Metode de obținere a amoniacului

Materia primă pentru producerea amoniacului este un amestec nitric-hidrogen (ABC) de compoziție stoechiometrică N2:H2 = 1:3.combustibil, conversia gazelor naturale (Fig. 14.5).

Orez. 14.5. Materii prime pentru producerea amoniacului

Structura bazei de materie primă pentru producția de amoniac s-a schimbat și peste 90% din amoniac este produs pe baza naturii - 14.3 arată dinamica modificărilor în structura principalelor tipuri de materii prime pentru producția de amoniac.

Tabelul 14.3. Modificări în baza de materie primă a producției de amoniac

Amestecul azot-hidrogen, indiferent de metoda de preparare, conține impurități de substanțe, dintre care unele sunt otrăvuri catalitice, provocând atât otrăviri reversibile (oxigen, oxizi de carbon, vapori de apă), cât și ireversibile (diferiți compuși ai sulfului și fosforului). catalizatorul.

Pentru a elimina aceste substanțe, ABC suferă o pretratare, ale cărei metode și adâncimea depind de natura și conținutul lor, adică de metoda de producere a ABC.De obicei, ABC obținut prin conversia gazelor naturale conține monoxid de carbon (IV ), metan, argon, urme de oxigen și până la 0,4% vol. monoxid de carbon (II).

Absorbția cu captatori lichizi (metoda umedă) și adsorbția cu captatori solizi (metoda uscată) sunt utilizate în industrie pentru purificarea ABC. În același timp, procesul de curățare poate fi efectuat în diferite etape de producție:

Sursa de gaz înainte de a-l depune pentru conversie;

gazul transformat pentru a elimina monoxidul de carbon (IV) din acesta;

Amestecul de azot imediat înainte de sinteza amoniacului (purificare fină ABC).

Primele două procese sunt luate în considerare în descrierea industriilor respective.

Purificarea fină a ABC se realizează prin chimisorbția impurităților cu reactivi lichizi și, în final, prin hidrogenarea catalitică a acestora sau spălarea ABC cu azot lichid.

Pentru a elimina monoxidul de carbon (IV) și hidrogenul sulfurat, ABC-urile sunt spălate în turnuri împachetate cu reactivi alcalini care formează cu ei săruri instabile termic: soluție apoasă etanolamină sau fierbinte, activată prin adăugarea de dietanolamină, o soluție de carbonat de potasiu. În acest caz, au loc următoarele reacții:

H 2S+CH 2OH-CH 2NH 2+HS- - ?Н,

ASA DE 2+ K 2CO3 + H 2Oh? 2KNSO3 - ?N.

Monoxidul de carbon (II) este îndepărtat din ABC prin spălare cu o soluție de cupru-amoniac de acetat de cupru:

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

unde: AC \u003d CH3 SOO.

Absorbanții utilizați pentru chimisorbție formează compuși instabili cu cei absorbiți din ABC. Prin urmare, atunci când soluțiile lor sunt încălzite și presiunea este redusă, impuritățile dizolvate sunt desorbite, ceea ce face ușoară regenerarea absorbantului, returnarea acestuia în proces și asigurarea ciclurilor de funcționare a absorbției conform schemei:

unde: P este amestecul absorbit din ABC, A este absorbantul, PA este combinația dintre amestec și absorbant.

Mai mult metoda eficienta purificarea ABC de monoxid de carbon (II) este spălarea ABC cu azot lichid la -190 ° C, care este utilizată în instalațiile moderne, timp în care, pe lângă monoxidul de carbon (II), metanul și argonul sunt îndepărtați din acesta.

Purificarea finală a ABC se realizează prin hidrogenarea catalitică a impurităților, numită metanizare sau pre-cataliză. Acest proces se desfășoară în unități speciale de metanizare (Fig. 14.6) la o temperatură de 250-300 ° C și o presiune de aproximativ 30 MPa pe un catalizator de nichel-aluminiu (Ni + Al 2O 3). În acest caz, au loc reacțiile exoterme de reducere a impurităților care conțin oxigen la metan, care nu este o otravă pentru un catalizator de fier, iar apa se condensează atunci când gazul purificat este răcit și este îndepărtat din acesta:

CO + ZN 2? CH 4 + H 2EL,

ASA DE 2+ 4 ore 2?CH 4 + 2H 2EL,

O 2+ 2 ore 2-2H 2EL

Orez. 14.6. Schema instalației de metanizare ABC: 1 - compresor, 2 - încălzitor, 3 - reactor de metanizare, 4 - încălzitor de apă, 5 - condensator, 6 - dezumidificator

Dacă în precataliză se folosește un catalizator de fier, în procesul de hidrogenare se formează și amoniac, caz în care precataliza se numește suflare.

Procesul de metanizare este simplu, ușor de controlat, iar căldura degajată ca urmare a reacțiilor de hidrogenare exotermă în desfășurare este utilizată în schema energetico-tehnologică generală pentru producerea amoniacului. ABC purificat furnizat pentru sinteză conține până la 0025 vol. cota de argon, 0,0075 vol. cota de metan și nu mai mult, 00004 vol. ponderea monoxidului de carbon (II), care este cea mai puternică otravă catalitică.

Procesul de sinteză a amoniacului se bazează pe o reacție exotermă reversibilă care are loc cu o scădere a volumului gazului:

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

În conformitate cu principiul Le Chatelier, pe măsură ce presiunea crește și temperatura scade, echilibrul acestei reacții se deplasează spre formarea amoniacului. Pentru a asigura viteza optimă a procesului, sunt necesare un catalizator, presiune crescută, temperatură de 400 ... 500 ° C și o anumită viteză volumetrică a componentelor care reacţionează. În industrie, se folosește un catalizator de fier cu aditivi de oxizi de Al. 2O 3, LA 2O, CaO și SiO2 .

Se disting următoarele sisteme industriale de unități de sinteză a amoniacului: presiune scăzută(10…20 MPa), presiune medie (20…45 MPa) și înaltă (60…100 MPa). În practica mondială, sistemele de presiune medie sunt utilizate pe scară largă, deoarece în acest caz problemele separării amoniacului dintr-un amestec de azot-hidrogen sunt rezolvate cu cel mai mare succes la o viteză de proces suficient de mare.

CH 4+ H2 O? CO + 3H 2

Are loc arderea parțială a hidrogenului în oxigenul atmosferic:

H 2+ O 2 = H 2O (abur)

Ca urmare, în această etapă, se obține un amestec de vapori de apă, monoxid de carbon (II) și azot.

Unitatea principală a instalației de producere a amoniacului este coloana de sinteză (Fig. 1.1). Coloana tubulară în sistemul de presiune medie este un cilindru 4 din oțel crom-vanadiu cu o grosime a peretelui de până la 200 mm, un diametru de 1 ... 1,4 m și o înălțime de aproximativ 20 m. De sus și dedesubt. este închis cu capace din oțel 2.

Din punct de vedere structural, coloanele diferă în principal prin dimensiunea corpului și dispozitivul ambalajului intern. În partea superioară a coloanei luate în considerare, se află o cutie de catalizator 3, iar în partea inferioară se află un schimbător de căldură 8, care asigură procesul autotermic. Cutia de catalizator este conectată la schimbătorul de căldură printr-un tub central 7. Corpul coloanei are izolație termică 5. Catalizatorul este încărcat pe grătarul 6. Pentru a asigura o distribuție uniformă a temperaturii, în patul de catalizator se introduc țevi duble 1.

Orez. 1.1. Coloană de sinteză a amoniacului cu tuburi duble de schimb de căldură în contracurent

În prezent, coloanele de sinteză a amoniacului sunt combinate cu cazane de abur pentru recuperarea căldurii reziduale (1 tonă de amoniac reprezintă 0,6...1 tonă de abur la o presiune de 1,5...2 MPa). Coloanele de sinteză a amoniacului la presiune medie au o capacitate de aproximativ 150 de tone de amoniac pe zi și funcționează fără a înlocui catalizatorul timp de patru ani.

În sinteza amoniacului la presiune medie (Fig. 1.1), un amestec de azot-hidrogen (N 2:N 2=1:3) este alimentat în coloana 1, unde amoniacul este sintetizat pe catalizator; un amestec gazos azot-hidrogen-amoniac părăsește coloana (conținut de amoniac - 14 ... 20%), având o temperatură de aproximativ 200 ° C. Acest amestec este trimis la răcitorul de apă 2, răcit la 35 °C și intră în separatorul 3. Aici, până la 60% din amoniacul format în coloană este eliberat din gaz (la o presiune de 30 MPa, amoniacul nu poate condensa complet în frigider). Amoniacul este eliberat mai complet atunci când amestecul de azot-hidrogen este răcit la mai mult temperaturi scăzute. Acest amestec cu reziduuri de amoniac din separatorul 3 este trimis la compresorul de circulație 4 și apoi la filtrul 6 pentru a separa uleiul compresorului. La intrarea în filtru, la gazele circulante se adaugă un amestec proaspăt de azot-hidrogen, comprimat la presiunea de lucru cu ajutorul unui compresor cu mai multe trepte 5. Din filtru, amestecul de gaz este alimentat în sistemul de condensare secundar de amoniac, format din o coloană de condensare 7 și un evaporator de amoniac lichid 8. În coloana de condensare, gazul este prerăcit într-un schimbător de căldură situat în partea superioară a coloanei și apoi trimis la evaporatorul 8, unde, datorită evaporării amoniacul lichid care intră, gazul este răcit la -5 ° C și amoniacul este condensat din gaz la un conținut rezidual de aproximativ 2,5% NH3 în el. Amoniacul condensat este eliberat în partea inferioară a coloanei condensatorului 7, care este separatorul. După separarea amoniacului, amestecul de azot-hidrogen răcește gazul care intră în el în partea superioară a coloanei 7 și apoi este trimis din nou în coloana de sinteză 1.

În cazul sintezei amoniacului la o presiune mai mare (45 MPa și mai mare), nu este nevoie de condensarea sa secundară, deoarece conținutul de amoniac rezidual din amestecul de azot-hidrogen de la ieșirea răcitorului de apă este nesemnificativ.

Orez. 17.16. Schema instalatiei pentru sinteza amoniacului la presiune medie

Descrierea procesului tehnologic de producere a amoniacului și a caracteristicilor acestuia.

. Metoda arcului.Metoda arcului constă în suflarea aerului prin flacăra unui arc electric. La o temperatură de aproximativ 3000 ° C, are loc o reacție reversibilă

2 + O 2?2NU - Q.

Oxidul azotic rezultat (II) poate fi oxidat în oxid nitric (IV) și procesat în acid azoticși alte conexiuni. Pentru a obține 1 tonă de azot legat prin această metodă, se consumă 60.000 ... 70.000 kWh de energie electrică.

2. Metoda cianamidei.Primul proces industrial care a fost folosit pentru a produce amoniac a fost procesul cu cianamidă. Când au fost încălzite var CaO și carbon, s-a obținut carbură de calciu CaC2. Carbura a fost apoi încălzită sub azot pentru a da cianamidă de calciu CaCN2; mai mult amoniac a fost obținut prin hidroliza cianamidei:

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

Acest proces necesita multă energie și a fost neprofitabil din punct de vedere economic.

Procesul modern producția de amoniac se bazează pe capacitatea carburii de calciu măcinate fin la o temperatură de aproximativ 1000 ° C de a interacționa cu azotul conform ecuației

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

Ponderea producției de azot legat prin metoda cianamidei este foarte mică.

Metoda de fixare a azotului cu amoniac constă în sinteza sa din azot și hidrogen folosind un catalizator special:

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

Această metodă are un avantaj economic și tehnologic față de alte metode de fixare a azotului elementar.

3. Metoda amoniacului.Metoda amoniacului de legare a azotului atmosferic constă în combinarea azotului cu hidrogenul și obținerea amoniacului:

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

Este cel mai economic (consumul de energie electrică este de 4000…5000 kWh la 1 tonă de amoniac), mai ușor de implementat din punct de vedere tehnologic în comparație cu alte metode de fixare a azotului atmosferic. În producția totală de compuși cu azot, peste 90% este reprezentată de amoniac. Hidrogenul pentru această reacție se obține prin cracarea termică a hidrocarburilor, prin acțiunea vaporilor de apă asupra cărbunelui sau fierului, prin descompunerea alcoolilor cu vaporii de apă sau prin electroliza apei.

4. O variantă a metodei amoniacului.În 1909, a fost dezvoltată o metodă originală pentru producerea simultană de amoniac și oxid de aluminiu din bauxită prin nitrură de aluminiu, conform schemei prezentate în Fig. 14.4.

Orez. 14.4. Producția de amoniac din bauxită

Instalaţii industriale după această metodă au fost construite în perioada 1909-1918. într-un număr de țări, dar metoda nu și-a găsit aplicație din cauza eficienței scăzute a producției.

Scheme chimice și principale de producție.

Etapa principală a procesului de sinteză a amoniacului dintr-un amestec nitric-hidrogen este descrisă de ecuația:

N 2+ 3H2 = 2NH 3

Cu toate acestea, deoarece metoda predominantă de producere a ABC este reformarea metanului cu aer și abur, schema chimică pentru producerea amoniacului include, pe lângă această reacție, mai multe reacții de reformare cu aer și cu abur:

CH 4+ H 2O = ZH2 + CO,

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

și conversia ulterioară a monoxidului de carbon (II) în monoxid de carbon (IV):

CO + H 2O = H2 + CO 2

coloana de absorbție a producției de amoniac

După îndepărtarea monoxidului de carbon (IV) din amestecul de gaze și corectarea compoziției acestuia, se obține ABC cu un conținut de azot și hidrogen în raport de 1: 3.

Astfel, producția modernă de amoniac constă în două etape: prepararea ABC și conversia lui în amoniac, reprezentând o singură schemă energetico-tehnologică care combină operațiunile de obținere a ABC, purificarea și sinteza amoniacului și valorifică eficient efectele termice ale tuturor etapelor de amoniac. proces, care permite reducerea de mai multe ori a costurilor cu energia electrică.

Orez. 14.7. schema circuitului producția de amoniac

1 - purificarea gazelor naturale din compuși ai sulfului, 2 - reformarea metanului cu abur, 3 - reformarea metanului în aer, 4 - conversia monoxidului de carbon (II), 5 - purificarea prin chimisorbție a ABC, 6 - metanarea, 7 - sinteza amoniacului , 8 - amoniac de absorbție, 9-compresie amoniac, I-gaz natural, II-gaz transformat, III-ABC, IV-metan

Schema de bază a producției de amoniac constă din trei etape:

Prima etapă este producerea de ABC (amestec de azot):

I operațiune: purificarea gazelor naturale din compuși ai sulfului;

I operare: conversia cu abur a metanului;

I operare: transformarea aerului a metanului;

Operația I: conversia monoxidului de carbon (II).

A doua etapă este purificarea gazului din impuritățile de balast și impuritățile care otrăvesc catalizatorul:

Operația I: purificarea ABC prin metode de absorbție din monoxid de carbon (II) și monoxid de carbon (IV);

Operația I: purificarea fină a ABC de monoxid de carbon (II) și monoxid de carbon (IV) prin metanizare sau pre-cataliză.

A treia etapă este sinteza amoniacului din ABC în prezența unui catalizator.

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a învăța un subiect?

Experții noștri vă vor sfătui sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe subiecte care vă interesează.
Trimiteți o cerere indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Industria azotului este astăzi una dintre cele mai importante industrii. Utilizarea amoniacului s-a răspândit în aplicații de refrigerare (R717, medicamente sau Agricultură(îngrășăminte).

O atenție primordială este acordată producției de îngrășăminte cu azot (și, prin urmare, bazelor acestora, inclusiv amoniacul, a cărui cerere a crescut cu 20% în ultimele două decenii).

Dar producția de amoniac se distinge, în primul rând, prin intensitatea energetică ridicată. Întreaga istorie a acestei producții este o luptă pentru reducerea energiei utilizate (mecanică, termică, electrică).

Sinteza amoniacului dezvăluie formula:

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

Reacția este exotermă, reversibilă, cu scădere în volum. Deoarece reacția este exotermă, scăderea temperaturii va schimba echilibrul pentru a forma amoniac, dar va scădea semnificativ. Producția de amoniac trebuie să aibă loc la temperaturi ridicate (sinteza are loc la 500 de grade Celsius). O creștere a t° va duce la o presiune de la 15 la 100 MPa, ceea ce vă permite să contracarați influența temperaturii (presiune joasă - de la 10 la 15 MPa, presiune medie - de la 25 la 30 MPa, presiune ridicata- peste 50 MPa). Dintre acestea, media este de preferat.

Servește ca catalizator cu adaosuri de calciu, siliciu, potasiu, oxizi de aluminiu.

Impuritățile dăunătoare (apă, hidrogen sulfurat) afectează negativ viteza reacției, otrăvind catalizatorul, reducând astfel activitatea acestuia și reducând durata de viață. Aceasta înseamnă că amestecul de hidrogen sulfurat trebuie curățat temeinic. Dar chiar și după purificare, doar o parte din acest amestec se transformă în amoniac. Prin urmare, fracția rămasă nereacționată este trimisă din nou în reactor.

Cum se produce amoniacul?

Un amestec deja preparat de trei părți de hidrogen și un azot este introdus în conductă. Trece printr-un turbocompresor, unde este comprimat la presiunea indicată mai sus, și este trimis în coloana de sinteză cu catalizator pe rafturi încorporate. Procesul, după cum am aflat, este puternic exotermic. Căldura degajată încălzește amestecul azot-hidrogen. Din coloană ies aproximativ 25% din amoniac și azot nereacționat cu hidrogen. Întreaga compoziție intră în frigider, unde amestecul este răcit. Amoniacul devine lichid sub presiune. Acum intră în funcțiune separatorul, a cărui sarcină este să separe amoniacul în colectorul din partea de jos și amestecul nereacționat, care este returnat înapoi în coloană. Datorită acestei circulații, amestecul azot-hidrogen este folosit în proporție de 95%. Amoniacul lichid este livrat la un depozit special prin conducta de amoniac.

Toate dispozitivele utilizate în producție sunt cât mai etanșe posibil, ceea ce elimină scurgerile. Se folosește doar energia reacțiilor exoterme care au loc în interior. Circuitul este închis, cu deșeuri reduse. Costurile sunt reduse datorită unui proces continuu și automatizat.

Producția de amoniac nu poate decât să afecteze mediu inconjurator. Emisiile de gaze sunt inevitabile, inclusiv amoniac, oxizi de carbon și azot și alte impurități. Se eliberează căldură cu potențial scăzut. Apa este evacuată după spălarea sistemelor de răcire și a reactorului în sine.

Prin urmare, în producția de amoniac, este necesar să se includă purificarea catalitică cu prezența unui gaz reducător. Reducerea cantității Ape uzate se poate realiza prin înlocuirea turbocompresoarelor. Căldura cu potențial scăzut poate fi utilizată prin introducerea de căldură cu potențial ridicat. Totuși, acest lucru va crește poluarea cu gazele de ardere.

O schemă energetică-tehnologică care include un ciclu abur-gaz, în care se utilizează atât căldura cu abur, cât și produsele de ardere a combustibilului, va crește simultan eficiența producției și va reduce emisiile.

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 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 (oleum)

Pirita umedă purificată zdrobită (pirită de sulf) este turnată de sus în cuptor pentru ardere în " pat fluidizat". De jos (principiul contracurent) trece aer îmbogățit cu oxigen.
Din cuptor iese gazul cuptorului, a cărui compoziție este: SO 2, O 2, vapori de apă (pirita era umedă) și cele mai mici particule de cenzură (oxid de fier). Gazul este purificat din impuritățile particulelor solide (într-un ciclon și precipitator electrostatic) și vapori de apă (într-un turn de uscare).
În aparatul de contact, dioxidul de sulf este oxidat folosind un catalizator V2O5 (pentoxid de vanadiu) pentru a crește viteza de reacție. Procesul de oxidare a unui oxid la altul este reversibil. Prin urmare, sunt selectate condițiile optime pentru curgerea reacției directe - presiune crescută (deoarece reacția directă are loc cu o scădere a volumului total) și o temperatură nu mai mare de 500 C (deoarece reacția este exotermă).

În turnul de absorbție, oxidul de sulf (VI) este absorbit de acidul sulfuric concentrat.
Nu se utilizează absorbția de apă, deoarece oxidul de sulf se dizolvă în apă cu degajarea unei cantități mari de căldură, astfel încât acidul sulfuric rezultat fierbe și se transformă în abur. Pentru a evita formarea de ceață de acid sulfuric, utilizați acid sulfuric concentrat 98%. Oxidul de sulf se dizolvă foarte bine într-un astfel de acid, formând oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Producția industrială de amoniac

În mod preliminar, se obține un amestec nitric-hidrogen. Hidrogenul se obține prin conversia metanului (din gaze naturale):

CH4 + H20 (g) → CO + ZH2-Q

2CH 4 + O 2 → 2CO + 4H 2 + Q

CO + H2O (g) → CO2 + H2 + Q

Azotul se obține din aerul lichid.

În turbocompresor, amestecul este comprimat la presiunea necesară de 25·10 6 Pa. În coloana de sinteză, gazele reacţionează la 450-500 °C în prezenţa unui catalizator (fier poros cu impurităţi de Al 2 O 3 şi K 2 O):
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ (ieșire 10-20% amoniac)

Amoniacul rezultat este separat de azotul și hidrogenul nereacționat prin lichefiere într-un frigider, returnând amestecul de azot-hidrogen nereacționat în coloana de sinteză.
Procesul este continuu, circulant.

Aplicație: producția de îngrășăminte cu azot, explozivi, materiale plastice etc.

Producția de alcool metilic

Înainte de dezvoltarea industrială, metoda catalitică de obținere a metanolului se obținea prin distilarea uscată a lemnului (de unde și denumirea de „alcool de lemn”). În acest moment, această metodă are o importanță secundară.

Mod modern:

Materia primă: gaz de sinteză - un amestec de monoxid de carbon (II) cu hidrogen (1:2).

Materiale auxiliare: catalizatori (ZnO si CuO).

De bază proces chimic: gazul de sinteză la o temperatură de 250 ° C și o presiune de 7 MPa este transformat catalitic în metanol:

CO + 2H 2 ↔ CH3OH + Q

Caracteristicile procesului tehnologic: atunci când amestecul de gaz trece prin patul de catalizator, se formează 10-15% metanol, care este condensat, iar amestecul nereacționat este amestecat cu o porțiune proaspătă de gaz de sinteză și, după încălzire, este din nou trimis la patul catalizator (circulatie). Randamentul total este de 85%.

Condițiile pentru sinteza metanolului și amoniacului la presiune medie sunt similare, iar materia primă (gazul natural) este comună pentru ambele procese. Prin urmare, cel mai adesea se combină producția de metanol și amoniac (plante de azot-îngrășăminte).

Amoniacul (NH3) este un compus chimic format din hidrogen și azot. Și-a primit numele de la cuvântul grecesc „hals ammniakos” sau latinescul „sal ammoniacus”, care sunt traduse în același mod - „amoniac”. A fost o astfel de substanță numită care a fost obținută în deșertul libian din oaza de amoniu.

Amoniacul este considerat o substanță extrem de toxică care poate irita membranele mucoase ale ochilor și ale tractului respirator. Simptomele primare sunt lacrimare abundentă, dificultăți de respirație și pneumonie. Dar, în același timp, amoniacul este o substanță chimică valoroasă care este utilizată pe scară largă pentru obținere acizi anorganici, de exemplu, săruri nitrice, cianhidrice, precum și uree și azot. Amoniacul lichid este un mediu de lucru excelent pentru recipientele și mașinile frigorifice, deoarece are o căldură specifică ridicată de vaporizare. Cele de apă sunt folosite ca îngrășăminte lichide, precum și pentru amonizarea superfosfaților și a amestecurilor de îngrășăminte.

Producția de amoniac din gazele reziduale în procesul de cocsificare a cărbunelui este cea mai veche și cea mai mare metoda accesibila, dar astăzi este deja depășit și practic nu este folosit.

Metoda modernă și principală este producerea amoniacului în industrie pe baza procedeului Haber. Esența sa constă în interacțiunea directă a azotului și hidrogenului, care are loc ca urmare a conversiei gazelor de hidrocarburi. Rafinăriile de petrol, gazele petroliere asociate, gazele reziduale din producția de acetilenă acționează de obicei ca materie primă. Esența metodei de conversie a amoniacului este descompunerea metanului și a omologilor săi la temperatură ridicată în componente: hidrogen și cu participarea agenților oxidanți - oxigen și vapori de apă. În același timp, aerul îmbogățit cu oxigen sau aerul atmosferic este amestecat cu gazul transformat. Inițial, reacția de producere a amoniacului pe baza gazului convertibil are loc cu eliberare de căldură, dar cu o scădere a volumului produșilor de reacție inițiali:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ

Cu toate acestea, producția de amoniac la scară industrială se realizează folosind un catalizator și în condiții create artificial care permit creșterea randamentului produsului finit. În atmosfera în care se produce amoniac, presiunea crește la 350 de atmosfere, iar temperatura crește la 500 de grade Celsius. În astfel de condiții, randamentul de amoniac este de aproximativ 30%. Gazul este îndepărtat din zona de reacție folosind metoda de răcire, iar azotul și hidrogenul care nu au reacționat sunt returnate înapoi în coloana de sinteză și pot participa din nou la reacții. În cursul sintezei, este foarte importantă purificarea amestecului de gaze din otrăvuri catalitice, substanțe care pot anula efectul catalizatorilor. Astfel de substanțe sunt vaporii de apă, CO, As, P, Se, O2, S.

Fierul poros cu impurități de oxizi de aluminiu și potasiu acționează ca catalizator în reacțiile de sinteză a azotului și hidrogenului. Doar această substanță, din toate cele 20 de mii testate anterior, permite atingerea stării de echilibru a reacției. Acest principiu de obținere a amoniacului este considerat cel mai economic.

Obținerea amoniacului în laborator se bazează pe tehnologia deplasării acestuia din sărurile de amoniu cu alcalii puternice. Schematic, această reacție este reprezentată după cum urmează:

2NH4CI + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCI2 + 2H2O

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O

Pentru a elimina excesul de umiditate și amoniacul uscat, acesta este trecut printr-un amestec de sodă caustică și var. Amoniacul foarte uscat se obține prin dizolvarea sodiului metalic în el și apoi prin distilarea amestecului. Cel mai adesea, astfel de reacții sunt efectuate într-un sistem metalic închis sub vid. Mai mult, un astfel de sistem trebuie să reziste la presiune ridicată, care se realizează prin vaporii de amoniac eliberați, până la 10 atmosfere la temperatura camerei.

Amoniac Este un gaz ușor incolor, cu un miros înțepător neplăcut. Este foarte important pentru industria chimica, deoarece conține un atom de azot și trei atomi de hidrogen. Amoniacul este folosit în principal pentru a produce îngrășăminte care conțin azot, sulfat de amoniu și uree, pentru a produce explozivi, polimeri și alte produse, iar amoniacul este, de asemenea, utilizat în medicină.

Producția de amoniac în industrie nu este un proces simplu, consumator de timp și costisitor bazat pe sinteza sa din hidrogen și azot folosind un catalizator, temperatură și presiune ridicate. Activat de oxizi ca catalizator se folosește fierul burete de potasiu și aluminiu. Instalațiile industriale pentru sinteza amoniacului se bazează pe circulația gazelor. Arata astfel: amestecul de gaze reactionat, care contine amoniac, este racit si are loc condensarea si separarea amoniacului, iar azotul si hidrogenul care nu au reactionat sunt amestecate cu o noua portie de gaze si realimentate catalizatorului.

Să luăm în considerare mai detaliat acest proces de sinteză industrială a amoniacului, care are loc în mai multe etape. În prima etapă, sulful este îndepărtat din gazele naturale folosind un dispozitiv tehnic de desulfurizare. În a doua etapă, procesul de conversie a metanului se efectuează la o temperatură de 800 de grade Celsius pe un catalizator de nichel: reacția cu hidrogen este adecvată pentru sinteza amoniacului și aerului care conține azot este furnizat reactorului. În această etapă arderea parțială a carbonului are loc și după interacțiunea acestuia cu oxigenul, care este conținut și în aer: 2 H2O + O2-> H2O (abur).

Rezultatul acestei etape producția este de a obține un amestec de vapori de apă și oxizi de carbon (secundar) și azot. A treia etapă se desfășoară în două procese. Așa-numitul proces „schift” are loc în două reactoare „shift”. În primul se folosește catalizatorul Fe3O4 și reacția se desfășoară la temperaturi ridicate, de ordinul 400 de grade Celsius. Al doilea reactor folosește un catalizator de cupru mai eficient și funcționează la o temperatură mai scăzută. A patra etapă include purificarea amestecului de gaz de monoxid de carbon (IV).

Această curățare se realizează prin spălarea amestecului de gaz cu o soluție alcalină care absoarbe oxidul. Reacția 2 H2O + O2H2O (abur) este reversibilă, iar după a treia etapă rămâne aproximativ 0,5% monoxid de carbon în amestecul de gaze. Această cantitate este suficientă pentru a strica catalizatorul de fier. La a patra etapă, monoxidul de carbon (II) este eliminat prin conversia hidrogenului în metan pe un catalizator de nichel la temperaturi de 400 de grade Celsius: CO + 3H2 -> CH4 + H2O

amestec de gaze, care conține aproximativ? 74,5% hidrogen și 25,5% azot, supuse compresiei. Compresia duce la o creștere rapidă a temperaturii amestecului. După comprimare, amestecul este răcit la 350 de grade Celsius. Acest proces este descris cu reacția: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (procesul Gerber)

Articole similare:

	Tencuiala de constructii, alcătuită din roci dense de gips, este produsă folosind trei operațiuni principale. Primul piatra de gips zdrobită, apoi materia primă rezultată este măcinată și...
	Deșeurile chimice sunt deșeuri din industria chimică care conțin Substanțe dăunătoare care reprezintă o amenințare pentru oameni prin efectele lor toxice asupra organismului. Industria chimică este o ramură a industriei care se ocupă cu...