Pentru viața normală a plantelor și a animalelor, azotul este necesar numai sub formă de digestie. Totuși, datorită inerției chimice ridicate a azotului, resursele sale neexponibile * sunt aproape inaccesibile naturii vii. Pentru a rezolva problema alimentară, omenirea transformă azotul într-o formă asimilată, "legându-l" de cel mai simplu compus - amoniac, din care se obțin apoi îngrășăminte de acid azotic și minerale.
Ritmul de creștere a producției de amoniac crește constant. În același timp, creșterea cantitativă a producției este însoțită de modificări calitative în structura bazei de producție. Sunt în curs de extindere capacitățile unităților unice de sinteză a amoniacului ** [6] se introduc noi catalizatori și sorbenți eficienți, se dezvoltă echipamente progresive și sisteme tehnologice care asigură o utilizare mai completă a materiilor prime și a combustibilului. În ultimii ani, prin utilizarea cea mai bună a căldurii, producția de amoniac poate fi organizată în conformitate cu principiul tehnologiei energetice, în care procesul se auto-aprovizionează cu abur și energie mecanică.
Producția de amoniac constă în trei etape: sinteza amestecului azot-hidrogen, purificarea acestuia și sinteza reală a amoniacului.
Prima etapă este prepararea unui amestec de azot-hidrogen. Materia primă pentru producția de amoniac este azotul și hidrogenul. Azotul separat de aer - amestec de gaze care conține 78,05% în volum de azot, 20,95% oxigen, 0,94% argon și cantități mici de gaz, neon, heliu, cripton-carbon și acid xenon. Pentru acest cos de spirit profund de răcire într-un procedeu care cuprinde set lichid și apoi distilarea, pe baza diferenței în punctele de gaze individuale de fierbere, este separat în părți cu obloane.
Hidrogenul este produs prin una din metodele: electroliza apei sau a soluțiilor apoase de sare de masă; din gazul de cocs prin lichefierea succesivă a tuturor componentelor sale, cu excepția hidrogenului; conversia monoxidului de carbon din gazul generator; conversia metanului sau a omologilor acestuia.
Producția de hidrogen este cea mai scumpă etapă de producție. În prezent, cea mai mare parte a hidrogenului pentru sinteza amoniacului se obține din cele mai ieftine surse de materii prime - gaze care conțin metan și omologii săi. Acestea includ gaz petrolier asociat, gaze naturale, gaze de rafinare. În prezența vaporilor de apă și a oxigenului, metanul este transformat în hidrogen:
și monoxidul de carbon format este transformat în CO2 și H2:
Conversia gazelor naturale se efectuează la presiune atmosferică sau ridicată cu sau fără catalizatori (conversie catalitică) (conversie la temperaturi înalte). Deseori, procesul pe catalizatorul de nichel se desfășoară astfel încât concentrația reziduală de metan să fie de 8-10%. Cu această concentrație de metan, conversia sa ulterioară prin aer (adică un amestec de azotan și oxigen într-un raport de 4: 1) face posibilă obținerea imediată a unui amestec azot-hidrogen cu raportul N2. H2 = 1: 3. Acest lucru elimină necesitatea construirii de centrale de separare a aerului scumpe și energetice și îmbunătățește semnificativ indicatorii tehnici și economici ai procesului.
Cu toate acestea, rezultă azot, hidrogen, iar amestecul azotic contaminat a venit de la gazele naturale de sulf Cps-neniyami, precum și oxizi și dioxid de carbon format în timpul conversiei. Din cauza ratei ridicate debit sensibilitate de catalizator de sinteză a amoniacului prin aceste impuritate SNM reducând considerabil activitatea și care provoacă intoxicații ireversibile (în special compuși care conțin sulf-conductive), gazul este supus unei curățare.
A doua etapă este purificarea gazului. Pentru a elimina impuritățile compușilor de sulf ai sulfului de carbon CS2. Oxizi de carbon COS și mercaptani R-SH, aceștia sunt hidrogenați pe un catalizator de cobalt-molibden la o temperatură de 350-450 ° C pentru a prinde ușor hidrogen sulfurat
Sulfura de hidrogen formată este îndepărtată din gaz cu ajutorul unor diverși absorbanți, de exemplu oxid de zinc: ZnO + H2S à ZnS + H20
După o astfel de purificare, gazul conține hidrogen sulfurat cel mult 1 mg / m3.
Curățarea gazului din CO2 se realizează cu ajutorul absorbitorilor de lichide. In loc de purificare a apei în consumă o cantitate mare de apă și energie pentru pomparea sa, provin de la putere mai eficientă curățare în soluții apoase de etanolamină sau soluții de carbonat de potasiu fierbinte activate de arsenic. Când gazul este pulverizat cu aceste soluții apoase, impuritățile de CO2 formează carbonați și bicarbonați. Regenerarea se scufundă pentru a elimina CO2 din desorbitorului produce Xia: pentru etanolamine - încălzire la 120 ° C, timp de dez-creează potasei - reducerea presiunii.
Impuritățile de CO sunt îndepărtate din gaz prin absorbție cu o soluție amoniacală de acid acetic sau acid formic slab. Eficiența curățării este mărită prin creșterea presiunii la 30 MPa și scăderea temperaturii la 25 - 0 ° С. După purificare, nu mai mult de 0,003% CO rămâne în gaz. La curățarea amestecului de azot-hidrogen obținut din gazul de cocserie, CO rezidual este îndepărtat prin clătire cu azot lichid. În același timp, o parte din azot se evaporă și trece într-un amestec azot-hidrogen, asigurând un raport de N2. H2. închideți 1: 3. Dilând amestecul cu o cantitate suplimentară de azot, acesta este adus la sinteza exactă de N2 necesară pentru sinteza amoniacului. H2 = 1: 3. În cazurile în care cantitățile reziduale de CO și CO2 din gaz sunt mici (până la 1%), îndepărtarea impurităților se efectuează prin hidrogenarea (metanarea) prin reacții
Temperatura procesului este de 200 - 400 ° C, catalizatorul fiind depus pe nichel pe oxid de aluminiu.
A treia etapă este sinteza amoniacului. Formarea amoniacului prin reacție
N2 + 3H2 2NH3 + Q se desfășoară destul de rapid numai în prezența catalizatorilor care conțin oxizi de aluminiu, potasiu și calciu ca activatori. Efectul termic al reacției crește cu creșterea temperaturii, iar randamentul de echilibru depinde nu numai de temperatură, ci și de presiune.
Sinteza amoniacului este un proces exotermic reversibil. În conformitate cu principiul Le Chatelier, îndepărtarea căldurii trebuie să transfere reacția spre dreapta. În acest scop, răcirea intermediară a amestecului de gaz cu un contra-flux mai puțin încălzit se efectuează după fiecare contact cu catalizatorul. Acest lucru asigură procesul autothermal. Cu toate acestea, în ciuda eliminării căldurii, temperatura în timpul procesului este încă puțin mărită. Prin urmare, în coloana de sinteză a amoniacului se utilizează catalizatori care funcționează eficient în intervale de temperatură diferite.
Coloanele moderne pentru sinteza amoniacului cu capacitate mare au patru rafturi cu catalizatori. La prima (de-a lungul căii de gaz) există un catalizator cu temperatură scăzută (350-500 ° C), la a doua temperatură medie (400-550 ° C); pe a treia și a patra temperatură ridicată (550-700 ° C).
Cu un randament efectiv de amoniac în afară de factorii de mai sus afectează activitatea catalizatorului, compoziția amestecului de gaz, design-ul caracteristici APPA-rata (mai puțin ele curg rezistență, lățime de bandă mai mare și costuri mai mici de energie) și durata de contact a gazului cu catalizatorul (sau valoarea returnată, care se numește volumul de gaze volumetrice). Cu o rată volumetrică în creștere, îndepărtarea amoniacului de la 1 m 3 de masă de contact crește brusc. Dar, în același timp, volumul amestecului nitric-hidrogen nereacționat crește. Pentru a evita pierderile, acest amestec trebuie pompat în mod repetat prin catalizator într-un ciclu închis. Aceasta crește consumul de energie pentru pompare. Din punct de vedere economic, aceste costuri pot fi reduse la minimum, în anumite valori optime ale vitezei gazului în vrac (de la 15.000 la 30.000 m 3 din amestecul de gaze printr-un 1 m3 de catalizator pe oră).
Indicatorii tehnici și economici ai acestei producții pot fi îmbunătățiți prin trecerea la tehnologia de economisire a energiei, resurselor și a forței de muncă. Acest lucru este realizat prin utilizarea agregatelor cu capacități mari de unități, scheme cu consum redus de apă și sisteme automatizate de control al proceselor. O atenție deosebită este acordată Uchi-TION de căldură a gazelor de ardere din cuptorul de încălzire a metanului și fluxurile de gaz care părăsesc reactorul hidrogenarea sulfului organic, convertoare metan și monoxid de carbon, coloana de sinteză a amoniacului, și metanator t. D.
Căldura utilizată cu potențial ridicat este utilizată pentru a produce abur sub presiune ridicată. Energia acestei vapori în turbine este transformată într-o mașină mecanică pentru comprimarea și mișcarea gazelor cu ajutorul compresoarelor. căldură grad scăzut este utilizat pentru procesul de joasă presiune a aburului, supraîncălzirea sub apă, producând rece și m. N. Un principiu similar cu putere de economisire a autoîntreținută proces cu abur și IU-mecanic-energie. Pentru zonele cu deficit de combustibil, acest lucru permite organizarea producției cu costuri minime de energie. Înlocuirea răcirii cu apă cu aer reduce semnificativ consumul de apă. Aceste principii sunt utilizate în sistemele moderne de producere a amoniacului pe agregate de o capacitate mare de unități (1500 t / zi). O astfel de unitate oferă economii anuale ale costurilor de operare în valoare de 15 milioane de ruble. și investiții de până la 25 de milioane de ruble. Această schemă include blocuri pentru producerea unui amestec azot-hidrogen, purificarea gazului și sinteza amoniacului.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: