Menetelmät ammoniakin saamiseksi

Ammoniakin valmistuksen raaka-aineena on stoikiometrisen koostumuksen N2:H2 = 1:3 typpi-vety-seos (ABC) polttoaine, maakaasun konversio (kuva 14.5).

Riisi. 14.5. Raaka-aineet ammoniakin valmistukseen

Ammoniakin valmistuksen raaka-ainepohjan rakenne on muuttunut ja yli 90 % ammoniakista tuotetaan luonnon pohjalta - 14.3 esittää ammoniakin tuotannon pääraaka-aineiden rakenteen muutosten dynamiikkaa.

Taulukko 14.3. Muutokset ammoniakin tuotannon raaka-ainepohjassa

Typpi-vety-seos sisältää valmistusmenetelmästä riippumatta aineiden epäpuhtauksia, joista osa on katalyyttisiä myrkkyjä, jotka aiheuttavat sekä palautuvia (happi, hiilioksidit, vesihöyry) että irreversiibeliä (erilaiset rikki- ja fosforiyhdisteet) myrkytyksiä. katalyytti.

Näiden aineiden poistamiseksi ABC:lle tehdään esikäsittely, jonka menetelmät ja syvyys riippuvat niiden luonteesta ja sisällöstä eli ABC:n valmistustavasta.Yleensä maakaasukonversiolla saatu ABC sisältää hiilimonoksidia (IV ), metaania, argonia, pieniä määriä happea ja enintään 0,4 tilavuusprosenttia. hiilimonoksidi (II).

ABC:n puhdistamiseen käytetään teollisuudessa imeytymistä nestepuhdistusaineilla (märkämenetelmä) ja adsorptiota kiinteillä puhdistusaineilla (kuivamenetelmä). Samaan aikaan puhdistusprosessi voidaan suorittaa eri tuotantovaiheissa:

Lähdekaasu ennen sen toimittamista muunnettavaksi;

muutettu kaasu hiilimonoksidin (IV) poistamiseksi siitä;

Typen seos juuri ennen ammoniakkisynteesiä (ABC-hienopuhdistus).

Kaksi ensimmäistä prosessia otetaan huomioon vastaavien toimialojen kuvauksessa.

ABC:n hienopuhdistus saavutetaan epäpuhtauksien kemisorptiolla nestemäisillä reagensseilla ja lopuksi niiden katalyyttisellä hydrauksella tai pesemällä ABC nestemäisellä typellä.

Hiilimonoksidin (IV) ja rikkivedyn poistamiseksi ABC:t pestään pakatuissa torneissa alkalisilla reagensseilla, jotka muodostavat niiden kanssa termisesti epästabiileja suoloja: vesiliuos etanoliamiini tai kuuma, aktivoitu lisäämällä dietanoliamiinia, kaliumkarbonaattiliuosta. Tässä tapauksessa tapahtuu seuraavat reaktiot:

H 2S+CH 2OH-CH 2NH 2+HS- - ?Н,

CO 2+ K 2CO3 + H 2Vai niin? 2KNSO3 -?N.

Hiilimonoksidi (II) poistetaan ABC:stä pesemällä se kupari-ammoniakki-kupariasetaattiliuoksella:

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

jossa: AC = CH3 SOO.

Kemisorptioon käytetyt absorbentit muodostavat epästabiileja yhdisteitä ABC:stä imeytyneiden kanssa. Siksi, kun niiden liuoksia kuumennetaan ja painetta alennetaan, liuenneet epäpuhtaudet desorboituvat, mikä helpottaa absorbentin regenerointia, palauttamista prosessiin ja varmistaa absorptiojaksot kaavion mukaisesti:

jossa: P on ABC:stä imeytynyt lisäaine, A on imukykyinen aine, PA on seoksen ja imuaineen yhdistelmä.

Lisää tehokas menetelmä ABC:n puhdistus hiilimonoksidista (II) on ABC:n pesu nestemäisellä typellä -190 °C:ssa, jota käytetään nykyaikaisissa asennuksissa, jonka aikana siitä poistetaan hiilimonoksidin (II) lisäksi metaani ja argon.

ABC:n lopullinen puhdistus saavutetaan epäpuhtauksien katalyyttisellä hydrauksella, jota kutsutaan metanaatioksi tai esikatalyysiksi. Tämä prosessi suoritetaan erityisissä metanointiyksiköissä (kuva 14.6) 250-300 °C:n lämpötilassa ja noin 30 MPa:n paineessa nikkeli-alumiinikatalyytillä (Ni + Al). 2O 3). Tässä tapauksessa eksotermiset reaktiot happea sisältävien epäpuhtauksien pelkistämisessä metaaniksi, joka ei ole rautakatalyytin myrkkyä, etenevät ja vesi tiivistyy, kun puhdistettu kaasu jäähdytetään ja poistetaan siitä:

CO + ZN 2? CH 4 + H 2HÄN,

CO 2+ 4H 2?CH 4 + 2H 2HÄN,

O 2+ 2H 2?2H 2HÄN

Riisi. 14.6. ABC-metanointilaitoksen kaavio: 1 - kompressori, 2 - lämmitin, 3 - metanointireaktori, 4 - vedenlämmitin, 5 - lauhdutin, 6 - ilmankuivain

Jos esikatalyysissä käytetään rautakatalyyttiä, hydrausprosessissa muodostuu myös jonkin verran ammoniakkia, jolloin esikatalyysiä kutsutaan puhallukseksi.

Metanointiprosessi on yksinkertainen, helposti hallittavissa, ja meneillään olevien eksotermisten hydrausreaktioiden seurauksena vapautuva lämpö käytetään yleisessä energiateknologisessa kaaviossa ammoniakin valmistukseen. Synteesiin tuleva puhdistettu ABC sisältää jopa 0025 tilavuutta. argonin osuus, 0,0075 til. osuus metaanista ja ei enempää, 00004 til. osuus hiilimonoksidista (II), joka on tehokkain katalyyttinen myrkky.

Ammoniakin synteesiprosessi perustuu palautuvaan eksotermiseen reaktioon, joka etenee kaasun tilavuuden pienentyessä:

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

Le Chatelier -periaatteen mukaisesti paineen noustessa ja lämpötilan laskussa tämän reaktion tasapaino siirtyy kohti ammoniakin muodostumista. Prosessin optimaalisen nopeuden varmistamiseksi tarvitaan katalyytti, korotettu paine, lämpötila 400 ... 500 ° C ja reagoivien komponenttien tietty tilavuusnopeus. Teollisuudessa käytetään rautakatalyyttiä, jossa on Al-oksidien lisäaineita. 2O 3, TO 2O, CaO ja SiO2 .

Seuraavat ammoniakin synteesiyksiköiden teolliset järjestelmät erotetaan: alhainen paine(10…20 MPa), keskipaine (20…45 MPa) ja korkea paine (60…100 MPa). Maailmankäytännössä keskipainejärjestelmiä käytetään laajalti, koska tässä tapauksessa ammoniakin erotuskysymykset typpi-vetyseoksesta ratkaistaan ​​onnistuneesti riittävän suurella prosessinopeudella.

CH 4+ H2 O? CO + 3H 2

Vedyn osittainen palaminen ilmakehän hapessa tapahtuu:

H 2+ O 2 = H 2O (höyry)

Tämän seurauksena tässä vaiheessa saadaan vesihöyryn, hiilimonoksidin (II) ja typen seos.

Ammoniakin tuotantolaitoksen pääyksikkö on synteesikolonni (kuva 1.1). Keskipainejärjestelmän putkimainen kolonni on kromi-vanadiumteräksestä valmistettu sylinteri 4, jonka seinämän paksuus on enintään 200 mm, halkaisija 1 ... 1,4 m ja korkeus noin 20 m. Sen ylä- ja alapuolelta on suljettu teräskuorilla 2.

Rakenteellisesti pilarit eroavat pääasiassa rungon koosta ja sisäisen tiivisteen välineestä. Tarkasteltavana olevan kolonnin yläosassa on katalysaattorilaatikko 3 ja alaosassa lämmönvaihdin 8, joka varmistaa autotermisen prosessin. Katalysaattorilaatikko on yhdistetty lämmönvaihtimeen keskiputkella 7. Kolonnin rungossa on lämpöeristys 5. Katalyytti ladataan arinalle 6. Tasaisen lämpötilan jakautumisen varmistamiseksi katalyyttipetiin viedään kaksoisputket 1.

Riisi. 1.1. Ammoniakkisynteesikolonni, jossa kaksinkertainen vastavirtalämmönvaihtoputki

Tällä hetkellä ammoniakkisynteesikolonnit yhdistetään höyrykattiloihin hukkalämmön talteenottoon (1 tonni ammoniakkia vastaa 0,6...1 tonnia höyryä paineessa 1,5...2 MPa). Keskipaineisten ammoniakkisynteesikolonnien kapasiteetti on noin 150 tonnia ammoniakkia vuorokaudessa ja ne toimivat katalysaattoria vaihtamatta neljä vuotta.

Ammoniakin synteesissä keskipaineessa (kuva 1.1) typpi-vety-seos (N 2:N 2=1:3) syötetään kolonniin 1, jossa ammoniakki syntetisoidaan katalyytin päälle; typpi-vety-ammoniakkikaasuseos poistuu kolonnista (ammoniakkipitoisuus - 14 ... 20%), jonka lämpötila on noin 200 ° C. Tämä seos lähetetään vesijäähdyttimeen 2, jäähdytetään 35 °C:seen ja menee erottimeen 3. Täällä jopa 60 % kolonnissa muodostuneesta ammoniakista vapautuu kaasusta (30 MPa:n paineessa ammoniakki ei voi kondensoitua kokonaan jäähdyttimessä). Ammoniakkia vapautuu täydellisemmin, kun typpi-vety-seosta jäähdytetään enemmän matalat lämpötilat. Tämä seos ammoniakkijäännöksillä erottimesta 3 lähetetään kiertokompressoriin 4 ja sitten suodattimeen 6 kompressoriöljyn erottamiseksi. Suodattimen sisääntulossa kierrättäviin kaasuihin lisätään tuoretta typpi-vetyseosta, joka puristetaan käyttöpaineeseen monivaiheisen kompressorin 5 avulla. Suodattimesta kaasuseos syötetään ammoniakin toisiokondensaatiojärjestelmään, joka koostuu kondensaatiokolonni 7 ja nestemäisen ammoniakin höyrystin 8. Kondensaatiokolonnissa kaasu esijäähdytetään kolonnin yläosassa sijaitsevassa lämmönvaihtimessa ja lähetetään sitten haihduttimeen 8, jossa haihdutuksen vuoksi sisään tuleva nestemäinen ammoniakki, kaasu jäähdytetään -5 °C:seen ja ammoniakki kondensoidaan kaasusta noin 2,5 % NH3:n jäännöspitoisuuteen. Kondensoitunut ammoniakki vapautuu erottimena olevan lauhdutinkolonnin 7 alaosassa. Ammoniakin erotuksen jälkeen typpi-vety-seos jäähdyttää siihen sisään tulevan kaasun kolonnin 7 yläosassa ja lähetetään sitten uudelleen synteesikolonniin 1.

Ammoniakkisynteesissä korkeammassa paineessa (45 MPa ja korkeammalla) sen toissijaista kondensaatiota ei tarvita, koska jäännösammoniakkipitoisuus typpi-vetyseoksessa vesijäähdyttimen ulostulossa on merkityksetön.

Riisi. 17.16. Kaavio laitteistosta ammoniakin synteesiä varten keskipaineessa

Kuvaus ammoniakin valmistuksen teknologisesta prosessista ja sen ominaisuuksista.

. Kaarimenetelmä.Valokaarimenetelmässä puhalletaan ilmaa sähkökaaren liekin läpi. Noin 3000 °C:n lämpötilassa tapahtuu palautuva reaktio

2 + O 2?2NO - K.

Tuloksena oleva typpioksidi (II) voidaan hapettaa typpioksidiksi (IV) ja käsitellä typpihappo ja muita yhteyksiä. Yhden tonnin sidotun typen saamiseksi tällä menetelmällä kuluu 60 000 ... 70 000 kWh sähköä.

2. Syanamidimenetelmä.Ensimmäinen teollinen prosessi, jota käytettiin ammoniakin valmistukseen, oli syanamidiprosessi. Kun kalkkia CaO:ta ja hiiltä kuumennettiin, saatiin kalsiumkarbidia CaC2. Karbidi kuumennettiin sitten typen alla, jolloin saatiin kalsiumsyanamidi CaCN2; lisää ammoniakkia saatiin syanamidin hydrolyysillä:

CaCN 2(tv) + 3H 2O = 2NH 3? + CaCO3 (TV)

Tämä prosessi vaati paljon energiaa ja oli taloudellisesti kannattamaton.

Moderni prosessi ammoniakin tuotanto perustuu noin 1000 °C:n lämpötilassa hienoksi jauhetun kalsiumkarbidin kykyyn olla vuorovaikutuksessa typen kanssa yhtälön mukaisesti

CaS 2+ N 2= CaCN2 + C + 302 kJ

Sitoutetun typen tuotannon osuus syanamidimenetelmällä on hyvin pieni.

Typen kiinnityksen ammoniakkimenetelmä koostuu sen synteesistä typestä ja vedystä käyttämällä erityistä katalyyttiä:

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

Tällä menetelmällä on taloudellinen ja teknologinen etu verrattuna muihin alkuainetypen kiinnitysmenetelmiin.

3. Ammoniakkimenetelmä.Ammoniakkimenetelmä ilmakehän typen sitomiseksi koostuu typen yhdistämisestä vedyn kanssa ja ammoniakin saamiseksi:

N 2+3H 2-2NH 3+Q.

Se on taloudellisin (sähkönkulutus 4000…5000 kWh/1 tonni ammoniakkia), teknisesti helpompi toteuttaa verrattuna muihin ilmakehän typen sitomismenetelmiin. Typpiyhdisteiden kokonaistuotannosta yli 90 % on ammoniakkia. Vetyä tätä reaktiota varten saadaan hiilivetyjen termisellä krakkauksella, vesihöyryn vaikutuksella hiileen tai rautaan, alkoholien hajoamisesta vesihöyryllä tai veden elektrolyysillä.

4. Muunnelma ammoniakkimenetelmästä.Vuonna 1909 kehitettiin alkuperäinen menetelmä ammoniakin ja alumiinioksidin samanaikaiseksi tuottamiseksi bauksiitista alumiininitridin kautta kuvan 1 kaavion mukaisesti. 14.4.

Riisi. 14.4. Ammoniakin tuotanto bauksiitista

Tämän menetelmän mukaiset teollisuuslaitokset rakennettiin vuosina 1909-1918. useissa maissa, mutta menetelmä ei ole löytänyt sovellusta alhaisen tuotantotehokkuuden vuoksi.

Kemialliset ja tuotantoperiaatteet.

Ammoniakin synteesiprosessin päävaihetta typpi-vetyseoksesta kuvaa yhtälö:

N 2+ 3H2 = 2NH 3

Koska vallitseva menetelmä ABC:n valmistamiseksi on kuitenkin metaanin ilma- ja höyryreformointi, ammoniakin valmistuksen kemiallinen kaavio sisältää tämän reaktion lisäksi useita ilman ja höyryn reformointireaktioita:

CH 4+ H 2O = ZH2 + CO,

CH 4+ 0,5O 2(N 2) = 2H 2 (N 2) + CO

ja sitä seuraava hiilimonoksidin (II) muuntaminen hiilimonoksidiksi (IV):

CO + H 2O = H2 + CO 2

ammoniakin tuotannon absorptiokolonni

Kun hiilimonoksidi (IV) on poistettu kaasuseoksesta ja korjattu sen koostumus, saadaan ABC typpi- ja vetypitoisuudella 1:3.

Nykyaikainen ammoniakin tuotanto koostuu siis kahdesta vaiheesta: ABC:n valmistus ja sen muuntaminen ammoniakiksi, mikä edustaa yhtä energiateknistä järjestelmää, jossa yhdistyvät ABC:n saanti, sen puhdistus ja ammoniakin synteesi sekä hyödynnetään tehokkaasti ammoniakin kaikkien vaiheiden lämpövaikutukset. prosessi, joka mahdollistaa useita kertoja alentaa sähkökustannuksia.

Riisi. 14.7. piirikaavio ammoniakin tuotanto

1 - maakaasun puhdistus rikkiyhdisteistä, 2 - metaanin höyryreformointi, 3 - metaanin ilmareformointi, 4 - hiilimonoksidin (II) muuntaminen, 5 - kemisorptiopuhdistus ABC, 6 - metanointi, 7 - ammoniakin synteesi, 8 - absorptioammoniakki, 9-ammoniakin puristus, I-maakaasu, II-konvertoitu kaasu, III-ABC, IV-metaani

Ammoniakin tuotannon perusjärjestelmä koostuu kolmesta vaiheesta:

Ensimmäinen vaihe on ABC:n (typpiseoksen) tuotanto:

I toiminta: maakaasun puhdistus rikkiyhdisteistä;

I toiminta: höyry muuntaminen metaani;

I toiminta: metaanin muuntaminen ilmassa;

I toimenpide: hiilimonoksidin (II) muuntaminen.

Toinen vaihe on kaasun puhdistus painolastin epäpuhtauksista ja epäpuhtauksista, jotka myrkyttävät katalyytin:

I toimenpide: ABC:n puhdistus absorptiomenetelmillä hiilimonoksidista (II) ja hiilimonoksidista (IV);

I toimenpide: ABC:n hienopuhdistus hiilimonoksidista (II) ja hiilimonoksidista (IV) metanaatiolla tai esikatalyysillä.

Kolmas vaihe on ammoniakin synteesi ABC:stä katalyytin läsnä ollessa.

Tutorointi

Tarvitsetko apua aiheen oppimisessa?

Asiantuntijamme neuvovat tai tarjoavat tutorointipalveluita sinua kiinnostavista aiheista.
Lähetä hakemus ilmoittamalla aiheen juuri nyt saadaksesi selville mahdollisuudesta saada konsultaatio.

Typpiteollisuus on nykyään yksi johtavista teollisuudenaloista. Ammoniakin käyttö on levinnyt jäähdytyssovelluksiin (R717, lääketiede tai Maatalous(lannoitteet).

Ensisijainen huomio kiinnitetään typpilannoitteiden tuotantoon (ja siten niiden perusaineisiin, mukaan lukien ammoniakki, jonka kysyntä on kasvanut 20 % viimeisen kahden vuosikymmenen aikana).

Mutta ammoniakin tuotanto erottuu ensinnäkin korkeasta energiaintensiteetistä. Koko tämän tuotannon historia on kamppailua kulutetun energian (mekaaninen, lämpö, ​​sähkö) vähentämiseksi.

Ammoniakin synteesi paljastaa kaavan:

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

Reaktio on eksoterminen, palautuva tilavuuden pienenemisen kanssa. Koska reaktio on eksoterminen, lämpötilan alentaminen siirtää tasapainoa muodostaen ammoniakkia, mutta laskee merkittävästi. Ammoniakin tuotannon on tapahduttava korkeissa lämpötiloissa (synteesi tapahtuu 500 celsiusasteessa). T°:n nousu johtaa paineeseen 15 - 100 MPa, mikä mahdollistaa lämpötilan vaikutuksen torjumisen (matala paine - 10 - 15 MPa, keskipaine - 25 - 30 MPa, korkeapaine- yli 50 MPa). Näistä keskiarvo on parempi.

Toimii katalyyttinä, johon on lisätty kalsiumia, piitä, kaliumia ja alumiinioksideja.

Haitalliset epäpuhtaudet (vesi, rikkivety) vaikuttavat haitallisesti reaktion nopeuteen, myrkyttäen katalyytin, mikä vähentää sen aktiivisuutta ja lyhentää käyttöikää. Tämä tarkoittaa, että rikkivetyseos on puhdistettava perusteellisesti. Mutta jopa puhdistuksen jälkeen vain osa tästä seoksesta muuttuu ammoniakiksi. Siksi jäljelle jäänyt reagoimaton fraktio lähetetään jälleen reaktoriin.

Miten ammoniakkia tuotetaan?

Putkilinjaan syötetään jo valmistettu seos, jossa on kolme osaa vetyä ja yksi typpi. Se kulkee turboahtimen läpi, jossa se puristetaan yllä mainittuun paineeseen ja lähetetään synteesikolonniin katalyytillä sisäänrakennetuilla hyllyillä. Prosessi, kuten havaitsimme, on voimakkaasti eksoterminen. Vapautunut lämpö lämmittää typpi-vetyseoksen. Noin 25 prosenttia ammoniakkia ja reagoimatonta typpeä vedyn kanssa tulee ulos kolonnista. Koko koostumus menee jääkaappiin, jossa seos jäähdytetään. Ammoniakki muuttuu nestemäiseksi paineen alaisena. Nyt otetaan käyttöön erotin, jonka tehtävänä on erottaa ammoniakki pohjassa olevaan keräilijään ja reagoimaton seos, joka palautetaan takaisin kolonniin. Tämän kierron ansiosta typpi-vety-seosta käytetään 95-prosenttisesti. Nestemäinen ammoniakki toimitetaan erikoisvarastoon ammoniakkiputken kautta.

Kaikki tuotannossa käytettävät laitteet ovat mahdollisimman tiiviitä, mikä eliminoi vuodot. Vain sisällä tapahtuvien eksotermisten reaktioiden energiaa käytetään. Piiri on suljettu, vähän jätettä. Kustannukset pienenevät jatkuvan ja automatisoidun prosessin ansiosta.

Ammoniakin tuotanto ei voi muuta kuin vaikuttaa ympäristöön. Kaasupäästöt ovat väistämättömiä, mukaan lukien ammoniakki, hiili- ja typen oksidit ja muut epäpuhtaudet. Pienipotentiaalinen lämpö vapautuu. Vesi poistuu jäähdytysjärjestelmien ja itse reaktorin pesun jälkeen.

Siksi ammoniakin tuotannossa on välttämätöntä sisällyttää katalyyttinen puhdistus pelkistävän kaasun läsnä ollessa. Määrän vähentäminen Jätevesi voidaan saavuttaa vaihtamalla turboahtimet. Matalapotentiaalista lämpöä voidaan hyödyntää lisäämällä korkeapotentiaalista lämpöä. Tämä kuitenkin lisää savukaasujen aiheuttamaa saastumista.

Energiateknologinen järjestelmä, joka sisältää höyry-kaasukierron, jossa käytetään sekä höyryn lämpöä että polttoaineen palamistuotteita, lisää samanaikaisesti tuotannon tehokkuutta ja vähentää päästöjä.

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

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

Murskattu puhdistettu märkä rikkikiisu (rikkipyriitti) kaadetaan ylhäältä uuniin polttamista varten " leijukerros". Alhaalta (vastavirtausperiaate) läpi kulkee hapella rikastettua ilmaa.
Uunista tulee ulos uunikaasua, jonka koostumus on: SO 2, O 2, vesihöyry (pyriitti oli märkä) ja pienimmät tuhkahiukkaset (rautaoksidi). Kaasu puhdistetaan kiinteiden hiukkasten epäpuhtauksista (syklonissa ja sähkösuodattimessa) ja vesihöyrystä (kuivaustornissa).
Kosketuslaitteessa rikkidioksidia hapetetaan käyttämällä V205-katalyyttiä (vanadiumpentoksidia) reaktionopeuden lisäämiseksi. Yhden oksidin hapettumisprosessi toiseksi on palautuva. Siksi valitaan optimaaliset olosuhteet suoran reaktion virtaukselle - korotettu paine (koska suora reaktio etenee kokonaistilavuuden pienentyessä) ja lämpötila, joka ei ole korkeampi kuin 500 C (koska reaktio on eksoterminen).

Absorptiotornissa väkevä rikkihappo absorboi rikkioksidia (VI).
Vedenabsorptiota ei käytetä, koska rikkioksidi liukenee veteen vapauttamalla suuren lämpömäärän, joten tuloksena oleva rikkihappo kiehuu ja muuttuu höyryksi. Käytä 98-prosenttista väkevää rikkihappoa rikkihapposumun muodostumisen välttämiseksi. Rikkioksidi liukenee erittäin hyvin tällaiseen happoon muodostaen oleumin: H 2 SO 4 nSO 3

Ammoniakin teollinen tuotanto

Alustavasti saadaan typpi-vety-seos. Vetyä saadaan muuttamalla metaania (maakaasusta):

CH4 + H20 (g) → CO + ZH2 - Q

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2 + Q

CO + H 2O (g) → CO 2 + H2 + Q

Typpeä saadaan nestemäisestä ilmasta.

Turboahtimessa seos puristetaan vaadittuun 25·10 6 Pa:n paineeseen. Synteesikolonnissa kaasut reagoivat 450-500 °C:ssa katalyytin läsnä ollessa (huokoinen rauta, jossa on Al 2 O 3:n ja K 2 O:n epäpuhtauksia):
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ (lähtö 10-20 % ammoniakkia)

Syntynyt ammoniakki erotetaan reagoimattomasta typestä ja vedystä nesteyttämällä jääkaapissa, jolloin reagoimaton typpi-vety-seos palautetaan synteesikolonniin.
Prosessi on jatkuva, kiertävä.

Käyttökohteet: typpilannoitteiden, räjähteiden, muovien jne.

Metyylialkoholin tuotanto

Ennen teollista kehitystä katalyyttinen menetelmä metanolin saamiseksi saatiin puun kuivatislauksella (siis sen nimi "puualkoholi"). Tällä hetkellä tämä menetelmä on toissijainen.

Moderni tapa:

Raaka-aine: synteesikaasu - hiilimonoksidin (II) ja vedyn seos (1:2).

Apumateriaalit: katalyytit (ZnO ja CuO).

Perus kemiallinen prosessi: synteesikaasu 250 °C:n lämpötilassa ja 7 MPa:n paineessa muunnetaan katalyyttisesti metanoliksi:

CO + 2H 2 ↔ CH3OH + Q

Teknologisen prosessin ominaisuudet: kun kaasuseos kulkee katalyyttipedin läpi, muodostuu 10-15 % metanolia, joka kondensoituu ja reagoimaton seos sekoitetaan tuoreen annoksen synteesikaasua ja kuumennuksen jälkeen lähetetään uudelleen katalyyttipeti (kierto). Kokonaissaanto on 85 %.

Olosuhteet metanolin ja ammoniakin synteesiin keskipaineessa ovat samanlaiset ja raaka-aine (maakaasu) on yhteinen molemmille prosesseille. Siksi useimmiten metanolin ja ammoniakin tuotanto yhdistetään (typpilannoitelaitokset).

Ammoniakki (NH3) on vedyn ja typen kemiallinen yhdiste. Se on saanut nimensä kreikan sanasta "hals ammniakos" tai latinan kielestä "sal ammoniacus", jotka käännetään samalla tavalla - "ammoniakki". Se oli sellainen aine nimeltään, joka saatiin Libyan autiomaassa Ammonium-keitaassa.

Ammoniakkia pidetään erittäin myrkyllisenä aineena, joka voi ärsyttää silmien ja hengitysteiden limakalvoja. Ensisijaisia ​​oireita ovat runsas kyynelvuoto, hengenahdistus ja keuhkokuume. Mutta samaan aikaan ammoniakki on arvokas kemikaali, jota käytetään laajasti epäorgaaniset hapot esimerkiksi typpi-, syaanivety- sekä urea- ja typpipitoiset suolat. Nestemäinen ammoniakki on erinomainen työskentelyväliaine kylmäsäiliöille ja -koneille, koska sillä on korkea ominaishöyrystyslämpö. Vesilannoitteita käytetään nestemäisinä lannoitteina sekä superfosfaattien ja lannoiteseosten ammonisointiin.

Ammoniakin tuotanto jätekaasuista kivihiilen koksauksessa on vanhin ja eniten saavutettava menetelmä, mutta nykyään se on jo vanhentunut ja käytännössä sitä ei käytetä.

Nykyaikainen ja tärkein menetelmä on Haber-prosessiin perustuva ammoniakin tuotanto teollisuudessa. Sen ydin on typen ja vedyn suorassa vuorovaikutuksessa, joka tapahtuu hiilivetykaasujen muuntamisen seurauksena. Öljynjalostamot, niihin liittyvät öljykaasut, asetyleenin tuotannosta jäävät kaasut toimivat yleensä raaka-aineena. Ammoniakin konversiomenetelmän ydin on metaanin ja sen homologien hajoaminen korkeassa lämpötilassa komponenteiksi: vedyksi ja hapettimien - hapen ja vesihöyryn - mukana. Samalla hapella rikastettua ilmaa tai ilmakehän ilmaa sekoitetaan muunnetun kaasun kanssa. Aluksi muunnettavissa olevaan kaasuun perustuva ammoniakin tuotantoreaktio etenee lämmön vapautuessa, mutta alkureaktiotuotteiden tilavuuden pienentyessä:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ

Ammoniakin tuotanto teollisessa mittakaavassa tapahtuu kuitenkin käyttämällä katalyyttiä ja keinotekoisesti luoduissa olosuhteissa, jotka mahdollistavat valmiin tuotteen saannon lisäämisen. Ilmakehässä, jossa ammoniakkia tuotetaan, paine nousee 350 ilmakehään ja lämpötila nousee 500 celsiusasteeseen. Tällaisissa olosuhteissa ammoniakin saanto on noin 30 %. Kaasu poistetaan reaktiovyöhykkeestä jäähdytysmenetelmällä ja reagoimaton typpi ja vety palautetaan takaisin synteesikolonniin ja voivat jälleen osallistua reaktioihin. Synteesin aikana on erittäin tärkeää puhdistaa kaasuseos katalyyttisistä myrkkyistä, aineista, jotka voivat kumota katalyyttien vaikutuksen. Tällaisia ​​aineita ovat vesihöyry, CO, As, P, Se, O2, S.

Huokoinen rauta, jossa on alumiini- ja kaliumoksidiepäpuhtauksia, toimii katalysaattorina typen ja vedyn synteesin reaktioissa. Vain tämä aine kaikista 20 tuhannesta aiemmin testatusta aineesta mahdollistaa reaktion tasapainotilan saavuttamisen. Tätä ammoniakin saamisperiaatetta pidetään edullisimpana.

Ammoniakin saaminen laboratoriossa perustuu sen syrjäyttämistekniikkaan vahvoilla emäksillä varustetuista ammoniumsuoloista. Kaavamaisesti tämä reaktio esitetään seuraavasti:

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

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O

Ylimääräisen kosteuden ja kuivan ammoniakin poistamiseksi se johdetaan natriumhydroksidin ja kalkin seoksen läpi. Erittäin kuivaa ammoniakkia saadaan liuottamalla siihen natriummetallia ja sitten tislaamalla seos. Useimmiten tällaiset reaktiot suoritetaan suljetussa metallijärjestelmässä tyhjiössä. Lisäksi tällaisen järjestelmän on kestettävä korkea paine, joka saavutetaan vapautuvalla ammoniakkihöyryllä, jopa 10 ilmakehää huoneenlämpötilassa.

Ammoniakki Se on vaalea väritön kaasu, jolla on epämiellyttävä pistävä haju. Se on erittäin tärkeää kemianteollisuus, koska se sisältää yhden typpiatomin ja kolme vetyatomia. Ammoniakkia käytetään pääasiassa typpipitoisten lannoitteiden, ammoniumsulfaatin ja urean valmistukseen, räjähteiden, polymeerien ja muiden tuotteiden valmistukseen, ja ammoniakkia käytetään myös lääketieteessä.

Ammoniakin tuotanto teollisuudessa ei yksinkertainen, aikaa vievä ja kallis prosessi, joka perustuu sen synteesiin vedystä ja typestä käyttämällä katalyyttiä, korkeaa lämpötilaa ja painetta. Aktivoi oksidit katalyyttinä käytetään kalium- ja alumiinisienirautaa. Teollisuuslaitokset ammoniakin synteesiä varten perustuvat kaasujen kiertoon. Se näyttää tältä: reagoinut kaasuseos, joka sisältää ammoniakkia, jäähdytetään ja tapahtuu kondensaatiota ja ammoniakin erottumista, ja typpi ja vety, jotka eivät reagoineet, sekoitetaan uuteen kaasuosuuteen ja syötetään takaisin katalyyttiin.

Tarkastellaan tätä useissa vaiheissa tapahtuvaa ammoniakin teollista synteesiprosessia yksityiskohtaisemmin. Ensimmäisessä vaiheessa rikki poistetaan maakaasusta rikinpoistotekniikalla. Toisessa vaiheessa metaanin konversioprosessi suoritetaan 800 celsiusasteen lämpötilassa nikkelikatalyytillä: vetyreaktio on sopiva ammoniakin synteesiä ja typpeä sisältävää ilmaa syötetään reaktoriin. Tässä vaiheessa hiilen osittainen palaminen tapahtuu myös sen vuorovaikutuksessa hapen kanssa, jota myös ilmassa on: 2 H2O + O2-> H2O (höyry).

Tämän vaiheen tulos Tuotannon tarkoituksena on saada vesihöyryn ja hiilen (sekundaarisen) ja typen oksidien seos. Kolmas vaihe tapahtuu kahdessa prosessissa. Niin kutsuttu "siirto"-prosessi tapahtuu kahdessa "siirto"-reaktorissa. Ensimmäisessä käytetään Fe3O4-katalyyttiä ja reaktio etenee korkeissa lämpötiloissa, luokkaa 400 celsiusastetta. Toinen reaktori käyttää tehokkaampaa kuparikatalyyttiä ja toimii alemmassa lämpötilassa. Neljäs vaihe sisältää kaasuseoksen puhdistamisen hiilimonoksidista (IV).

Tämä puhdistus suoritetaan pesemällä kaasuseos emäksisellä liuoksella, joka imee oksidin. Reaktio 2 H2O + O2H2O (höyry) on palautuva ja kolmannen vaiheen jälkeen kaasuseokseen jää noin 0,5 % hiilimonoksidia. Tämä määrä riittää pilaamaan rautakatalyytin. Neljännessä vaiheessa hiilimonoksidi (II) poistetaan muuntamalla vety metaaniksi nikkelikatalyytillä 400 celsiusasteen lämpötiloissa: CO + 3H2 -> CH4 + H2O

kaasuseos, joka suunnilleen sisältää? 74,5 % vetyä ja 25,5 % typpeä, puristettu. Puristus johtaa seoksen lämpötilan nopeaan nousuun. Puristamisen jälkeen seos jäähdytetään 350 celsiusasteeseen. Tämä prosessi kuvataan reaktiolla: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (Gerber-prosessi)

Aiheeseen liittyvät artikkelit:

	Rakennuskipsi, joka koostuu tiheistä kipsikivistä, valmistetaan kolmella päätoimenpiteellä. Ensimmäinen kipsi kivi murskataan, sitten saatu raaka-aine jauhetaan ja ...
	Kemiallinen jäte on kemianteollisuuden jätettä, joka sisältää haitallisia aineita jotka muodostavat uhan ihmisille myrkyllisillä vaikutuksillaan kehoon. Kemianteollisuus on teollisuudenala, joka käsittelee...