Синтез аммиака. В агрегатах аммиака предыдущего поколения синтез аммиака проводят при давлении 280 - 330 бар. Для сжатия синтез газа, подаваемого в петлю синтеза   требуется мощный 4-х ступенчатый компрессор с номинальной мощностью 32 Мвт для агрегата, производящего 1360 тонн NH3 в сутки. Его турбина потребляет пар с давлением 100 бар и температурой 482°С в количестве 350 - 370 тонн в час. Именно эта турбина производит, а компрессор потребляет наибольшее количество механической энергии. Потери энергии только при конденсации мятого пара составляют 0.35 - 0.4 Гкал/т NH3 . Чтобы сократить производство механической энергии  и производство пара в рамках концепции энергосбережения и уменьшения инвестиций мы использовали в новом аммиачном агрегате каскадный синтез аммиака при давлении от 72 до 80 бар.

- понизить мощность компрессора синтез-газа до 8.7 Мвт (производительность петли синтеза - 1520 тонн аммиака в сутки)
- использовать простой и дешевый однокорпусной двухступенчатый  компрессор синтез-газа с электроприводом
- уменьшить кратность циркуляции до 2.2
- получить концентрацию аммиака на выходе из реактора синтеза 11.7 - 12.7%(около 16% при использовании Ru-катализатора), и приращение концентрации аммиака  9 - 11%
- уменьшить стоимость аппаратуры и трубопроводов
- использовать  железный промотированный катализатор
- уменьшить гидравлическое сопротивление.

При проведении синтеза аммиака при низком давлении очень важно добиться низкой циркуляции и низкого гидравлического сопротивления петли синтеза. Дело в том, что при понижении давления увеличивается степень сжатия циркулирующего газа в циркуляционном компрессоре. Этот негативный эффект в каскадной схеме синтеза купируется низкой циркуляцией газа и низким гидравлическим сопротивлением аппаратуры, конструкция и размеры которой должны быть соответствующим образом выбраны. В частности, для проведения синтеза аммиака при давлении 78 бар применяются высокоэффективные радиально - противоточные реакторы конструкции ГИАП, имеющие гидравлическое сопротивление 1.5 - 2 бар [4], и при использовании активного железного катализатора СА-КЖ, приготавливаемого по технологии ГИАП,  обеспечивающие высокие степени превращения. Полная система технических решений в петле синтеза позволила применить циркуляционный компрессор с потребляемой мощностью 2.050 Мвт. Для обычной петли синтеза при 80 бар потребовался бы циркуляционный компрессор мощностью 9 - 10 Мвт.

Компрессия. Следует принять, что природный газ поступает в агрегат под давлением процесса. Таким образом, компрессия представлена воздушным компрессором, компрессором синтез-газа, циркуляционным компрессором и компрессором для сжатия газообразного аммиака. Суммарная мощность компрессоров, приходящаяся на 1 т аммиака, в 1,54 раза меньше, чем в агрегате ТЕС мощностью 1360 т/сутки.

Система парообразования и распределения пара. В этой системе получают пар с давлением 40 бар и с температурой 370-380°С для технологического процесса и  для турбины воздушного компрессора. Насыщенный пар перегревается в пароперегревателе трубчатой печи до 370-380°С и  направляется в паровую турбину воздушного компрессора и в коллектор. Питательная вода до деаэрации подогревается за счет тепла газа после низкотемпературной конверсии моноксида углерода. Деаэрированная вода (107 тонн в час) в систему парообразования подается двумя насосами с электроприводами.

Технологический конденсат, образующийся при охлаждении газа, и растворенные в нем компоненты полностью используются в агрегате. Конденсат предварительно нагревается и  подвергается очистке паром, подаваемым в технологический  процесс, в насадочном скруббере. Пар, выходящий из скруббера вместе с десорбированными примесями, смешивается с природным газом и подается в первичный реформинг. Соотношение пар/углерод поддерживается равным 2.9-3.15. Очищенный  конденсат (около 1 т/т NH3 )  подается в систему производства пара в петле синтеза.   

Базовые показатели потребления энергии аммиачных агрегатов по технологии ГИАП.  В приведенной ниже таблице 7 показано достижимое потребление энергии на тонну аммиака. Наименьшее потребление энергии имеет агрегат с давлением синтеза 80 бар, в котором производится наименьшее наименьшее количество механической энергии - около 0.566 Мвт на тонну аммиака. 

Таблица 7

БАЗОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСХОДА СЫРЬЯ , ЭНЕРГИИ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АММИАЧНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ ГИАП
на 1 тонну NH3

Уровень энергопотребления в подобном агрегате только примерно на 20% превышает теоретический термодинамический минимум, что говорит о достаточно высоком термодинамическом совершенстве технологической концепции.