De productie van ammoniak maakt gebruik van steenkool, cokes, cokes en aardgas als grondstoffen. Tegelijkertijd is aardgas nog steeds de belangrijkste grondstof.
Een beetje geschiedenis
In de 20e eeuw ontwikkelde de beroemde chemische wetenschapper Gaber de fysische en chemische synthese van ammoniak. De volgers van Gaber hebben ook bijgedragen aan deze productie. Dus, Mittash was in staat om een effectieve katalysator te ontwikkelen, Bosch creëerde speciale apparatuur.
Mittash testte een groot aantal mengsels als katalysatoren (ongeveer 20 duizend), totdat hij zich vestigde op Zweeds magnetiet, dat dezelfde samenstelling heeft als de katalysatoren die tegenwoordig actief worden gebruikt. Moderne katalysatoren zijn staal bevorderd met een kleine hoeveelheid aluminiumoxide en kalium.
In de Sovjettijd werd er enorm veel werk verricht in onderzoeksinstituten en laboratoria in fabrieken op het gebied van studies naar de kinetiek en thermodynamica van ammoniaksynthese. Een belangrijke bijdrage aan de verbetering van de technologie voor ammoniakproductie werd geleverd door ingenieurs van stikstofmeststoffenfabrieken en innovatieve werknemers. Als gevolg van deze werken werd het hele technologische proces aanzienlijk geïntensiveerd, werden volledig nieuwe ontwerpen van gespecialiseerde apparaten gemaakt, de bouw van ammoniakproductie begon.
Het Sovjet-ammoniakproductiesysteem werd gekenmerkt door voldoende efficiëntie en hoge productiviteit.
De eerste praktische toepassing die het succes van de voorgestelde theorie bevestigde, was de ontwikkeling van een zo belangrijk proces van chemische technologie als de synthese van ammoniak.
Een van de soorten voldoende effectieve manieren om de productie van ammoniak te verbeteren, is het gebruik van zuiveringsgassen. Moderne planten stoten ammoniak uit dergelijke gassen uit door te bevriezen.
Spoelgassen na ammoniak kunnen worden gebruikt als caloriearme brandstof. Soms worden ze gewoon in de atmosfeer gegooid. Verbrandingsgassen moeten naar een buisoven (methaanconversieafdeling) worden gestuurd. Dit bespaart het verbruik van grondstoffen (aardgas).
Er is een andere manier om deze gassen te gebruiken. Dit is een scheiding van hun methoden voor diepe koeling. Deze methode zal de totale kosten van afgewerkte producten (ammoniak) verlagen. Ook is het in dit proces verkregen argon veel goedkoper dan het analoge, maar kan het worden teruggewonnen in een luchtscheidingsunit.
De spoelgassen hebben een hoog inert gehalte, wat bijdraagt aan een minder intense reactie.
Ammoniakproductieschema
Voor een gedetailleerde studie van ammoniakproductietechnologie is het noodzakelijk om het proces van ammoniakevolutie te overwegen uit eenvoudige stoffen als waterstof en stikstof. Terugkerend naar scheikunde op schoolniveau, kan worden opgemerkt dat deze reactie wordt gekenmerkt door omkeerbaarheid en een afname van het volume.
Omdat deze reactie exotherm is, zal een verlaging van de temperatuur bijdragen aan een verschuiving in evenwicht ten gunste van de afgifte van ammoniak. In dit geval is er echter een significante afname van de snelheid van de chemische reactie zelf. Daarom wordt de synthese uitgevoerd in aanwezigheid van een katalysator en bestand tegen een temperatuur van ongeveer 550 graden.
De belangrijkste methoden voor de productie van ammoniak
De volgende productiemethoden zijn bekend uit de praktijk:
- bij lage druk (ongeveer 15 MPa);
- bij gemiddelde druk (ongeveer 30 MPa) - de meest gebruikelijke methode;
- bij hoge druk (ongeveer 100 MPa).
Onzuiverheden zoals waterstofsulfide, water en koolmonoxide hebben een negatieve invloed op de ammoniaksynthese. Om de activiteit van de katalysator niet te verminderen, moet het stikstof-waterstofmengsel grondig worden gereinigd. Zelfs onder deze omstandigheden zal echter in de toekomst slechts een deel van het mengsel in ammoniak veranderen.
Daarom beschouwen we in meer detail het proces van ammoniakproductie.
Productie technologie
Het ammoniakproductieschema omvat het spoelen van aardgas met behulp van vloeibare stikstof. In dit geval is het noodzakelijk om de omzetting van gas bij hoge temperatuur, druk tot 30 atmosfeer en een temperatuur van ongeveer 1350 graden uit te voeren. Alleen in dit geval zal het omgezette droge gas een laag verbruik hebben voor zuurstof en aardgas.
Tot voor kort was de productie van ammoniak, waarvan de technologie zowel seriële als parallelle verbindingen tussen de gebruikte apparaten bevatte, gebaseerd op duplicatie van de functies van de hoofdapparatuur. Het resultaat van deze organisatie van het productieproces was een aanzienlijke uitbreiding van technologische communicatie.
Er is een moderne productie van ammoniak, waarvan de technologie al voorziet in het gebruik van een fabriek met een capaciteit van 1360 ton per dag. Deze apparatuur omvat ten minste tien apparaten voor conversie, synthese en zuivering. Serieel-parallelle technologieën vormen onafhankelijke eenheden (workshops), die verantwoordelijk zijn voor de implementatie van afzonderlijke stadia van de verwerking van grondstoffen. Zo kan de georganiseerde productie van ammoniak de arbeidsomstandigheden in gespecialiseerde fabrieken aanzienlijk verbeteren, automatisering uitvoeren, wat zal leiden tot stabilisatie van het hele technologische proces. Deze verbeteringen zullen ook leiden tot een aanzienlijke vereenvoudiging van de algemene technologie voor de productie van synthetische ammoniak.
Innovaties in ammoniak productietechnologie
De moderne ammoniakproductie in de industrie gebruikt een goedkoper aardgas als grondstof. Dit verlaagt de kosten van het eindproduct aanzienlijk. Dankzij een dergelijke organisatie kunnen bovendien de arbeidsomstandigheden in de respectieve fabrieken worden verbeterd en kan de chemische productie van ammoniak sterk worden vereenvoudigd.
Kenmerken van het productieproces
Voor de daaropvolgende verbetering van het productieproces moeten de mechanismen voor het reinigen van gassen worden vrijgemaakt van schadelijke en onnodige onzuiverheden. Hiervoor wordt de fijne zuiveringsmethode (adsorptie en voorkatalyse) gebruikt.
Dit is het geval wanneer bij de productie van ammoniak het gas niet met vloeibare stikstof hoeft te worden gewassen, maar er tegelijkertijd een lage temperatuuromzetting van koolmonoxide plaatsvindt. Voor de conversie van aardgas bij hoge temperatuur kan met zuurstof verrijkte lucht worden gebruikt. In dit geval moet ervoor worden gezorgd dat de methaanconcentratie in het omgezette gas niet hoger is dan 0,5%. Dit komt door de hoge temperatuur (ongeveer 1400 graden), die stijgt tijdens een chemische reactie. Daarom kan als gevolg van dit type productie een hoge concentratie inert gas worden getraceerd in het oorspronkelijke mengsel en is het verbruik 4,6% hoger dan hetzelfde verbruik tijdens zuurstofconversie bij een concentratie van 95%. Tegelijkertijd is het zuurstofverbruik 17% lager.
Technologische gasproductie
Deze productie is de eerste fase in de synthese van ammoniak en wordt uitgevoerd onder een druk van ongeveer 30 ° C. Om dit te doen, wordt aardgas gecomprimeerd met behulp van een compressor tot 40 atm. Vervolgens wordt het verwarmd tot 400 graden in een spiraal, die zich in een buisoven bevindt, en wordt het toegevoerd aan het ontzwavelingscompartiment.
Als zwavel aanwezig is in een hoeveelheid van 1 mg in m in gezuiverd aardgas, moet het worden gemengd met waterdamp in een geschikte verhouding (4: 1).
Waterstof reageert met koolmonoxide (de zogenaamdemethanatie) treedt op bij het vrijkomen van een enorme hoeveelheid warmte en een significante afname van het volume.
Koperproductie
Het wordt uitgevoerd als de productie van ammoniak geen wassen met vloeibare stikstof omvat. In dit proces wordt koper-ammoniakbehandeling gebruikt. In dit geval wordt een dergelijke ammoniakproductie gebruikt, waarvan het technologische schema zuurstofverrijkte lucht gebruikt. Tegelijkertijd moeten specialisten ervoor zorgen dat de methaanconcentratie in het geconverteerde gas niet hoger is dan 0,5%, een dergelijke indicator is direct gerelateerd aan een temperatuurstijging tot 1400 graden tijdens de reactie.
De belangrijkste ontwikkelingsrichtingen voor de productie van ammoniak
Ten eerste is het in de nabije toekomst noodzakelijk om samen te werken in de organische en stikstofindustrie, die gebaseerd moet zijn op het gebruik van grondstoffen zoals aardgas of olieraffinage.
Ten tweede moet er een geleidelijke uitbreiding zijn van alle productie en de afzonderlijke componenten.
Ten derde is in de huidige ontwikkelingsfase van de chemische industrie onderzoek nodig om actieve katalytische systemen te ontwikkelen om een maximale drukvermindering in het productieproces te bereiken.
Ten vierde moet het gebruik van speciale kolommen voor de synthese met behulp van een wervelbedkatalysator in de praktijk komen.
Ten vijfde, om de productie-efficiëntie te verhogen, is het noodzakelijk om de werking van systemen voor warmtebenutting te verbeteren.
conclusie
Ammoniak is van groot belang voor de chemische industrie en de landbouw. Het dient als een grondstof bij de productie van salpeterzuur, zijn zouten, evenals ammoniumzouten en verschillende stikstofmeststoffen.
