Производство аммиака

C+H2O ↔  CO +H2; ΔH>0

C+O2 ↔CO2; ΔH<0

     Такой способ получения заключается в  попеременной подаче через слой крупнокускового  твердого топлива (антрацита, кокса, полукокса) воздушного и парового дутья. Синтез - газ получают на стадии парового дутья, а необходимая температура слоя топлива достигается в течение стадии воздушного дутья. Цикл работы генератора составляет 3-5 мин. Полученный водяной газ содержит 50-53% Н2 и ~365 СО.

     Для дальнейшего использования в производстве водяной газ необходимо очистить от сернистых соединений и провести конверсию оксида углерода по реакции:

CO+H2O↔CO2+H2; ΔH<0

а затем  удалить диоксид углерода полностью  в случае его применения для синтеза  аммиака.

     Недостатками  процесса являются его периодичность, низкая единичная производительность газогенератора, а также высокие требования к сырью по количеству и температуре плавления золы, его гранулометрическому составу и другим характеристикам.

     Другим  направлением является газификация топлива в виде пыли. Этот процесс позволяет использовать практически любые виды топлива. Его особенностями является высокая турболизация в зоне реакции за счет подачи встречных потоков топливной смеси и хорошее смешение парокислородной смеси с топливной пылью.

     Синтез - газ из жидких углеводородов. По технологическим  схема переработки в синтез - газ жидкие топлива можно разделить на две группы. Первая группа включает топливо, перерабатываемые высокотемпературной кислородной конверсией. Сюда относятся тяжелые жидкие топлива - мазут, крекинг - остатки и т.п. Вторая группа - легкие прямоточные дистилляты (нафта), имеющие конечную температуру кипения не выше 200-220°С; она включает бензин, лигроины, смеси светлых дистиллятов. Вторая группа жидких топлив перерабатывается в синтез - газ каталитической конверсией водяным паром в трубчатых печах.

     Достоинством  этого метода является возможность  получения синтез - газ под давлением, легкость регулирования состава  синтез - газа, малый расход электроэнергии. К недостаткам можно отнести  высокие требования к углеводородному  составу исходного сырья по содержанию в нем непредельных и циклических углеводородов, серы и других примесей, большой удельный расход углеводородов.

     Синтез-газ  из природного газа. Синтез - газ из углеводородных газов (природного, попутного, газов переработки других топлив) в настоящее время является основным источником получения аммиака. По использованию окислителя и технологическому оформлению можно выделить следующие варианты процесса получения водородосодержащих газов:

• высокотемпературная кислородная конверсия, каталитическая парокислородная конверсия в шахтных реакторах, каталитическая паро-углекислотная конверсия в трубчатых печах.

Окисление метана (основного компонента углбеводородных  газов) при получении синтез - газа протекает по следующим основным суммарным реакциям:

CH4+0,5O2 = CO+2H2; ΔH=-35,6 кДж

CH4+H2O = CO+3H2; ΔH=206,4 кДж

CH4+CO2 = 2CO+2H2; ΔH=248,3 кДж

     Аналогичным образом осуществляются реакции  окисления гомологов метана. [2] 
 
 
 
 
 
 

4. Промышленные способы синтеза аммиака

     В производстве синтетического аммиак применяется давление от 10 до 100 МПа. В зависимости от применяемого давления различают системы низкого давления (10-15 МПа), среднего давления (25-60 МПа) и высокого давления (60-100 МПа). Наиболее распространены системы, работающие при среднем давлении, т. к. при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате. Азотоводородная смесь при прохождении через слой катализатора не полностью превращается в аммиак. В газе на выходе из контактного аппарата содержание аммиака составляет 14-20%. Газовая смесь, выходящая из контактного аппарата, охлаждается, аммиак конденсируется и отделяется от газа, а непрореагировавшая азотоводородная смесь при помощи циркуляционного компрессора возвращается вновь в контактный аппарат. Свежая азотоводородная смесь, в количестве, отвечающем массе образовавшегося в контактном аппарате аммиака, добавляется к оборотной смеси  [см Приложение 1].

     В систему с циклическим процессом  должна поступать по возможности  более чистая азотоводородная смесь. Практически получить азотоводородную смесь, абсолютно свободную от примесей, крайне трудно. При циркуляционной схеме процесса даже при минимальном содержании инертных примесей (CH₄ , Ar) в поступающей на синтез свежей азотоводородной смеси происходит постепенное накопление примесей в цикле, что снижает производительность колонны синтеза. Частично примеся растворяются в конденсирующемся жидком аммиаке и выводятся из цикла. Однако вывод примесей с продукционным аммиаком не компенсирует притока их со свежей азотоводородной смесью, и в производственной практике приходится прибегать к выбросу части циркулирующей газовой смеси (продувочные газы), чтобы снизить содержание примесей в цикле. В отечественной промышленности получили распространение энерго-технологические системы со средним давлением (30-32 МПа), в которых теплота реакции используется для производства пара. Схема цикла синтеза такой установки показана на рисунке 1. Подготовленная к синтезу азотоводородная смесь подается в колонну синтеза, где происходит образование аммиака. Прореагировавшая азотоводородно-аммиачная смесь выводится из колонны синтеза при 400⁰ С, подается в водяной холодильник, где охлаждается до температуры 30-40⁰С, и затем в сепаратор. В водяном холодильнике при №0 МПа конденсируется лишь часть аммиака. Далее газ турбоциркуляционным компрессором подается в колонну и испаритель, где за счет испарении жидкого аммиака, получают холод, необходимый для более полного выделения аммиака из газовой смеси. Из конденсационной колонны га снова поступает в колонну синтеза. Свежая азотоводородная смесь подается, как правило, в нижнюю часть конденсационной колонны, где она очищается промывкой жидким аммиаком от следов влаги, масла и СО₂.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Современные схемы производства аммиака

     При проектировании новых крупных промышленных установок на основе последних достижений науки и техники необходимо добиться максимального снижения энергоматериальных и капитальных затрат, получать низкую себестоимость выпускаемой продукции  и высокую производительность труда. В производстве аммиака эта цель достигается созданием крупных технологических агрегатов в одну технологическую нитку с возможно более полной утилизацией низкопотенциальной и высокопотенциальной теплоты.

     Высокопотенциальная теплота дымового конвертированного газов использкется для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах, служащих приводом компрессоров. Низкопотенциальная теплота используется для получения технологического пара низкого давления, подогрева воды, получения холода и т. п. В новых системах широко применяются аппараты воздушного охлаждения, позволяющие сократить расходы воды.

     Рассмотрим  процессы, происходящие в агрегате мощностью 1500 т/сут. Природный газ под давлением 4 МПа после очистки от серосодержащих соединений смешивается с паром в соотношении 3,7:1, подогревается в теплообменнике отходящими газами и поступает в трубчатый конвертер метана с топкой, в которой сжигается природный газ. Процесс конверсии метана с водяным паром до образования оксида углерода протекает на никелевом катализаторе при 800-850⁰С. Содержание метана в газе после первой ступени конверсии составляет 9-10%. Далее газ смешивается с воздухом и поступает в шахтный конвертор, где происходит конверсия остаточного метана кислородом воздуха при 900-1000⁰С и соотношении пар:газ=0,8:1. Из шахтного конвертора газ направляется в котел-утилизатор, где получают пар высоких параметров (10МПа, 480⁰С), направляемый в газовые турбины центробежных компрессоров. Из котла-утилизатора газ поступает на двухступенчатую конверсию оксида углерода. Конверсия оксида углерода осуществляется вначале в конвертере первой ступени на среднетемпературном железохромовом катализаторе при 430-470⁰С , затем в конверторе второй ступени на низкотемпературном цинкхроммедном катализаторе при200-260⁰С. Между первой и второй ступенью конверсии устанавливают котел-утилизатор. Теплота газовой смеси, выходящей из второй ступени конвертера СО, используется для регенерации моноэтаноламинового  раствора, выходящего из скруббера очистки газа от СО₂.

     Далее газ поступает на очистку от СО₂ в скруббер, орошаемый раствором моноэтаноламина, где при 30-40⁰С происходит отчистка газа от СО₂, СО и О₂. На выходе из абсорбера газ содержит примеси кислородсодержащих ядов (СО до 0,3%, СО₂ 30-40см³/м³), которые гидрируются при 280-350⁰С в метанаторе на никелевом катализаторе. Теплота очищенного газа после метанатора используется для подогрева питательной воды; дальнейшее охлаждение и сепарация выделившейся воды проводятся в аппарате воздушного охлаждения и влагоотделителе. Для сжатия азотоводородной смеси до 30 МПа и циркуляции газа в агрегате синтеза принят центробежный компрессор с приводом от паровой конденсационной турбины. Последнее циркуляционное колесо компрессора расположено в отдельном корпусе или совмещено с четвертой ступенью. Свежая азотоводородная смесь смешивается с циркуляцирнной смесью перед системой вторичной конденсации,  состоящей из аммиачного холодильника и сепаратора, проходит далее два теплообменника и направляется в полочную колонну синтеза. Прореагировавший газ при 320-380⁰С проходит последовательно водоподогреватель питательной воды, «горячий» теплообменник, аппарат воздушного охлаждения и «холодный» теплообменник, сепаратор жидкого аммиака и поступает на циркуляционное кольцо компрессора. Жидкий аммиак из сепараторов направляется в хранилище жидкого аммиака.[1] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     Основное  направление развития азотной промышленности состоит в создании агрегатов  большой мощности (до 3000 т/сут NH₃ на одной технологической нитке). Назревшим вопросом является разработка новых более производительных конструкций аппаратов, например с радиальным ходом газа в слое катализатора, что значительно снижает гидравлическое сопротивление агрегата. Практический интерес представляет применение взвешенного (псевдоожиженного) слоя катализатора. Во взвешенном слое катализатора можно значительно увеличить поверхность соприкосновения газа с катализатором, улучшить температурный режим катализа и в результате сильно интенсифицировать процесс. Автоматизация производства синтетического аммиака позволит вести процесс в оптимальных условиях и сделать его стабильным. Все эти мероприятия повысят интенсивность работы аппаратов, увеличат производительность труда на заводах синтеза аммиака. Большое значение имеет разработка новых более активных и устойчивых к отравлению и перегревам низкотемпературных катализаторов синтеза аммиака.[1] 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. Общая химическая технология : в 2 т. / под ред. И. П. Мухленова. — 5-е изд., стер. — М. : Альянс, 2009. Т. 2: Важнейшие химические производства / И. П. Мухленов [и др.]. — 2009. — 263 с. : ил. — Библиогр.: с. 262.
2. http://revolution.allbest.ru/chemistry/d00049420.html
3. http://www.newchemistry.ru/blog.php?id_company=94&category=item&sword=%D2%C5%D5%CD%CE%CB%CE%C3%C8%C8%20%C0%C7%CE%D2%CD%CE%C9%20%CF%D0%CE%CC%DB%D8%CB%C5%CD%CD%CE%D1%D2%C8 
4. http://ankomreactive.ru/ammiak
5. http://schoolchemistry.by.ru/katalog/ammiak.htm#1

Приложение

     Схема установки для  синтеза аммиака  под средним давлением