Тема недели: Как правильно регулировать соотношение водорода и азота? (10/7----16/7)

Несколько дней назад появилась популярная статья, посвященная соотношению водорода и углерода. Вот мой краткий вывод: выбор соотношения водорода и углерода зависит от условий работы установки — как в нормальных, так и в нестандартных ситуациях. В нормальных условиях при выборе этого соотношения прежде всего учитывается качество сырьевого газа. Если качество газа очень хорошее, то вовсе не требуется осуществлять сброс газа после колонны; в таком случае соотношение регулируется по значениям 3:1. Если же необходим сброс газа, то значение соотношения определяется в зависимости от конкретных условий на предприятии: иногда используется значение 2,8–2,9, а иногда — 3,1–3,3. Лично я склоняюсь к значению 2,8–2,9. В условиях нештатной работы, например при изменении нагрузки или при аномальном содержании водорода в газе, входящем в установку, соотношение водорода и углерода может временно сильно меняться. Принцип заключается в том, чтобы скорректировать содержание водорода в газе до нормальных значений ； Например, при высоком содержании свежего газа, наличии аммиака в синтезаторе или других более серьезных проблемах, связанных с разницей температур, необходимо временно отключить подачу свежего газа, перевести систему в режим самоциркуляции или даже включить электрический обогреватель для поддержания температуры.

Ориентировочные ответы: их можно посмотреть, но это лишь ориентир. Соотношение водорода и азота в полугазе является важным показателем, контролируемым при производстве аммиака. Максимальная концентрация аммиака достигается, когда соотношение объемов водорода и азота составляет 3:1. Если один из компонентов — водород или азот — присутствует в избытке, доля газов водорода и азота, участвующих в реакции, снижается в общем объеме газа. В обычных условиях водород и азот составляют примерно 80% от газов, поступающих в реактор для синтеза. Если исключить из этого количества инертные газы и аммиак, то оставшийся водород и азот будут использоваться в соотношении 3:1 в процессе синтеза. В таком случае на долю водорода придется 75%, а на долю азота — 25%. Если содержание водорода превышает необходимое значение на 3%, то доля водорода в смеси водорода и азота составляет 78%, а доля азота — 22%. Однако только 66% водорода способны вступать в реакцию с азотом в количестве 22%. Следовательно, водород и азот, участвующие в реакции, составляют 88% от общего объема газа. Если содержание азота в смеси водорода и азота превышает 3%, то состав смеси будет таким: 28% — азот и 72% — водород. Однако 72% водорода может соединиться только с 24% азота; следовательно, процент водорода и азота, участвующих в реакции, составляет 96%. Очевидно, что избыток азота гораздо лучше, чем избыток водорода. Кроме того, с точки зрения скорости реакции синтеза аммиака, в несбалансированном состоянии соответствующее увеличение давления азота способствует ускорению процесса адсорбции азота катализатором, поскольку активная адсорбция азота является ключевым этапом в процессе синтеза аммиака. Небольшое снижение соотношения водорода и азота ниже значения «3» позволяет повысить давление азота в газе, что способствует более активному распространению азота на поверхность катализатора, увеличивает количество возможностей для адсорбции и тем самым повышает скорость синтеза. Благодаря повышению коэффициента синтеза снижается также электропотребление компрессора. Чрезмерное соотношение водорода и азота крайне неблагоприятно для реакции синтеза. Например, при соотношении в циркулирующем газе 75% водорода, 20% инертных газов и 5% азота, 5 частей азота могут реагировать только с 15% водорода, то есть в реакцию вступает лишь 20% компонентов; остальные 80% газа не участвуют в реакции. В результате эффективность синтеза значительно снижается, повышается давление в процессе синтеза, увеличивается объем отводимых газов. Это приводит не только к потере большого количества водорода, что влияет на объем производства аммиака, но и к повышению всех показателей расхода ресурсов. Поэтому более целесообразно поддерживать соотношение водорода к азоту в циркулирующем газе в диапазоне от 2,4 до 2,8. Но водород и азот синтезируются в аммиак в соотношении 3:1, поэтому для дополнительного газа оптимальным соотношением водорода к азоту по-прежнему является «3».

Согласно онлайн-анализатору: проверяется, находится ли соотношение водорода и азота в циркулирующем газе в диапазоне 2,8–2,9. Если это не так, то путем регулировки соотношения водорода и азота в свежем газе достигается требуемое значение для циркулирующего газа. Если значение находится в допустимых пределах, тогда достаточно поддерживать соотношение свежего водорода и азота на уровне 3:1! Если содержание аммиака в потоке, поступающем в башню, превышает допустимые значения, сначала необходимо поддерживать температуру в куче путем регулировки вспомогательных линий или снижения объема циркулирующей жидкости. В то же время следует контролировать уровень жидкости в резервуаре для разделения, а также уровень, температуру и давление в охладителе аммиака, чтобы все эти показатели находились в допустимых пределах. Если давление в охладителе аммиака выходит за эти пределы, необходимо увеличить мощность холодильной установки

1) Схема управления (Control Scheme): с учетом условий производства на месте и требований завода была предложена схема каскадного регулирования с тремя циклами. Основной цикл (ARC6) представляет собой цикл управления соотношением водорода и азота. Входными данными являются фактическое значение этого соотношения; заданное значение же определяется системой DCS посредством передачи данных. Выходные данные служат значениями, которые задаются для вспомогательных циклов ； Вспомогательный контур (ARC3) представляет собой контур управления содержанием водорода на выходе из устройства с низким давлением. Входным параметром является содержание водорода на выходе этого устройства, а выходным — значение, которое служит заданием для второстепенного вспомогательного контура ； Вспомогательная цепь (FRC3) представляет собой цепь управления расходом воздуха: на вход подается показатель расхода воздуха, а выходные данные передаются посредством связи непосредственно в DCS. Затем DCS передает эти данные на расположенный на месте клапан управления расходом воздуха. В то же время выделяются три величины, оказывающие значительное влияние на обратный путь, в качестве величин фидбека. Исходя из реальных условий на месте, задержка в первом цикле составляет примерно 10–15 минут, во втором цикле — примерно 20 минут, а в третьем цикле задержка очень мала. Поэтому первые два контура должны регулироваться стабильно, при этом необходимо избегать перерегулирования. Кроме того, фидбек следует подавать в вспомогательные контуры, чтобы обеспечить своевременную регулировку расхода воздуха. Схема управления показана на рисунке 1. Рисунок (4) Схема управления. На всех трех циклах применяется метод управления без моделирования. Три входных сигнала, подаваемых на вспомогательные циклы, представляют собой: расход газа из источника сырья (FRC!), объем газа, возвращающегося по схеме Персона, и изменение температуры циркулирующего газа (TD106).

Путем использования онлайн-анализаторов, ручного анализа, температуры в критических зонах синтезирующей установки и давления в системе для комплексной оценки

Как известно, от процесса производства газа до синтеза существует довольно длинный путь. К тому времени, когда уровень водорода, полученного в результате синтеза, изменяется, уже слишком поздно вносить коррективы в процесс производства газа. Поэтому гораздо лучше определять содержание водорода после преобразования (мы тогда называли его преобразованным водородом) и на основе этих данных регулировать соотношение водорода и азота.

Способы регулирования соотношения водорода и азота в зависимости от используемых технологических процессов также должны различаться. В нашем заводе применяются процессы конверсии, карбонизации, производства метанола и очистки с помощью меди. В нормальных условиях, если удавается поддерживать стабильный уровень оксида углерода на выходе из процессов конверсии и производства метанола, то и соотношение водорода и азота будет стабильным, без значительных колебаний. В этом случае ключевую роль играет регулирование процесса производства газа； Но как только уровень выделяемого угарного газа превышает допустимые значения, это приводит к увеличению нагрузки на метанол. Ведь для синтеза метанола требуется большое количество водорода. Обычно это проявляется следующим образом: сначала температура метанола повышается, затем соотношение водорода и азота при синтезе резко снижается, что ухудшает процесс синтеза ； В процессе регулирования в качестве вспомогательного средства используется восстановление водорода ； Если состояние газообразовательной печи плохое, трудно добиться такого соотношения водорода и азота, которое требуется.

Регулировка соотношения водорода и азота осуществляется автоматически; на выходе из резервуара с газом, на выходе после десульфуризации, на выходе после очистки, на входе в установку для синтеза и на выходе из котла для синтеза установлены приборы для измерения содержания водорода. Средством регулировки является изменение времени восстановления на этапе выдувания с помощью вышеупомянутых параметров. Уровень использования в целом стабилен; при значительных отклонениях оператор, ответственный за производство газа, может их скорректировать. Регулировка соотношения водорода и азота работает стабильно и нормально, когда весь производственный система находится в устойчивом состоянии; однако при значительных колебаниях регулировка этого соотношения также склонна к отклонениям. На позиции синтеза рассматривается возможность корректировки потока восстанавливаемого водорода только при значительном отклонении соотношения водорода и азота (для корректировки состава газа путем регулирования объема отводимого циркуляционного газа).

Способы регулирования соотношения водорода и азота в зависимости от используемой технологической процедуры также должны различаться. В нашем заводе применяются процессы конверсии, декарбонизации, производства метанола и метана. В нормальных условиях, если удаваться поддерживать стабильный уровень оксида углерода на выходе из устройств для конверсии и производства метанола, то соотношение водорода и азота также будет стабильным, без значительных колебаний. В этом случае ключевую роль играет регулирование процесса производства газа； Но как только уровень выделяемого угарного газа превышает допустимые значения, это приводит к увеличению нагрузки на метанол. Ведь для синтеза метанола требуется большое количество водорода. Обычно это проявляется следующим образом: сначала температура метанола повышается, затем соотношение водорода и азота при синтезе резко снижается, что ухудшает процесс синтеза ； В процессе регулирования в качестве вспомогательного средства используется восстановление водорода

Ответ 1# TH373637: Принципы регулирования соотношения водорода и азота заключаются в том, чтобы на этапе выдувания заранее закрывать дымоход (то есть осуществлять его восстановление) с целью восстановления водорода и азота. Временная настройка осуществляется путем ручного очищения под давлением воздуха, либо с использованием азота; также возможно сочетание обоих методов — применение азота и последующее очищение под давлением воздуха — с учетом всех факторов, с гибким подходом. При регулировке азота не следует сосредотачивать процессы подачи и возврата воздуха на одной печи. Газовые печи с нестабильным производством следует по возможности не использовать в качестве печей с определенным соотношением водорода и азота. При регулировке количества водорода необходимо иметь четкое представление о внешних производственных нагрузках и времени их проявления. Следует заранее предвидеть последствия изменения нагрузки, остановки оборудования или печи, и осуществлять регулировку своевременно и правильно. Только своевременно контролируя работу газовой печи, изменения в составе сырья и поддерживая стабильность её работы, можно обеспечить стабильность производства полугаза. Для регулирования соотношения водорода и азота в циркулирующем водороде необходимо оценивать изменения в количестве циркулирующего водорода на основе изменений количества добавляемого водорода. Необходимо найти стабильную ось для добавления водорода; работа вблизи этой оси позволяет обеспечить стабильность циркулирующего водорода. Конечно, эта ось является относительной; она меняется в зависимости от соотношения спирта и аммиака, нагрузки на производство, наличия инертных газов и других факторов. Существует множество факторов, влияющих на снижение уровня водорода: низкая температура печи, плохое качество горения, неисправности в работе газовой печи. Также к снижению уровня водорода могут привести дефекты в слое топлива, его смещение, наличие отверстий для подачи воздуха или локальное избыток пероксида. Все это может привести к быстрому снижению уровня водорода. Кроме того, снижение нагрузки на воздухообмен, нестабильное потребление пара, перекрытие процессов воздухообмена и очистки, а также неисправности оборудования — такие как отказ клапанов дымохода в открытии или закрытии, отказ клапанов вторичного воздуха в закрытии или открытии, отсутствие подачи пара — все это может привести к нестабильности уровня водорода. Кроме того, изменения коэффициента преобразования монооксида углерода в конвертере на последнем этапе обработки также влияют на стабильность водорода; уровень диоксида углерода в газе, образующемся в процессе декарбонизации, также оказывает воздействие на стабильность водорода. Поэтому для контроля соотношения водорода и азота необходимо учитывать все факторы, действовать прогнозируемо и поддерживать это соотношение на относительно стабильном уровне.

Для этого необходимо корректировать соотношение водорода и азота с учетом результатов лабораторных анализов; при работе наилучший результат достигается при соотношении 2,85–2,95. Давление в реакторе составляет 15 МПа.

У нас показатель контролируется в диапазоне от 2,0 до 2,4; точный значения зависят от условий синтетической реакции

При стабильных условиях работы на этапе очистки соотношение водорода и азота остается стабильным, и значительная корректировка не требуется; обычно оно контролируется в диапазоне 2,9–3,0. Принцип регулирования — небольшие изменения и частая корректировка для поддержания соотношения водорода и азота в оптимальном диапазоне.

При определенной нагрузке давление в башне минимально, а объем циркуляции — наименьший. В этот момент соотношение водорода и азота является наиболее подходящим.

У разных методов технологической обработки разные подходы и акценты. Но в целом, при регулировании соотношения водорода и азота прежде всего необходимо сохранять стабильность; не следует производить значительные изменения, а также регулировать только в одном направлении — либо только повышая, либо только снижая уровень. Необходимо постоянно корректировать значения показателей, ориентируясь на их состояние для определения продолжительности процесса восстановления. Когда значения показателей сильно меняются, не стоит спешить — они все равно будут то расти, то снижаться; главное — контролировать масштабы этих изменений. На последующих этапах обработки необходимо согласованно действовать в соответствии с установленными показателями, чтобы избежать повышения давления в системе (если газ не может пройти, можно использовать другие нестандартные методы для ускорения его потока); при этом состав газа не должен изменяться под воздействием человека. Необходимо определить факторы, влияющие на соотношение водорода и азота в данном процессе, затем собрать информацию о влиянии каждого из этих факторов, а также о взаимном влиянии между ними. Накапливайте знания усердно, укрепляйте связи, сосредотачивайтесь на действиях — показатели будут всё более послушными в ваших руках.

При отсутствии потерь соотношение водорода и азота должно составлять 3, что позволяет избежать нарушения этого соотношения в газе, поступающем в реактор, вследствие накопления газов в процессе циркуляции. Поскольку в жидком аммиаке азот растворяется лучше, чем водород, для предотвращения нарушения соотношения водорода и азота в циркулирующем газе необходимо, чтобы это соотношение было незначительно ниже 3, при этом сохраняется определенный избыток азота. В синтезных системах с относительно низким давлением происходит меньшая потеря водорода и азота, поэтому соотношение водорода к азоту должно быть максимально близким к 3. Если нарушение этого соотношения не слишком серьезно, необходимо немедленно скорректировать его путем изменения соотношения водорода и азота в свежем газе. Кроме того, можно использовать клапаны для сброса газа из циклической системы, чтобы удалить избыточный водород и азот. Также необходимо повысить температуру воздуха, поступающего в катализаторную колонку, чтобы поддерживать стабильную температуру в ней. Если соотношение водорода и азота слишком высоко, необходимо увеличить значение клапана защиты от сухого хода на компрессоре синтез-газа, а также регулировать скорость вращения, чтобы избежать возникновения сухого хода у компрессора.

Непосредственно искать источники водорода и азота. Водород: часть поступает из газообразовательных печей, а другая часть — с участка конверсии. Азот: поступает из участка производства газа. Обычно соотношение водорода и азота регулируется путем изменения количества азота; основным фактором является время подачи азота ； Что касается водорода, можно ли регулировать количество воздуха для вытягивания и восстановления? Я так и думаю, хе-хе!

Технология Брауна предусматривает регулирование соотношения H/N с помощью процесса холодной очистки; обычно это соотношение составляет 3:1. Конкретные значения должны определяться в зависимости от активности катализатора.

Изучил*:):) Очень много полезного узнал

Только начинаю знакомство с синтезом аммиака, пришёл учиться**