La producció d’amoníac utilitza carbó, coca, coca i gas natural com a matèries primeres. Al mateix temps, el gas natural continua essent la principal matèria primera.
Una mica d’història
Al segle XX, el famós científic químic Gaber va desenvolupar la síntesi física i química de l’amoníac. Els seguidors de Gaber també van contribuir a aquesta producció. Així doncs, Mittash va poder desenvolupar un catalitzador eficaç, Bosch va crear equips especials.
Mittash va provar un gran nombre de barreges com a catalitzadors (uns 20 mil), fins que es va instal·lar en la magnetita sueca, que té la mateixa composició que els catalitzadors que s'utilitzen activament en l'actualitat. Els catalitzadors moderns es promouen l’acer amb una petita quantitat d’alúmina i potassi.
En època soviètica, un gran treball es va dur a terme a instituts de recerca i laboratoris de fàbriques en el camp dels estudis de cinètica i termodinàmica de síntesi d'amoníac. Els enginyers de les plantes d'adobs nitrogenades i treballadors innovadors van aportar una contribució significativa a la millora de la tecnologia de la producció d'amoníac. Com a resultat d’aquests treballs, es va intensificar substancialment tot el procés tecnològic, es van crear dissenys completament nous d’aparells especialitzats, es va iniciar la construcció de la producció d’amoníac.
El sistema soviètic de producció d'amoníac es caracteritzava per una eficiència suficient i una alta productivitat.
La primera aplicació pràctica que confirma l’èxit de la teoria proposada va ser el desenvolupament d’un procés tan important de tecnologia química com la síntesi d’amoníac.
Un dels tipus de maneres prou efectives per millorar la producció d'amoníac és la utilització de gasos de purga. Les plantes modernes emeten amoníac d’aquests gasos per congelació.
Els gasos de purga després de l’amoníac es poden utilitzar com a combustible baix en calories. De vegades, simplement es llencen a l’atmosfera. Els gasos de combustió s’han d’enviar a un forn de tub (departament de conversió de metà). D’aquesta manera, s’estalvia el consum de matèries primeres (gas natural).
Hi ha una altra manera d’utilitzar aquests gasos. Es tracta d’una separació dels seus mètodes de refredament profund. Aquest mètode reduirà el cost total dels productes acabats (amoníac). A més, l’argó obtingut en aquest procés és molt més barat que el seu analògic, però recuperable en una unitat de separació d’aire.
Els gasos de purga tenen un alt contingut inert que contribueix a una reacció menys intensa.
Esquema de producció d'amoníac
Per a un estudi detallat de la tecnologia de fabricació d’amoníac, cal considerar el procés d’evolució de l’amoníac a partir de substàncies tan simples com l’hidrogen i el nitrogen. Tornant a la química a nivell escolar, es pot notar que aquesta reacció es caracteritza per una reversibilitat i una disminució del volum.
Com que aquesta reacció és exotèrmica, una disminució de la temperatura contribuirà a un canvi d'equilibri a favor de l'alliberament d'amoníac. Tanmateix, en aquest cas, hi ha una disminució significativa de la velocitat de la pròpia reacció química. És per això que la síntesi es realitza en presència d’un catalitzador i resisteix una temperatura d’uns 550 graus.
Els principals mètodes per a la producció d’amoníac
A la pràctica es coneixen els següents mètodes de producció:
- a baixa pressió (uns 15 MPa);
- a pressió mitjana (uns 30 MPa) - el mètode més comú;
- a alta pressió (uns 100 MPa).
Impureses com el sulfur d'hidrogen, l'aigua i el monòxid de carboni afecten negativament la síntesi d'amoníac. Per tal que no redueixin l’activitat del catalitzador, s’ha de netejar a fons la barreja nitrogen-hidrogen. No obstant això, fins i tot en aquestes condicions, només una part de la barreja es convertirà en amoníac en el futur.
Així, considerem amb més detall el procés de producció d’amoníac.
Tecnologia de producció
L’esquema de producció d’amoníac consisteix en el flux de gas natural amb nitrogen líquid. En aquest cas, és necessari realitzar la conversió de gasos a alta temperatura, pressió fins a 30 atmosferes i una temperatura d’uns 1350 graus. Només en aquest cas, el gas sec convertit tindrà baixes taxes de consum d’oxigen i gas natural.
Fins fa poc, la producció d’amoníac, la tecnologia de la qual contenia connexions tant en sèrie com en paral·lel entre els dispositius utilitzats, es basava en la duplicació de les funcions dels equips principals. El resultat d'aquesta organització del procés de producció va ser un estirament significatiu de les comunicacions tecnològiques.
Hi ha una producció moderna d’amoníac, la tecnologia de la qual ja preveu l’ús d’una planta amb una capacitat de 1360 tones diàries. Aquest equipament inclou almenys deu dispositius de conversió, síntesi i purificació. Les tecnologies en paral·lel en sèrie formen unitats independents (tallers), que s’encarreguen de la implementació de diferents etapes de processament de matèries primeres. Així, la producció organitzada d’amoníac pot millorar significativament les condicions de treball en plantes especialitzades, dur a terme l’automatització, cosa que comportarà l’estabilització de tot el procés tecnològic. Aquestes millores també comportaran una simplificació significativa de la tecnologia global per a la producció d’amoníac sintètic.
Novetats en tecnologia de fabricació d’amoníac
La producció moderna d’amoníac a la indústria utilitza un tipus de gas natural més barat com a matèria primera. Això redueix significativament el cost del producte acabat. A més, gràcies a aquesta organització, es poden millorar les condicions de treball a les plantes respectives i es pot simplificar molt la producció química d’amoníac.
Característiques del procés de producció
Per a la posterior millora del procés de producció, és necessari alliberar els mecanismes de neteja de gasos d’impureses nocives i innecessàries. Per a això, s’utilitza el mètode de purificació fina (adsorció i precàlisis).
Aquest és el cas quan la producció d’amoníac no implica rentar el gas amb nitrogen líquid, però al mateix temps es produeix una conversió a baixes temperatures de monòxid de carboni. Per a la conversió de gas natural a alta temperatura, es pot utilitzar aire enriquit amb oxigen. En aquest cas, cal assegurar-se que la concentració de metà al gas convertit no superi el 0,5%. Això es deu a l’alta temperatura (uns 1400 graus), que s’incrementa durant una reacció química. Per tant, com a resultat d’aquest tipus de producció, es pot localitzar una alta concentració de gasos inerts a la barreja inicial i el seu consum és un 4,6% superior al mateix consum durant la conversió d’oxigen a una concentració del 95%. Al mateix temps, el consum d’oxigen és un 17% inferior.
Producció tecnològica de gas
Aquesta producció és l’etapa inicial en la síntesi d’amoníac i es realitza a una pressió d’uns 30 a. Per fer-ho, el gas natural es comprimeix mitjançant un compressor de fins a 40 atm, després s'escalfa a 400 graus en una bobina, que es troba en un forn tubular, i es subministra al compartiment de desulfuració.
Si el sofre està present en una quantitat d’1 mg en m en gas natural purificat, s’ha de barrejar amb vapor d’aigua en una proporció adequada (4: 1).
L’hidrogen reacciona amb monòxid de carboni (l’anomenatmetanació) es produeix amb l’alliberament d’una gran quantitat de calor i una disminució important del volum.
Producció de coure
Es realitza si la producció d’amoníac no inclou el rentat amb nitrogen líquid. En aquest procés s’utilitza un tractament de coure-amoníac. En aquest cas s’utilitza aquesta producció d’amoníac, l’esquema tecnològic del qual utilitza aire enriquit amb oxigen. Al mateix temps, els especialistes han de garantir que la concentració de metà del gas convertit no superi el 0,5%, un indicador relacionat directament amb un augment de la temperatura fins a 1400 graus durant la reacció.
Les principals direccions de desenvolupament de la producció d’amoníac
En primer lloc, en un futur proper és necessari cooperar en les indústries orgàniques i nitrogenades, les quals haurien de basar-se en l’ús de matèries primeres com el refinament del gas natural o del petroli.
En segon lloc, hi hauria d’haver una ampliació gradual de tota la producció i dels seus components individuals.
En tercer lloc, en l’etapa actual de desenvolupament de la indústria química, es necessita investigació per desenvolupar sistemes catalítics actius per aconseguir la màxima reducció de pressió en el procés de producció.
En quart lloc, hauria d’entrar en pràctica l’ús de columnes especials per a la síntesi mitjançant un catalitzador de llit fluiditzat.
En cinquè lloc, per augmentar l'eficiència de la producció, cal millorar el funcionament dels sistemes d’aprofitament de la calor.
Conclusió
L’amoníac és de gran importància per a la indústria química i l’agricultura. Serveix com a matèria primera per a la producció d’àcid nítric, les seves sals, així com sals d’amoni i diversos fertilitzants de nitrogen.
