Bei der Ammoniakherstellung werden Kohle, Koks, Koks und Erdgas als Rohstoffe verwendet. Gleichzeitig ist Erdgas nach wie vor der Hauptrohstoff.
Ein bisschen Geschichte
Bereits im 20. Jahrhundert entwickelte der berühmte Chemiker Gaber die physikalische und chemische Synthese von Ammoniak. Zu dieser Produktion haben auch die Anhänger Gabers beigetragen. Damit Mittash einen wirksamen Katalysator entwickeln konnte, schuf Bosch spezielle Geräte.
Mittash testete eine Vielzahl von Gemischen als Katalysatoren (etwa 20.000), bis er sich auf schwedischem Magnetit niederließ, der die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die heute aktiv verwendeten Katalysatoren. Moderne Katalysatoren sind Stähle, die mit einer geringen Menge Aluminiumoxid und Kalium gefördert werden.
In der Sowjetzeit leisteten Forschungsinstitute und Labors in Fabriken enorme Arbeit auf dem Gebiet der Untersuchung der Kinetik und Thermodynamik der Ammoniaksynthese. Ein wesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Technologie der Ammoniakproduktion wurde von Ingenieuren von Stickstoffdüngemittelanlagen und innovativen Arbeitern geleistet. Infolge dieser Arbeiten wurde der gesamte technologische Prozess wesentlich intensiviert, völlig neue Konstruktionen von Spezialapparaten wurden geschaffen, der Bau der Ammoniakproduktion begann.
Das sowjetische Ammoniakproduktionssystem zeichnete sich durch ausreichende Effizienz und hohe Produktivität aus.
Die erste praktische Anwendung, die den Erfolg der vorgeschlagenen Theorie bestätigte, war die Entwicklung eines so wichtigen chemischen Verfahrens wie der Ammoniaksynthese.
Eine der Arten von ausreichend wirksamen Wegen zur Verbesserung der Ammoniakproduktion ist die Verwendung von Spülgasen. Moderne Anlagen setzen aus solchen Gasen durch Einfrieren Ammoniak frei.
Spülgase nach Ammoniak können als kalorienarmer Kraftstoff verwendet werden. Manchmal werden sie einfach in die Atmosphäre geworfen. Verbrennungsgase müssen einem Röhrenofen (Abteilung Methanumwandlung) zugeführt werden. Dies spart den Verbrauch von Rohstoffen (Erdgas).
Es gibt eine andere Möglichkeit, diese Gase zu nutzen. Dies ist eine Trennung ihrer Methoden der Tiefkühlung. Diese Methode reduziert die Gesamtkosten der fertigen Produkte (Ammoniak). Auch das bei diesem Verfahren erhaltene Argon ist viel billiger als sein Analogon, kann jedoch in einer Luftzerlegungsanlage gewonnen werden.
Die Spülgase haben einen hohen Inertgehalt, der zu einer weniger intensiven Reaktion beiträgt.
Ammoniak-Produktionsschema
Für eine detaillierte Untersuchung der Ammoniakherstellungstechnologie ist es notwendig, den Prozess der Ammoniakentwicklung aus so einfachen Substanzen wie Wasserstoff und Stickstoff zu betrachten. Zurück zur Chemie auf Schulebene ist festzustellen, dass diese Reaktion durch Reversibilität und Volumenverringerung gekennzeichnet ist.
Da diese Reaktion exotherm ist, trägt eine Abnahme der Temperatur zu einer Verschiebung des Gleichgewichts zugunsten der Freisetzung von Ammoniak bei. In diesem Fall ist jedoch eine signifikante Abnahme der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion selbst zu verzeichnen. Deshalb wird die Synthese in Gegenwart eines Katalysators bei einer Temperatur von etwa 550 Grad durchgeführt.
Die wichtigsten Methoden zur Herstellung von Ammoniak
Folgende Herstellungsverfahren sind aus der Praxis bekannt:
- bei niedrigem Druck (ca. 15 MPa);
- bei mittlerem Druck (ca. 30 MPa) - die gebräuchlichste Methode;
- bei hohem Druck (ca. 100 MPa).
Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff, Wasser und Kohlenmonoxid wirken sich negativ auf die Ammoniaksynthese aus. Damit sie die Aktivität des Katalysators nicht verringern, muss das Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch gründlich gereinigt werden. Aber auch unter diesen Bedingungen wird in Zukunft nur ein Teil des Gemisches zu Ammoniak.
Daher betrachten wir den Prozess der Ammoniakherstellung genauer.
Produktionstechnik
Bei der Ammoniakproduktion wird Erdgas mit flüssigem Stickstoff gespült. In diesem Fall ist es notwendig, die Umwandlung von Gas bei hoher Temperatur, Druck bis zu 30 Atmosphären und einer Temperatur von etwa 1350 Grad durchzuführen. Nur in diesem Fall hat das umgewandelte trockene Gas niedrige Verbrauchswerte für Sauerstoff und Erdgas.
Bis vor kurzem basierte die Herstellung von Ammoniak, dessen Technologie sowohl serielle als auch parallele Verbindungen zwischen den verwendeten Geräten enthielt, auf der Verdoppelung der Funktionen der Hauptgeräte. Das Ergebnis dieser Organisation des Produktionsprozesses war eine erhebliche Ausdehnung der technologischen Kommunikation.
Es gibt eine moderne Ammoniakproduktion, deren Technologie bereits den Einsatz einer Anlage mit einer Kapazität von 1360 Tonnen pro Tag vorsieht. Diese Ausrüstung enthält mindestens zehn Vorrichtungen zur Umwandlung, Synthese und Reinigung. Seriell-parallele Technologien bilden eigenständige Einheiten (Workshops), die für die Durchführung einzelner Stufen der Rohstoffverarbeitung zuständig sind. So kann die organisierte Produktion von Ammoniak die Arbeitsbedingungen in spezialisierten Anlagen erheblich verbessern, Automatisierung durchführen, was zur Stabilisierung des gesamten technologischen Prozesses führen wird. Diese Verbesserungen werden auch zu einer wesentlichen Vereinfachung der gesamten Technologie zur Herstellung von synthetischem Ammoniak führen.
Innovationen in der Ammoniakherstellungstechnologie
In der modernen Ammoniakproduktion der Industrie wird billigeres Erdgas als Rohstoff verwendet. Dies reduziert die Kosten des fertigen Produkts erheblich. Darüber hinaus können durch eine solche Organisation die Arbeitsbedingungen in den jeweiligen Werken verbessert und die chemische Herstellung von Ammoniak stark vereinfacht werden.
Merkmale des Produktionsprozesses
Für die spätere Verbesserung des Produktionsprozesses ist es notwendig, die Mechanismen zur Reinigung der Gase von schädlichen und unnötigen Verunreinigungen zu befreien. Hierzu wird das Feinreinigungsverfahren (Adsorption und Vorkatalyse) angewendet.
Dies ist der Fall, wenn bei der Herstellung von Ammoniak das Gas nicht mit flüssigem Stickstoff gewaschen wird, sondern gleichzeitig Kohlenmonoxid bei niedriger Temperatur umgesetzt wird. Für die Umwandlung von Erdgas bei hohen Temperaturen kann sauerstoffangereicherte Luft verwendet werden. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass die Methankonzentration im umgesetzten Gas 0,5% nicht überschreitet. Dies liegt an der hohen Temperatur (ca. 1400 Grad), die während einer chemischen Reaktion ansteigt. Durch diese Art der Herstellung ist daher eine hohe Inertgaskonzentration im Ausgangsgemisch nachweisbar, deren Verbrauch bei einer Konzentration von 95% um 4,6% höher ist als der gleiche Verbrauch bei der Sauerstoffumwandlung. Gleichzeitig sinkt der Sauerstoffverbrauch um 17%.
Technologische Gasproduktion
Diese Herstellung ist die Anfangsstufe bei der Ammoniaksynthese und erfolgt unter einem Druck von ca. 30 at. Dazu wird Erdgas mit einem Kompressor auf 40 atm verdichtet, dann in einer in einem Rohrofen befindlichen Wendel auf 400 Grad erhitzt und dem Entschwefelungsraum zugeführt.
Ist in gereinigtem Erdgas Schwefel in einer Menge von 1 mg in m enthalten, muss dieser in einem geeigneten Verhältnis (4: 1) mit Wasserdampf gemischt werden.
Wasserstoff reagiert mit Kohlenmonoxid (das sogenannteMethanisierung) erfolgt unter Freisetzung einer großen Wärmemenge und einer deutlichen Volumenverringerung.
Kupferproduktion
Es wird durchgeführt, wenn die Herstellung von Ammoniak kein Waschen mit flüssigem Stickstoff umfasst. Bei diesem Verfahren wird eine Kupfer-Ammoniak-Behandlung angewendet. In diesem Fall wird eine solche Ammoniakproduktion verwendet, deren technologisches Schema sauerstoffangereicherte Luft verwendet. Gleichzeitig sollten Fachleute darauf achten, dass die Methankonzentration im umgesetzten Gas 0,5% nicht überschreitet, ein solcher Indikator steht in direktem Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg auf 1400 Grad während der Reaktion.
Die Hauptrichtungen der Entwicklung der Ammoniakproduktion
Erstens ist es in naher Zukunft erforderlich, in der Bio- und Stickstoffindustrie zusammenzuarbeiten, die auf der Verwendung von Rohstoffen wie Erdgas oder Erdölraffinerien beruhen sollte.
Zweitens sollte die gesamte Produktion und ihre einzelnen Komponenten schrittweise erweitert werden.
Drittens sind in der gegenwärtigen Entwicklungsphase der chemischen Industrie Forschungsarbeiten erforderlich, um aktive katalytische Systeme zu entwickeln, mit denen eine maximale Druckreduzierung im Produktionsprozess erreicht werden kann.
Viertens sollte die Verwendung spezieller Säulen für die Synthese unter Verwendung eines Fließbettkatalysators in die Praxis umgesetzt werden.
Fünftens ist es zur Steigerung der Produktionseffizienz erforderlich, den Betrieb von Wärmenutzungssystemen zu verbessern.
Fazit
Ammoniak ist für die chemische Industrie und die Landwirtschaft von großer Bedeutung. Es dient als Rohstoff für die Herstellung von Salpetersäure, deren Salzen sowie Ammoniumsalzen und verschiedenen Stickstoffdüngern.
