Очистка АВС от примесей

Получение водорода

Сырьем в производстве аммиака является АВС стехиометрического состава N₂:Н₂=1:3. Так как ресурсы атмосферного азота неисчерпаемы, сырьевая база аммиачного производства определятся водородом. Три способа получения:

1) Физический – извлечение водорода из коксового газа;

2) Электрохимический – электролиз воды;

3) Химический – конверсия углеводородных газов (метан).

Сейчас свыше 90% аммиака вырабатывается на основе природного газа.

КОНВЕРСИЯ МЕТАНА

Это окисление метана при высокой температуре кислородом или кислородсодерщими соединениями: H₂O или CO₂. Рассмотрим процесс конверсии по ступеням.

Первая ступень

CH₄ + H₂O_пар = CO + 3H₂ – Q – реакция эндотермическая и обратимая.

Помимо основной реакции протекает побочная реакция (крекинг метана) при Т=950°С:

CH₄ = C + 2H₂

Первая реакция протекает медленно, значит, реакцию проводят гетерогенно на поверхности никелевого катализатора, который напыляется на твердый носитель оксида алюминия или магния. Что позволяет увеличить скорость основной реакции и исключить протекание побочной. Срок службы катализатора до трех лет. Никелевые катализаторы чувствиткльны к действию сернистых соединений (образуется сульфид никеля). Поэтому перед конверсией метан подвергают сероочистке. Температурный интервал работы никелевого катализатора – 600-1000°С.

Оптимальная температура процесса – 800°С. При увеличении температуры возможно протекание побочной реакции, а также требуется больше электроэнергии и становится более дорогой аппаратура. На этой стадии конвертируется около 90% метана.

По принципу Ле-Шателье, давление необходимо снижать. Но на практике процесс проводят при давлении 4 МПа. Отрицательное действие давление компенсируют высокой температурой и избытком водяного пара.

Вторая ступень

Вторым окислителем служит кислород:

CH₄ + 0,5O₂ = CO + 2H₂ + Q

Процесс простой, необратимый, экзотермический, гетерогенно-каталитический, проводят на никелевом катализаторе при Т=900-1000°С.

Конверсия оксида углерода

Реакция: CO + H₂O_пар = CO₂ + H₂ + Q

Процесс сложный, обратимый, экзотермический, гетерогенно-каталитический. Помимо основной реакции протекает побочная:

2СО = С + СО₂

Повысить степень конверсии СО можно удалением диоксида углерода из газовой смеси, увеличением содержания водяного пара или проведение процесса при возможно низких температурах. Таким образом, Т=200-250°С и в качестве катализатора соединения хрома, цинка или меди.

Суммарная реакция:

2CH₄ + O₂ + 2Н₂О= 2CO₂ + 6H₂

На стадии конверсии метана применяются трубчатые печи и шахтные реакторы. На стадии конверсии оксида углерода могут применяться шахтные, полочные и с радиальным ходом газа реакторы.

Очистка АВС от примесей

Технологические газы после риформинга метана используются для синтеза аммиака и спиртов. Кислородсодержащие примеси (СО, СО₂, О₂, Н₂О) в синтез-газе отрицательно действуют на катализатор, снижая его производительность. Допустимое содержание этих примесей не более 0,002%. Перед очисткой технологический газ содержит 15-30% СО₂ и 0,3-4,0% СО, кислород отсутствует полностью, а водяной пар конденсируется при охлаждении. Поэтому следующая стадия – очистка газа от СО и СО₂.

Оксид углерода (2) – бесцветный газ без запаха, плохо растворим в воде. Сильно токсичен. Основная опасность – способность связываться с гемоглобином крови легче, чем у кислорода. При очистке от СО используют свойства: возможность окисления до СО₂ и вступать в реакции комплескообразования.

Оксид углерода (4) – бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом. В воде растворим хорошо с образованием слабой угольной кислоты. Образующиеся карбонаты и гидрокарбонаты не токсичны. Это кислотный оксид, взаимодействующий с основаниями и основными оксидами.

Методы очистки газа от примесей:

Метод	Основные процессы
Абсорбция аминоспиртами	(RNH3)2CO3 + CO2 + H2O = 2(RNH3)HCO3
Метанирование	CO + 3H2 = CH4 + H2O CO + 4H2 = CH4 + 2H2O (катализатор на основе оксидов Al и Ni, Т=550-650°С)
Абсорбция медно-аммиачными раствором	(Cu(NH3)2)+ + CO + HH3 = (Cu(NH3)3CO)+ Регенерация сорбента: (Cu(NH3)3CO)+ = (Cu(NH3)2)+ + CO + HH3 NH3 + H2O = NH4OH 2NH4OH + CO2 = (NH4)2CO3 + H2O (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3
Абсорбция водой	CO2 + H2O = H2CO3 Регенерация сорбента: H2CO3 = CO2 + H2O