La produzione di ammoniaca utilizza carbone, coke, coke e gas naturale come materie prime. Allo stesso tempo, il gas naturale è ancora la principale materia prima.
Un po 'di storia
Nel 20 ° secolo, il famoso scienziato chimico Gaber sviluppò la sintesi fisica e chimica dell'ammoniaca. Anche i seguaci di Gaber hanno contribuito a questa produzione. Quindi, Mittash è stato in grado di sviluppare un catalizzatore efficace, Bosch ha creato attrezzature speciali.
Mittash ha testato un numero enorme di miscele come catalizzatori (circa 20 mila), fino a quando non si è depositato sulla magnetite svedese, che ha la stessa composizione dei catalizzatori che sono oggi attivamente utilizzati. I catalizzatori moderni sono in acciaio promossi con una piccola quantità di allumina e potassio.
In epoca sovietica, furono effettuati enormi lavori in istituti di ricerca e laboratori in fabbriche nel campo degli studi di cinetica e termodinamica della sintesi dell'ammoniaca. Un contributo significativo al miglioramento della tecnologia di produzione dell'ammoniaca è stato fornito dagli ingegneri delle piante fertilizzanti azotate e dai lavoratori innovativi. Come risultato di questi lavori, l'intero processo tecnologico è stato sostanzialmente intensificato, sono stati creati progetti completamente nuovi di apparecchi specializzati, è iniziata la costruzione della produzione di ammoniaca.
Il sistema di produzione sovietico di ammoniaca era caratterizzato da efficienza sufficiente e alta produttività.
La prima applicazione pratica a conferma del successo della teoria proposta fu lo sviluppo di un processo così importante di tecnologia chimica come la sintesi dell'ammoniaca.
Uno dei tipi di modi sufficientemente efficaci per migliorare la produzione di ammoniaca è l'utilizzo di gas di spurgo. Le piante moderne emettono ammoniaca da tali gas congelando.
I gas di spurgo dopo l'ammoniaca possono essere usati come combustibile ipocalorico. A volte vengono semplicemente gettati nell'atmosfera. I gas di combustione devono essere inviati a un forno a tubi (reparto di conversione del metano). Ciò consente di risparmiare il consumo di materie prime (gas naturale).
C'è un altro modo di utilizzare questi gas. Questa è una separazione dei loro metodi di raffreddamento profondo. Questo metodo ridurrà il costo totale dei prodotti finiti (ammoniaca). Inoltre, l'argon ottenuto in questo processo è molto più economico del suo analogo, ma recuperabile in un'unità di separazione dell'aria.
I gas di spurgo hanno un alto contenuto inerte, che contribuisce a una reazione meno intensa.
Schema di produzione di ammoniaca
Per uno studio dettagliato della tecnologia di produzione dell'ammoniaca, è necessario considerare il processo di evoluzione dell'ammoniaca da sostanze semplici come l'idrogeno e l'azoto. Tornando alla chimica a livello scolastico, si può notare che questa reazione è caratterizzata da reversibilità e diminuzione del volume.
Poiché questa reazione è esotermica, una diminuzione della temperatura contribuirà a uno spostamento di equilibrio a favore del rilascio di ammoniaca. Tuttavia, in questo caso, si verifica una riduzione significativa della velocità della reazione chimica stessa. Ecco perché la sintesi viene effettuata in presenza di un catalizzatore e resiste a una temperatura di circa 550 gradi.
I principali metodi per la produzione di ammoniaca
I seguenti metodi di produzione sono noti dalla pratica:
- a bassa pressione (circa 15 MPa);
- a media pressione (circa 30 MPa) - il metodo più comune;
- ad alta pressione (circa 100 MPa).
Impurità come idrogeno solforato, acqua e monossido di carbonio influenzano negativamente la sintesi di ammoniaca. Affinché non riducano l'attività del catalizzatore, la miscela azoto-idrogeno deve essere accuratamente pulita. Tuttavia, anche in queste condizioni, solo una parte della miscela si trasformerà in ammoniaca in futuro.
Pertanto, consideriamo più in dettaglio il processo di produzione dell'ammoniaca.
Tecnologia di produzione
Lo schema di produzione dell'ammoniaca prevede il lavaggio di gas naturale mediante azoto liquido. In questo caso, è necessario eseguire la conversione di gas ad alta temperatura, pressione fino a 30 atmosfere e una temperatura di circa 1350 gradi. Solo in questo caso, il gas secco convertito avrà bassi tassi di consumo di ossigeno e gas naturale.
Fino a poco tempo fa, la produzione di ammoniaca, la cui tecnologia conteneva connessioni sia seriali che parallele tra i dispositivi utilizzati, si basava sulla duplicazione delle funzioni dell'apparecchiatura principale. Il risultato di questa organizzazione del processo produttivo fu un significativo allungamento delle comunicazioni tecnologiche.
Esiste una moderna produzione di ammoniaca, la cui tecnologia prevede già l'utilizzo di un impianto con una capacità di 1360 tonnellate al giorno. Questa apparecchiatura comprende almeno dieci dispositivi per la conversione, la sintesi e la purificazione. Le tecnologie in parallelo seriale formano unità indipendenti (officine), che sono responsabili dell'implementazione delle singole fasi della lavorazione delle materie prime. Pertanto, la produzione organizzata di ammoniaca può migliorare significativamente le condizioni di lavoro in impianti specializzati, effettuare automazioni, che porteranno alla stabilizzazione dell'intero processo tecnologico. Questi miglioramenti porteranno anche a una significativa semplificazione della tecnologia globale per la produzione di ammoniaca sintetica.
Innovazioni nella tecnologia di produzione dell'ammoniaca
La moderna produzione di ammoniaca nell'industria utilizza un tipo più economico di gas naturale come materia prima. Ciò riduce significativamente il costo del prodotto finito. Inoltre, grazie a tale organizzazione, le condizioni di lavoro nei rispettivi impianti possono essere migliorate e la produzione chimica di ammoniaca può essere notevolmente semplificata.
Caratteristiche del processo di produzione
Per il successivo miglioramento del processo produttivo, è necessario liberare i meccanismi di pulizia dei gas da impurità dannose e non necessarie. Per questo, viene utilizzato il metodo di purificazione fine (adsorbimento e precatalisi).
Questo è il caso in cui la produzione di ammoniaca non comporta il lavaggio del gas con azoto liquido, ma allo stesso tempo si verifica una conversione a bassa temperatura del monossido di carbonio. Per la conversione di gas naturale ad alta temperatura, è possibile utilizzare aria arricchita di ossigeno. In questo caso, è necessario assicurarsi che la concentrazione di metano nel gas convertito non superi lo 0,5%. Ciò è dovuto all'alta temperatura (circa 1400 gradi), che aumenta durante una reazione chimica. Pertanto, come risultato di questo tipo di produzione, è possibile tracciare un'alta concentrazione di gas inerte nella miscela iniziale e il suo consumo è superiore del 4,6% rispetto allo stesso consumo durante la conversione di ossigeno ad una concentrazione del 95%. Allo stesso tempo, il consumo di ossigeno è inferiore del 17%.
Produzione di gas tecnologico
Questa produzione è la fase iniziale nella sintesi dell'ammoniaca e viene effettuata ad una pressione di circa 30 a. Per fare questo, il gas naturale viene compresso utilizzando un compressore fino a 40 atm, quindi viene riscaldato a 400 gradi in una bobina, che si trova in un forno tubolare, e viene fornito al compartimento di desolforazione.
Se lo zolfo è presente in una quantità di 1 mg in m nel gas naturale purificato, deve essere miscelato con vapore acqueo in un rapporto adeguato (4: 1).
L'idrogeno reagisce con il monossido di carbonio (il cosiddettometanazione) si verifica con il rilascio di un'enorme quantità di calore e una significativa riduzione del volume.
Produzione di rame
Viene eseguito se la produzione di ammoniaca non include il lavaggio con azoto liquido. In questo processo viene utilizzato il trattamento rame-ammoniaca. In questo caso, viene utilizzata tale produzione di ammoniaca, il cui schema tecnologico utilizza aria arricchita di ossigeno. Allo stesso tempo, gli specialisti dovrebbero garantire che la concentrazione di metano nel gas convertito non superi lo 0,5%, un tale indicatore è direttamente correlato ad un aumento della temperatura a 1400 gradi durante la reazione.
Le principali direzioni di sviluppo della produzione di ammoniaca
In primo luogo, nel prossimo futuro è necessario cooperare nelle industrie organiche e dell'azoto, che dovrebbero basarsi sull'uso di materie prime come il gas naturale o la raffinazione del petrolio.
In secondo luogo, dovrebbe esserci un graduale ampliamento di tutta la produzione e dei suoi singoli componenti.
In terzo luogo, nell'attuale fase di sviluppo dell'industria chimica, sono necessarie ricerche per sviluppare sistemi catalitici attivi per ottenere la massima riduzione della pressione nel processo di produzione.
In quarto luogo, dovrebbe essere messo in pratica l'uso di colonne speciali per la sintesi usando un catalizzatore a letto fluidizzato.
In quinto luogo, al fine di aumentare l'efficienza della produzione, è necessario migliorare il funzionamento dei sistemi di utilizzo del calore.
conclusione
L'ammoniaca è di grande importanza per l'industria chimica e l'agricoltura. Serve come materia prima nella produzione di acido nitrico, i suoi sali, nonché sali di ammonio e vari fertilizzanti azotati.
