Охрана окружающей среды в производстве аммиака

Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду:

1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси

2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения;

3) низко потенциальную теплоту.

Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока, но когда происходит восстановление оксидов азота до элементного азота, для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия. Полное исключение токсичных выбросов возможно при использовании каталитической очистки в присутствии газа-восстановителя.

В результате воздушного охлаждения и замены поршневых компрессоров турбокомпрессорами значительно уменьшилось потребление воды на 1 т МНз, что привело к существенному снижению количества сточных вод (а в 50 раз).

Низкопотенциальную теплоту удается утилизировать повышением ее потенциала: это достигается вводом некоторого количества высокопотенциальной теплоты. Но этот путь получения механической энергии связан с увеличением загрязненности воздушного бассейна дымовыми газами. Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парога-зовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива.

Операторная схема

колонна синтеза

теплообменники

теплообменники

сеператор первой ступени

сеператор второй ступени

сборник жидкого NH3

сепаратор

Блок схема

сеператор первой ступени

сеператор второй ступени

танк

Исходные данные для расчета

Расчет концентраций аммиака в потоке по формуле ларсена и блэка

, где

- концентрация аммиака в потоке% (по объему)

pi и Ti давление, ат. и температура, К газа

=0,883, =101,181=7,65%=0,0765

=0,374 =100,714=2,37%=0,0237

Материальный баланс

По колонне синтеза:

По азотоводороднои смеси

1)

По сепаратору I ступени:

По азотоводороднои смеси

2)

По аммиаку

3)

По сепаратору II ступени:

По азотоводородной смеси

4)

По аммиаку

5)

По танку:

По азотоводородной смеси

6) + =

По аммиаку

7) + =

П - расчетное количество аммиака.

b - растворимость авс в жидком аммиаке

Соответствие переменных потокам:

	Наименование потока	Усл. обозн.	Хi	Размерн.	Значение
	Поток, поступающий в колонну синтеза	N31	X1	КМОЛЬ	1951,6
	Поток газа после колонны синтеза	N12	X2	КМОЛЬ	1737,3
	Поток газа после сепаратора I ступени	N23	X3	КМОЛЬ	1595,7
	Поток свежей азотоводородной смеси	N03	X4	КМОЛЬ	432,7
	Поток танковых газов	N402	X5	КМОЛЬ	6,609
	Поток жидкого NH3 после сепаратора I ступени		X6	КГ	2355,7
	Поток жидкого NH3 после сепаратора II ступени		X7	КГ	1289,5

Получаем уравнения

1) 1,0237X1-1,15X2=0

2) 0,85X2-0,9235X3-0,001281X6=0

3) 0,15X2-0,0765X3-0,0588X6=0

4) - 0,9763X1+0,9235X3+X4-0,000786X7=0

5) - 0,0237X1+0,0765X3-0,0588X7=0

6) - 0,61X5+0,001281X6+0,000786X7=0

7) - 0,39X5+0,0588X6+0,0588X7=94,12

Составим матрицу коэффициентов при Х и столбец свободных членов:

Решаем систему уравнений матричным методом в программе Excel, умножая матрицу, обратную матрице коэффициентов но вектор свободных членов.

Заполняем таблицу потоков.

1. Расчет количеств азота и водорода в АВС.

N03=X4=432,7 кмоль

=N03×Vm=432,7×22,4 = 9692,48 м3

Отношение H2: N2 =3: 1Wоб(H2) =0,75Wоб(N2) =0,25

=0,75 × 9692,48 = 7269,36 м3

=0,25 × 9692,48 = 2423,12 м3

m(H2) =

m(N2) =

Общая масса АВС

m(АВС) =m(H2) +m(N2) =649,05+3028,90=3677,95

Массовые доли азота и водорода:

Wмас(H2) = =17,6%

Wмас(N2) = =82,4%

2. Расчет количеств водорода, азота и аммиака в танковых газах.

=N402×Vm=6,609×22,4 = 148,04 м3

Количество водорода и азота:

NАВС=N402(1- ) =6,609×(1-0,39) =4,031кмоль

=NАВС×Vm=4,031×22,4 = 90,30 м3

=0,75 × 90,30 = 67,72 м3

=0,25 × 90,30 = 22,57 м3

m(H2) = Wмас() = =0,16%

m(N2) = Wмас() = =0,77%

Количество аммиака в танковых газах.

NNH3=N402× =6,609×0,39=2,577кмоль

V(NH3) =NNH3×Vm=2,577×22,4=57,73 м3

m(NH3) = Wмас() = =1,19%

Количество жидкого аммиака.

m(NH3) =3600 кг Wмас() = =97,88%

N(NH3) =211,76 кмоль

V(NH3) =N(NH3) ×Vm=211,76×22,4=4743,42 м3

Общая расходная масса

Må= =3600+43,81+6,05+28,22=3678,08 кг

Масса танковых газовэ

mтг= Må- =3678,08-3600=78,08 кг

Wмас(т. г) = =2,12%

Невязка

D=mавс - Må=3677,95-3678,08=0,13 Wмас(невязки) @0

Общий расходный объем(при н. у)

Vå= =4743,42+57,73+67,72+22,57=4891,44 м3

Материальный баланс системы

Базис расчета 3600 кг NH3

Расчет основных технологических показателей

Выход аммиака

Расходные коэффициенты по сырью.

По азоту

а) теоретический

б) практический

По водороду

а) теоретический

б) практический

Список использованной литературы

1. А.М. Кутепов, Т. И - Бондарева, М.Г. Беренгартен, Общая химическая технология, М., Высшая школа, 1990

2. Справочник азотчика, М., Химия, 1987

3. Ф.А. Андреев, С.И. Карган, Л.И. Козлов, В.Ф. Приставко, Технология связанного азота, М., Химия, 1966

4. Г.Н. Кононова, В.В. Сафонов, Е.В. Егорова, Расчёт материального баланса химико-технологических систем интегральным методом, М., МИТХТ, 1999