Химическая и операторная схема производства аммиака

Аммиак получают прямым синтезом из азота и водорода: для этого смесь азота и водорода в соотношении N₂ + H₂ = 1:3 (азотоводородная смесь) пропускают через катализатор, в результате чего образуется аммиак:

.

Азотоводородную смесь получают из углеродсодержащих газов и атмосферного воздуха по схеме:

После удаления из газовой смеси СО₂ получают азотоводородную смесь, из которой в присутствии катализатора образуется аммиак.

Промышленные способы производства аммиака различаются в зависимости от давления, при котором проводят каталитическую реакцию синтеза:

- системы низкого давления (10-15 МПа);

- системы среднего давления (25-60 МПа);

- системы высокого давления (60-100 МПа).

В большинстве случаев процесс осуществляется в установках, работающих при среднем давлении; при этом обеспечивается достаточно высокая скорость процесса синтеза аммиака и удачно решается аппаратурное оформление процесса выделения аммиака, осуществляемого при среднем давлении, который включает в себя девять стадий (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Операторная схема синтеза аммиака:

1 – компрессор; 2 – смеситель; 3 – теплообменник; 4 – аммиачный холодильник (испаритель жидкого аммиака); 5,8 – сепараторы; 6 – колонна синтеза аммиака (реактор); 7 – водяной холодильник; 9 – циркуляционный компрессор.

Азотоводородная смесь (АВС) поступает в компрессор 1, где сжимается до давления 30 МПа. Затем в смесителе 2 она смешивается с непрореагировавшей АВС, возвращаемой после реакции, и охлаждается сначала в теплообменнике 3, а потом в испарителе жидкого аммиака 4. При охлаждении из АВС конденсируется некоторое количество аммиака, который обычно в ней присутствует. В сепараторе 5 жидкий аммиак отделяют, а АВС подают в колонну синтеза 6, где и осуществляется реакция. Полученный продукт – NH₃ конденсируют при охлаждении в водяном конденсаторе 7 и затем отделяют от непрореагировавшей АВС в сепараторе 8. Степень превращения азота на катализаторе с образованием NH₃ составляет всего лишь 15-20%, поэтому после выделения NH₃ (стадия 8) непрореагировавшую АВС возвращают в процесс. Так как после колонны синтеза 6 давление составляет 28 МПа, то перед инжектором 2 АВС сжимают до давления 30 МПа.