La production d'ammoniac utilise du charbon, du coke, du coke et du gaz naturel en tant que matières premières. Dans le même temps, le gaz naturel reste la principale matière première.
Un peu d'histoire
Au 20ème siècle, le célèbre chimiste Gaber développa la synthèse physique et chimique de l'ammoniac. Les adeptes de Gaber ont également contribué à cette production. Ainsi, Mittash a pu développer un catalyseur efficace, Bosch a créé un équipement spécial.
Mittash a testé un grand nombre de mélanges en tant que catalyseurs (environ 20 000) jusqu'à ce qu'il choisisse la magnétite suédoise, qui a la même composition que les catalyseurs actuellement utilisés. Les catalyseurs modernes sont en acier avec une petite quantité d’alumine et de potassium.
À l'époque soviétique, des travaux énormes ont été effectués dans des instituts de recherche et des laboratoires d'usines dans le domaine des études de cinétique et de thermodynamique de la synthèse de l'ammoniac. Les ingénieurs des usines de fabrication d’engrais azotés et des travailleurs novateurs ont apporté une contribution importante à l’amélioration de la technologie de production d’ammoniac. À la suite de ces travaux, l'ensemble du processus technologique a été considérablement intensifié, de nouvelles conceptions d'appareils spécialisés ont été créées, la construction de la production d'ammoniac a commencé.
Le système de production d'ammoniac soviétique se caractérisait par une efficacité suffisante et une productivité élevée.
La première application pratique confirmant le succès de la théorie proposée a été la mise au point d'un processus technologique aussi important que la synthèse d'ammoniac.
Un des types de moyens suffisamment efficaces pour améliorer la production d'ammoniac est l'utilisation de gaz de purge. Les usines modernes émettent de l'ammoniac à partir de ces gaz en les congelant.
Les gaz de purge après l'ammoniac peuvent être utilisés comme carburant à basses calories. Parfois, ils sont simplement jetés dans l'atmosphère. Les gaz de combustion doivent être envoyés dans un four tubulaire (service de conversion du méthane). Cela économise la consommation de matières premières (gaz naturel).
Il existe un autre moyen d'utiliser ces gaz. Ceci est une séparation de leurs méthodes de refroidissement en profondeur. Cette méthode réduira le coût total des produits finis (ammoniac). En outre, l'argon obtenu dans ce processus est beaucoup moins cher que son analogue, mais récupérable dans une unité de séparation d'air.
Les gaz de purge ont une teneur inerte élevée, ce qui contribue à une réaction moins intense.
Programme de production d'ammoniac
Pour une étude détaillée de la technologie de fabrication de l'ammoniac, il est nécessaire de considérer le processus de dégagement de l'ammoniac à partir de substances aussi simples que l'hydrogène et l'azote. En revenant à la chimie au niveau de l’école, on peut noter que cette réaction est caractérisée par une réversibilité et une diminution du volume.
Comme cette réaction est exothermique, une diminution de la température contribuera à un changement d’équilibre en faveur du dégagement d’ammoniac. Cependant, dans ce cas, il y a une diminution significative de la vitesse de la réaction chimique elle-même. C'est pourquoi la synthèse est réalisée en présence d'un catalyseur et résiste à une température d'environ 550 degrés.
Les principales méthodes de production d'ammoniac
Les méthodes de production suivantes sont connues de la pratique:
- à basse pression (environ 15 MPa);
- à pression moyenne (environ 30 MPa) - la méthode la plus courante;
- à haute pression (environ 100 MPa).
Les impuretés telles que le sulfure d'hydrogène, l'eau et le monoxyde de carbone affectent négativement la synthèse d'ammoniac. Afin de ne pas réduire l'activité du catalyseur, le mélange azote-hydrogène doit être nettoyé à fond. Cependant, même dans ces conditions, seule une partie du mélange se transformera en ammoniac à l'avenir.
Ainsi, nous examinons plus en détail le processus de production d’ammoniac.
Technologie de production
Le programme de production d’ammoniac consiste à purger le gaz naturel à l’azote liquide. Dans ce cas, il est nécessaire de convertir le gaz à haute température, à une pression maximale de 30 atmosphères et à une température d'environ 1350 degrés. Seulement dans ce cas, le gaz sec converti aura de faibles taux de consommation d'oxygène et de gaz naturel.
Jusqu'à récemment, la production d'ammoniac, dont la technologie contenait à la fois des connexions en série et en parallèle entre les dispositifs utilisés, reposait sur la duplication des fonctions de l'équipement principal. Le résultat de cette organisation du processus de production a été un étirement important des communications technologiques.
Il existe une production moderne d'ammoniac, dont la technologie prévoit déjà l'utilisation d'une installation d'une capacité de 1 360 tonnes par jour. Cet équipement comprend au moins dix dispositifs de conversion, de synthèse et de purification. Les technologies parallèle-série forment des unités indépendantes (ateliers), chargées de la mise en œuvre des différentes étapes du traitement des matières premières. Ainsi, la production organisée d’ammoniac peut améliorer de manière significative les conditions de travail dans des usines spécialisées et réaliser une automatisation qui conduira à la stabilisation de l’ensemble du processus technologique. Ces améliorations conduiront également à une simplification significative de la technologie globale pour la production d’ammoniac synthétique.
Innovations dans la technologie de fabrication d'ammoniac
La production moderne d'ammoniac dans l'industrie utilise un type de gaz naturel moins coûteux en tant que matière première. Cela réduit considérablement le coût du produit fini. En outre, grâce à une telle organisation, les conditions de travail dans les usines respectives peuvent être améliorées et la production chimique d'ammoniac peut être grandement simplifiée.
Caractéristiques du processus de production
Pour améliorer ultérieurement le processus de production, il est nécessaire de libérer les mécanismes de nettoyage des gaz des impuretés nuisibles et inutiles. Pour cela, la méthode de purification fine (adsorption et précatalyse) est utilisée.
C'est le cas lorsque la production d'ammoniac n'implique pas de lavage du gaz avec de l'azote liquide, mais entraîne simultanément une conversion du monoxyde de carbone à basse température. Pour la conversion du gaz naturel à haute température, de l'air enrichi en oxygène peut être utilisé. Dans ce cas, il est nécessaire de s'assurer que la concentration en méthane dans le gaz converti ne dépasse pas 0,5%. Cela est dû à la température élevée (environ 1400 degrés), qui augmente pendant une réaction chimique. Par conséquent, grâce à ce type de production, une concentration élevée de gaz inerte peut être détectée dans le mélange initial et sa consommation est supérieure de 4,6% à la même consommation lors de la conversion de l'oxygène à une concentration de 95%. Dans le même temps, la consommation d'oxygène est réduite de 17%.
Production de gaz technologique
Cette production est la première étape de la synthèse de l'ammoniac et est réalisée sous une pression d'environ 30 à. Pour ce faire, le gaz naturel est comprimé à l'aide d'un compresseur jusqu'à 40 atm, puis il est chauffé à 400 degrés dans une bobine située dans un four tubulaire et alimentée dans le compartiment de désulfuration.
Si le soufre est présent à raison de 1 mg en m dans du gaz naturel purifié, il doit être mélangé avec de la vapeur d'eau dans un rapport approprié (4: 1).
L’hydrogène réagit avec le monoxyde de carbone (le soi-disantméthanisation) se produit avec le dégagement d’une quantité énorme de chaleur et une diminution importante du volume.
Production de cuivre
Elle est effectuée si la production d'ammoniac ne comprend pas le lavage à l'azote liquide. Dans ce processus, un traitement cuivre-ammoniac est utilisé. Dans ce cas, on utilise une telle production d'ammoniac, dont le schéma technologique utilise de l'air enrichi en oxygène. Dans le même temps, les spécialistes doivent veiller à ce que la concentration de méthane dans le gaz converti ne dépasse pas 0,5%. Cet indicateur est directement lié à une augmentation de la température jusqu'à 1400 degrés pendant la réaction.
Les principales directions de développement de la production d'ammoniac
Premièrement, dans un proche avenir, il est nécessaire de coopérer dans les industries du bio et de l'azote, qui devraient être basées sur l'utilisation de matières premières telles que le raffinage du gaz naturel ou du pétrole.
Deuxièmement, il devrait y avoir un élargissement progressif de toute la production et de ses composants individuels.
Troisièmement, au stade actuel de développement de l'industrie chimique, des recherches sont nécessaires pour mettre au point des systèmes catalytiques actifs permettant d'obtenir une réduction maximale de la pression dans le processus de production.
Quatrièmement, l'utilisation de colonnes spéciales pour la synthèse utilisant un catalyseur à lit fluidisé devrait être mise en pratique.
Cinquièmement, afin d’accroître l’efficacité de la production, il est nécessaire d’améliorer le fonctionnement des systèmes d’utilisation de la chaleur.
Conclusion
L'ammoniac revêt une grande importance pour l'industrie chimique et l'agriculture. Il sert de matière première dans la production d'acide nitrique, de ses sels, de sels d'ammonium et de divers engrais azotés.
