Při výrobě amoniaku se jako suroviny používá uhlí, koks, koks a zemní plyn. Současně je zemní plyn stále hlavní surovinou.
Trocha historie
Již ve 20. století vyvinul slavný chemický vědec Gaber fyzikální a chemickou syntézu amoniaku. K této inscenaci přispěli i stoupenci Gabera. Takže Mittash byl schopen vyvinout účinný katalyzátor, Bosch vytvořil speciální zařízení.
Mittash testoval obrovské množství směsí jako katalyzátorů (asi 20 tisíc), dokud se neusadil na švédském magnetitu, který má stejné složení jako katalyzátory, které se dnes aktivně používají. Moderní katalyzátory jsou podporovány ocelí s malým množstvím aluminy a draslíku.
V sovětských dobách byla ve výzkumných ústavech a laboratořích v továrnách prováděna obrovská práce v oblasti studia kinetiky a termodynamiky syntézy amoniaku. Významně přispěli ke zlepšení technologie výroby amoniaku inženýři zařízení na výrobu dusíkatých hnojiv a inovativní pracovníci. V důsledku těchto prací byl podstatně zintenzivněn celý technologický proces, byly vytvořeny zcela nové návrhy specializovaných přístrojů, začala se výroba amoniaku.
Sovětský systém výroby amoniaku byl charakterizován dostatečnou účinností a vysokou produktivitou.
První praktickou aplikací potvrzující úspěch navrhované teorie byl vývoj tak důležitého procesu chemické technologie, jako je syntéza amoniaku.
Jedním z typů dostatečně účinných způsobů, jak zlepšit produkci amoniaku, je využití proplachovacích plynů. Moderní rostliny emitují amoniak z těchto plynů zmrazením.
Proplachovací plyny po amoniaku lze použít jako nízkokalorické palivo. Někdy jsou jednoduše hodeni do atmosféry. Spaliny musí být vedeny do trubkové pece (oddělení pro přeměnu metanu). Tím se šetří spotřeba surovin (zemní plyn).
Existuje další způsob, jak tyto plyny využít. Toto je oddělení jejich metod hlubokého chlazení. Tato metoda sníží celkové náklady na hotové výrobky (amoniak). Také argon získaný v tomto procesu je mnohem levnější než jeho analog, ale regenerovatelný v jednotce pro separaci vzduchu.
Proplachovací plyny mají vysoký inertní obsah, což přispívá k méně intenzivní reakci.
Schéma výroby amoniaku
Pro podrobnou studii technologie výroby amoniaku je nutné zvážit proces vývoje amoniaku z takových jednoduchých látek, jako je vodík a dusík. Když se vracíme k chemii na školní úrovni, lze poznamenat, že tato reakce je charakterizována reverzibilitou a poklesem objemu.
Protože je tato reakce exotermická, snížení teploty přispěje k posunu rovnováhy ve prospěch uvolňování amoniaku. V tomto případě však dochází k významnému snížení rychlosti samotné chemické reakce. Proto je syntéza prováděna v přítomnosti katalyzátoru a při teplotě asi 550 stupňů.
Hlavní metody výroby amoniaku
Z praxe jsou známy následující výrobní metody:
- při nízkém tlaku (asi 15 MPa);
- při středním tlaku (asi 30 MPa) - nejběžnější metoda;
- při vysokém tlaku (asi 100 MPa).
Nečistoty jako sirovodík, voda a oxid uhelnatý negativně ovlivňují syntézu amoniaku. Aby nesnížily aktivitu katalyzátoru, musí být směs dusíku a vodíku důkladně vyčištěna. Avšak i za těchto podmínek se pouze část směsi v budoucnu změní na amoniak.
Podrobněji tedy zvažujeme proces výroby amoniaku.
Technologie výroby
Schéma výroby amoniaku zahrnuje proplachování zemního plynu pomocí kapalného dusíku. V tomto případě je nutné provést přeměnu plynu při vysoké teplotě, tlaku až 30 atmosfér a teplotě asi 1350 stupňů. Pouze v tomto případě bude přeměněný suchý plyn mít nízkou spotřebu kyslíku a zemního plynu.
Až donedávna byla výroba amoniaku, jehož technologie obsahovala jak sériová, tak paralelní propojení mezi použitými zařízeními, založena na zdvojení funkcí hlavního zařízení. Výsledkem této organizace výrobního procesu bylo významné natažení technologických komunikací.
K dispozici je moderní výroba čpavku, jejíž technologie již předpokládá využití zařízení s kapacitou 1360 tun denně. Toto zařízení obsahuje nejméně deset zařízení pro konverzi, syntézu a čištění. Sériově paralelní technologie tvoří nezávislé jednotky (workshopy), které jsou odpovědné za realizaci jednotlivých fází zpracování surovin. Organizovaná výroba amoniaku tak může výrazně zlepšit pracovní podmínky ve specializovaných závodech, provádět automatizaci, což povede ke stabilizaci celého technologického procesu. Tato zlepšení také povedou k významnému zjednodušení celkové technologie výroby syntetického amoniaku.
Inovace v technologii výroby amoniaku
Moderní výroba amoniaku v průmyslu používá jako surovinu levnější druh zemního plynu. Tím se výrazně sníží náklady na hotový produkt. Kromě toho se díky takové organizaci mohou zlepšit pracovní podmínky v příslušných závodech a chemická výroba amoniaku se může výrazně zjednodušit.
Vlastnosti výrobního procesu
Pro následné zlepšení výrobního procesu je nezbytné uvolnit mechanismy pro čištění plynů od škodlivých a zbytečných nečistot. K tomu se používá metoda jemného čištění (adsorpce a precatalýza).
To je případ, kdy výroba amoniaku nezahrnuje promývání plynu kapalným dusíkem, ale současně dochází k přeměně oxidu uhelnatého při nízké teplotě. Pro přeměnu zemního plynu při vysoké teplotě lze použít vzduch obohacený kyslíkem. V tomto případě je nutné zajistit, aby koncentrace metanu v přeměněném plynu nepřesáhla 0,5%. Je to kvůli vysoké teplotě (asi 1400 stupňů), která se během chemické reakce zvyšuje. V důsledku tohoto typu výroby je tedy možno ve výchozí směsi sledovat vysokou koncentraci inertního plynu a jeho spotřeba je o 4,6% vyšší než stejná spotřeba při přeměně kyslíku při koncentraci 95%. Současně je spotřeba kyslíku o 17% nižší.
Technologická výroba plynu
Tato produkce je počátečním stupněm syntézy amoniaku a provádí se pod tlakem asi 30 kPa. Za tímto účelem se zemní plyn stlačuje pomocí kompresoru do 40 atm, potom se zahřívá na 400 stupňů ve svitku, který je umístěn v trubkové peci, a je dodáván do odsiřovací komory.
Pokud je síra přítomná v čištěném zemním plynu v množství 1 mg vm, musí být smíchána s vodní parou ve vhodném poměru (4: 1).
Vodík reaguje s oxidem uhelnatým (tzvmethanation) dochází s uvolněním velkého množství tepla a výrazným poklesem objemu.
Výroba mědi
To se provádí, pokud výroba amoniaku nezahrnuje promývání tekutým dusíkem. V tomto procesu se používá zpracování měď-amoniak. V tomto případě se používá taková výroba amoniaku, jejíž technologické schéma využívá vzduch obohacený kyslíkem. Současně by specialisté měli zajistit, aby koncentrace metanu v přeměněném plynu nepřesáhla 0,5%, takový ukazatel přímo souvisí s nárůstem teploty na 1400 stupňů během reakce.
Hlavní směry vývoje výroby amoniaku
Zaprvé, v blízké budoucnosti je nutné spolupracovat v organickém a dusíkatém průmyslu, který by měl být založen na využívání takových surovin, jako je rafinace zemního plynu nebo ropy.
Zadruhé by mělo dojít k postupnému rozšiřování veškeré výroby a jejích jednotlivých složek.
Zatřetí, v současné fázi vývoje chemického průmyslu je zapotřebí výzkumu pro vývoj aktivních katalytických systémů k dosažení maximálního snížení tlaku ve výrobním procesu.
Začtvrté by se mělo začít používat speciální kolony pro syntézu pomocí katalyzátoru s fluidním ložem.
Za páté, za účelem zvýšení účinnosti výroby je nezbytné zlepšit provoz systémů využití tepla.
Závěr
Amoniak má velký význam pro chemický průmysl a zemědělství. Slouží jako surovina při výrobě kyseliny dusičné, jejích solí, amonných solí a různých dusíkatých hnojiv.
