Азот з воднем утворює кілька сполук, найважливішим є аміак NH 3 . Зв'язок між атомами водню та азоту, в молекулі аміаку, ковалентний, а ступеня окислення розподіляються наступним чином: (N -3 H + 3) 0 .
За своїми фізичними властивостями аміак – це безбарвний газ із різким запахом. Він легший за повітря і краще, ніж інші гази, розчиняється у воді. Так, в одному обсязі води може розчинитись 1,2 тисячі обсягів аміаку.
При охолодженні, що супроводжується збільшенням тиску, аміак легко перетворюється на безбарвну рідину. Зворотна реакція переходу рідкого аміаку в пар є ендотермічною, причому тепла поглинається дуже багато. Температура кипіння аміаку – 34 про С.
Отримання аміаку у промисловості
На виробництві аміак добувають, синтезуючи його з азоту та водню:
N 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 + Q,
де (+Q) означає, що реакція проходить із тепла, тобто. є екзотермічною.
Через те, що ця реакція супроводжується виділенням тепла, для її проходження потрібно:
- незначне нагрівання (400 - 500 про З);
- високий тиск(200 - 1000 ат);
- наявність каталізаторів (Pt або Fe у металевому вигляді, з додаванням Al 2 O 3 і K 2 O).
Усе це допомагає змістити хімічну рівновагу цієї реакції, у бік освіти її продуктів.
Другим промисловим способом видобутку аміаку є коксування кам'яного вугілля, оскільки у його складі є 2% азоту. Тут аміак утворюється як побічний продукт сухої перегонки.
Лабораторні способи одержання аміаку
В умовах лабораторії аміак можна отримати двома способами:
- слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном:
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O; - нагріванням сухого хлориду амонію з концентрованим розчином їдкого лугу:
NH 4 Cl + KOH → NH 3 + KCl + H 2 O.
Виробництво аміаку використовує як сировину вугілля, кокс, коксовий та природний газ. При цьому основною сировиною все-таки є природний газ.
Трохи історії
Ще в 20 столітті відомим вченим-хіміком Габер був розроблений фізико-хімічний синтез аміаку. Послідовники Габера також зробили свій внесок у це виробництво. Так, Мітташ зміг розробити ефективний каталізатор, Бошем створено спеціальне обладнання.
Мітташем випробувано величезну кількість сумішей як каталізаторів (близько 20 тисяч), поки він не зупинився на шведському магнетиті, що має такий самий склад, як і каталізатори, які активно застосовуються і сьогодні. Сучасні каталізатори є сталь, промотовану незначною кількістю окису алюмінію і калію.
Ще за радянських часів у дослідницьких інститутах та лабораторіях при заводах було проведено величезну роботу у сфері досліджень кінетики та термодинаміки синтезу аміаку. Істотний внесок у вдосконалення самої технології виробництва аміаку внесено інженерами азотно-тукових заводів та робітниками-новаторами виробництва. В результаті проведення цих робіт суттєво було інтенсифіковано весь технологічний процес, створено абсолютно нові конструкції спеціалізованих апаратів, розпочалося будівництво виробництва аміаку.
Радянська система виробництва аміаку характеризувалася достатньою економічністю та високою продуктивністю.
Першим практичним застосуванням, яке підтверджує успіх запропонованої теорії, була розробка такого найважливішого процесу хімічної технології, як синтез аміаку.
Одним із видів досить ефективних шляхів удосконалення технології виробництва аміаку є утилізація газів продувного виду. Сучасні установки виділяють аміак із таких газів виморожуванням.
Продувні гази після одержання аміаку можуть бути використані як низькокалорійне паливо. Іноді їх просто викидають у повітря. Гази на спалювання повинні прямувати у трубчасту піч (відділення конверсії метану). Це дозволяє заощадити витрати сировини (природний газ).
Існує інший спосіб утилізації зазначених газів. Це поділ їх методиками глибокого охолодження. Цей спосібдозволить знизити загальну собівартість готової продукції (аміаку). Також аргон, одержуваний в даному технологічному процесі, набагато дешевше, ніж його аналог, але вилучається в установці поділу повітря.
У продувних газах є підвищений вміст інертів, які сприяють менш інтенсивному перебігу реакції.
Схема виробництва аміаку
Для детального вивчення технології виготовлення аміаку необхідно розглянути процес виділення аміаку з таких простих речовин, як водень та азот. Повертаючись до хімії шкільного рівня, можна відзначити, що ця реакція характеризується оборотністю та зниженням обсягу.
Так як ця екзотермічна реакція, то зниження температури сприятиме зміщенню рівноваги на користь виділення аміаку. Однак у разі відбувається значне зниження швидкості самої хімічної реакції. Саме тому синтез здійснюється у присутності каталізатора та з витримуванням температури близько 550 градусів.
Основні способи виробництва аміаку
З практики відомі такі способи виробництва:
- при низькому тиску (близько 15 МПа);
- при середньому тиску (близько 30 МПа) – найпоширеніший спосіб;
- при високому тиску (близько 100 МПа).
Негативно на синтез аміаку впливають такі домішки, як сірководень, вода та оксид вуглецю. Щоб вони не знижували активність каталізатора, азотоводнева суміш повинна бути ретельно очищена. Однак і в цих умовах лише частина суміші перетвориться на майбутнє на аміак.
Отже, розглянемо докладніше процес виробництва аміаку.
Технологія виробництва
Схема виробництва аміаку передбачає промивання природного газуіз використанням рідкого азоту. При цьому необхідно провести конверсію газу під високою температурою, тиском до 30 атмосфер та температурою близько 1350 градусів. Тільки в цьому випадку конвертований сухий газ матиме низькі витратні коефіцієнти по кисню та природному газу.
Донедавна виробництво аміаку, технологія якого містила як послідовні, і паралельні зв'язок між використовуваними апаратами, будувалося на дублювання функцій основного устаткування. Результатом такої організації виробничого процесу було суттєве розтягування технологічних комунікацій.
Існує сучасне виробництвоаміаку, технологія якого вже передбачає використання установки потужністю від 1360 т на добу. Дане обладнання включає не менше десяти апаратів конверсії, синтезу та очищення. Послідовно-паралельні технології формують самостійні підрозділи (цехи), які відповідають за виконання окремих етапів переробки сировинного матеріалу. Таким чином організоване виробництво аміаку дозволяє суттєво покращити умови праці на спеціалізованих заводах, провести автоматизацію, що призведе до стабілізації всього технологічного процесу. Зазначені удосконалення також призведуть до значного спрощення загальної технологіївиробництва синтетичного аміаку.
Нововведення в технології виготовлення аміаку
Сучасне виробництво аміаку в промисловості використовує як сировину більш дешевий вид газу. Це значно скорочує собівартість готового продукту. Крім того, завдяки такій організації можуть бути покращені умови праці на відповідних заводах, а також суттєво спрощується хімічне виробництво аміаку.
Особливості виробничого процесу
Для подальшого вдосконалення процесу виробництва необхідно звільнити механізми очищення газів від шкідливих та непотрібних домішок. Для цього використовується метод тонкого очищення(Адсорбція та передкаталіз). 
Це в тому випадку, коли виробництво аміаку не передбачає промивання газу з використанням рідкого азоту, але при цьому є низькотемпературна конверсія оксиду вуглецю. Для конверсії природного газу на високій температурі можна використовувати збагачене киснем повітря. При цьому необхідно стежити, щоб конвертований газ концентрація метану не перевищувала 0,5 %. Це з високою температурою (близько 1400 градусів), що підвищується при хімічної реакції. Тому в результаті даного виду виробництва у вихідній суміші простежується висока концентрація інертного газу та його витрата на 4,6% більше, ніж така сама витрата при конверсії киснем у концентрації 95%. У цьому витрачання кисню на 17 % нижче.
Виробництво газу технологічного призначення
Дане виробництво є початковим етапом у синтезі аміаку та проводиться під тиском близько 30 ат. Для цього природний газ стискається з використанням компресора до 40 ат, далі він підігрівається до 400 градусів у змійовику, який розташований у трубчастій печі, і подається у відсік сіроочищення.
За наявності сірки в кількості 1 мг в м в очищеному природному газі його потрібно змішати з водяною парою у відповідному співвідношенні (4:1).
Реакція взаємодії водню з окисом вуглецю (т.зв. метанування) відбувається з виділенням величезної кількості тепла та значним зменшенням обсягу.
Виробництво з мідно-аміачною очисткою
Здійснюється, якщо виробництво аміаку не передбачає промивання рідким азотом. У цьому процесі використовується мідно-аміачна очистка. У цьому випадку використовується таке виробництво аміаку, технологічна схема якого застосовує збагачене киснем повітря. При цьому фахівці повинні стежити, щоб у конвертованому газі концентрація метану не перевищувала 0,5 %, такий показник безпосередньо пов'язаний із підвищенням температури до 1400 градусів у процесі реакції.
Основні напрямки розвитку виробництва аміаку
По-перше, у найближчому майбутньому необхідне кооперування органічної та азотної промисловості, в основі якого має бути використання такої сировини, як природний газ або газ нафтопереробки. 
По-друге, має відбуватися поступове укрупнення всього виробництва та окремих його компонентів.
По-третє, на сучасному етапірозвитку хімічної промисловості слід проводити дослідження з розробки активних каталітичних систем задля досягнення максимального зниження тиску у виробничому процесі.
По-четверте, має увійти до практики використання спеціальних колон для здійснення синтезу із застосуванням каталізатора з «киплячим шаром».
По-п'яте, з метою підвищення ефективності виробництва слід удосконалювати роботу систем використання тепла.
Висновок
Аміак має велике значеннядля хімічної промисловості та сільського господарства. Він служить сировиною у виробництві азотної кислоти, її солей, а також солей амонію та різних азотних добрив.
Азотне виробництво грає найважливішу роль сучасної хімічної промисловості. Варто зауважити, що сполуки азоту застосовують як при отриманні органічних, так і неорганічних речовин. Особливу статтю в азотній промисловості складає виробництво аміаку. Саме за «участю» цього найціннішого компонента виробляються добрива, азотна кислота, вибухові речовини, хладоагенти та багато іншого. При всій своїй корисності аміак є досить сильною отрутою, незважаючи на те, що застосовується в медицині у вигляді нашатирю.
Сам аміак як речовина вперше виявили наприкінці XVIII століття. Описав його як окрему речовину англієць Джозеф Прістлі. Через 11 років французом Клодом Луї Бертолле було вивчено хімічний складцієї речовини. Необхідність отримання аміаку у промислових кількостях стала гостро виникати наприкінці ХІХ століття, коли стали виснажуватися родовища чилійської селітри, з якої переважно отримували азотні сполуки. Саме «лужне повітря» стало найперспективнішим компонентом для виробництва різних хімічних сполук, які вплинули на різні сторони життя людини: від військової справи, до сільського господарства.
Але цю проблему було вирішено лише на початку XX століття, коли з'явився спосіб виробництва аміаку шляхом прямого синтезу з азоту та водню. Таким чином, від виникнення проблеми до її вирішення пройшов досить тривалий період, у ході якого було зроблено кілька відкриттів, які дозволили б «казку зробити буллю».
Особливості та етапи виробничого процесу
p align="justify"> Процес виробництва аміаку характеризується великою енергоємністю, що є головним його недоліком. Саме тому постійно ведуться наукові розробки, які мають вирішити проблеми економії енергії. Зокрема розробляються способи утилізації виділеної енергії, а також поєднання, наприклад, виробництва аміаку та карбаміду. Все це сприяє здешевленню діяльності підприємств та підвищенню їхньої корисної віддачі.
В основу виробництва аміаку покладено принцип циркуляції, згідно з яким процес йде безперервно, причому залишки вихідних компонентів відокремлюються від кінцевого продукту і використовуються знову, безперервності: процес синтезу відбувається без зупинки, принцип теплообміну, а також принцип циклічності. Як видно, всі ці принципи тісно взаємопов'язані між собою.
Сама технологічна схема виробництва аміаку залежить, перш за все, від сировини, з якої виходить кінцевий продукт. Справа в тому, що, на відміну від азоту, який міститься в повітрі у великих кількостях, водень чистому виглядів природі практично немає, а виділяти його з води - досить трудомісткий і енерговитратний процес.
Тому в якості сировини для виробництва аміаку переважно використовуються вуглеводні, що містяться в природному газі. В даний час саме природний газ є однією з основ аміачної промисловості. Перш ніж потрапити до колони синтезу, газ проходить кілька стадій обробки. Починається процес з того, що проводиться очищення вихідної сировини від сірки за допомогою десульфуратора.
Далі йде так званий процес риформінгу, який полягає в тому, що в його ході вуглеводні спочатку перетворюються на метан, потім відбувається досить складний процес перетворення метану на суміш водяної пари, чадного газу, вуглекислого газу та водню. При цьому відбувається очищення суміші від вуглекислого газу, після чого водень потрапляє в колону синтезу під великим тиском разом з азотом. Таким чином, перш ніж розпочати безпосередньо виробництво аміаку, технологія передбачає попередню обробкусировини.
Всі процеси риформінгу, як і сам синтез кінцевого продукту, відбуваються при високому тиску і великій температурі. Саме це призводить до великої їхньої енерговитратності. У цьому зазначені параметри всіх стадіях виробництва змінюються.
Сама колона зазвичай виготовляється із сталі. У ній розміщено каталізатор, склад якого може бути різним. Після проходження циклу синтезу суміш потрапляє в холодильник, де від неї виділяється аміак в рідкому вигляді, а компоненти, що залишилися після реакції, знову йдуть у виробництво. Така особливість технологічного процесу викликана тим, що реакція синтезу аміаку є оборотною і під час технологічного процесу частина кінцевого продукту розпадається вихідні компоненти.
Таким чином, виробництво аміаку в промисловості, незважаючи на простоту реакції, що лежить в основі процесу, насправді є досить складним технологічним завданням.
Створення інтегрованих виробництв та розробка нових технологій мають особливе значення
Як уже було сказано вище, технологія постійно вдосконалюється і головним напрямом заходів щодо її покращення є зниження енергоємності самого процесу. А там, де це зробити з різних причин складно, застосовуються способи утилізації тепла, яке також здатне принести користь. Крім того, деякі заводи з виробництва аміаку використовують побічні продукти для інших хімічних виробництв. Так може поєднуватися, наприклад, виробництво метанолу та аміаку. Цей спосіб полягає в тому, що з риформінгу, що утворюється в ході з чадного газу і води синтезується метанол.
Також було вже сказано про суміщене виробництво аміаку та карбаміду. Дане поєднання можливе, наприклад, шляхом реакції отриманого при риформінгу вуглекислого газу з одержаним аміаком. Цей спосіб, звичайно ж, вимагає встановлення додаткового обладнання. Проте він дозволяє підвищити корисну віддачу конкретного підприємства.
Ще одна особливість виробництва аміаку в промисловості полягає в тому, що його циклічність також сприяє безвідходності. Причому йдуть як отримана енергія, і побічні продукти. Навіть сірка, отримана під час очищення вихідної сировини, знаходить застосування в інших хімічних виробництвах. Крім перерахованих заходів відбувається постійний пошук оптимального поєднання тиску і температури, при якому відбувається процес. Адже поєднання цих параметрів залежить кінцевий вихід основного продукту.
Враховуючи все вищесказане, можна з повною відповідальністю зробити висновок, що сучасний завод з виробництва аміаку є досить складним комплексом споруд. Але в основі такого комплексу завжди полягає установка, розроблена в 1909 німецьким вченим Фріцем Габером, який крім цього винаходу прославився тим, що став «батьком хімічної зброї». За іронією долі, цей вчений отримав Нобелівську премію Миру. Проте очевидно, що цінність його внеску у розвиток сучасної хімічної промисловості сумніву не підлягає.
Таким чином, на прикладі промислового виробництва аміаку можна побачити, як роками можна вдосконалювати, здавалося б, постійний процес. Також можна простежити, як один винахід може багато років закласти розвиток цілої галузі виробництва (причому, важливої) сучасного виробництва.
В даний час заводи з виробництва аміаку розташовані по всьому світу. Понад те: постійно будуються нові підприємства. Цей факт ще раз наголошує на важливості цього виду хімічного виробництва. Адже в багатьох регіонах земної кулі наявність, наприклад, азотних добрив стала життєвою необхідністю. Можна навести багато інших прикладів, але факт залишається фактом. Крім того, величезна частина продукції газодобувної промисловості затребувана саме у виробництві аміаку, що дозволяє їй стійко розвиватися. На цих нечисленних прикладах добре видно, що роль виробництва аміаку переоцінити досить важко. Тому можна зробити висновок, що азотна промисловість існуватиме ще довго, а продукція її завжди матиме стійкий попит.
Таким чином, говорячи про виробництво аміаку, слід розуміти, що йдеться про дуже серйозне виробництво, яке має величезний вплив на функціонування різних сфер, як господарської діяльності, і просто життя людей. І цілком можливо, що важливість цієї галузі в майбутньому зростатиме.
Аміак – речовина, знайома, напевно, кожній дорослій людині. Вся справа в тій фізіологічній ролі, яку відіграє аміак.
Стрімкому зростанню обсягів випуску аміаку зазвичай сприяє відносна доступність необхідного для виробництва сировини.
Хімічна формула аміаку добре відома всім ще зі школи NH 3 . З неї очевидно: для його отримання потрібні азот та водень.
Як джерело азоту тут чудово підходить звичайне атмосферне повітря. Цей ресурс практично безмежний. Таким чином, сировинна база для виробництва аміаку (а, відповідно, і всієї азотної промисловості) лімітується воднем. А точніше паливом, необхідним для його отримання.
Як правило, для цього використовується природний газ. Ця обставина, до речі, дуже сприяла розвитку вітчизняної азотної промисловості: на газ Росія багата.
Однак якщо у когось із сказаного вище склалося враження, що великомасштабне виробництво аміаку є простим і доступним процесом, то це безумовно помилково. Створення справді ефективних виробництв зажадало серйозних наукових зусиль та технологічних рішень.
Досить сказати, що процес отримання аміаку на практиці проводять у присутності каталізатора при температурі близько 500°C та тиску 350 атмосфер. Звідси зрозуміло, наскільки енергоємним є відповідне виробництво. Зате створення подібних умов дозволяє досягти виходу необхідної речовини на рівні приблизно 30 відсотків.
Взагалі, на думку експертів, історію розвитку великотоннажного аміачного виробництва слід розглядати як постійну боротьбу за підвищення корисного використанняенергії: електричної, теплової, та механічної. Проте цей процес дав у результаті відмінні результати. Якщо на перших промислових установкахККД становив лише близько 10 відсотків, то на сучасних високопродуктивних установках, здатних «видавати» півмільйона тонн продукції на рік, цей показник у п'ять разів вищий.
Робота сучасного аміачного заводу дуже складна. Це твердження здається дивним, якщо «орієнтуватися» тільки на досить просте рівняння реакції, що є основою синтезу аміаку. Однак твердження про складність промислового синтезу аміаку не видасться надмірним вже після першого ознайомлення зі схемою дії аміачного заводу, що працює на природному газі.
Перша стадіяу процесі синтезу аміаку містить десульфуратор – технічний пристрійвидалення сірки з природного газу. Це абсолютно необхідна стадія, оскільки сірка є каталітичною отрутою і «отруює» нікелевий каталізатор на наступній стадії отримання водню.
Друга стадіяпромислового синтезу передбачає конверсію метану (промислове одержання водню). Конверсія метану – оборотна реакція, що протікає при 700 – 800 °С та тиску 30 – 40 атм за допомогою нікелевого каталізатора при змішуванні метану з парами води: СН 4 + Н 2 О ↔ СО + 3Н 2
Водень, що утворився по даній реакції, здавалося б, вже можна використовувати для синтезу аміаку - для цього необхідно запустити в реактор повітря містить азот. Так і чинять, проте на цій стадії відбуваються інші процеси. Відбувається часткове згоряння водню в кисні повітря:
2Н 2 + О 2 = Н 2 О (пар)
В результаті на цій стадії виходить суміш водяної пари, оксиду вуглецю (II) та азоту. Водяна пара, у свою чергу, відновлюється знову з утворенням водню, як на другій стадії. Таким чином, після перших трьох стадій є суміш водню, азоту та «небажаного» оксиду вуглецю (II).
Окислення СО, що утворюється на двох попередніх стадіях, до СО2 проводять саме за цією реакцією:
СО + Н 2 Про (пар) ↔ СО 2 + Н 2 (3)
Процес «зсуву» проводять послідовно у двох «ректорах зсуву». У першому з них використовується каталізатор Fe 3 Про 4 і процес проходить за досить високої температури близько 400 °С. У другому процесі використовується ефективніший мідний каталізатор і процес вдається провести за нижчої температури.
На п'ятому ступені оксид вуглецю (IV) видаляють із газової суміші за допомогою абсорбції розчином аМДЕА (активований метил діетанол амін).
На початку відбувається абсорбція вуглекислого газу, потім його десорбція і видалення з процесу.
Однак, якості АМДЕА очищення недостатньо для того, щоб азотоводневу суміш можна було використовувати для синтезу аміаку. Що залишилося кількості СО цілком достатньо, щоб занапастити залізний каталізатор на головній стадії синтезу аміаку (1). На 6 стадії оксид вуглецю (II) видаляють реакцією конверсії воднем в метан на спеціальному нікелевому каталізаторі при температурах 300 - 400 ºС:
СО + 3Н 2 ↔ СН 4 + Н 2 О
Газову суміш, яка тепер містить 75% водню і 25% азоту, піддають стиску; тиск її у своїй зростає від 25 – 30 до 200 – 250 атм. Відповідно до рівняння Клайперона-Менделєєва такий стиск призводить до дуже різкого підвищення температури суміші. Відразу після стиснення доводиться охолоджувати до 350 – 450 ºС.
Попередня567891011121314151617181920Наступна
ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:
ВИРОБНИЦТВО АМІАКУ
Для нормальної життєдіяльності рослин та тварин азот необхідний лише у засвоюваній формі. Однак через високу хімічну інертність азоту його невичерпні ресурси живій природі практично недоступні. Для вирішення продовольчої проблеми людство переводить азот у засвоювану форму, «зв'язуючи» його до найпростішої сполуки - аміаку, з якого потім одержують азотну кислоту та мінеральні добрива.
Темпи зростання виробництва аміаку постійно зростають. При цьому кількісне зростання виробництва супроводжується якісними змінами структури виробничої бази. Узбільшуються потужності одиничних агрегатів синтезу аміаку ** впроваджуються нові ефективні каталізатори та сорбенти, розробляються прогресивне обладнання та технологічні схеми, що забезпечують повніше використання сировини та палива.
У Останніми рокамиза рахунок кращої утилізації теплоти виробництво аміаку вдається організувати за енерготехнологічним принципом, у якому процес повністю самозабезпечує себе парою та механічною енергією.
Виробництво аміаку складається з трьох стадій: одержання азотоводородної суміші, її очищення та власне синтез аміаку.
Перша стадія - одержання азотоводородної суміші.Сировиною для виробництва аміаку є азот та водень. Азот виділяють з повітря - газової суміші, що містить за обсягом 78,05% азоту, 20,95% кисню, 0,94% аргону та в незначних кількостях вуглекислий газ, неон, гелій, криптон та ксенон. Для цього повітря глибоким охолодженням переводять у рідкий стан, а потім ректифікацією, заснованою на відмінності температури кипіння окремих газів, поділяють на складові частини.
Водень отримують одним із способів: електроліз води або водних розчинів кухонної солі; з коксового газу послідовним зрідженням усіх компонентів, крім водню; конверсією оксиду вуглецю генераторного газу; конверсією метану чи його гомологів.
Отримання водню – найдорожча стадія виробництва. В даний час більшу частину водню для синтезу аміаку отримують з найдешевших видів сировини - газів, що містять метан та його гомологи. До них належать попутні гази нафтовидобутку, природний газ, гази нафтопереробки. У присутності водяної пари та кисню метан перетворюється на водень:
СН 4 + Н 2 Про СО + Н 2 Q
СН 4 + 0.5O 2 СО + 2Н 2 + Q
а оксид вуглецю, що утворився, конвертується до СО 2 і Н 2:
СО + Н 2 0 С0 2 + Н 2 + Q
Конверсію природного газу проводять при атмосферному або підвищеному тиску із застосуванням каталізаторів (каталітична конверсія) або без них (високотемпературна конверсія). Часто на нікелевому каталізаторі процес ведуть так, щоб залишкова концентрація метану становила 8 - 10%. За такої концентрації метану його подальше конвертування повітрям (тобто сумішшю азоту і кисню у співвідношенні 4:1) дозволяє отримати відразу азотоводородную суміш із співвідношенням N 2: Н 2 = = 1:3. Це виключає необхідність будівництва дорогих та енергоємних установок поділу повітря та значно покращує техніко-економічні показники процесу.
Однак отримані азот, водень і азотоводородная суміш забруднені з'єднаннями сірки, що потрапили з природного газу, а також оксидами і діоксидами вуглецю, що утворилися при конверсії.
Через високу чутливість каталізатора синтезу аміаку до цих домішок, що сильно знижує його активність і викликає незворотні отруєння (особливо з'єднання, що містять сірку), газ піддають ретельному очищенню.
Друга стадія - очищення газу. Длявидалення домішок сірчистих сполук типу сірковуглецю CS 2 , сероокису вуглецю COS і меркаптанів R-SH їх гідрують на кобальтмолібденовому каталізаторі при температурі 350-450 °С до сірководню, що легко вловлюється.
9Н 2 + домішки (CS 2 + COS + R - SH) 4H 2 S + 2CH 4 4+ H 2 O
Сірководень, що утворився, видаляють з газу за допомогою різних поглиначів, наприклад оксиду цинку: ZnO + H 2 S à ZnS + Н 2 О
Після такого очищення газ містить сірководню не більше 1 мг/м 3 .
Очищення газу від 2 проводиться за допомогою рідких поглиначів. На зміну водному очищенню, що споживала велику кількість води та енергії на її перекачування, прийшла більш ефективна очистка за допомогою водних розчинів етаноламінів або гарячих розчинів поташу, активованих миш'яком. При промиванні газу зазначеними водними розчинами домішки 2 утворюють карбонати і бікарбонати. Регенерація поглиначів з видаленням 2 в десорбері проводиться: для етаноламінів - нагріванням до 120 ° С, для розчинів поташу - зниженням тиску.
Домішки З видаляються з газу поглинанням мед-ноаміачним розчином слабкої оцтової або мурашиної кислоти. Ефективність очищення збільшується з підвищенням тиску до 30 МПа та зниженням температури до 25 - 0 °С. Після очищення в газі залишається не більше 0,003%. При очищенні азотоводородной суміші, одержуваної з коксового газу, залишки З видаляють промиванням рідким азотом. При цьому частина азоту випаровується і переходить в азотоводневу суміш, забезпечуючи співвідношення N 2: Н 2 близьке 1:3. Розбавляючи суміш додатковою кількістю азоту, її доводять до необхідного синтезу аміаку точного співвідношення N 2: Н 2 = 1:3. У тих випадках, коли залишкові кількості СО та СО 2 в газі невеликі (до 1 %), видалення домішок здійснюється їх гідруванням (метануванням) за реакціями
СО + ДТ 2 СН 4 + Н 2 Про; СО 2 + 4Н 2 СН 4 + 2Н 2
Температура процесу 200 – 400 °С, каталізатор – нікель, нанесений на оксид алюмінію.
Третя стадія - синтез аміаку.Утворення аміаку за реакцією
N 2 +3H 2 2NH 3 + Qпротікає досить швидко тільки у присутності каталізаторів, що містять як активатори оксиди алюмінію, калію та кальцію. Тепловий ефект реакції зростає зі збільшенням температури, а рівноважний вихід залежить тільки від температури, а й від тиску.
Синтез аміаку є оборотним екзотермічним процесом.
Відповідно до принципу Ле-Шательє відведення теплоти має зміщувати реакцію праворуч. З цією метою проміжне охолодження газової суміші менш нагрітим зустрічним потоком проводиться після кожного контакту з каталізатором. Це забезпечує автотермічність процесу. Однак незважаючи на відведення теплоти, температура по ходу процесу все ж таки дещо збільшується. Тому в колоні синтезу аміаку використовуються каталізатори, що ефективно працюють у різних діапазонах температур.
Сучасні колони синтезу аміаку великої одиничної потужності мають чотири полиці з каталізаторами. На першій (по ходу газу) знаходиться низькотемпературний каталізатор (350-500 ° С), на другій - середньотемпературний (400 -550 ° С); на третій та четвертій – високотемпературні (550 – 700 °С).
На фактичний вихід аміаку крім перерахованих факторів впливають активність каталізатора, склад газової суміші, конструктивні особливостіапарату (що менше в них гідравлічний опір, тим вище пропускна здатність і нижче енергетичні витрати) та тривалість зіткнення газу з каталізатором (або обернена величина, звана об'ємною швидкістю газу). Зі збільшенням об'ємної швидкості знімання аміаку з 1 м 3 контактної маси різко зростає. Але одночасно з цим збільшується об'єм азотоводородної суміші, що не прореагувала. Щоб уникнути втрат, цю суміш необхідно багаторазово прокачувати через каталізатор по замкнутому циклу. Це підвищує витрати енергії на перекачування. З економічної точки зору подібні витрати можуть бути зведені до мінімуму при деяких оптимальних значеннях об'ємної швидкості газу (від 15000 до 30000 м3 газової суміші через 1 м3 каталізатора на годину).
Техніко-економічні показники цього виробництва можуть бути покращені переходом до енерго-, ресурсо- та працезберігаючої технології. Це досягається застосуванням агрегатів великої одиничної потужності, маловодних схем та АСУТП. Особлива увага приділяється утилізації теплоти топкових газів, що виходять із печі нагріву метану, а також газових потоків, що залишають реактор гідрування органічної сірки, конвертери метану та оксиду вуглецю, колони синтезу аміаку, метанатору і т.д.
Утилізована високопотенційна теплота використовується для одержання пари високого тиску. Енергія цієї пари в турбінах перетворюється на механічну для стиснення та переміщення газів за допомогою компресорів. Низькопотенційна теплота утилізується для отримання технологічної пари низького тиску, підігріву води, отримання холоду тощо. Подібний принцип енергозбереження самозабезпечує процес парою та механічною енергією. Для районів, які мають брак палива, це дозволяє організувати виробництво з мінімальними енерговитратами. Заміна водяного охолодження повітряним значно скорочує і водоспоживання. Зазначені принципи використовують у сучасних схемах виробництва аміаку на агрегатах великої (1500 т/сут) одиничної потужності. Один такий агрегат забезпечує річну економію експлуатаційних витрат у сумі 15 млн. руб. та капіталовкладень до 25 млн. руб. Вказана схема включає блоки отримання азотоводородної суміші, очищення газу та синтезу аміаку.
 |
У блоці синтезу аміаку для стиснення азотоводородної суміші до 30 МПа та її циркуляції утилізована теплота перетворюється на механічну енергію стиснення та переміщення (рис. 7.6). Для цього водяна пара високого тиску і температури, отримана в котлі-утилізаторі, направляють на парову турбіну 7, на валу якої встановлений турбокомпресор 2.
Турбокомпресор стискає свіжу азотоводородную суміш, а в останньому ступені ще й змішують її з непрореагував на каталізаторі зворотною сумішшю N 2 + 3H 2 містить до 2 - 3% NH 3 . Для уловлювання аміаку газ після турбокомпресора пропускають через аміачний холодильник 3, де він конденсується і у вигляді рідини легко відокремлюється у сепараторі 4. Після сепаратора суміш азоту і водню проходить через два теплообмінники 5 6, нагрівається до 425 °С
і направляється в поличну колону синтезу 7. Порівняно з традиційним контактним апаратом з подвійною теплообмінною трубкою в поличних радіальних колонах гідравлічний опір, а отже, і втрати енергії значно знижені. У такій колоні з внутрішнім діаметром до 2,1 м, висотою до 25 м і товщиною стінок із хромомолібденової сталі 10 - 30 см є чотири полиці. Полиці завантажуються каталізатором у зростаючій кількості та зі зростаючим діапазоном робочих температур від першої до останньої.
Для підтримки заданого температурного режиму по висоті колони після кожної полиці роблять відведення теплоти екзотермічної реакції котел-утилізатор. Тонке регулювання температури досягається введенням у гарячу газову суміш певної кількості холодної суміші.
Приблизно 15-20% азотоводородной суміші на каталізаторі перетворюється на аміак. Вийшовши з колони синтезу з температурою 320 - 380 ° С суміш послідовно віддає теплоту поживній водікотла-утилізатора у водопідігрівачі 8, а потім нагріває зустрічний холодний газовий потік в гарячому теплообміннику 6. Далі вона охолоджується в апараті повітряного охолодження 9 і холодному теплообміннику 5. При тиску близько 30 МПа у такій газовій суміші аміак конденсується вже при температурі 25 - 40 ° С та після відділення у сепараторі 10 прямує до сховища.
Газова суміш, що містить до 2 — 3 % аміаку, що не конденсується, і непрореагували азот і водень турбокомпресором 2 повертаються у виробничий цикл.
Ступінь перетворення азотоводородной суміші на аміак в колоні синтезу коливається від 15 до 20%. Але завдяки багаторазовій її циркуляції за замкнутою схемою фактичний вихід аміаку у системах середнього тиску становить 91 – 95%. Порівняно з системами, що працюють при низькому (10 МПа) та високому (100 МПа) тиску, в системах середнього тиску, що отримали у світовій практиці найбільшого поширення, вдало вирішуються питання виділення аміаку при достатній швидкості процесу контактному апараті. Крім рідкого аміаку одержують і газоподібний, який зазвичай відразу переробляється в сечовину, аміачну селітру, азотну кислоту.
Технологічна схема - виробництво - аміак
Сторінка 1
Технологічні схеми виробництва аміаку включають від 5 до 9 основних технологічних блоків, таких як очищення вихідної сировини, виробництво азотоводородної суміші, синтез аміаку та інші.
Якщо технологічна схема виробництва аміаку включає промивання газу рідким азотом, доцільно проводити високотемпературну конверсію природного газу під тиском до 30 am при температурі близько 1350 С. У цьому випадку сухий конвертований газ містить приблизно 96% (СО Н2) при залишковій концентрації метану близько 1% низьких витратних коефіцієнтах по природному газу та кисню.
Якщо технологічна схема виробництва аміаку включає промивання газу рідким азотом, високотемпературну конверсію природного газу доцільно проводити під тиском до 3 0 МПа при температурі окрло-1350 С. У цьому випадку сухий конвертований газ містить приблизно 95 5 % (З Н2) при залишковій концентрації метану близько 1 % та низьких витратних коефіцієнтах по природному газу та кисню.
Якщо в технологічній схемі виробництва аміаку не передбачено промивання рідким азотом, але є мідно-аміачне очищення, для високотемпературної конверсії природного газу доцільно застосовувати повітря, збагачене киснем. При цьому залишкова концентрація метану в конвертованому газі не повинна перевищувати приблизно 05%; досягнення цього пов'язані з підвищенням температури реакції до 1400 З.
Якщо в технологічній схемі виробництва аміаку не передбачено промивання газу рідким азотом, але є відділення низькотемпературної конверсії оксиду вуглецю та метанування, для високотемпературної конверсії природного газу доцільно застосовувати повітря, збагачений кис - лородом. При цьому залишкова концентрація метану в конвертованому газі не повинна перевищувати приблизно 05%, що пов'язано з підвищенням температури реакції до 1400 С.
Залежно від технологічної схемивиробництва аміаку олія, розчинена і диспергована в стиснутому газі, по-різному впливає наступні стадії виробництва аміаку. Якщо на заводі є мідно-ам'якове очищення під тим же тиском, що і синтез, газовий потік, що містить масло, потрапляє в першу чергу в скрубери мідно-вишшч-ної очищення, де воно забруднює розчин, погіршує умови очищення газу та регенерації мідно-аміачного. розчину, що збільшує видаткові коефіцієнти. Є дані, що очищення газу від олії тільки на стадії мідно-аміачного очищення дає.
Залежно від технологічної схеми виробництва аміаку високотемпературну конверсію природного газу проводять у суміші з технічним киснем або повітрям, збагаченим киснем.
На рис. 3 показано технологічну схему виробництва аміаку з природного газу.
Установка є головною в технологічній схемі виробництва аміаку і правильне ведення режиму в ній зрештою визначає необхідний склад азотоводородної суміші для синтезу аміаку. Дотримання теплового режиму сприяє нормальній та стабільній роботі системи пароутворення.
У технологічних схемах виробництва аміаку, що створюються в даний час, потужністю понад 1000 т МНз в суші з одного агрегату не передбачені відділення очищення конвертованого газу від окису вуглецю мідноаміачними розчинами або промивання рідким азотом.
15 дана у спрощеному вигляді технологічна схема виробництва аміаку з природного газу. Як видно, схема є складною.
Так, нині впроваджуються технологічні схеми виробництва аміаку з потужністю одного агрегату 400 тнс. А у перспективний період буде освоєно обладнання у виробництві аміаку до 800 тнс.
Перехід промисловості пов'язаного азоту на дешевий природний газ значно скорочує витрати за статтею сировини. Крім того, таким шляхом покращуються умови праці на заводах, які виробляють синтетичний аміак. Це також призводить до спрощення технологічної схеми виробництва аміаку.
Сторінки: 1
Муніципальна освітня установа
Новосафонівська середня загальноосвітня школа
Виробництво аміаку: коротка характеристика
Прокопіївський район 2006
Вступ
1.Способи отримання аміаку
2. Сучасний процес отримання аміаку
Список використаної літератури
Вступ
Загальним економічним завданням кожного хімічного підприємства є отримання хімічних речовин високої якості та в достатній кількості, щоб їхня реалізація приносила прибуток. З цим пов'язана вимога, щоб усі ресурси використовувалися якомога ефективніше. Однак цього можна досягти лише в тому випадку, якщо максимально ефективним є сам хімічний процес. У хімічній промисловості замість поняття "реагенти" набагато частіше використовуються терміни "вихідні матеріали", "сировинні матеріали" або просто сировина", іноді - "руда". Щоб будь-який процес було економічно виправдано, необхідно досягти оптимального виходу цільового продукту із сировинних матеріалів. Оптимальний вихід не обов'язково збігається з теоретичним виходом або навіть максимально досяжним виходом. Отримання максимально досяжного виходу може, наприклад, вимагати занадто великої витрати будь-якого дорогого вихідного матеріалу, або занадто тривалого проведення процесу, або ж створюються екстремальні умови (дуже високі температури або тиску), чреваті небезпечними аварійними ситуаціями і т.п., - все це може зробити максимально досяжний вихід економічно невигідним.
Фактичний вихід кожного конкретного хімічного процесу може залежати від багатьох факторів, головні з них - температура, тиск, присутність каталізатора, чистота вихідних матеріалів, ефективність вилучення кінцевого продукту Промислове виробництво речовин має на увазі відмінне знання теоретичних закономірностей протікання хімічних реакцій (енергетика хімічних реакцій, хімічна кінетика та каталіз, хімічна рівновага).
Всі наведені нижче фактори важливі, особливо, якщо йдеться про такі багатотоннажні виробництва, такі, як, наприклад, виробництво аміаку.
Проектувальники хімічних підприємств створюють надпотужні установки із виробництва аміаку. Так, наприклад, створено установки, що виробляють 1000-1200 тонн аміаку на добу. В даний час у всьому світі щорічно виробляється близько 5 млн тонн аміаку.
1. Способи одержання аміаку
аміак ціанамідний процес десульфуратор
Першим промисловим процесом, який використовувався для одержання аміаку, був ціанамідний процес. При нагріванні вапна СаО та вуглецю отримували карбід кальцію СаС2. Потім карбід нагрівали в атмосфері азоту та отримували ціанамід кальцію СаСN2; далі аміак отримували гідролізом ціанаміду:
СаСN2(тв) + 3Н2О = 2NН3 + СаСО3(тв)
Цей процес вимагав великих витрат енергії та економічно був невигідний.
У 1908 р. німецький хімік Ф. Габер виявив, що аміак можна отримувати з водню та атмосферного азоту на залізному каталізаторі. Перший завод із виробництва аміаку цим методом використав водень, який отримували електролізом води. Згодом водень почали одержувати з води шляхом відновлення коксом. Такий спосіб отримання водню набагато економічніший. Після відкриття Габера стрімко почало зростати виробництво аміаку, це не дивно, оскільки величезні кількості аміаку необхідні для отримання добрив, що містять азот. На виготовлення їх використовується приблизно 80% всього аміаку, що отримується у світі. Разом з азотовмісними добривами в грунт вноситься в розчинній формі азот, якого потребує більшість рослин. Інші ≈20% аміаку, що виробляється, використовуються для отримання полімерів, вибухових речовин, барвників та інших продуктів.
Сучасний процес одержання аміак заснований на його синтезі з азоту та водню з використанням спеціального каталізатора:
N2 + 3Н2 ↔ 2NН3 + 45,9 кДж (1)
Оскільки дана реакція оборотна, виникає питання: за яких температур і тиску найвигідніше домагатися максимального виходу.
продукту? Так як реакція екзотермічна, то виходячи з принципу Ле Шательє ясно, що чим нижче температура процесу, тим більша рівновага зрушуватиметься у бік утворення аміаку, і можна припустити, що слід максимально знижувати температуру. Але насправді все складніше: за низьких температур реакція практично не йде, тому доводиться приймати компромісне рішення. Оскільки для встановлення оптимального стану рівноваги реакції потрібна низька температура, а для досягнення задовільної швидкості - висока температура, на практиці процес проводять при температурі 400 - 500 оС.
Але навіть за такої високої температури для досягнення достатньої швидкості реакції потрібна присутність спеціального каталізатора. Як каталізатор використовується губчасте залізо, активоване оксидами калію та алюмінію.
З рівняння реакції видно, що загальна кількість молей зменшується від 4 до 2. Відповідно до принципу Ле Шательє у разі процес вигідно проводити, підвищуючи тиск. Але цей висновок лише якісний, але на практиці потрібно точно знати, наскільки збільшиться вихід NН3 (на 10% або всього на 0,1%) при збільшенні тиску. У таблиці 1 кількісно показано вплив температури і тиску на вихід аміаку (відсотковий вміст аміаку в рівноважній суміші) реакції.
З цієї таблиці видно, що підвищення температури за будь-якого тиску помітно знижує вміст аміаку в газовій суміші, проте при температурах нижче 500 оС швидкість реакції дуже мала, тому на практиці процес зазвичай проводять при температурі 450 оС.
Таблиця 1
Що стосується тиску, то тут використовується тиск близько 300 – 100 атм, але найчастіше «середній» тиск ≈ 250 атм. Хоча за цих умов лише близько 20% вихідних речовин перетворюється на аміак, проте в результаті використання циркуляційної технологічної схеми (введення непрореагованих Н2 і N2 знову в реакцію) сумарний ступінь перетворення вихідних речовин на аміак є дуже високим.
2. Сучасний процес отримання аміаку
Робота сучасного аміачного заводу дуже складна. Це твердження здається дивним, якщо «орієнтуватися» тільки на досить просто виглядає рівняння реакції (1), що є основою синтезу аміаку. Однак твердження про складність промислового синтезу аміаку не видасться надмірним вже після першого ознайомлення зі схемою дії аміачного заводу, що працює на природному газі (рис.1). Перша стадія у процесі синтезу аміаку включає десульфуратор. Десульфуратор - технічний пристрій видалення сірки з природного газу. Це абсолютно необхідна стадія, оскільки сірка є каталітичною отрутою і «отруює» нікелевий каталізатор на наступній стадії отримання водню.
Друга стадія промислового синтезу аміаку передбачає конверсію метану (промислове одержання водню). Конверсія метану - це оборотна реакція, що протікає при 700 - 800 оС і тиск 30 - 40 атм за допомогою нікелевого каталізатора при змішуванні метану з парами води:
СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 (2)
Водень, що утворився по даній реакції, здавалося б, вже можна використовувати для синтезу аміаку по реакції (1) - для цього необхідно запустити в реактор повітря містить азот. Так і чинять на стадії (3), проте на цій стадії відбуваються інші процеси.
Відбувається часткове згоряння водню в кисні повітря:
2Н2 + О2 = Н2О(пар)
В результаті на цій стадії виходить суміш водяної пари, оксиду вуглецю (II) та азоту. Водяна пара, у свою чергу, відновлюється знову з утворенням водню, як на другій стадії по другій стадії по ним чином, після перших трьох стадій є суміш водню, азоту та «небажаного» оксиду вуглецю (II).
На рис.1 стадія (4) позначена як реакція «зсуву», але вона може проходити при двох температурних режимах і різних каталізаторах. Окислення
СО, що утворюється на двох попередніх стадіях, до СО2 проводять саме за цією реакцією:
СО + Н2О(пар) ↔ СО2 + Н2 (3)
Процес «зсуву» проводять послідовно у двох «ректорах зсуву». У першому з них використовується каталізатор Fe3О4 і процес проходить за досить високої температури близько 400 оС. У другому процесі використовується ефективніший мідний каталізатор і процес вдається провести за нижчої температури.
На п'ятому ступені оксид вуглецю (IV) «вимивають» із газової суміші за допомогою поглинання лужним розчином:
КОН + СО2 = К2СО3.
Реакція «зсуву» (3) оборотна і після 4-ї стадії газової суміші насправді залишається ще ≈ 0,5% СО. Цієї кількості СО цілком достатньо, щоб занапастити залізний каталізатор на головній стадії синтезу аміаку(1). На 6 стадії оксид вуглецю (II) видаляють реакцією конверсії воднем в метан на спеціальному нікелевому каталізаторі при температурах 300 - 400 оС:
СО + 3Н2 ↔ СН4 + Н2О
Газову суміш, яка тепер містить 75% водню і 25% азоту, піддають стиску; тиск її у своїй зростає від 25 – 30 до 200 – 250 атм.
Відповідно до рівняння Клайперона-Менделєєва такий стиск призводить до дуже різкого підвищення температури суміші.
Відразу після стиснення доводиться охолоджувати до 350 – 450 оС. Саме цей процес описується з точністю реакцією (1).
Список використаної літератури
1.Н.Є. Кузьменко, В.В. Єрьомін, В.А. Попки. Хімія. Теорія та завдання. - М.: ОНІКС 21 століття», «Світ та освіта», 2003.
Що таке аміак
Аміак, або нітрид водню - одна з сполук азоту. Це безбарвний газ із різким характерним запахом, що володіє хімічною формулою NH3. При заморожуванні чи під тиском аміак перетворюється на рідку форму.
Аміак широко застосовується у промисловості, а також є ключовим компонентом у виробництві азотних добрив.
Азот необхідний рослин для правильного розвитку та зростання. Використання добрив підвищує вміст азоту у ґрунті, збільшуючи врожайність.
Використання аміаку у сільському господарстві
Аміак в основному використовується для безлічі видів азотних добрив, таких як карбамід і нітрат (аміачна селітра) і сульфат амонію. Більшість виробленого у світі аміаку продається сільськогосподарським чи промисловим споживачам.
Широке використання у промисловості
Аміак – одна з найважливіших речовин для хімічної промисловості. Його використовують для одержання полімерів, текстилю, вибухівки, етанолу. Застосовується аміак і як розчинник і охолоджувальну речовину. Аміак використовується при виробництві ліків та косметики.
Виробництво аміаку
Аміак виробляється шляхом з'єднання азоту та водню при температурах 380 - 500 градусів за Цельсієм та тиском 250 атм у присутності каталізатора.
В якості сировини для виробництва аміаку може бути використане вугілля, кокс та коксовий газ, але в основному аміак виробляють із природного газу. Виробництво аміаку відрізняється високою енергоємністю, показник споживання природного газу – один із найважливіших факторів, що визначають рентабельність.
Використання аміаку
Як добрива
Самостійно як добрива застосовується безводний аміак, який одержують шляхом зрідження газоподібного аміаку під високим тиском. Він являє собою рідину із вмістом азоту 82,3%, що робить його найбільш концентрованим та економічно ефективним азотним добривом.
З аміаку виробляють багато видів азотних добрив.
Найбільш важливими є карбамід, аміачна селітра і сульфат амонію.
Карбамід (сечовина) виготовляється з аміаку та діоксиду вуглецю.
Він поставляється у вигляді гранул і мікро гранул і містить 46% азоту, що робить його найбільш концентрованим азотним добривом.
Аміачна селітра (NH 4 NO3) - найбільш поширене універсальне азотне добриво, що містить 35% азоту, застосовується як основне добриво і для підживлення.
Сульфат амонію містить 21% азоту та до 24% сірки, тому є також джерелом сірчаного харчування. Добре вбирається, не вимивається з ґрунту, використовується під усі сільськогосподарські культури.
Промислове використання
Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості. Речовини, що виробляються з аміаку, є основою для виробництва пропілену, текстильних волокон, проводів, труб, тари, шин, деталей автомобілів та телефонів. З аміаку виробляють також вибухові речовини.
Рідкий аміак використовують як розчинник і холодоагент. Аміак застосовують і як протиморозну добавку до сухих будівельних розчинів.
Похідні аміаку аміни використовуються у галузі медицини. Це нашатирний спирт, компоненти косметики та лікарських засобів.
Водний розчин аміаку використовується як джерело азоту в процесі виробництва дріжджів. У світі зростає попит на етанол, а дріжджі — єдиний вид мікроорганізмів, що використовується для перетворення цукру на етанол.
Зберігання та перевезення
При заморожуванні або під тиском аміак переходить у рідку форму та потребує спеціального обладнання та техніки для транспортування та зберігання.
Рідкий аміак зберігається у з'єднаних між собою резервуарах, оснащених запобіжними клапанами. Для підвищення безпеки резервуари обкопують, встановлюють додаткові піддони та стінки.
При зберіганні великих обсягів вуглеводневих газів найефективнішими є підземні газосховища. Широкого поширення набуло зберігання аміаку в ізотермічних газгольдерах.
Транспортування аміаку проводиться у спеціальних транспортних ємностях залізничним, водним та автотранспортом або магістральними трубопроводами.
Основні споживачі
Основний попит на продукт пред'являє Китай, підприємства якого споживають близько 30% аміаку, що виробляється у світі. Ще кілька країн та регіонів демонструють приблизно однаковий рівень споживання аміаку: це США (10%), країни СНД та Західної Європи (по 8-9%), Індія (8%).
Попит на аміак
Згідно з прогнозами експертів, у 2020 році виробництво аміаку становитиме близько 190 млн тонн на рік. Близько трьох чвертей аміаку, що виробляється у світі, використовується для виробництва добрив, близько 50% йде на виробництво тільки карбаміду.
В даний час на світовому ринку зростає попит на карбамід, тому прогнозується, що попит на аміак, з якого він виробляється, у період до 2020 зростатиме з темпами не менше 2% на рік.
Прогнозоване підвищення попиту продукт створює змогу знову будуються підприємств із виробництва карбаміду.
Азотна промисловість сьогодні одна з провідних галузей. Застосування аміаку поширилося на холодильну техніку (R717, медицину або сільське господарство(Добрива).
Першочергова увага приділяється саме виробництву азотних добрив (а отже — і їхнім основам, у тому числі аміаку, попит на який зріс за останні два десятиліття на 20%).
Але виробництво аміаку відрізняється насамперед високою енергоємністю. Вся історія цього виробництва - боротьба за зниження використовуваних енергій (механічної, теплової, електричної).
Синтез аміаку розкриває формула:
N2 + 3H2 = 2NH3 + Q
Реакція екзотермічна, оборотна, із зменшенням обсягу. Оскільки екзотермічна реакція, зниження температури змістить рівновагу до утворення аміаку, проте значно знизиться. Виробництво аміаку має йти за високих температур (синтез проходить при 500 градусах Цельсія). Підвищення t° призведе до Тиску від 15 до 100 МПа дозволяє протидіяти впливу температури (низький тиск – від 10 до 15 МПа, середній тиск – від 25 до 30 МПа, високий тиск – понад 50 МПа). З них краще середнє.
Каталізатором служить із добавками кальцію, кремнію, калію, оксидів алюмінію.
Шкідливі домішки вода, сірководень) негативно позначаються на швидкості перебігу реакції, отруюючи каталізатор, знижуючи тим самим його активність і зменшуючи термін служби. Це означає, що сірководнева суміш повинна обов'язково пройти ретельне очищення. Але навіть після очищення на аміак перетворюється лише частина цієї суміші. Тому частку, що не прореагувала, знову відправляють в реактор.
Як відбувається виробництво аміаку?
У трубопровід подають вже підготовлену суміш із трьох частин водню та однієї азоту. Вона проходить через турбокомпресор, де стискається до зазначеного вище тиску, і прямує до колони синтезу з каталізатором на вбудованих полицях. Процес, як ми з'ясували, дуже екзотермічний. Теплом, що виділяється, нагрівається азотоводородная суміш. З колони виходить близько 25 відсотків аміаку і азот, що не прореагував, з воднем. Весь склад надходить у холодильник, де суміш охолоджується. Аміак під тиском стає рідким. Тепер у роботу вступає сепаратор, завдання якого — відокремити аміак у збірник у нижній частині і суміш, що не прореагувала, яка повертається назад у колону. Завдяки такій циркуляції азотоводнева суміш використовується на 95 відсотків. Рідкий аміак з аміакопроводу надходить на спеціальний склад.
Всі апарати, що використовуються у виробництві, максимально герметичні, що виключає витік. Використовується лише енергія, що відбуваються всередині екзотермічних реакцій. Схема замкнута, маловідходна. Витрати знижені завдяки безперервному та автоматизованому процесу.
Виробництво аміаку не може не впливати на навколишнє середовище. Неминучими є газові викиди, що включають аміак, оксиди вуглецю та азоту та інші домішки. Виділяється низькопотенційна теплота. Скидається вода після промивання систем охолодження та самого реактора.
Тому у виробництво аміаку необхідно включати каталітичне очищення з наявністю газу-відновника. Зниження кількості стічних водможна домогтися заміною на турбокомпресори. Низькопотенційна теплота може бути утилізована введенням високопотенційної теплоти. Однак це збільшить забрудненість димовими газами.
Енерготехнологічна схема, що включає парогазовий цикл, де використовуються як тепло пари, так і продукти згоряння палива, одночасно підвищить ефективність виробництва і зменшить викиди.
