Устройство колонны синтез аммиака

Основной аппарат технологической схемы – колонна синтеза аммиака. Колонна состоит из корпуса и насадки, включающей катализаторную коробку в которой размещена контактная масса, и систему теплообменных труб.

Для процесса синтеза аммиака существенное значение имеет оптимальный температурный режим.

Для обеспечения максимальной синтеза процесс следует начинать при высокой температуры и по мере увеличения степени превращения понижать ее. Регулирование температуры и обеспечение автотермичности процесса обеспечивается с помощью теплообменников, расположенных в слое контактной массы и дополнительно, подачей части холодной АВС в контактную массу, минуя теплообменник.

Для снижения температуры стенок холодная азотоводородная смесь, поступающая в колонну синтеза, проходит вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса колонны. Применяют полочные и трубчатые колонны.

На рисунке показана трубчатая колонна синтеза аммиака для системы среднего давления, представляющая собой цилиндр из хромоникелевой стали с толщиной стенок 175 мм, диаметром 1,2 - 1,4 м и высотой 24 м. В верхней части колонны находится катализаторная коробка 3, а в нижней – теплообменник 8, обеспечивающий автотермичность процесса. Катализатор загружается на колосниковую решетку 6. Для обеспечения равномерного распределения температуры в слой катализатора вводятся двойные трубы, выполняющие функции теплообменника. Основной газ, поступающий в колонну синтеза сверху, проходит вдоль стенок внутреннего стакана в межтрубном пространстве теплообменника 1 и, нагреваясь за счет теплоты процесса катализа, по центральной трубе 7 поднимается в надкаталитическое пространство. Затем азоводородная смесь распределяется по теплообменным трубкам, опускается по центральной теплообменной трубке вниз и, поднимаясь вверх по кольцевому пространству между внутренней и внешней трубками, нагревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу. Далее газ фильтруется через катализатор, на котором происходит синтез. Аммиачно-азотоводородная смесь при 500 °С поступает в трубное пространство теплообменника и нагревает свежую порцию азотоводородной смеси. Для регулирования температурного режима в зоне катализатора предусматривается подача части (холодного) газа снизу через центральную трубку, минуя теплообменные устройства.

Основной аппарат для синтеза аммиака – колонна синтеза
(рисунок 4.10). Колонна состоит из корпуса и насадки.

Рис 4.10. Колона синтеза аммиака среднего давления: 1 - кольцевое пространство между корпусом колонны 2 и стенками 3 катализаторной коробки; 4 и 5 - теплообменник; 6 - колосниковая решётка; 7 - центральная труба; 8 - второй теплообменник; 9 - труба для дополнительной подачи АВС (байпас)

Насадка состоит: из катализаторной коробки, с размещённой в ней контактной массой, и системы теплообменных труб.

В настоящее время применяют полочные колонны синтеза, в которых катализатор находится на полках, размещённых в катализаторной коробке.

Количество катализатора на полках колонны увеличивается по мере снижения скорости газа и снижении степени превращения АВС.

Регулирование температур и обеспечение автотермичности процесса обеспечивается с помощью системы внешних теплообменников и теплообменников, расположенных в слое контактной массы.

Внешний теплообменник находится в нижней части колонны, под катализаторной коробкой. В нём происходит теплообмен между горячим газом, отходящим из колонны, и холодной АВС.