Синтез аммиака из азот-водородной смеси (АВС)

Производство аммиака

Лекция 4

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СЕРНОКИСЛОТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Большие масштабы производства серной кислоты особенно остро ставят проблему его совершенствования. Здесь можно выделить следующие основные направления:

1. Расширение сырьевой базы за счет использования отходящих газов котельных теплоэлектроцентралей и различных производств

2. Повышение единичной мощности установок. Увеличение мощности в 2-3 раза снижает себестоимость продукции на 25-30 %

3. Интенсификация процесса обжига сырья путем использования кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Это уменьшает объем газа, проходящего через аппаратуру и повышает ее производительность.

4. Повышение давления в процессе, что способствует увеличению интенсивности работы основной аппаратуры.

5. Применение новых катализаторов с повышенной активностью и низкой температурой зажигания

6. Повышение концентрации SO₃ в печном газе, подаваемом на контактирование.

7. Внедрение реакторов кипящего слоя на стадиях обжига сырья и контактирования

8. Использование тепловых эффектов химических реакций на всех стадиях производства, в том числе для выработки технологического пара.

9. Создание энерготехнологических схем, в которых комбинируются технологические (получение серной кислоты) и энергетические (выработка электроэнергии) процессы переработки одного и того же сырья.

Производство аммиака .

Соединения азота и их значение для народного хозяйства. Промышленные методы связывания азота, их сравнительная характеристика.

Сырье в производстве аммиака. Методы получения водорода и азотоводородной смеси (АВС) для синтеза аммиака. Двухстадийный процесс получения АВС из метана конверсией с водяным паром и воздухом, с последующей конверсией оксида углерода (II). Очистка конвертированного газа. Синтез аммиака из АВС, как пример каталитического процесса, осуществляемого по циклической (круговой) схеме. Теоретические основы синтеза. Состав катализатора и каталитические яды. Предкатализ и его назначение. Промышленные способы синтеза аммиака. Принципиальная схема производства аммиака при среднем давлении. Устройство колонны синтеза - каталитического реактора, работающего при высоких температурах идавлениях. Использование теплоты реакции для поддержания автотермичности процесса.

Соединения азота имеют исключительное значение для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Соединения азота используются при производстве азотной кислоты, разнообразных минеральных удобрений, полимерных материалов, взрывчатых веществ, ракетных топлив, красителей, лекарственных препаратов.

Азот принадлежит к числу достаточно распространенных химических элементов, но его содержание в различных сферах Земли колеблется в различных пределах:

планета в целом – 0.01 масс. %

земная кора – 0.04 масс. %

атмосфера – 75.5 масс. %

Формы существования азота в земной коре весьма разнообразны. Он входит в состав различных минералов, содержится в каменном угле, нефти и других видах ископаемого топлива.

АЗОТ ИМЕЕТ ВАЖНЕЙШЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ, являясь одним из элементов, входящих в состав белковых структур, без которых невозможно существование живой клетки. На рисунке 4.1 представлены формы существования азота на земле и содержание элемента в них.

Основным природным источником азота является атмосфера. Масса азота в ней составляет 8·10⁴ т / га суши. Однако газообразный молекулярный азот представляет одно из самых устойчивых химических соединений. Энергия связи в молекуле азота равна 940,5 кДж/моль.

Рис. 4.1 – формы существования азота в литосфере.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ АЗОТ ПРАКТИЧЕСКИ НЕ РЕАКЦИОННОСПОСОБЕН. В естественных условиях лишь незначительное количество атмосферного азота переходит в биологически усвояемую форму в результате грозовых разрядов по реакции

N₂ + O₂ ® 2NO

Либо непосредственно фиксируется ограниченными видами растений в форме аминокислот в ходе фотосинтеза, катализируемого ферментами

N (атм) ® N (бакт) ® N (связанный)

Большинство организмов (высшие растения и животные) усваивают азот в виде соединений со степенью окисления -3 и не могут использовать азот атмосферы. Скорость же перевода атмосферного азота в состояние, в котором он может быть усвоен, в природных процессах крайне мала. В то же время организация современного культурного земледелия связана с непрерывным выводом азота из почвы, поэтому необходимо постоянно пополнять содержание азота в почве, причем в форме, усваиваемой растениями. Это достигается внесением минеральных солей – удобрений.

До конца XIX века источником связанного азота, т.е. соединений азота, служили природные соли аммиачная или чилийская селитра - нитраты калия и натрия. Однако запасы этих солей крайне ограничены и неравномерно распределены. Поэтому возникла необходимость разработки технологии связывания атмосферного азота.