книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980). Т. 2 Развитие отдельных отраслей химической промышленности

Вапреле 1944 г., т. е. через 7 месяцев после начала восстановитель­ ных работ, Горловскнй азотно-туковый завод стал производить кислород,

ав ноябре 1944 г. был пущен цех аммиака мощностью 65 т/сут, в марте 1945 г. была получена аммиачная селитра.

В1945 г. после восстановления разрушенных корпусов производства аммиака, цехов аммиачной селитры и азотной кислоты, котельной и дру­ гих коммуникаций вступил в строи Днепродзержинский азотно-туковый

завод.

Сельское хозяйство страны в 1945 г. получило всего 624 тыс. т мине­ ральных удобрений против 3159 тыс. т в 1940 г., и только в 1948 г. вы­ работка продукции азотной промышленностью страны достигла довоенно­ го уровня [40].

Потребность народного хозяйства в продуктах азотной промышленно­ сти возрастала. 21 декабря 1945 г. Совет Народных Комиссаров СССР

принял постановление «О мерах помощи по восстановлению п развитию химической промышленности», в котором выдвинул в качестве первооче­ редной задачи восстановление в короткие сроки производств азотных, фосфатных и калийных удобрений, ядохимикатов, соды и органических красителей и развития горно-химических производств для обеспечения сырьем химической промышленности [41].

Февральский (1947 г.) Пленум ЦК ВКП(б) принял постановление «О мерах подъема сельского хозяйства в послевоенный период», предопре­ делившее строительство одного из крупнейших предприятий — Лисичан­ ского химического комбината. В канун 1951 г. на комбинате была полу­ чена аммиачная селитра на привозном аммиаке, а в 1953 г. начато про­ изводство аммиака па базе газификации донецкого кокса.

В 1951 г. была введена в действие группа цехов по производству свя­ занного азота на Кироваканском химическом заводе, строительство кото­ рых началось еще в 1944 г., а эксплуатация отдельных цехов — в 1949 г. В 1950 г. производство аммиака в СССР превысило довоенный уровень и достигло 566 тыс. т.

В послевоенный период отечественная азотная промышленность раз­ вивалась высокими темпами. Это обеспечивалось большим объемом на­ учно-исследовательских и проектно-конструкторских работ. Еще во время Великой Отечественной войны, в апреле 1943 г., ГИА и Гипроазот были объединены в Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности — ГИАП. Большой вклад в развитие исследований в институте внесли его первый директор М. В. Быстров, Н. А. Конюхов, Н. А. Симулии, Б. П. Самарии.

ГИАП занял ведущее положение в научно-техническом обеспечении прогресса азотной промышленности. По проектам ГИАПа осуществлялось восстановление разрушенных войной заводов, а также строительство новых заводов. В 50-е годы были построены Лисичанский, Руставский. Иовокемеровский, Кироваканский химические заводы и комбинаты, а так­ же азотные заводы в социалистических и развивающихся странах (Бол­

По мере увеличения объема работ ГИАПа были созданы его филиа­ лы — Лисичанский (1949 г.), Дзержинский (1952 г.), Днепродзержинский (1953 г.), Кемеровский (1954 г.), Новомосковский (1956 г.), Чирчикский (1959 г.), Гродненский (1973 г.) и Тольяттинский (1975 г.). Эти филиалы

превратились в крупные специализированные организации, способные самостоятельно вести—научные исследования и проектирование крупных объектов на современном техническом уровне. В ГИАПе и трех его фи­ лиалах — Северодоиецком, Новомосковском и Дзержинском — были по­ строены опытные заводы.

В начале 50-х годов проводился большой объем исследовательских и проектных работ по освоению новых видов сырья для получения водо­ рода, методов очистки газов, синтеза аммиака и его переработки, в ре­ зультате чего отечественная азотная промышленность развивалась высо­ кими темпами.

Перед азотной промышленностью встала проблема технического пере­ вооружения. В новых проектах предусматривалось использование высоко­ эффективных агрегатов. Начали проектировать газогенераторы производи­ тельностью 35—50 вместо 16 тыс. м3/ч, а колонны синтеза аммиака — 180—200 вместо 50—60 т/сут.

Важное значение стали придавать правильному построению генераль­ ного плана новых предприятий и компоновке новых цехов. Так, произ­ водство аммиака проектировалось размещать в одном объединенном корпусе (вместо четырех-пяти). Отпала необходимость в установке колонн предкатализа в результате внедрения промывки газа жидким азотом вместо очистки его медноаммиачным раствором.

Создание укрупненных агрегатов с автоматическим и дистанционным управлением, объединение производственных цехов в крупные комплексы позволили предусмотреть в проектах 1956—1957 гг. снижение капиталь­ ных затрат на 15—20%.

Для обеспечения быстрого развития производства аммиака и азотных удобрений требовались новые технологические решения, которые позво­ лили бы увеличить производство с минимальными затратами. Требовалось изыскать надежные и дешевые источники водорода для синтеза аммиака. С этой целью были изучены и успешно освоены методы получения водо­ рода из природного газа конверсией метана.

В 1956 г. был пущен первый в нашей стране цех синтетического ам­ миака на базе конверсии метана коксового газа на Руставском азотно­ туковом заводе, а в 1959 г. на Сталиногорском химическом комбинате был осуществлен полный перевод аммиачного производства на природный газ. Впервые в Советском Союзе аммиак пз природного газа получен на этом комбинате в ноябре 1958 г.

Использование природного газа (каталитическая паро-кислородная конверсия при нормальном давлении) в производстве аммиака явилось значительным научно-техническим достижением. Успех был достигнут за счет укрупнения технологических агрегатов и прогресса энергетического и химического машиностроения, использования вторичных энергоресур­ сов. Применение природного газа в качестве сырья позволило снизить себестоимость аммиака на этих предприятиях на 40—50%, капитальные вложения на реконструкцию окупились за 2—3 года.

Объем производства синтетического аммиака является показателем научно-технического уровня химической промышленности. Создание более совершенных систем аммиачного производства требует объединенных уси­ лий работников различных областей науки и техники.

В послевоенный период в ГИАПе начались исследования, направлен­ ные на интенсификацию производства путем улучшения качества азото-

пзводптельностыо 1360 т/сут по энерготехнологической схеме при давле­ нии 32 МПа был пущен в эксплуатацию в 1973 г. в Невипномысске.

В 1959—1965 гг. были построены и пущены в ход промышленные агрегаты, использующие в качестве сырья природный газ, на Щекипском, Невпниомысском, Черкасском, Гродненском, Салаватском и Навоийском химических комбинатах, Ферганском и Иоиавском заводах азотных удоб­ рений. В 1965 г. производство аммиака в СССР превысило 3,8 млн. т и увеличилось по сравнению с 1958 г. в 3,15 раза.

Большой вклад в развитие отечественной азотной промышленности внесли крупные инженеры и организаторы производства, принимавшие участие в проектировании, строительстве и пуске первых советских заво­ дов, в восстановлении и реконструкции промышленности после Великой Отечественной войны: П. Г. Арутюнянц, И. М. Барский, М. Д. Батоев. Е. И. Бомштейн, М. В. Быстров, Г. И. Вилесов, В. Ф. Гогин, М. И. Гон­ чаров, И. В. Гусев, В. В. Добровольский, К. К. Килыптедт, А. М. Климахин, В. Е. Коваль, П. К. Ковтун, Н. А. Кошохов, С. В. Садовский, Б. П. Самарин, П. В. Сичков, Ю. Л. Севастьянов, А. И. Севцов, II. II. Со­ рокин, Д. Т. Трифонов, П. А. Чекии, Н. Ф. Юшкевич и многие другие.

В восьмой пятилетке (1966—1970 гг.) на развитие азотной промыш­ ленности было затрачено свыше 2 млрд, руб., что в 1,5 раза превышало объем капитальных вложений в 1959—1965 гг. При этом на производ­ ство новых заводов было направлено 15%, а на расширение и рекон­ струкцию действующих 85% капитальных вложений. За восьмую пя­ тилетку было построено и введено в строй четыре новых завода — Вахшский, Череповецкий, Ровеиский азотпо-туковые заводы и Новгородский химический комбинат.

По объему производства аммиака азотная промышленность СССР в 1970 г. находилась па втором месте в мире после США (табл. 2). Темпы роста производства были выше темпов ряда передовых в техническом отношении стран. Так, если в 1965 г. производство аммиака в США было в два раза выше производства СССР, то в 1970 г. только в полтора с

лишним раза.

Средняя мощность заводов по производству аммиака в 1969 г. была в

СССР в 1,5 раза выше, чем в США. Это свидетельствует о достигнутом к 70-м годам высоком техническом уровне советской азотной промышлен­ ности, а также химического машиностроения. Все оборудование для новых

ТАБЛИЦА 2. ПРОИЗВОДСТВО АММИАКА В РАЗВИТЫХ КАПИТАЛИСТИЧЕСКИХ И СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

и реконструируемых заводов было отечественного производства и частич­ но чехословацкого по разработкам и проектам ГИАПа.

В начале 60-х годов в научно-технической литературе стал обсуждать­ ся вопрос о повышении производительности агрегатов синтеза аммиака до 600—1000 и даже 2000 т/сут. Это позволяло перейти от поршневых к турбокомпрессорам для сжатия синтез-газа. Преимущества турбоком­ прессоров: более низкая начальная стоимость оборудования, дающая экономию 10% и выше, большой срок эксплуатации, меньшие эксплуа­ тационные расходы и меньшее количество вспомогательного оборудова­ ния, возможность применить в качестве двигателя паровую турбину вместо электромотора и тем самым снизить расход эпергии, меньше об­ служивающего персонала —все это дает значительное повышение произ­ водительности труда. Немаловажным обстоятельством является также отсутствие в синтез-газе паров смазочного масла, которыми сннтез-газ неизбежно насыщается при сжатии в поршпевых компрессорах, что ве­ дет к отравлению катализатора и снижению его активности и срока службы [43].

Для создания агрегата синтеза аммиака производительностью 400— 500 тыс. т/год необходимо было решить ряд сложных конструкторских и материаловедческих задач. Наиболее трудными из них были: разработ­ ка конструкции турбокомпрессора и паровой турбины в качестве привода к нему: разработка конструкции трубчатой печи для первой ступени кон­ версии метана с водяным паром и создапие материала для изготовления труб, работающих под давлением 3—4 МПа при температуре 850—900° С; разработка конструкции реактора для синтеза аммиака, которая обеспе­ чивала бы надежную работу агрегата при давлении 30—32 МПа в тече­ ние длительного времени; автоматизация отдельных процессов и агрегата в целом; создание высокоактивного катализатора для второй ступени (низкотемпературной) конверсии окиси углерода с водяным паром, обес­ печивающего достаточную скорость реакции при температуре 200—250° С.

В начале 50-х годов научно-исследовательские и опытно-конструктор­ ские работы для решения этих задач начали развиваться в ряде стран, в том числе в Советском Союзе. Работы по производству водорода кон­ версией метана с водяным паром в нашей стране были начаты профес­ сором В. А. Каржавиным и А. Г. Лейбуш еще в начале 30-х годов [44] и получили большой размах в ГИА в предвоенный период. По существу эти работы были научной базой для перевода в конце 50-х годов произ­ водства аммиака на новую сырьевую базу —природный газ. В ГИАПе для этой цели были разработаны три способа производства:

1.Паро-кислородо-воздушная конверсия природного газа с последую­ щей конверсией окиси углерода и очисткой азото-водородной смеси от остаточной окиси углерода абсорбцией медноаммиачпых растворов.

2.Паро-кислородная конверсия природного газа с промывкой конеч­ ной азото-водородной смеси жидким аммиаком.

3.Двухступенчатая паровая конверсия природного газа: первая сту­

пень в трубчатых печах и вторая ступень в шахтной печи с добавкой воздуха.

Последний способ был испытай и под давлением 1,8—2,0 МПа.

Были разработаны высокоактивные катализаторы для второй ступени низкотемпературной копверсии окпси углерода с водяпым паром при тем­ пературах 190—250° С.

В начале 60-х годов на Невском машиностроительном заводе началась разработка опытного образца турбокомпрессора высокого давления. В се­ редине 60-х годов ГИАП вплотпую приступил к разработке агрегата син­ теза аммиака мощностью 1000—1500 т/сут.

Технико-экономическое сравнение, выполненное в ГИАПе примени­ тельно к производству 400 тыс. т аммиака в год на принятых в то время типовых агрегатах производительностью 200 т/сут н на одном агрегате производительностью 1250 т/сут, показало явное преимущество послед­ него.

Преимущества агрегата большой единичной мощности заключаются также и в том, что требуемая площадь застройки составляет 13,4 тыс. м2 тогда как для установки по типовой схеме — 61,5 тыс. м2. В табл. 3 приведены основные технпко-экопомпческие показатели для производства 400 тыс. т аммиака в год по типовой схеме, а также па установках из двух агрегатов по 200 тыс., т французской фирмы «ЭНСА» и установках из одного агрегата фирмы «УДЕ» (ФРГ) производительностью 400 тыс. т.

В апреле 1966 г. Министерство химической промышленности СССР

поставило вопрос об ускорении внедрения новой технологии синтетиче­ ского аммиака в азотной промышленности, в связи с чем была образова­ на Научно-техническая комиссия для подготовки рекомендаций по исполь­ зованию новейших достижений отечественной и зарубежной пауки и техники в производстве синтетического аммиака. В комиссию вошли вид­ нейшие ученые и инженеры, специалисты химической промышленно­ сти, металлургии и машиностроения. Возглавил комиссию академик Н. М. Жаворонков. В результате изучения вопроса комиссия пришла к выводу о необходимости внедрения в кратчайший срок в промышленность

СССР высонеэкономичной системы производства аммиака с агрегатами большой единичной мощности. Комиссия подготовила доклад, в котором

ТАБЛИЦА 3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АГРЕГАТОВ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА

даы апализ состояния и перспектив развития отечественной и зарубеж­ ной азотной промышленности и сформулированы задачи создания комп­ лексного оборудования для крупных технологических систем производства аммиака и обеспечения их жаропрочными металлическими сплавами и высоколегированными сталями, а также другими материалами.

Решение поставленных задач было связано с преодолением многих трудностей, причиной которых являлась неподготовленность металлурги­ ческой промышленности и машиностроения. Однако эти трудности были успешно преодолены. На первых порах пришлось прибегнуть к импорту оборудования. В 1965 г. у фирмы «ЭНСА» была закуплена установка по производству аммиака, состоящая из двух липий по 600 т/сут каждая (мощность завода 400 тыс. т аммиака в год).

Вустановке были применены многие новые технологические процессы

иаппаратура: бескислородная каталитическая конверсия природного газа

сводяным паром в трубчатых печах под давлением 3 МПа, глубокая конверсия окиси углерода на низкотемпературном катализаторе, очистка азото-водородной смеси от кислородсодержащих соединений каталитиче­ ским гидрированием (метаиирование); использовались поршневые ком­ прессоры для сжатия синтез-газа до рабочего давления 30 МПа, так как фирма не располагала турбокомпрессорами. Оборудование было смонти­ ровано на Черкасском химическом комбинате и вступило в строй дейст­ вующих в 1970 г.

Первый агрегат большой единичной мощности на импортном оборудо­ вании производительностью 1360 т/сут был построен п сдан в эксплуата­

цию в феврале 1973 г. на Невипномысском химическом комбинате. На этой установке производство аммиака было запроектировано в виде одной технологической линии.

Для получения всего продукционного аммиака в жидком виде с обес­ печением возможности его храпения в изотермическом хранилище при температуре —34° С без давлеппя предусмотрена установка компримиро­ вания и конденсации аммиака. Имеется возможность передачи части газо­ образного аммиака на другие предприятия в количестве, достигающем

25т/ч.

Вкачестве приводов для компрессоров, дымососов и большинства рабо­ чих насосов на Невипномысском комбинате установлены паровые турби­ ны. Получение необходимого количества пара для процесса и паровых приводов обеспечивается за счет утилизации тепла дымовых и техноло­ гических газов, а также за счет тепла сжигания природного газа во вспомогательном котле. Охлаждение технологических потоков на всех стадиях процесса, в том числе и конденсация отработанного па турбинах пара, осуществляется в холодильниках с воздушным охлаждением. Пита­ тельная вода для котлов-утилизаторов готовится в специальной установке деминерализации воды.

Управление основными стадиями процесса централизовано и осуществ­

ляется из центрального диспетчерского пункта (ЦПУ). Автоматическое регулирование параметров процесса производится с помощью электронно­ пневматических и электрических систем. Отклонения параметров процес­ са и состояние оборудования фиксируются системой предупредительной сигнализации. Возникновение аварийных ситуаций предупреждается си­ стемами защиты (блокировки), которые автоматически ставят производ­ ство в положение безопасности. Остановка производства в целом и отдель-

скую схему получения продукта. Различия состоят в конструктивном оформлении оборудования.

Опыт работы первого круппого импортного агрегата па Невинномысском и результаты эксплуатации первого отечественного агрегата на Новомосковском ПО «Азот» показали, что оборудование является работо­ способным и достаточно надежным. По состоянию на 1 января 1980 г. мощность крупных агрегатов синтеза аммиака составила 49,2% от общей мощности производства аммиака в СССР.

Ввод в действие первого крупнотоннажного агрегата синтеза аммиака позволил снизить его себестоимость в два раза, значительно сократить удельные капитальные вложения, резко повысить производительность труда. На Невпнномысском ПО «Азот» себестоимость 1 т аммиака, вырабо­ танного на крупном агрегате, в 1974 г. была в 2,3 раза ниже выработан­ ного на агрегатах меньшей мощности, а производительность труда соот­ ветственно в 7 раз выше.

Эиерготехнологические агрегаты по производству аммиака разработа­ ны с максимальным применением воздушного охлаждения. В результате использования тепла реакций и воздушного охлаждения потребление обо­ ротной воды снизилось в два раза. Технологическая схема агрегата харак­ теризуется глубокой рекуперацией тепла экзотермических стадий процес­ са. Низкопотенциальное тепло конвертированной паро-газовой смеси, отпариого газа разгонки конденсата использовано для получения холода на различных уровнях, а также для подогрева питательной воды котлов. Высокопотенциальное тепло технологического газа, дымовых газов труб­ чатой печи использовано для получения пара, необходимого для паровой турбины турбокомпрессора азото-водородной смеси. Пар применяется для технологических целей, приводов компрессоров природного газа и возду­ ха, дымососов и ряда центробежных насосов. Технологический процесс значительно автоматизирован с помощью электронных приборов и ЭВМ. Создание таких агрегатов явилось результатом прогресса пауки, творче­ ской инжепериой мысли и достижепий машиностроения и материалове­ дения.

Современное аммиачное производство представляет собой эперготехпологическин комплекс. Потребность в энергии полностью покрывается за счет сбалансированного использования тепловых отходов в процессах производства. Технический прогресс в производстве синтетического ам­ миака характеризуется следующими показателями: суммарный расход энергии на производство тоипы синтетического аммиака в агрегате боль­ шой единичной мощности (1360 т/сут) с применением в качестве сырья природного газа в 2,5 раза меньше, чем в старых агрегатах меньшей мощности с применением кокса или каменного угля для получения водо­ рода, и в 3 раза меньше, чем с использованием водорода, получаемого электролизом воды (табл. 4).

В первых установках 1928 г. производительность колонн синтеза ам­ миака с внутренним диаметром 400 мм составляла 8 т/сут и несмотря на экзотермичпость реакций, вследствие больших потерь тепла в окру­ жающую среду, приходилось непрерывно осуществлять электроподогрев азото-водородной смеси. В современных установках производительностью 1360 т/сут в колоннах синтеза с внутренним диаметром 2400 мм прихо­ дится отводить большое количество тепла, которое используется для подогрева воды парокотельпых установок.