книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980). Т. 2 Развитие отдельных отраслей химической промышленности
.pdfВ современном агрегате мощностью 450 тыс. т/год имеется всего один турбокомпрессор для сжатия азото-водородной смеси до рабочего давле ния 30—32 МПа весом около 270 т. При этом на валу турбокомпрессора расположено колесо, выполняющее функцию циркуляционного насоса. В старых пропзводствах на эту же мощность требовалось 11 поршневых компрессоров общим весом 2200 т (без металла обвязки и коммуникаций)
и такое же число циркуляционных насосов. |
структуре сырьевой базы |
|||||
Существенные изменения произошли и в |
||||||
(в %): |
1958 г. |
1960 г. |
1965 г. |
1970 г. |
1975 г. |
1980 г. |
Сырье |
||||||
Кокс II уголь |
42,3 |
32,0 |
15,9 |
10,4 |
5,7 |
2,9 |
Коксовый газ |
34,8 |
32,1 |
18,2 |
14,2 |
11,7 |
5,2 |
Природный газ |
0,6 |
16,3 |
59,9 |
72,3 |
79,6 |
90,2 |
Прочее сырье |
22,3 |
19,6 |
6,0 |
3,1 |
3,0 |
1,7 |
Впрогресс производства синтетического аммиака внесли большой вклад инженеры и рабочие промышленности химического машинострое ния, обеспечившие разработку и изготовление аппаратуры высокого дав ления и прежде всего корпусов колонн синтеза аммиака — реакторов, рассчитанных на длительную работу при давлении 30,0—32,5 МПа. Для установки производительностью 1360 т/сут цилиндрический корпус реак тора имеет следующие размеры: внутренний диаметр 2400 мм, толщина стенки 250 мм, высота 22150 мм, высота корпуса с теплообменником 31430 мм, внутренний диаметр теплообменника 1000 мм, толщина стенки 110 мм, длина 5485 мм.
Вначале 60-х годов СССР по производству крупногабаритной аппа ратуры высокого давления еще значительно отставал от наиболее разви
тых капиталистических стран. Для производства традиционных кованых и кованосварных сосудов страна не располагала достаточно мощной ме таллургической и машиностроительной базой, оснащенной необходимыми для этих целей электроплавильными печами с загрузкой до 500 т, ковоч ными прессами усилием до 15 тыс. т, уникальными термическими печами грузоподъемностью до 600 т. Для того чтобы в кратчайший срок обеспе чить потребности производства аммиака оборудованием высокого давле-
ТАБЛИЦА 4. РАСХОД ЭНЕРГИИ НА ТОННУ СИНТЕТИЧЕСКОГО АММИАКА * |
|
|
|
|||
|
Суммарный |
|
|
|
|
Суммарный |
Источник водорода |
расход энер |
Источник водорода |
|
расход энер |
||
гии, включая |
|
гии, включая |
||||
|
сырье, т.у.т. |
|
|
|
|
сырье, т.у.т. |
Электролиз воды |
4,63 |
Из природного газа |
кон |
|
||
Газификация кокса |
3,73 |
версией |
|
|
|
|
Из коксового газа глубо |
2,07 |
при атмосферном давле |
2,34 |
|||
ким охлаждением |
|
нии |
|
|
|
|
|
|
под |
давлением |
3 |
МПа |
1,7 |
|
|
в агрегате 600 т/сут |
|
|||
|
|
под |
давлением |
4 |
МПа |
1,5 |
|
|
в агрегате 1360 т/сут |
|
|||
* Вычислено исходя из расхода 0,33 кг условного топлива на 1 кВт-ч.
ния и большой производительности, необходимо было разработать такой тип сосуда, который мог бы быть изготовлен на оборудовании отечествен ного производства, имел бы наименьший цикл изготовления, требовал бы минимального объема крупногабаритных поковок. Наиболее перспектив ной для решения поставленной задачи оказалась конструкция сосуда с оболочкой, образованной сппрально-рулонировапной намоткой тонколисто вой стали толщиной 4—8 мм, шириной 2200 мм, с пределом прочности не менее 50 кГ/мм2. Поперечной сваркой полученных таким способом обечаек с любой толщиной стенки можно изготовить сосуд любой длины. Этот тип сосуда, имея все достоинства составных корпусов п, в частности многослойных с концентрическим расположением слоев, выгодно отлича ется от всех известных типов возможностью механизации и автоматиза ции практически всего процесса их изготовления.
В мировой практике не было опыта ни исследования, пи изготовления таких сосудов. Вопросы прочности и деформации отдельных элементов и сосуда в целом, подбора рулонной стали и условий ее намотки, сварки отдельных обечаек, контроль сварных соединений были в короткие сроки решены совместными научно-исследовательскими, опытно-конструктор скими и производственными работами завода Уралхиммаш, Института электросварки им. Е. О. Патона и ИркутскНИИхпммаша [45]. В резуль тате было организовано промышленное производство экономичных и на дежных сосудов высокого давления различных размеров и параметров (с внутренним диаметром до 3000 мм и весом до 480 т), что позволило на 5—7 лет ускорить изготовление корпусов высокого давления для реак торов синтеза аммиака большой единичной мощности. Большая заслуга в этом принадлежит директору Института электросварки АН УССР ака демику Б. Е. Патоиу и директору Уралхиммаша доктору технических наук В. М. Макарову.
Большое значение для промышленности синтетического аммиака име ют исследования по разработке эффективных катализаторов. В первые годы работы агрегатов синтеза аммиака в Черноречье, Березниках, Сталиногорске и Горловке применялись импортные катализаторы. Исследо вания по созданию аналогичных отечественных катализаторов были орга низованы в ГИА и ГИВДе.
Сотрудники ГИВДа С. С. Лачинов и В. Г. Телегин изучили влияние активаторов на катализатор синтеза аммиака: добавление К20 придает устойчивость катализатору, незначительно снижая выход аммиака; вве дение К20 совместно с А120 3 повышает его актпвпость и устойчивость. В октябре 1934 г. на Горловском азотпо-туковом заводе успешно прошли испытания катализатора ГИВД-Л-1.
^ Специалистам ГИА удалось разработать катализатор синтеза аммиака для аммиачных производств Березниковского и Сталииогорского пред приятий обогащением бедных естественных магнетптов [46]. Таким обра зом, проблема получения отечественных катализаторов синтеза аммиака была решена уже в 1934 г.; в дальпейшем их состав и методы приго товления продолжали совершенствоваться.
По мере совершенствования процесса производства аммиака увеличи валось число каталитических стадий. При получении аммиака из коксо вого газа методом глубокого охлаждения (Горловка, Кемерово, Днепро дзержинск) и методом электролиза воды (Чпрчпк) только одна техноло гическая стадия (синтез аммиака) была каталитической. При производстве
степени чистоты технологического газа. Применение для синтеза аммиа ка более чистого газа позволило снизить температуру процесса, улучшить условия эксплуатации и увеличить срок службы катализатора. Если пер вая в стране установка аммиака могла проработать па одном катализато ре в течение нескольких месяцев, то современные агрегаты работают свыше 5 лет.
В разработке, внедрении и освоении крупнотоннажных агрегатов ам миака и каталитических процессов активное участие приняли В. И. Вя
чеславов, В. П. Егоров, А. А. Зуев, К. К. Кплынтедт, С. |
С. |
Лачпнов, |
Б. И. Лищипа, В. М. Низяев, Б. Г. Овчарепко, А. А. Орлов, |
В. |
М. Пап- |
ченков, И. И. Пресняков, В. П. Семенов, Т. А. Семенова, К. Л. Упадышев, В. В. Харламов, С. П. Челобова, Н. М. Вдовин и др.
Внедрение прогрессивных технологических процессов с использова нием агрегатов большой единичной мощности резко изменило технико экономический уровень отрасли. За девятую пятилетку среднеотраслевая
себестоимость |
аммиака |
снизилась на 8,5 %, слабой азотной |
кислоты — |
на 7,3, аммиачной селитры —на 8,6, карбамида —на 14,8%. |
расширение |
||
В десятой |
пятилетке |
осуществлялись реконструкция и |
|
27 действующих предприятий, а также строительство 5 новых объектов, в том числе уникальных, таких, как ПО «Куйбышевазот», Одесский и Вептсгшлский припортовые заводы, Придопский химический завод и ма гистральный крупнейший в Европе аммиакопровод Тольятти—Горловка— Одесса протяженностью 2427 км. Система аммпакопровода впервые в мировой практике осиащепа телекоптролем п телеуправлением, позволяю щими автоматизировать весь процесс транспортировки аммиака. Аммиако провод рассчитан па подачу 2,5 млн. т аммиака в год и имеет 30 разда точных станций, которые позволяют обеспечить сельское хозяйство ряда областей РСФСР и Украины жидким аммиаком —эффективным азотным удобрением.
Часть аммиака, транспортируемого по аммиакопроводу из Тольятти и Горловки, направляется на экспорт, и это могло быть обеспечено благо даря значительному увеличению производства аммиака в СССР (в млн. т) [47]:
1940 г. |
1950 г, |
1960 г. |
1970 г. |
1975 г. |
1980 г. |
0,38 |
0,566 |
1,38 |
7,64 |
12,00 |
16,73 |
В одиннадцатой пятилетке осуществляется дальнейшее широкое внед рение современных технологических процессов и крупнотоннажных агре гатов, разработанных на основе использования результатов законченных научных исследований и прогрессивных технических решений, принятых
впроектах планируемых к вводу производств. Всего должно быть введено
вдействие 20 агрегатов синтеза аммиака мощностью 450 п 200 тыс. т/год
вПО «Куйбышевазот», Кемеровском, Ионавском ПО «Азот», на Турк менском азотно-туковом заводе и на других действующих и строящихся предприятиях.
Подлежащие вводу унифицированные агрегаты АМ-76 мощностью 450 тыс. т/год запроектированы по усовершенствованной энерготехноло гической схеме с более полным использованием тепла химических реакций и с повышением степени его утилизации. Экономический эффект от внед рения этих агрегатов в сравнении с разработанными ранее оценивается в 2,7 руб/т аммиака, пли 1,35 млн. руб. в расчете на одпп агрегат.
Продолжается также внедрение в промышленность агрегатов по вы пуску аммиака мощностью 200 тыс. т/год. Необходимость в таких агре гатах объясняется ограниченной потребностью в аммиаке некоторых производств (по сравнению с 450 тыс. т/год). С 1979 г. вошел в экс плуатацию модернизированный агрегат этой серии, в котором на основе накопленного опыта и применения последних научно-технических разрабо ток усовершенствованы схемы теплоиспользовання, очистки конвертиро ванного газа от углекислоты, улучшена конструкция колонпы синтеза, применены магнитные фильтры для очистки синтез-газа, жидкого аммиа ка, а также питательной и охлаждающей воды.
Устаревшие процессы заменяются новыми, высокопроизводительными, что позволяет существенно повысить эффективность производства аммиа ка. Намеченный на период 1981—1985 гг. вывод мощностей по устарев шей технологии составляет 840 тыс. т/год. С учетом вывода 1510 тыс. т мощностей в десятой пятилетке, общее сокращение мощности производства аммиака по устаревшей технологии за 10 лет достигнет 2350 тыс. т/год. Замена производств с устаревшей технологией будет осуществлена последовательно с учетом возможности выделения капи тальных вложений и оборудования на компенсацию выводимых мощно стей.
Ведутся работы по созданию интегрального производства аммиака и карбамида. По сравнению с раздельными производствами этих продуктов интегральная схема должна обеспечивать снижение капитальных вложе ний и энергоматериальных затрат па 15%.
На основании комплекса научно-исследовательских, опытных и опыт но-промышленных и проектных разработок на Дорогобужском заводе азотных удобреппй создано производство новых катализаторов мощ ностью 7,8 тыс. т/год. Производство не имеет загрязненных сточных вод и выбросов вредных газов в атмосферу, базируется на использовании доступного сырья. Катализаторпая фабрика обеспечивает катализаторами эксплуатирующиеся и вновь вводимые производства аммиака.
В настоящее время ведутся поиски замены природного газа на другие виды сырья [47]. Основные направления этих поисков —газификация угля, термохимическое разложение воды, создание ядерно-химического комплекса и др. Однако эти работы находятся в стадии лабораторных ис следований, и в настоящее время природный газ является осповным сырьем для производства аммиака.
*
«Основными направлениями экономического и социального развития
СССР на 1981—1985 гг. и на период до 1990 г.», принятыми XXVI съез дом КПСС, предусмотрено довести выпуск минеральных удобрений в 1985 г. до 36—37 млн. т (в пересчете на 100%-ное содержание питатель ных веществ). Из этого количества значительная доля приходится на азотные удобрения, для производства которых требуются миллионы тонн аммиака.
Конкретные задачи перед химиками по увеличению выпуска минераль ных удобрений были поставлены майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, принявшим Продовольственную программу СССР. Полное обеспечение аммиаком предприятий по выработке минеральных удобрений — важней шая задача азотной промышленности СССР.
ГЛАВА ВТОРАЯ
АЗОТНАЯ КИСЛОТА И НИТРАТНЫЕ СОЛИ
АЗОТНАЯ КИСЛОТА
В дореволюционной Росснп азотную кислоту производили главным обра зом на заводах, вырабатывавших порох и взрывчатые вещества.
На пяти казенных и тридцати трех частных заводах в 1910 г. было произведено 8100 т, в 1911 г.— 8700 т, в 1912 г.— 10 500 т, а к иачалу первой мировой войны — около 18 000 т азотной кислоты.
Сырьем для получения азотной кислоты служили крепкая серная кис лота п природная натриевая селитра, привозимая из Чили морским путем. Перерабатывалось сырье при температурах 150—170° С в чугунных ре тортах, обогреваемых топочными газами. При этом выделяющиеся пары азотной кислоты конденсировались в ферросилнциевых холодильниках, охлаждаемых водой. Нескоиденспровавшиеся пары кислоты обычно улав ливали известковым молоком, а образующийся кислый сернокислый нат рий в виде горячего плава отводили из реторт. В 1914 г. вследствие бло кады морских путей доставка чилийской селитры почти полностью прекра тилась, что поставило в тяжелое положение обеспечение русской армии боеприпасами. Военное ведомство было вынуждено обратиться к учепым п производственникам с просьбой срочно изыскать новые методы произ водства азотной кислоты.
Сначала намечалось получать азотную кислоту из окислов азота, об разованных фиксацией атмосферного азота в пламени электрической дуги. Однако от этого проекта пришлось отказаться, так как новый завод и необходимый для него мощный источник энергии (гидростанция) могли быть пущены не ранее 1920 г. Проблема была решена па основе кон тактного способа окисления аммиака, получаемого как побочный продукт на коксохимических заводах [1—3]. Инициатором работ в этом направ лении был академик В. Н. Ипатьев. Работы по изучению процесса полу чения контактной азотной кислоты выполнил выдающийся инженер-химик И. И. Андреев, которого считают основоположником азотной про мышленности в нашей стране. В короткий срок И. И. Андреев с сотруд никами выполнил обширные исследования по очистке аммиака коксовых заводов от примесей, по выбору катализатора, по выявлению оптимальных условий процессов окисления аммиака и абсорбции окислов азота водой п т. д.
Накопленные в лаборатории и па опытной установке при коксовом заводе в Макеевке данные позволили осуществить производство азотной кислоты на построенном вблизи Юзовки заводе. Строительством Юзовского завода ведала комиссия в составе В. Н. Ипатьева (председатель), профессоров А. А. Яковкина, А. М. Соколова, Л. Ф. Фокина и М. И. Ли совского. Главным консультантом по строительству азотного завода был назначен И. И. Андреев, главным строителем — Н. М. Кулепетов, а его помощниками — А. К. Колосов и И. В. Гервасиев.
Юзовский азотный завод1 был построен в невиданно короткий срок. Строительство начали 1 марта 1916 г., а уже 9 февраля 1917 г. завод
С 1924 г. Сталинский, с 1961 г. Донецкий азотпый завод; пынс Донецкий за вод химреактивов.
ских реактивов. Первенец азотной промышленности сыграл большую роль
вподготовке кадров для химической промышленности.
В1925 г. после XIV съезда ВКП(б), провозгласившего курс на про* ведение социалистической индустриализации страны, было начато строи
тельство крупных азотных производств, в том числе и по выпуску азот ной кислоты. На первых советских заводах производство азотной кислоты осуществлялось на оборудовании, закупленном за рубежом специалиста ми Комитета по связанному азоту, который возглавлял В. Н. Ипатьев.
В1925—1930 гг. были пущены в эксплуатацию несколько установок по производству слабой и крепкой азотной кислоты, закупленных в Гер мании у фирмы «Фрпшер». Эти установки не выдержали испытаний, обусловленных заключенным с фирмой договором. Они оказались мало мощными и ненадежными в работе. В начале второй пятилетки почти все эти установки были демонтированы.
В1931 г. на Черпоречепском химическом заводе были пущены три агрегата азотной кислоты, закупленные у фирмы «Дюпон». На этих агре гатах, работающих под давлением 810—912 кПа, впервые стали получать 58—60%-ную азотную кислоту. Мощность каждого из таких агрегатов с контактными аппаратами диаметром 330 мм и 18—20 платинородиевымп
сетками (10% родия) составляла 10—12 тыс. т/год.
В 1932—1935 гг. были пущены первые очереди производства азотной кислоты на Горловском азотно-туковом заводе (АТЗ) и Березниковском АТЗ, а также на Бобрнковском химическом комбинате. Эти производства частично еще были запроектированы с иностранной помощью. Они рабо тали при атмосферном давлении. Абсорбцию окислов азота проводили в гранитных башнях, охлаждение кислоты — в ферросилициевых холодиль никах, хвостовые газы улавливали растворами соды. Концентрация про дукционной кислоты не превышала 45%.
Со второй половины 30-х годов строительство новых и реконструкция действующих производств азотной кислоты стали производиться по проек там советских специалистов. К этому времени в нашей стране было освоено изготовление оборудования для производства азотной кислоты, работающего под давлением 912 кПа. При использовании такого обору дования в 1939 г. было начато производство азотной кислоты на Кеме ровском АТЗ, а в 1940 г.—на Чпрчикском электрохимическом комбинате.
Агрегаты этих производств (диаметр контактных аппаратов 330 и 540 мм, абсорбционных колони —1,7 м, высота колопп с 37 колпачковы ми тарелками 13,2 м) не уступали лучшим образцам оборудования, при меняемым за рубежом. Они были оборудованы турбинами для рекупера ции энергии сжатых газов. Мощность каждого из агрегатов составляла 20—22 тыс. т/год. Производство азотной кислоты такой же мощности было пущено в 1938 г. на Днепродзержинском АТЗ. Здесь впервые была применена комбинированная система: окисление аммиака при атмосфер ном давлении и абсорбция окислов азота при 709 кПа. В 1940 г. на Днепродзержинском АТЗ было выработано 138 тыс. т азотной кислоты. Таким образом, еще в довоенные годы наша промышленность располага ла агрегатами азотной кислоты достаточно высокого технического уров ня [5 -8 ].
До Великой Отечественной войны слабую азотную кислоту произво дили восемь предприятий, крепкую — шесть. Из них в первые месяцы войны были выведены из строя производства азотной кислоты па Гор-
