных заводах, провести автоматизацию, что приведет к стабилизации всего технологического процесса. Указанные усовершенствования также приведут к значительному упрощению общей технологии производства синтетического аммиака.

Новшества в технологии изготовления аммиака

Современное производство аммиака в промышленности использует в качестве сырья более дешевый вид природного газа. Это существенно сокращает себестоимость готового продукта. Кроме того, благодаря такой организации, могут быть улучшены условия труда на соответствующих заводах, а также существенно упрощается химическое производство аммиака.

Особенности производственного процесса

Для последующего усовершенствования процесса производства необходимо освободить механизмы очистки газов от вредных и ненужных примесей. Для этого используется метод тонкой очистки (адсорбция и предкатализ).

Это в том случае, когда производство аммиака не предусматривает промывку газа с использованием жидкого азота, но при этом есть в наличии низкотемпературная конверсия оксида углерода. Для проведения конверсии природного газа на высокой температуре можно использовать обогащенный кислородом воздух. При этом необходимо следить, чтобы в конвертированном газе концентрация метана не превышала 0,5 %. Это связано с высокой температурой (около 1400 градусов), повышающейся при химической реакции. Поэтому в результате данного вида производства в исходной смеси прослеживается высокая концентрация инертного газа и его расход на 4,6 % больше, чем такой же расход при конверсии кислородом в концентрации 95 %. При этом расходование кислорода на 17 % ниже.

Читайте также:  Что такое счет STP?

Производство газа технологического назначения

Данное производство является начальным этапом в синтезе аммиака и проводится под давлением около 30 ат. Для этого природный газ сжимается с использованием компрессора до 40 ат, далее он подогревается до 400 градусов в змеевике, который расположен в трубчатой печи, и подается в отсек сероочистки.

При наличии серы в количестве 1 мг в м в очищенном природном газе его нужно смешать с водяным паром в соответствующем соотношении (4:1).

Реакция взаимодействия водорода с окисью углерода (т.н. метанирование) происходит с выделением огромного количества тепла и значительным уменьшением объема.

Производство с медноаммиачной очисткой

Осуществляется, если производство аммиака не предусматривает промывку жидким азотом. В данном процессе используется медноаммиачная очистка. В этом случае используется такое производство аммиака, технологическая схема которого применяет обогащенный кислородом воздух. При этом специалисты должны следить за тем, чтобы в конвертированном газе концентрация метана не превышала 0,5 %, такой показатель напрямую связан с повышением температуры до 1400 градусов в процессе реакции.

Основные направления развития производства аммиака

Во-первых, в ближайшем будущем необходимо кооперирование органической и азотной промышленности, в основе которого должно находиться использование такого сырья, как природный газ или газ нефтепереработки.

Во-вторых, должно происходить постепенное укрупнение всего производства и отдельных его компонентов.

В-третьих, на современном этапе развития химической промышленности нужно проводить исследования по разработке активных каталитических систем для достижения максимального снижения давления в производственном процессе.

В-четвертых, должно войти в практику использование специальных колонн для осуществления синтеза с применением катализатора с «кипящим слоем».

В-пятых, с целью повышения эффективности производства нужно совершенствовать работу систем использования тепла.

Вывод

Аммиак имеет большое значение для химической промышленности и сельского хозяйства. Он служит сырьем в производстве азотной кислоты, ее солей, а также солей аммония и различных азотных удобрений.

Аммиак – производство для опытных предпринимателей

Производство аммиака: спрос на продукт + 3 особенности производства + 6 этапов синтеза + регистрация деятельности + выбор помещения + примерные расходы.

Производство аммиака – это технологически сложный процесс, который требует значительных затрат энергии. Тем не менее, это одно из лидирующих промышленных направлений во всем мире, включая РФ.

Всё благодаря высокой востребованности аммиака в научно-технической сфере (в качестве холодильного агента), фармацевтике (составляющее многих препаратов, например, нашатырного спирта), агрокультуре. Именно последнее направление сейчас активно развивается и формирует спрос на аммиак.

В этой статье мы обсудим, как происходит синтез аммиака, а также определим ориентировочную сумму средств для запуска собственного завода.

Аммиак: производство и использование

Возможно, вы припомните из школьного курса химии, что аммиак имеет очень простую формулу – NH3. Что касается физических свойств вещества – это бесцветный газ с резким запахом. Он хорошо растворим в воде: от 700 до 1200 объемов NH3 растворяется в одном объеме воды (в зависимости от температуры).

Синтез происходит путём соединения молекул азота с водородом в условиях высокой температуры и давления.

Этот процесс описывает следующая формула, которую впервые вывел немецкий физик Габер:

В формуле «кат.» – сокращение от слова «катализатор». В нашем случае речь идет о температуре, давлении и химических примесях. Q – это выход тепловой энергии, так как реакция экзотермическая.

Как мы ранее упоминали, синтез аммиака – это очень энергозатратный процесс. Он требует температуру порядка 400-500 градусов Цельсия и давление от 16 до 100 мегапаскаль.

Химические примеси, которые используют в качестве катализатора, — это восстановленное железорудное железо с К (Калием), Si (Силицием), Ca (Кальцием) или Al2O3 (оксидом алюминия). Ингибиторами при синтезе аммиака выступают вода, сернистый водород (H2S) и оксид углерода (CO/ CO2).

Обратите внимание: при контакте этих веществ с продуктом реакции качество аммиака снизится, а сам производственный процесс будет замедляться.

Помимо этого метода получения существуют еще два: дуговой и цианамидный.

Метод получения аммиакаОписаниеЗатраты энергии на производство 1 т аммиака, кДж
Дуговой методОсновывается на эндотермической реакции окисления азота кислородом, протекающей при температуре 3000 градусов Цельсия в пламени вольтовой дуги.7*104
Дуговой методОсновывается на способности измельченного карбида кальция реагировать с молекулярным азотом при температуре около 1000 градусов Цельсия. В результате образуется кальций цианамида, который после превращается в аммиак.1,2*104

По сравнению с дуговым и цианамидным методами, предложенный Габером вариант является самым энергетически выгодным. Затраты энергии для изготовления тонны продукта составляют всего 0,5*104. Именно поэтому данный способ – самый распространенный.

Ежегодно в мире изготовляется более 150 000 000 тонн аммиака. При этом значительная доля, как мы уже упоминали, идёт на сельскохозяйственные потребности – а именно на изготовление аммиачных удобрений.

а) Главные производственные особенности

  1. Достичь 100% выхода продукта невозможно из-за высокого температурного порога протекания реакции. Максимально ожидаемый выход конечного продукта не превысит 40-45%. Минимальный выход аммиака составит всего 20%.
  2. Производственный процесс рециркулирует, то есть часть азота, которая не превратилась в продукт, охлаждается и повторно идёт на производство.
  3. Наличие катализатора не опционно, а обязательно.

б) 6 этапов производства аммиака

1 этапПодготовленную смесь азота и водорода подают по трубопроводу в компрессор.
2 этапПосле прохождения турбокомпрессора реакционная смесь подается в колонну синтеза, куда поступают химические катализаторы.
3 этапВесь полученный аммиак, который, в среднем, составляет 25% от теоретически возможного, подается в холодильный компартмент для охлаждения, так как в процессе синтеза смесь сильно нагревается вследствие экзотермической реакции.
4 этапПод воздействием давления аммиак из газообразного переходит в жидкое состояние.
5 этапВ сепараторе происходит разделение конечного продукта реакции и непрореагировавшей смеси, которая рециркулирует в исходную точку производства через компрессор.
Благодаря рециклизации используется до 96% всей азотноводородной смеси.
6 этапЖидкий аммиак поступает в отсек для хранения при контролируемых условиях.

Производство аммиака почти безотходное благодаря системе повторного направления смеси в реактор. К тому же выход энергии от реакции частично покрывает необходимые температурные условия.

Чтобы вы могли лучше разобраться в процессе производства аммиака, предлагаем ознакомиться с коротким видео:

Как организовать бизнес на производстве аммиака?

Перед началом выполнения практических шагов нужно уделить время планированию – создать проект завода и бизнес-план. В последнем одним из главных разделов будет финансовый – там вы пропишите ожидаемые расходы на запуск производства + доходы от работы предприятия.

1. Регистрация бизнеса – оформляем документы на производство

По сравнению с мелким бизнесом, где превалирует форма регистрации ИП (индивидуальный предприниматель), для запуска объекта среднего или большего бизнеса более привычна форма регистрации ООО (общества с ограниченной ответственностью).

Критерий сравненияИПООО
Процедура регистрацииТребует подачи заявления и уплаты государственной пошлины.Требует уплаты государственной пошлины, подачи нотариально заверенного заявления, Устава, протокола собрания всех участников ООО.
Учредительные документыОтсутствуетУстав (сложный юридический документ, требующих специальных знаний и навыков для его составления).
Принятие ключевых решенийЕдиноличноЕсли в составе ООО более одного участника, то все решения по основным направлениям деятельности принимаются только на общем собрании.
Уставной капиталОтсутствуетОбязателен. В сумме – не менее 10 000 рублей (деньгами или имуществом).
ОтветственностьПолная имущественная ответственность даже при ликвидации бизнеса. При больших долгах единственным спасением может стать банкротство предприятия.Ответственность ограничена размером доли участника в Уставном капитале (если она была полностью оплачена при создании ООО).
Использование прибылиПо собственному усмотрению владельца бизнеса в любое время.Только после распределения прибыли общим собранием участников ООО.
Возможно объединение нескольких ИП только на основе договора простого товарищества или договора о совместной деятельности.В одно ООО может входить до 50 участников.
АвторитетностьОтсутствует. Аббревиатура “ООО” пользуется большим доверием, чем “ИП”.Присутствует
Продажа бизнесаТолько путём продажи товарного знака или технологии производства. Если товарных знаков несколько, тогда нужно совершить перерегистрацию каждого из них.Любым способом. С помощью нотариальной сделки можно продать долю в Уставном капитале ООО, которому принадлежит несколько товарных знаков.

Чтобы зарегистрировать ООО для открытия производства аммиака, следуйте этой инструкции:

Также нужно получить разрешения на работу завода. Для этого ваш продукт производства должен соответствовать ГОСТу ( ГОСТ 6221-90 , ссылка на полный текст стандарта: https://docs.cntd.ru/document/1200018926).

Потребуются и разрешения от пожарной службы, санэпидемстанции, Росприроднадзора, налоговой инспекции. Договоры с сотрудниками завода должны соответствовать статьям 56-57 и 67 Трудового кодекса.

Получение всех необходимых разрешений может затянуться на несколько лет и потребовать значительных вложений капитала. Рекомендуем делегировать хотя бы часть этого процесса специалистам.

Производство аммиака. Описание технологического процесса.

2. Выбор помещения и оборудования для производства аммиака

При подборе территории для строительства завода необходимо учесть, что это шумное и выхлопное производство, поэтому следует подобрать место за чертой города. Для работы завода необходимо подключение к электросети высокой мощности, системе водоснабжения и канализации, телефонной и интернет связи.

Для удобства транспортировки сырья и готового продукта завод должен находиться рядом с удобной, крупной дорожной развязкой.

Определить стоимость оборудования для завода довольно сложно – сумма будет сильно варьироваться от случая к случаю. Но одно можно сказать точно: аммиак – производство не из дешёвых.

Кроме того, расчеты может выполнить только человек, который отлично разбирается в теме. В отличие от большинства бизнес-идей, информацию об изготовлении аммиака найти в интернете практически невозможно!

Дело в том, что (несмотря на кажущуюся простоту уравнения реакции) данное производство очень сложное.

Понять это можно, просто взглянув на схему процесса:

Оборудование для производства потребуется следующее:

1. Компрессоры.
2. Подогреватели.
3. Реактор гидрирования сероорганических соединений.
4. Адсорбер H2S.
5. Трубчатая печь (первичный риформинг).
6. Шахтный конвертор (вторичный риформинг).
7. Паровые котлы.
8. Конверторы СО.
9. Абсорбер СО2.
10. Кипятильник.
11. Регенератор раствора моноэтаноламина.
12. Насос.
13. Аппарат для гидрирования остаточных СО и СО2.
14. Воздушные холодильники.
15. Конденсационная колонна.
16. Испаритель жидкого NH3 (для охлаждения газа и выделения NH3).
17. Колонна синтеза NН3.
18. Водоподогреватель.
19. Теплообменник.
20. Сепаратор.

Очевидно, дело требует огромного стартового капитала. В среднем, исходя из отзывов опытных предпринимателей, организация бизнеса по изготовлению аммиака обойдётся в сумму от 400 млн. долларов .

Что можно сказать об окупаемости бизнеса? Себестоимость производства тонны аммиака в России оценивается в 130-160 долларов . А средняя цена реализации при этом – около 250-300 долл .

На основании этих данных можно сделать вывод: хотя производство аммиака на начальных этапах запуска и ведения бизнеса потребует вложений, которые исчисляются сотнями миллионов долларов США, дело это однозначно прибыльное и перспективное.

При этом стоит понимать, что «человеку с улицы» в эту сферу лучше не приходить. Информации об организации дела в открытом доступе мало, а риски прогореть весьма велики.

Производство аммиака

Азотное производство играет важнейшую роль в современной химической промышленности. Стоит заметить, что соединения азота применяются как при получении органических, так и неорганических веществ. Особую статью в азотной промышленности составляет производство аммиака. Именно при «участии» этого ценнейшего компонента производятся удобрения, азотная кислота, взрывчатые вещества, хладоагенты и многое другое. При всей своей полезности аммиак является довольно сильным ядом, несмотря на то что применяется в медицине в виде нашатыря.

Сам аммиак как вещество впервые был обнаружен в конце XVIII века. Описал его как отдельное вещество англичанин Джозеф Пристли. Спустя 11 лет французом Клодом Луи Бертолле был изучен химический состав этого вещества. Необходимость получения аммиака в промышленных количествах стала остро возникать в конце XIX века, когда стали истощаться месторождения чилийской селитры, из которой в основном получали азотные соединения. Именно «щелочной воздух» стал самым перспективным компонентом для производства различных химических соединений, которые оказали огромное влияние на разные стороны жизни человека: от военного дела, до сельского хозяйства.

Но эта проблема была решена только в начале XX столетия, когда появился способ производства аммиака путем прямого синтеза из азота и водорода. Таким образом, од возникновения проблемы до ее решения прошел довольно длительный период, в ходе которого было сделано несколько открытий, позволивших «сказку сделать былью».

Особенности и этапы производственного процесса

Процесс производства аммиака характеризуется большой энергоемкостью, что является главным его недостатком. Именно поэтому постоянно ведутся научные разработки, которые призваны решить проблемы экономии энергии. В частности разрабатываются способы утилизации выделенной энергии, а также совмещение, например, производства аммиака и карбамида. Все это способствует удешевлению деятельности предприятий и повышению их полезной отдачи.

В основу производства аммиака положены принцип циркуляции, согласно которому процесс идет непрерывно, причем остатки исходных компонентов отделяются от конечного продукта и используются вновь, непрерывности: процесс синтеза происходит без остановки, принцип теплообмена, а также принцип цикличности. Как видно, все эти принципы между собой тесно взаимосвязаны.

Сама технологическая схема производства аммиака зависит, прежде всего, от сырья, из которого получается конечный продукт. Дело в том, что, в отличие от азота, который содержится в воздухе в больших количествах, водород в чистом виде в природе практически не присутствует, а выделять его из воды – довольно трудоемкий и энергозатратный процесс.

Поэтому в качестве сырья для производства аммиака в основном используются углеводороды, содержащиеся в природном газе. В настоящее время именно природный газ является одной из основ аммиачной промышленности. Прежде чем попасть в колонну синтеза, газ проходит несколько стадий обработки. Начинается процесс с того что производится очистка исходного сырья от серы при помощи десульфуратора.

Далее идет так называемый процесс риформинга, который заключается в том, что в его ходе углеводороды сначала превращаются в метан, потом происходит довольно сложный процесс превращения метана в смесь водяного пара, угарного газа, углекислого газа и водорода. При этом также происходит очистка смеси от углекислого газа, после чего водород попадает в колонну синтеза под большим давлением вместе с азотом. Таким образом, прежде чем начать непосредственно производство аммиака, технология предполагает предварительную обработку сырья.

Все процессы риформинга, как и непосредственно сам синтез конечного продукта, происходят при высоком давлении и большой температуре. Именно это приводит к большой их энергозатратности. При этом указанные параметры на всех стадиях производства изменяются.

Сама колонна обычно изготавливается из стали. В ней размещен катализатор, состав которого может быть разным. После прохождения цикла синтеза смесь попадает в холодильник, где от нее оделяется аммиак в жидком виде, а оставшиеся после реакции компоненты снова идут в производство. Такая особенность технологического процесса вызвана тем, что реакция синтеза аммиака является обратимой и в ходе технологического процесса часть конечного продукта распадается на исходные компоненты.

Таким образом, производство аммиака в промышленности, несмотря на кажущуюся простоту реакции, которая лежит в основе процесса, на самом деле является довольно сложной технологической задачей.

Создание интегрированных производств и разработка новых технологий имеют особое значение

Как уже было сказано выше, технология постоянно совершенствуется и главным направлением мероприятий по ее улучшению является снижение энергоемкости самого процесса. А там, где это сделать по разным причинам сложно, применяются способы утилизации тепла, которое также способно принести пользу. Кроме того некоторые заводы по производству аммиака используют побочные продукты для других химических производств. Так может совмещаться, например, производство метанола и аммиака. Этот способ заключается в том, что из образующегося в ходе риформинга из угарного газа и воды синтезируется метанол.

Также было уже сказано про совмещенное производство аммиака и карбамида. Данное совмещение возможно, например, путем реакции полученного при риформинге углекислого газа с полученным аммиаком. Данный способ, конечно же, требует установки дополнительного оборудования. Тем не менее, он позволяет повысить полезную отдачу конкретного предприятия.

Еще одна особенность производства аммиака в промышленности состоит в том, что его цикличность также способствует и безотходности. Причем в ход идут как полученная энергия, так и побочные продукты. Даже сера, полученная при очистке исходного сырья, находит применение в других химических производствах. Помимо перечисленных мер происходит также постоянный поиск оптимального сочетания давления и температуры, при котором происходит процесс. Ведь от сочетания этих параметров зависит конечный выход основного продукта.

Учитывая все вышесказанное, можно с полной ответственностью сделать вывод,что современный завод по производству аммиака представляет из себя довольно сложный комплекс сооружений. Но в основе такого комплекса всегда состоит установка, разработанная в 1909 году немецким ученым Фрицем Габером, который помимо этого изобретения прославился тем, что стал «отцом химического оружия». По иронии судьбы этот ученый получил Нобелевскую премию Мира. Тем не менее, очевидно, что ценность его вклада в развитие современной химической промышленности сомнению не подлежит.

Таким образом, на примере промышленного производства аммиака можно увидеть, как годами можно совершенствовать, казалось бы, неизменный процесс. Также можно проследить, как одно изобретение может на многие года заложить развитие целой отрасли производства (причем, немаловажной) современного производства.

В настоящее время заводы по производству аммиака расположены по всему миру. Более того: постоянно строятся новые предприятия. Данный факт еще раз подчеркивает важность этого вида химического производства. Ведь во многих регионах земного шара наличие, например, азотных удобрений, стало жизненной необходимостью. Можно привести и много других примеров, но факт остается фактом. Кроме того, огромная часть продукции газодобывающей промышленности востребована именно в производстве аммиака, что позволяет ей устойчиво развиваться. На этих немногочисленных примерах достаточно хорошо видно, что роль производства аммиака переоценить довольно трудно. Поэтому можно сделать вывод, что азотная промышленность будет существовать еще долго, а продукция ее будет всегда пользоваться устойчивым спросом.

Таким образом, говоря о производстве аммиака, следует понимать, что речь идет об очень серьезном производстве, которое оказывает огромное влияние на функционирование различных сфер, как хозяйственной деятельности, так и просто жизни людей. И вполне возможно, что важность данной отрасли в будущем будет расти.

Бизнес-идея: производство аммиака. Схема и технология производства аммиака

В качестве сырья для производства аммиака может быть использован кокс, уголь, коксовый газ, природный газ. Однако, в основном, аммиак производят из природного газа. Важнейшим показателем является его потребление на тонну продукции…

Показатель потребления природного газа является одним из важнейших факторов, определяющих рентабельность производства аммиака. На выработку 1 тонны аммиака российские агрегаты потребляют 1115-1380 м3 природного газа. Зачастую высокое потребление природного газа связано с тем, что большинство российских агрегатов являются устаревшими и значительно уступают используемым в передовых странах по энерго- и материалоемкости и экологическим требованиям. Но в последние годы на большинстве предприятий проводятся работы по реконструкции и модернизации производств, в результате которых расход природного газа и электроэнергии снижается. Наилучшие показатели по расходу природного газа находятся на данный момент на уровне 1115 м3. Ниже представлены показатели потребления природного газа на некоторых российских производствах:

Таблица
Расход природного газа на производство аммиака на некоторых российских предприятиях

Предприятие

Расход природного газа, м 3 на тонну NH 3 ОАО « Акрон »1,115 ; 1,130 ( в зависимости от агрегата)ОАО « Минеральные удобрения »1,174ОАО « Азот » (Березники)1,250

Источник: данные опросов

На данный момент основным конкурентным преимуществом российских производств аммиака является дешевый природный газ. Проследить изменение себестоимости производства аммиака в различных регионах мира можно по данным, представленным в нижеследующей таблице. Видно, что себестоимость производства аммиака в России одна из самых низких. В то же время, технологии производства, ресурсо- и энергопотребление на российских предприятиях существенно выше, чем на современных производствах, введенных в эксплуатацию в последние годы. Этот факт говорит о том, что без модернизации существующих производств, ввиду вероятного роста цен на исходное сырье, себестоимость аммиака существенно возрастет.

Таблица
Себестоимость производства аммиака в различных странах

Страна Цена пр. газа, $ /м 3 Себестоимость пр-ва аммиака, $/т
США200-430220-450
Канада200-300220-300
Зап. Европа200-450220-470
Украина100-130180-200
Тринидад100120-150
Россия40-60130-160
Индонезия70-80100-120
Аргентина50-7080-100
Австралия40-6070-90
Венесуэла40-6070-80
Ближний Восток30-4060-90

Традиционная схема получения аммиака из природного газа выглядит следующим образом:

Рис. 1.1. Традиционная схема получения аммиака из природного газа

На первой стадии происходит удаление серы из природного газа. В зависимости от содержания соединений серы в природном газе используется цеолитная очистка или очистка методом каталитического гидрирования и последующего поглощения H2S оксидом цинка. Далее природный газ поступает в реакторы реформинга. Следующим этапом идет конверсия моннооксида углерода и очистка газа от диоксида углерода. Важнейшей частью схемы является синтез аммиака. В агрегатах аммиака предыдущего поколения синтез аммиака проводят при давлении 280 – 330 бар. Для сжатия синтез газа, подаваемого в петлю синтеза требуется мощный 4-х ступенчатый компрессор с номинальной мощностью 32 МВт для агрегата, производящего 1360 тонн NH3 в сутки. Его турбина потребляет пар с давлением 100 бар и температурой 482°С в количестве 350 – 370 тонн в час. Именно эта турбина производит, а компрессор потребляет наибольшее количество механической энергии. Потери энергии только при конденсации мятого пара составляют 0.35 – 0.4 Гкал/т NH3. Чтобы сократить производство механической энергии и производство пара в рамках концепции энергосбережения и уменьшения инвестиций предлагаются новые схемы синтеза, в частности каскадный синтез аммиака при низком давлении.
Энергопотребление является одним из важнейших параметров, определяющих рентабельность производства аммиака. В течении производителями ведутся работы по модернизации производства, которые в том числе ведут к снижению энергозатрат. По данным института катализа им. Г. К. Борескова в России действует 31 агрегат аммиака III-го поколения с расходом энергии 10.07-11.2 Гкал/т. То есть с 1960-х гг. энергопотребление снизилось на 29%.
На нижеследующей диаграмме представлена динамика изменения расхода электроэнергии по мере усовершенствования технологий производства аммиака.

Диаграмма
Динамика энергопотребления при производстве аммиака в 1920-2006 гг.

Источник: Институт катализа им. Г. К. Борескова

В результате работ по совершенствованию технологий производства карбамида был разработан ряд агрегатов IV поколения, технические показатели которых превосходят все существовавшие до этого аналоги.
Рассмотрим технологические решения, предложенные различными лицензиаторами для усовершенствования процесса синтеза аммиака.
Разработкой технологий синтеза аммиака являются фирмы Haldor Topsoe, Kellogg Brown& Root, Ammonia Casale, ICICF Braun, Uhde и др.
На рис. 1.10 и 1.11 представлены радиальные колонны синтеза аммиака, разработанные Ammonia Casale и Haldor Topsoe. Первый вариант предусматривает уменьшение давления синтеза на 30% и энергопотребления до 0,3 Гкал/т NH3. Второй – увеличение конверсии до 40% и снижение перепада давления до 60%.

Рис. 1.10. Радиальная насадка колонны синтеза Ammonia Casale Рис. 1.11. Радиальная насадка колонны синтеза Haldor Topsoe

Метод повышения производительности установки реформинга без увеличения ее размеров заключается в использовании установки предриформинга. Это хорошо отработанная технология, впервые примененная компанией British Gas под названием процесса «Каталитического обогащения газа» при производстве бытового газа из лигроина в 1960-х гг.
Предреформинг позволяет снизить соотношение пар/газ, улучшить показатели сероочистки, достичь экономии топлива на 5-10% и повысить мощность собственно реформинга на 15-25%. Ниже приведен пример схемы предреформинга.

Рис. 1.12. Схема процесса предреформинга

Использование предреформинга предлагает в частности Haldor Topsoe. В целом агрегат синтеза аммиака IV-го поколения (Low Energy Process), разработанный данной компанией, представляет собой традиционную схему синтеза с оптимизированными стадиями.

Рис. 1.13. Схема агрегата ICI (LCA)


Для оптимизации процесса предлагаются следующие положения:
– соотношение пар/газ=2.8 за счет использования предреформинга и спец. катализатора СТК,
– высокая температура в первичном реформинге за счет использования жаропрочных труб,
– остаточный СОx после очистки от СО2 удаляется синтезом метанола.
Агрегаты IV-го поколения ICI (AMV Process) отличают следующие особенности:
– подача избыточного (на 20%) количества воздуха во вторичный реформинг и более мягкие условия первичного реформинга,
– низкое давление синтеза (80-110 атм),
– рекуперация водорода из продувочных газов при давлении синтеза,
– экономия энергии (6.8-6.9 Гкал/т).
В таблице представлены основные технические параметры процесса AMV фирмы ICI и традиционной технологии.

Таблица
Технические показатели процесса синтеза аммиака AMV (ICI) и традиционной технологии

Показатели AMV процесс Традиционная технология
Типичные режимы первичного реформинга: Соотношение пар/углерод Температура газа на выходе, °С Проскок метана, %об.2.75-3.0 780 163.5 800-820 11
Типичные режимы вторичного реформинга: Температура газа на выходе, 0С Проскок метана, %об.950 1.01000 0.3

Источник: Институт катализа им. Г. К. Борескова

Второй процесс, разработанный ICI (LCA Process), предполагает использование первичного реформинга с газовым обогревом. На рис. 1.5 представлена схема реактора синтеза аммиака, разработанного ICI для данного процесса.
Основные особенности процесса:
– первичный реформинг без огневого подогрева,
– большой избыток воздуха во вторичном реформинге,
– соотношение пар:газ=2.5,
– конверсия СО в одну стадию,
– выделение N2, Ar, CO2 методом КЦА,
– давление синтеза – 80 атм.
Упрощенно схему процесса LCA можно представить следующим образом:
Также вкратце хотелось бы описать современные варианты агрегатов синтеза аммиака компаний Linde, Kellog Brown & Root, Lurgi.
Особенности агрегатов синтеза аммиака Linde (LAC):
– водород получают паровой конверсией при 850°С, одноступенчатой конверсией СО и КЦА,
– азот получают криогенным разделением воздуха,
– нет продувочных газов,
– общее количество катализатора снижено в 2 раза.

В агрегатах производства аммиака 4-го поколения Broun&Root Purifier process основная идея – использование во вторичном реформинге расхода воздуха на 50% выше стехиометрического с выделением избыточного азота криогенным разделением перед компрессором синтез-газа. Особенности данного процесса можно кратко представить следующим образом:

Рис. 1.14. Схема процесса синтеза аммиака LCA (ICI)


– метан и аргон выделяются криогенно. Синтез-газ содержит только 0.25% инерта (Ar),
– существенно снижена температура в первичном реформинге,
– соотношение пар/газ меньше 3,
– дополнительный воздух дает дополнительное тепло,
– остаточное содержание метана – 1.5%,
– концентрация СО после НТК – 2.35%.
Особенности процесса KAAP/KRES фирмы Kellog Brown & Root:
– отсутствие первичного реформинга,
– давление синтеза – около 90атм,
– катализатор синтеза – Ru/C,
– одноступенчатый компрессор синтез-газа,
– отделение H2 и N2 из продувочных газов,
– потребление энергии 6.5-6.7 Гкал/т NH3.
Особенности процесса Megammonia компании LURGI, мощностью 4000 тонн в сутки:
– нет первичного реформинга,
– автотермичный реформинг на кислороде при 60 атм.,
– нет НТК,
– азот после разделения воздуха,
– криогенное выделение СО2, рециркуляция СН4, СО и Ar,
– синтез при 200 атм.

С оценкой потенциала российского экспорта карбамида, текущей ситуации и прогнозе развития внутреннего рынка можно познакомиться в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков « Рынок карбамида в СНГ ».

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях – проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

Оцените статью
Добавить комментарий