Термодинамический анализ и оценка эффективности действующего реактора синтеза аммиака
Authors: Титова Л.М. , Алексанян И.Ю. , Лоцманова О.В. 
Published: October 2024

Производство синтетического аммиака из природного газа мощная и энергоемкая отрасль химической технологии в России. Сегодня промышленные системы синтеза аммиака представляют собой сложные энерготехнологические системы с жестко связанными по потокам вещества и энергии автоматически управляемыми стадиями. Сокращение энергопотребления в них возможно только при поиске и обнаружении потерь энергии с учетом второго закона термодинамики. Целью работы является эксергетический анализ реактора синтеза аммиака, входящего в состав промышленной системы предприятия ОАО Невинномысский азот . На основе работ ведущих ученых в области энергоэффективности, анализа технологической схемы и конструкции реактора обоснованы методика расчета эксергетического кпд и ряд принятых допущений, разработан алгоритм. Составлена расчетная схема и получено значение эксергетического кпд реактора 39,1. Сопоставление полученных расчетных данных с опубликованными ранее по различным отраслям химической промышленности говорят о достаточно высокой эффективности анализируемых процесса и аппарата. Доказано, что технологические режимы работы установки на ОАО Невинномысский азот также выбраны в соответствии с принципами организации энергоэффективных процессов: химическое превращение проводится неполностью и в аппарате организованы циркуляционные потоки реакционной смеси. Высокая эффективность работы реактора достигнута также за счет равномерности движущей силы при разбиении катализаторной коробки на отдельные секции с равномерно убывающими значениями температуры по мере протекания реакции. Однако, значение величины показывает, что доля потерь эксергии на стадии химической переработки велика и имеются значительные резервы в совершенствовании процесса с точки зрения снижения потребления энергоресурсов. На основании полученных результатов даны рекомендации уменьшения энергетических затрат в исследуемом процессе.

Abstract - Production of synthetic ammonia from natural gas is a powerful and energy-intensive branch of chemical technology in Russia. Today, industrial systems for the synthesis of ammonia are complex energy technology systems with automatic control. Reduction of energy consumption in the industry is only possible when searching for and detecting energy losses, taking into account the second law of thermodynamics. The aim of the work is an exergy analysis of the ammonia synthesis reactor, which is part of the industrial system of the enterprise company Nevinnomyssky Nitrogen . The authors analyzed the work of leading scientists in the field of energy efficiency, the analysis of the technological scheme and the design of the reactor. The article substantiates the method of calculating the exergy efficiency and a number of accepted assumptions, developed an algorithm. A computational scheme was drawn up and the exergic efficiency of the reactor e 39.1 was obtained. These results indicate a fairly high efficiency of the analyzed process and apparatus. It is proved that the technological modes of operation of the plant at company Nevinnomyssky Azot are also selected in accordance with the principles of the organization of energy efficient processes. Chemical transformation is carried out incompletely and circulation apparatus of the reaction mixture is organized in the apparatus. The high efficiency of the reactor is also achieved due to the uniformity of the driving force due to the partition of the catalyst box into separate sections with uniformly decreasing temperature values as the reaction proceeds. On the other hand, the value of e shows that the share of exergy losses at the chemical processing stage is large. There are significant reserves in the improvement of the process in terms of reducing energy consumption. Based on the results obtained, recommendations were given to reduce energy costs in the process under study.