Ammoniakin tuotannossa käytetään raaka-aineena kivihiiltä, koksia, koksia ja maakaasua. Samaan aikaan maakaasu on edelleen tärkein raaka-aine.
Hieman historiaa
1900-luvulla kuuluisa kemian tutkija Gaber kehitti ammoniakin fysikaalisen ja kemiallisen synteesin. Gaberin seuraajat osallistuivat myös tähän tuotantoon. Joten Mittash pystyi kehittämään tehokkaan katalysaattorin, Bosch loi erityislaitteet.
Mittash testasi valtavan määrän seoksia katalysaattoreina (noin 20 tuhatta), kunnes hän asettui ruotsalaiseen magnesiittiin, jolla on sama koostumus kuin nykyään aktiivisesti käytetyillä katalyytteillä. Nykyaikaisia katalyyttejä edistetään teräksellä pienellä määrällä alumiinioksidia ja kaliumia.
Neuvostoliiton aikoina tehtaiden tutkimuslaitokset ja laboratoriot tekivät valtavaa työtä ammoniakkisynteesin kinetiikan ja termodynamiikan tutkimuksilla. Typpilannoitetehtaiden insinöörit ja innovatiiviset työntekijät antoivat merkittävän panoksen ammoniakintuotantoteknologian parantamiseen. Näiden töiden seurauksena koko tekninen prosessi tiivistyi huomattavasti, luotiin täysin uusia erikoislaitteiden malleja, ammoniakin tuotannon rakentaminen aloitettiin.
Neuvostoliiton ammoniakin tuotantojärjestelmälle oli ominaista riittävä tehokkuus ja korkea tuottavuus.
Ensimmäinen käytännön sovellus, joka vahvisti ehdotetun teorian onnistumista, oli sellaisen tärkeän kemiallisen tekniikan prosessin kuin ammoniakin synteesi kehittäminen.
Yksi tyypeistä riittävän tehokkaita tapoja parantaa ammoniakin tuotantoa on puhdistuskaasujen käyttö. Nykyaikaiset kasvit päästävät ammoniakkia tällaisista kaasuista jäädyttämällä.
Ammoniakin jälkeisiä puhdistuskaasuja voidaan käyttää vähäkalorisena polttoaineena. Joskus ne vain heitetään ilmakehään. Palamiskaasut on lähetettävä putkiuuniin (metaaninmuutososasto). Tämä säästää raaka-aineiden (maakaasun) kulutusta.
On toinen tapa käyttää näitä kaasuja. Tämä on ero heidän syvän jäähdytyksen menetelmissä. Tämä menetelmä vähentää lopputuotteiden (ammoniakki) kokonaiskustannuksia. Myös tässä prosessissa saatu argon on paljon analogista halvempaa, mutta talteenotettavissa ilmanerotusyksikössä.
Puhdistuskaasuilla on korkea inertti pitoisuus, mikä myötävaikuttaa vähemmän intensiiviseen reaktioon.
Ammoniakin tuotantojärjestelmä
Ammoniakin valmistustekniikan yksityiskohtaista tutkimusta varten on tarpeen tarkastella ammoniakin kehittymisprosessia sellaisista yksinkertaisista aineista kuten vety ja typpi. Palaaen kemiaan koulutasolla, voidaan huomata, että tälle reaktiolle on ominaista palautuvuus ja tilavuuden pieneneminen.
Koska tämä reaktio on eksoterminen, lämpötilan lasku edistää tasapainon muutosta ammoniakin vapautumisen hyväksi. Tässä tapauksessa kuitenkin itse kemiallisen reaktion nopeus vähenee merkittävästi. Siksi synteesi suoritetaan katalyytin läsnä ollessa ja kestää noin 550 asteen lämpötila.
Tärkeimmät menetelmät ammoniakin tuottamiseksi
Seuraavat tuotantomenetelmät tunnetaan käytännöstä:
- matalassa paineessa (noin 15 MPa);
- keskipaineessa (noin 30 MPa) - yleisin menetelmä;
- korkeassa paineessa (noin 100 MPa).
Epäpuhtaudet, kuten rikkivety, vesi ja hiilimonoksidi vaikuttavat negatiivisesti ammoniakkisynteesiin. Typen ja vedyn seos on puhdistettava huolellisesti, jotta ne eivät vähentä katalyytin aktiivisuutta. Kuitenkin jopa näissä olosuhteissa vain osa seoksesta muuttuu tulevaisuudessa ammoniakiksi.
Siksi tarkastelemme yksityiskohtaisemmin ammoniakin tuotantoprosessia.
Tuotantoteknologia
Ammoniakin tuotantosuunnitelma sisältää maakaasun huuhtelemisen nestemäisellä typellä. Tässä tapauksessa on tarpeen suorittaa kaasun muuntaminen korkeassa lämpötilassa, paineen ollessa jopa 30 atmosfääriä ja lämpötilassa noin 1350 astetta. Vain tässä tapauksessa muunnetulla kuivalla kaasulla on alhaiset hapen ja maakaasun kulutusnopeudet.
Viime aikoihin asti ammoniakin tuotanto, jonka tekniikka sisälsi sekä sarja- että rinnakkaisyhteydet käytettyjen laitteiden välillä, perustui päälaitteiden toimintojen päällekkäisyyteen. Tämän tuotantoprosessin järjestämisen tuloksena syntyi merkittävä teknologisen viestinnän venyminen.
On olemassa moderni ammoniakkituotanto, jonka tekniikassa jo suunnitellaan laitoksen käyttöä, jonka kapasiteetti on 1360 tonnia päivässä. Tämä laite sisältää vähintään kymmenen laitetta muuntamiseksi, synteesiksi ja puhdistamiseksi. Sarja-rinnakkaiset tekniikat muodostavat itsenäisiä yksiköitä (työpajoja), jotka vastaavat raaka-aineiden jalostuksen yksittäisten vaiheiden toteuttamisesta. Siten ammoniakin organisoitu tuotanto voi parantaa merkittävästi työolosuhteita erikoistuneissa laitoksissa, suorittaa automaatiota, mikä johtaa koko teknisen prosessin vakautumiseen. Nämä parannukset johtavat myös synteettisen ammoniakin tuotantoteknologian huomattavaan yksinkertaistamiseen.
Innovaatiot ammoniakin valmistustekniikassa
Teollisuuden nykyaikainen ammoniakkituotanto käyttää raaka-aineena halvempaa tyyppistä maakaasua. Tämä vähentää merkittävästi valmiin tuotteen kustannuksia. Lisäksi tällaisen organisaation ansiosta työolosuhteita voidaan parantaa vastaavissa laitoksissa ja ammoniakin kemiallista tuotantoa voidaan huomattavasti yksinkertaistaa.
Tuotantoprosessin ominaisuudet
Tuotantoprosessin myöhempää parantamista varten on tarpeen vapauttaa mekanismit kaasujen puhdistamiseksi haitallisilta ja tarpeettomilta epäpuhtauksilta. Tätä varten käytetään hienojakoista puhdistusmenetelmää (adsorptio ja eskatalyysi).
Näin on tilanteessa, jossa ammoniakin tuotantoon ei sisälly kaasun pesua nestemäisellä typellä, mutta samalla tapahtuu hiilimonoksidin muutos matalassa lämpötilassa. Maakaasun muuntamiseksi korkeassa lämpötilassa voidaan käyttää happea rikastettua ilmaa. Tässä tapauksessa on varmistettava, että metaanipitoisuus muunnetussa kaasussa ei ylitä 0,5%. Tämä johtuu korkeasta lämpötilasta (noin 1400 astetta), joka nousee kemiallisen reaktion aikana. Siksi tämän tyyppisen tuotannon tuloksena alkuperäisessä seoksessa voidaan jäljittää korkea inertin kaasun konsentraatio ja sen kulutus on 4,6% suurempi kuin sama kulutus happea muunettaessa 95%: n konsentraatiossa. Samaan aikaan hapenkulutus on 17% pienempi.
Teknisen kaasun tuotanto
Tämä tuotanto on ammoniakin synteesin alkuvaihe ja toteutetaan noin 30 ° C: n paineessa. Tätä varten maakaasu puristetaan kompressorilla 40 atm: iin saakka, sitten se kuumennetaan 400 asteeseen kelassa, joka sijaitsee putkimaisessa uunissa ja syötetään rikinpoistoosastoon.
Jos puhdistetussa maakaasussa on rikkiä 1 mg / m, se on sekoitettava vesihöyryyn sopivassa suhteessa (4: 1).
Vety reagoi hiilimonoksidin (nsmetanaatio) tapahtuu vapauttamalla valtava määrä lämpöä ja merkittävästi vähentyessä tilavuus.
Kuparituotanto
Se suoritetaan, jos ammoniakin tuotantoon ei sisälly pesua nestemäisellä typellä. Tässä prosessissa käytetään kupari-ammoniakkikäsittelyä. Tässä tapauksessa käytetään sellaista ammoniakin tuotantoa, jonka teknologisessa kaaviossa käytetään happea rikastettua ilmaa. Samanaikaisesti asiantuntijoiden tulisi varmistaa, että metaanipitoisuus muunnetussa kaasussa ei ylitä 0,5%. Tällainen indikaattori liittyy suoraan lämpötilan nousuun 1400 asteeseen reaktion aikana.
Ammoniakin tuotannon pääsuuntaukset
Ensinnäkin lähitulevaisuudessa on tehtävä yhteistyötä orgaanisessa ja typpiteollisuudessa, jonka tulisi perustua sellaisten raaka-aineiden kuten maakaasun tai öljynjalostamiseen.
Toiseksi koko tuotantoa ja sen yksittäisiä osia olisi laajennettava asteittain.
Kolmanneksi kemianteollisuuden nykyisessä kehitysvaiheessa tarvitaan tutkimusta aktiivisten katalyyttisten järjestelmien kehittämiseksi, jotta saavutetaan maksimaalinen paineen aleneminen tuotantoprosessissa.
Neljänneksi, erityisten pylväiden käytön synteesissä leijukerroskatalyyttiä käytettäessä tulisi tulla käytännössä.
Viidenneksi tuotannon tehokkuuden lisäämiseksi on tarpeen parantaa lämmönkäyttöjärjestelmien toimintaa.
johtopäätös
Ammoniakkilla on suuri merkitys kemianteollisuudelle ja maataloudelle. Se toimii raaka-aineena typpihapon, sen suolojen sekä ammoniumsuolojen ja erilaisten typpilannoitteiden tuotannossa.
