Métodos de obtención de amoníaco

La materia prima para la producción de amoníaco es una mezcla de hidrógeno nítrico (ABC) de composición estequiométrica N2:H2 = 1:3 combustible, conversión de gas natural (Fig. 14.5).

Arroz. 14.5. Materias primas para la producción de amoníaco.

La estructura de la base de materias primas para la producción de amoníaco ha cambiado y más del 90 % del amoníaco se produce sobre la base de la naturaleza. 14.3 muestra la dinámica de los cambios en la estructura de los principales tipos de materias primas para la producción de amoníaco.

Tabla 14.3. Cambios en la base de materias primas de la producción de amoníaco

La mezcla de nítrico-hidrógeno, independientemente del método de su preparación, contiene impurezas de sustancias, algunas de las cuales son venenos catalíticos, que causan envenenamiento tanto reversible (oxígeno, óxidos de carbono, vapor de agua) como irreversible (varios compuestos de azufre y fósforo) de el catalizador.

Para eliminar estas sustancias, el ABC se somete a un pretratamiento, cuyos métodos y profundidad dependen de su naturaleza y contenido, es decir, del método de producción de ABC. Normalmente, el ABC obtenido por conversión de gas natural contiene monóxido de carbono. (IV), metano, argón, trazas de oxígeno y hasta 0,4 % vol. monóxido de carbono (II).

La absorción con depuradores líquidos (método húmedo) y la adsorción con depuradores sólidos (método seco) se utilizan en la industria para purificar ABC. Al mismo tiempo, el proceso de limpieza se puede llevar a cabo en varias etapas de producción:

Gas de origen antes de enviarlo para conversión;

gas convertido para eliminar el monóxido de carbono (IV);

Mezcla de nitrógeno inmediatamente antes de la síntesis de amoníaco (purificación fina ABC).

Los dos primeros procesos se consideran en la descripción de las industrias respectivas.

La purificación fina de ABC se logra por quimisorción de impurezas con reactivos líquidos y, finalmente, por su hidrogenación catalítica o lavado de ABC con nitrógeno líquido.

Para eliminar el monóxido de carbono (IV) y el sulfuro de hidrógeno, los ABC se lavan en torres empacadas con reactivos alcalinos que forman con ellos sales térmicamente inestables: solución acuosa etanolamina o caliente, activado por la adición de dietanolamina, una solución de carbonato de potasio. En este caso, tienen lugar las siguientes reacciones:

H 2S+CH 2OH-CH 2NUEVA HAMPSHIRE 2+HS- - ?Í,

ASI QUE 2+ k 2CO3 + H 2¿Vaya? 2KNSO3 - ?N.

El monóxido de carbono (II) se elimina de ABC lavándolo con una solución de cobre y amoníaco de acetato de cobre:

CO + NH3 + +Ac? +Ac -?H,

donde: CA \u003d CH3 SOO.

Los absorbentes utilizados para la quimisorción forman compuestos inestables con los absorbidos de ABC. Por lo tanto, cuando se calientan sus soluciones y se reduce la presión, las impurezas disueltas se desorben, lo que facilita regenerar el absorbente, devolverlo al proceso y asegurar los ciclos de operación de absorción según el esquema:

donde: P es la mezcla absorbida de ABC, A es el absorbente, PA es la combinación de la mezcla y el absorbente.

Más metodo efectivo la purificación de ABC a partir de monóxido de carbono (II) es el lavado de ABC con nitrógeno líquido a -190 ° C, que se utiliza en instalaciones modernas, durante las cuales, además del monóxido de carbono (II), se eliminan metano y argón.

La purificación final de ABC se logra mediante la hidrogenación catalítica de las impurezas, denominada metanización o precatálisis. Este proceso se lleva a cabo en unidades especiales de metanización (Fig. 14.6) a una temperatura de 250-300 °C y una presión de unos 30 MPa sobre un catalizador de níquel-aluminio (Ni + Al 2O 3). En este caso, se producen reacciones exotérmicas de reducción de impurezas que contienen oxígeno a metano, que no es un veneno para un catalizador de hierro, y el agua se condensa cuando el gas purificado se enfría y se elimina:

CO + ZN 2? CH 4 + H 2ÉL,

ASI QUE 2+ 4H 2?CH 4 + 2H 2ÉL,

O 2+ 2H 2?2H 2ÉL

Arroz. 14.6. Esquema de la planta de metanización ABC: 1 - compresor, 2 - calentador, 3 - reactor de metanación, 4 - calentador de agua, 5 - condensador, 6 - deshumidificador

Si se utiliza un catalizador de hierro en la precatálisis, también se forma algo de amoníaco en el proceso de hidrogenación, en cuyo caso la precatálisis se denomina soplado.

El proceso de metanización es simple, fácil de controlar, y el calor liberado debido a las reacciones exotérmicas de hidrogenación en curso se utiliza en el esquema tecnológico energético general para la producción de amoníaco. El ABC purificado suministrado para la síntesis contiene hasta 0025 vol. parte de argón, 0,0075 vol. cuota de metano y no más, 00004 vol. parte del monóxido de carbono (II), que es el veneno catalítico más poderoso.

El proceso de síntesis de amoniaco se basa en una reacción exotérmica reversible que procede con una disminución del volumen de gas:

2+3H 2+2NH 3+Q.

De acuerdo con el principio de Le Chatelier, a medida que aumenta la presión y disminuye la temperatura, el equilibrio de esta reacción se desplaza hacia la formación de amoníaco. Para garantizar la velocidad óptima del proceso, se requiere un catalizador, aumento de presión, temperatura de 400 ... 500 ° C y una cierta velocidad volumétrica de los componentes que reaccionan. En la industria se utiliza un catalizador de hierro con aditivos de óxidos de Al. 2O 3, A 2O, CaO y SiO2 .

Se distinguen los siguientes sistemas industriales de unidades de síntesis de amoníaco: baja presión(10…20 MPa), media (20…45 MPa) y alta presión (60…100 MPa). En la práctica mundial, los sistemas de presión media son ampliamente utilizados, ya que en este caso los problemas de separación de amoníaco de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno se resuelven con mayor éxito a una velocidad de proceso suficientemente alta.

CH 4+ H2 O? CO + 3H 2

La combustión parcial del hidrógeno en el oxígeno atmosférico ocurre:

H 2+O 2 = H 2O (vapor)

Como resultado, en esta etapa se obtiene una mezcla de vapor de agua, monóxido de carbono (II) y nitrógeno.

La unidad principal de la instalación para la producción de amoníaco es la columna de síntesis (Fig. 1.1). La columna tubular en el sistema de presión media es un cilindro 4 hecho de acero al cromo-vanadio con un espesor de pared de hasta 200 mm, un diámetro de 1 ... 1,4 m y una altura de aproximadamente 20 m. Desde arriba y desde abajo se cierra con tapas de acero 2.

Estructuralmente, las columnas difieren principalmente en el tamaño del cuerpo y el dispositivo del empaque interno. En la parte superior de la columna en consideración, hay una caja de catalizador 3, y en la parte inferior hay un intercambiador de calor 8, que asegura el proceso autotérmico. La caja del catalizador está conectada al intercambiador de calor por un tubo central 7. El cuerpo de la columna tiene un aislamiento térmico 5. El catalizador se carga en la parrilla 6. Para garantizar una distribución uniforme de la temperatura, se introducen tubos dobles 1 en el lecho del catalizador.

Arroz. 1.1. Columna de síntesis de amoníaco con tubos de intercambio de calor de doble contracorriente

En la actualidad, las columnas de síntesis de amoníaco se combinan con calderas de vapor para la recuperación del calor residual (1 tonelada de amoníaco representa 0,6...1 tonelada de vapor a una presión de 1,5...2 MPa). Las columnas de síntesis de amoníaco de media presión tienen una capacidad de alrededor de 150 toneladas de amoníaco por día y funcionan sin reemplazar el catalizador durante cuatro años.

En la síntesis de amoníaco a presión media (Fig. 1.1), una mezcla de nitrógeno e hidrógeno (N 2:NORTE 2= 1: 3) se alimenta a la columna 1, donde se sintetiza amoníaco en el catalizador; una mezcla de gas nitrógeno-hidrógeno-amoníaco sale de la columna (contenido de amoníaco - 14 ... 20%), con una temperatura de aproximadamente 200 ° C. Esta mezcla se envía al enfriador de agua 2, se enfría a 35 °C y entra en el separador 3. Aquí, hasta el 60 % del amoníaco formado en la columna se libera del gas (a una presión de 30 MPa, el amoníaco no puede condensarse). completamente en el refrigerador). El amoníaco se libera más completamente cuando la mezcla de nitrógeno e hidrógeno se enfría a más temperaturas bajas. Esta mezcla con los residuos de amoníaco del separador 3 se envía al compresor de circulación 4 y luego al filtro 6 para separar el aceite del compresor. En la entrada del filtro, se agrega una nueva mezcla de nitrógeno-hidrógeno a los gases en circulación, comprimida a la presión de operación usando un compresor de etapas múltiples 5. Desde el filtro, la mezcla de gases se alimenta al sistema secundario de condensación de amoníaco, que consta de una columna de condensación 7 y un evaporador de amoníaco líquido 8. En la columna de condensación, el gas se enfría previamente en un intercambiador de calor ubicado en la parte superior de la columna y luego se envía al evaporador 8, donde, debido a la evaporación del entrante amoníaco líquido, el gas se enfría a -5 ° C y el amoníaco se condensa del gas a un contenido residual de aproximadamente 2,5% NH3 en él. El amoníaco condensado se libera en la parte inferior de la columna condensadora 7, que es el separador. Después de la separación del amoníaco, la mezcla de nitrógeno e hidrógeno enfría el gas que ingresa en la parte superior de la columna 7 y luego se envía nuevamente a la columna de síntesis 1.

En el caso de la síntesis de amoníaco a una presión más alta (45 MPa y más), no hay necesidad de su condensación secundaria, ya que el contenido de amoníaco residual en la mezcla de nitrógeno e hidrógeno a la salida del enfriador de agua es insignificante.

Arroz. 17.16. Esquema de la instalación para la síntesis de amoníaco a media presión.

Descripción del proceso tecnológico de producción de amoníaco y sus características.

. Método del arco.El método del arco consiste en soplar aire a través de la llama de un arco eléctrico. A una temperatura de alrededor de 3000 ° C, se produce una reacción reversible.

2 + O 2?2NO - P.

El óxido nítrico resultante (II) puede oxidarse a óxido nítrico (IV) y procesarse en Ácido nítrico y otras conexiones. Para obtener 1 tonelada de nitrógeno combinado por este método, se consumen 60 000 ... 70 000 kWh de electricidad.

2. Método de la cianamida.El primer proceso industrial que se utilizó para producir amoníaco fue el proceso de cianamida. Cuando se calentaron cal CaO y carbón, se obtuvo carburo de calcio CaC2. A continuación, el carburo se calentó bajo nitrógeno para dar cianamida cálcica CaCN2; Se obtuvo más amoníaco por hidrólisis de cianamida:

CaCN 2(televisión) + 3N 2O = 2NH 3? + CaCO3 (TELEVISOR)

Este proceso requería mucha energía y no era económicamente rentable.

Proceso moderno la producción de amoníaco se basa en la capacidad del carburo de calcio finamente molido a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C para interactuar con el nitrógeno de acuerdo con la ecuación

Ca S 2+ norte 2= CaCN2 + C + 302 kJ

La parte de la producción de nitrógeno ligado por el método de la cianamida es muy pequeña.

El método de fijación de nitrógeno con amoníaco consiste en su síntesis a partir de nitrógeno e hidrógeno utilizando un catalizador especial:

2+ 3H 2? 2NH3 ? + 45,9 kJ

Este método tiene una ventaja económica y tecnológica sobre otros métodos de fijación de nitrógeno elemental.

3. Método del amoníaco.El método del amoníaco para unir nitrógeno atmosférico consiste en combinar nitrógeno con hidrógeno y obtener amoníaco:

norte 2+3H 2?2NH 3+Q.

Es el más económico (el consumo de electricidad es de 4000…5000 kWh por 1 tonelada de amoníaco), tecnológicamente más fácil de implementar en comparación con otros métodos de fijación de nitrógeno atmosférico. En la producción total de compuestos nitrogenados, más del 90% corresponde al amoníaco. El hidrógeno para esta reacción se obtiene por craqueo térmico de hidrocarburos, la acción del vapor de agua sobre el carbón o el hierro, la descomposición de alcoholes con vapor de agua, o la electrólisis del agua.

4. Una variante del método del amoníaco.En 1909, se desarrolló un método original para la producción simultánea de amoníaco y óxido de aluminio a partir de bauxita a través de nitruro de aluminio según el esquema que se muestra en la Fig. 14.4.

Arroz. 14.4. Producción de amoníaco a partir de bauxita.

Las instalaciones industriales según este método se construyeron en el período 1909-1918. en varios países, pero el método no ha encontrado aplicación debido a la baja eficiencia de producción.

Química y principales esquemas de producción.

La etapa principal del proceso de síntesis de amoníaco a partir de una mezcla de hidrógeno y nítrico se describe mediante la ecuación:

norte 2+ 3H2 = 2NH 3

Sin embargo, dado que el método predominante para producir ABC es el reformado de metano con aire y vapor, el esquema químico para la producción de amoníaco incluye, además de esta reacción, varias reacciones de reformado con aire y vapor:

CH 4+ H 2O = ZH2 + CO,

CH 4+ 0.5O 2(NORTE 2) = 2H 2(N 2) + CO

y posterior conversión de monóxido de carbono (II) a monóxido de carbono (IV):

CO + H 2O = H2 + CO 2

columna de absorción de producción de amoníaco

Tras eliminar el monóxido de carbono (IV) de la mezcla gaseosa y corregir su composición, se obtiene ABC con un contenido de nitrógeno e hidrógeno en una proporción de 1:3.

Por lo tanto, la producción moderna de amoníaco consta de dos etapas: preparación de ABC y su conversión en amoníaco, lo que representa un esquema energético-tecnológico único que combina las operaciones de obtención de ABC, su purificación y síntesis de amoníaco y utiliza de manera efectiva los efectos térmicos de todas las etapas del proceso. proceso, que permite varias veces reducir los costos de electricidad.

Arroz. 14.7. diagrama de circuito producción de amoníaco

1 - purificación de gas natural a partir de compuestos de azufre, 2 - reformado con vapor de metano, 3 - reformado con aire de metano, 4 - conversión de monóxido de carbono (II), 5 - purificación por quimisorción de ABC, 6 - metanación, 7 - síntesis de amoníaco , 8 - absorción de amoníaco, 9-compresión de amoníaco, I-gas natural, II-gas convertido, III-ABC, IV-metano

El esquema básico de producción de amoníaco consta de tres etapas:

La primera etapa es la producción de ABC (mezcla de nitrógeno):

I operación: purificación de gas natural a partir de compuestos de azufre;

I operación: conversión de vapor de metano;

I operación: aire conversión de metano;

I operación: conversión de monóxido de carbono (II).

La segunda etapa es la purificación de gas a partir de impurezas de lastre e impurezas que envenenan el catalizador:

I operación: purificación de ABC por métodos de absorción a partir de monóxido de carbono (II) y monóxido de carbono (IV);

I operación: purificación fina de ABC a partir de monóxido de carbono (II) y monóxido de carbono (IV) por metanización o precatálisis.

La tercera etapa es la síntesis de amoniaco a partir de ABC en presencia de un catalizador.

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La industria del nitrógeno en la actualidad es una de las industrias líderes. El uso de amoníaco se ha extendido a aplicaciones de refrigeración (R717, medicina o Agricultura(fertilizantes).

Se presta atención primordial a la producción de fertilizantes nitrogenados (y, por lo tanto, de sus bases, incluido el amoníaco, cuya demanda ha crecido un 20% en las últimas dos décadas).

Pero la producción de amoníaco se distingue, en primer lugar, por una alta intensidad energética. Toda la historia de esta producción es una lucha por reducir la energía utilizada (mecánica, térmica, eléctrica).

La síntesis de amoníaco revela la fórmula:

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

La reacción es exotérmica, reversible, con disminución de volumen. Dado que la reacción es exotérmica, bajar la temperatura cambiará el equilibrio para formar amoníaco, pero disminuirá significativamente. La producción de amoníaco debe realizarse a altas temperaturas (la síntesis se realiza a 500 grados centígrados). Un aumento de t° conducirá a una presión de 15 a 100 MPa, lo que le permite contrarrestar la influencia de la temperatura (presión baja - de 10 a 15 MPa, presión media - de 25 a 30 MPa, alta presión- más de 50 MPa). De estos, el promedio es preferible.

Sirve como catalizador con adiciones de óxidos de calcio, silicio, potasio y aluminio.

Las impurezas dañinas (agua, sulfuro de hidrógeno) afectan negativamente la velocidad de la reacción, envenenando el catalizador, reduciendo así su actividad y reduciendo la vida útil. Esto significa que la mezcla de sulfuro de hidrógeno debe limpiarse a fondo. Pero incluso después de la purificación, solo una parte de esta mezcla se convierte en amoníaco. Por lo tanto, la fracción restante sin reaccionar se envía nuevamente al reactor.

¿Cómo se produce el amoníaco?

Se alimenta a la tubería una mezcla ya preparada de tres partes de hidrógeno y una de nitrógeno. Pasa a través de un turbocompresor, donde se comprime a la presión indicada anteriormente, y se envía a la columna de síntesis con un catalizador en estantes incorporados. El proceso, como descubrimos, es fuertemente exotérmico. El calor liberado calienta la mezcla de hidrógeno y nítrico. Alrededor del 25 por ciento del amoníaco y el nitrógeno sin reaccionar con hidrógeno salen de la columna. Toda la composición ingresa al refrigerador, donde se enfría la mezcla. El amoníaco se vuelve líquido bajo presión. Ahora entra en funcionamiento el separador, cuya tarea es separar el amoníaco en el colector en el fondo y la mezcla sin reaccionar, que se devuelve a la columna. Gracias a esta circulación, la mezcla nítrico-hidrógeno se aprovecha en un 95 por ciento. El amoníaco líquido se entrega a un almacén especial a través de la tubería de amoníaco.

Todos los dispositivos utilizados en la producción son lo más herméticos posible, lo que elimina las fugas. Solo se aprovecha la energía de las reacciones exotérmicas que se producen en su interior. El circuito es cerrado, de bajo desperdicio. Los costes se reducen gracias a un proceso continuo y automatizado.

La producción de amoníaco no puede sino afectar ambiente. Las emisiones de gases son inevitables, incluidos los óxidos de amoníaco, carbono y nitrógeno y otras impurezas. Se libera calor de bajo potencial. El agua se descarga después de lavar los sistemas de refrigeración y el propio reactor.

Por tanto, en la producción de amoníaco es necesario incluir una purificación catalítica con presencia de un gas reductor. Reducción de cantidad Aguas residuales se puede lograr reemplazando los turbocompresores. El calor de bajo potencial se puede utilizar introduciendo calor de alto potencial. Sin embargo, esto aumentará la contaminación por gases de combustión.

Un esquema energético-tecnológico que incluya un ciclo de vapor-gas, donde se utilicen productos de combustión de combustible y calor de vapor, aumentará simultáneamente la eficiencia de la producción y reducirá las emisiones.

1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (óleum)

La pirita húmeda purificada triturada (pirita de azufre) se vierte desde arriba en el horno para quemar en " cama fluidizada". Desde abajo (principio de contracorriente) pasa aire enriquecido con oxígeno.
El gas del horno sale del horno, cuya composición es: SO 2, O 2, vapor de agua (la pirita estaba húmeda) y las partículas más pequeñas de ceniza (óxido de hierro). El gas se purifica de impurezas de partículas sólidas (en un ciclón y precipitador electrostático) y vapor de agua (en una torre de secado).
En el aparato de contacto, el dióxido de azufre se oxida utilizando un catalizador V 2 O 5 (pentóxido de vanadio) para aumentar la velocidad de reacción. El proceso de oxidación de un óxido a otro es reversible. Por lo tanto, se seleccionan las condiciones óptimas para el flujo de la reacción directa: mayor presión (porque la reacción directa se produce con una disminución en el volumen total) y una temperatura no superior a 500 C (porque la reacción es exotérmica).

En la torre de absorción, el óxido de azufre (VI) es absorbido por ácido sulfúrico concentrado.
No se utiliza la absorción de agua, porque el óxido de azufre se disuelve en agua con la liberación de una gran cantidad de calor, por lo que el ácido sulfúrico resultante hierve y se convierte en vapor. Para evitar la formación de neblina de ácido sulfúrico, utilice ácido sulfúrico concentrado al 98 %. El óxido de azufre se disuelve muy bien en tal ácido, formando oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Producción industrial de amoníaco

Preliminarmente, se obtiene una mezcla de hidrógeno y nítrico. El hidrógeno se obtiene por conversión de metano (a partir de gas natural):

CH 4 + H 2 O (g) → CO + ZH 2 - Q

2CH 4 + O 2 → 2CO + 4H 2 + Q

CO + H 2 O (g) → CO 2 + H 2 + Q

El nitrógeno se obtiene del aire líquido.

En el turbocargador, la mezcla se comprime a la presión requerida de 25·10 6 Pa. En la columna de síntesis, los gases reaccionan a 450-500 °C en presencia de un catalizador (hierro poroso con impurezas de Al 2 O 3 y K 2 O):
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ (salida 10-20% amoníaco)

El amoníaco resultante se separa del nitrógeno y el hidrógeno sin reaccionar mediante licuefacción en un refrigerador, devolviendo la mezcla de hidrógeno y nítrico sin reaccionar a la columna de síntesis.
El proceso es continuo, circulante.

Aplicación: producción de fertilizantes nitrogenados, explosivos, plásticos, etc.

Producción de alcohol metílico

Antes del desarrollo industrial del método catalítico de obtención de metanol se obtenía por destilación seca de la madera (de ahí su nombre "alcohol de madera"). En este momento, este método es de importancia secundaria.

Forma moderna:

Materia prima: gas de síntesis - una mezcla de monóxido de carbono (II) con hidrógeno (1:2).

Materiales auxiliares: catalizadores (ZnO y CuO).

Básico proceso quimico: el gas de síntesis a una temperatura de 250 °C y una presión de 7 MPa se convierte catalíticamente en metanol:

CO + 2H 2 ↔ CH3OH + Q

Características del proceso tecnológico: cuando la mezcla de gases pasa a través del lecho del catalizador, se forma un 10-15% de metanol, que se condensa, y la mezcla que no ha reaccionado se mezcla con una porción nueva de gas de síntesis y, después del calentamiento, se envía nuevamente a el lecho del catalizador (circulación). El rendimiento total es del 85%.

Las condiciones para la síntesis de metanol y amoníaco a media presión son similares, y la materia prima (gas natural) es común para ambos procesos. Por lo tanto, la mayoría de las veces se combina la producción de metanol y amoníaco (plantas de fertilizantes nitrogenados).

El amoníaco (NH3) es un compuesto químico de hidrógeno y nitrógeno. Obtuvo su nombre de la palabra griega "hals ammniakos" o del latín "sal ammoniacus", que se traducen de la misma manera: "amoníaco". Fue una sustancia llamada así que se obtuvo en el desierto de Libia en el oasis de amonio.

El amoníaco se considera una sustancia altamente tóxica que puede irritar las membranas mucosas de los ojos y las vías respiratorias. Los síntomas principales son lagrimeo profuso, dificultad para respirar y neumonía. Pero al mismo tiempo, el amoníaco es un químico valioso que se usa ampliamente para obtener ácidos inorgánicos, por ejemplo, sales nítricas, hidrociánicas, así como de urea y que contienen nitrógeno. El amoníaco líquido es un excelente medio de trabajo para contenedores y máquinas refrigeradas, ya que tiene un alto calor específico de vaporización. Los de agua se utilizan como fertilizantes líquidos, así como para la amonización de superfosfatos y mezclas de fertilizantes.

La producción de amoníaco a partir de gases residuales en el proceso de coquización del carbón es el más antiguo y más método accesible, pero a día de hoy ya está desfasado y prácticamente sin uso.

El método principal y moderno es la producción de amoníaco en la industria basada en el proceso Haber. Su esencia radica en la interacción directa de nitrógeno e hidrógeno, que se produce como resultado de la conversión de gases de hidrocarburos. Las refinerías de petróleo, los gases de petróleo asociados, los gases residuales de la producción de acetileno suelen actuar como materia prima. La esencia del método de conversión de amoníaco es la descomposición del metano y sus homólogos a alta temperatura en componentes: hidrógeno y con la participación de agentes oxidantes: oxígeno y vapor de agua. Al mismo tiempo, se mezcla aire enriquecido con oxígeno o aire atmosférico con el gas convertido. Inicialmente, la reacción de producción de amoníaco basada en el gas convertible procede con liberación de calor, pero con una disminución en el volumen de los productos de reacción iniciales:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ

Sin embargo, la producción de amoníaco a escala industrial se lleva a cabo utilizando un catalizador y en condiciones creadas artificialmente que permiten aumentar el rendimiento del producto terminado. En la atmósfera donde se produce el amoníaco, la presión aumenta a 350 atmósferas y la temperatura sube a 500 grados centígrados. Bajo tales condiciones, el rendimiento de amoníaco es de alrededor del 30%. El gas se elimina de la zona de reacción mediante el método de enfriamiento, y el nitrógeno y el hidrógeno que no han reaccionado se devuelven a la columna de síntesis y pueden volver a participar en las reacciones. En el curso de la síntesis, es muy importante purificar la mezcla de gases de venenos catalíticos, sustancias que pueden anular el efecto de los catalizadores. Tales sustancias son vapor de agua, CO, As, P, Se, O2, S.

El hierro poroso con impurezas de óxidos de aluminio y potasio actúa como catalizador en las reacciones de síntesis de nitrógeno e hidrógeno. Solo esta sustancia, de las 20 mil probadas anteriormente, permite alcanzar el estado de equilibrio de la reacción. Este principio de obtención de amoníaco se considera el más económico.

La obtención de amoníaco en el laboratorio se basa en la tecnología de su desplazamiento a partir de sales de amonio con álcalis fuertes. Esquemáticamente, esta reacción se representa de la siguiente manera:

2NH4CI + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O

Para eliminar el exceso de humedad y secar el amoníaco, se pasa por una mezcla de sosa cáustica y cal. El amoníaco muy seco se obtiene disolviendo sodio metálico en él y luego destilando la mezcla. La mayoría de las veces, tales reacciones se llevan a cabo en un sistema metálico cerrado al vacío. Además, dicho sistema debe soportar altas presiones, que se logran mediante el vapor de amoníaco liberado, hasta 10 atmósferas a temperatura ambiente.

Amoníaco Es un gas incoloro ligero con un olor acre desagradable. es muy importante para industria química, ya que contiene un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. El amoníaco se usa principalmente para producir fertilizantes que contienen nitrógeno, sulfato de amonio y urea, para producir explosivos, polímeros y otros productos, y el amoníaco también se usa en medicina.

Producción de amoníaco en la industria. no es un proceso simple, lento y costoso basado en su síntesis a partir de hidrógeno y nitrógeno utilizando un catalizador, alta temperatura y presión. Activado por óxidos El hierro esponja de potasio y aluminio se utiliza como catalizador. Las plantas industriales para la síntesis de amoníaco se basan en la circulación de gases. Se ve así: la mezcla reaccionada de gases, que contiene amoníaco, se enfría y se condensa y se separa el amoníaco, y el nitrógeno y el hidrógeno que no reaccionaron se mezclan con una nueva porción de gases y se vuelven a alimentar al catalizador.

Consideremos este proceso de síntesis industrial de amoníaco, que ocurre en varias etapas, con más detalle. En la primera etapa, el azufre se elimina del gas natural mediante un dispositivo técnico desulfurizador. En la segunda etapa, el proceso de conversión de metano se lleva a cabo a una temperatura de 800 grados centígrados sobre un catalizador de níquel: la reacción de hidrógeno es adecuada para la síntesis de amoníaco y aire que contiene nitrógeno se suministra al reactor. En este punto La combustión parcial del carbono también se produce tras su interacción con el oxígeno, que también está contenido en el aire: 2 H2O + O2-> H2O (vapor).

El resultado de esta etapa la produccion consiste en obtener una mezcla de vapor de agua y oxidos de carbono (secundario) y nitrogeno. La tercera etapa va en dos procesos. El llamado proceso de "cambio" tiene lugar en dos reactores de "cambio". En el primero se utiliza el catalizador Fe3O4 y la reacción transcurre a altas temperaturas, del orden de 400 grados centígrados. El segundo reactor utiliza un catalizador de cobre más eficiente y funciona a una temperatura más baja. La cuarta etapa incluye la purificación de la mezcla de gases a partir de monóxido de carbono (IV).

Esta limpieza se realiza lavando la mezcla de gases con una solución alcalina que absorbe el óxido. La reacción 2 H2O + O2H2O (vapor) es reversible y, después de la tercera etapa, queda aproximadamente un 0,5 % de monóxido de carbono en la mezcla de gases. Esta cantidad es suficiente para estropear el catalizador de hierro. En la cuarta etapa, el monóxido de carbono (II) se elimina mediante la conversión de hidrógeno en metano sobre un catalizador de níquel a temperaturas de 400 grados centígrados: CO + 3H2 -> CH4 + H2O

mezcla de gases, que contiene aproximadamente? 74,5% hidrógeno y 25,5% nitrógeno, sometido a compresión. La compresión conduce a un rápido aumento de la temperatura de la mezcla. Después de la compresión, la mezcla se enfría a 350 grados centígrados. Este proceso se describe con la reacción: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (proceso de Gerber)

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