Pri výrobe amoniaku sa ako suroviny používa uhlie, koks, koks a zemný plyn. Zemný plyn je zároveň stále hlavnou surovinou.
Trocha histórie
Už v 20. storočí slávny chemický vedec Gaber vyvinul fyzikálnu a chemickú syntézu amoniaku. K tejto produkcii prispeli aj stúpenci Gabera. Mittash bol schopný vyvinúť efektívny katalyzátor, Bosch vytvoril špeciálne vybavenie.
Mittash testoval veľké množstvo zmesí ako katalyzátorov (asi 20 tisíc), až kým sa neusadil na švédskom magnetite, ktorý má rovnaké zloženie ako katalyzátory, ktoré sa dnes aktívne používajú. Moderné katalyzátory sú podporované oceľou s malým množstvom aluminy a draslíka.
V sovietskych časoch sa vo výskumných ústavoch a laboratóriách v továrňach vykonávala obrovská práca v oblasti štúdia kinetiky a termodynamiky syntézy amoniaku. K zlepšeniu technológie výroby amoniaku významne prispeli inžinieri závodov na výrobu dusíkového hnojiva a inovatívni pracovníci. V dôsledku týchto prác sa podstatne zintenzívnil celý technologický proces, vytvorili sa úplne nové návrhy špecializovaných prístrojov, začala sa výroba amoniaku.
Sovietsky systém výroby amoniaku sa vyznačoval dostatočnou účinnosťou a vysokou produktivitou.
Prvou praktickou aplikáciou, ktorá potvrdila úspech navrhovanej teórie, bol vývoj tak dôležitého procesu chemickej technológie, ako je syntéza amoniaku.
Jedným z typov dostatočne účinných spôsobov na zlepšenie výroby amoniaku je využitie čistiacich plynov. Moderné rastliny emitujú amoniak z týchto plynov zmrazením.
Čistiace plyny po amoniaku môžu byť použité ako nízkokalorické palivo. Niekedy sú jednoducho hodení do atmosféry. Spaliny sa musia privádzať do rúrovej pece (oddelenie na konverziu metánu). To šetrí spotrebu surovín (zemný plyn).
Existuje iný spôsob, ako využiť tieto plyny. Toto je oddelenie ich metód hlbokého chladenia. Táto metóda zníži celkové náklady na hotové výrobky (amoniak). Tiež argón získaný v tomto spôsobe je omnoho lacnejší ako jeho analóg, ale je možné ho získať v jednotke na oddelenie vzduchu.
Preplachovacie plyny majú vysoký inertný obsah, ktorý prispieva k menej intenzívnej reakcii.
Schéma výroby amoniaku
Pre podrobnú štúdiu technológie výroby amoniaku je potrebné zvážiť proces vývoja amoniaku z takých jednoduchých látok, ako je vodík a dusík. Pokiaľ ide o chémiu na úrovni školy, je možné poznamenať, že táto reakcia sa vyznačuje reverzibilitou a poklesom objemu.
Pretože táto reakcia je exotermická, zníženie teploty prispeje k posunu rovnováhy v prospech uvoľňovania amoniaku. V tomto prípade však dochádza k významnému zníženiu rýchlosti samotnej chemickej reakcie. Preto sa syntéza uskutočňuje v prítomnosti katalyzátora a pri teplote asi 550 stupňov.
Hlavné metódy výroby amoniaku
Z praxe sú známe nasledujúce výrobné metódy:
- pri nízkom tlaku (asi 15 MPa);
- pri strednom tlaku (asi 30 MPa) - najbežnejšia metóda;
- pri vysokom tlaku (asi 100 MPa).
Nečistoty, ako sú sírovodík, voda a oxid uhoľnatý, negatívne ovplyvňujú syntézu amoniaku. Aby sa neznížila aktivita katalyzátora, musí sa dôkladne vyčistiť zmes dusíka a vodíka. Avšak aj za týchto podmienok sa iba časť zmesi v budúcnosti zmení na amoniak.
Podrobnejšie teda uvažujeme o procese výroby amoniaku.
Výrobná technológia
Schéma výroby amoniaku zahŕňa preplachovanie zemného plynu pomocou tekutého dusíka. V tomto prípade je potrebné uskutočniť konverziu plynu pri vysokej teplote, tlaku až 30 atmosfér a teplote asi 1350 stupňov. Len v tomto prípade bude konvertovaný suchý plyn mať nízku mieru spotreby kyslíka a zemného plynu.
Až donedávna bola výroba amoniaku, ktorého technológia obsahovala sériové aj paralelné spojenia medzi použitými zariadeniami, založená na zdvojení funkcií hlavného zariadenia. Výsledkom tejto organizácie výrobného procesu bolo významné rozšírenie technologických komunikácií.
K dispozícii je moderná výroba amoniaku, ktorého technológia už predpokladá použitie zariadenia s kapacitou 1360 ton za deň. Toto zariadenie obsahuje najmenej desať zariadení na konverziu, syntézu a čistenie. Sériovo-paralelné technológie tvoria nezávislé jednotky (workshopy), ktoré sú zodpovedné za implementáciu jednotlivých fáz spracovania surovín. Takto môže organizovaná výroba amoniaku významne zlepšiť pracovné podmienky v špecializovaných závodoch, vykonávať automatizáciu, čo povedie k stabilizácii celého technologického procesu. Tieto zlepšenia tiež povedú k významnému zjednodušeniu celkovej technológie výroby syntetického amoniaku.
Inovácie v technológii výroby amoniaku
Moderná výroba amoniaku v priemysle využíva ako surovinu lacnejší druh zemného plynu. To výrazne znižuje náklady na hotový výrobok. Okrem toho sa vďaka takejto organizácii môžu zlepšiť pracovné podmienky v príslušných závodoch a chemická výroba amoniaku sa môže výrazne zjednodušiť.
Funkcie výrobného procesu
Pre následné zlepšenie výrobného procesu je potrebné oslobodiť mechanizmy na čistenie plynov od škodlivých a nepotrebných nečistôt. Na tento účel sa používa metóda jemného čistenia (adsorpcia a precatalýza).
To je prípad, keď výroba amoniaku nezahŕňa premývanie plynu kvapalným dusíkom, ale súčasne dochádza k premene oxidu uhoľnatého pri nízkej teplote. Na premenu zemného plynu pri vysokej teplote sa môže použiť vzduch obohatený kyslíkom. V tomto prípade je potrebné zabezpečiť, aby koncentrácia metánu v konvertovanom plyne nepresiahla 0,5%. Je to kvôli vysokej teplote (asi 1400 stupňov), ktorá sa počas chemickej reakcie zvyšuje. Preto v dôsledku tohto typu výroby je možné v počiatočnej zmesi sledovať vysokú koncentráciu inertného plynu a jej spotreba je o 4,6% vyššia ako rovnaká spotreba počas konverzie kyslíka pri koncentrácii 95%. Zároveň je spotreba kyslíka o 17% nižšia.
Technologická výroba plynu
Táto výroba je počiatočným stupňom syntézy amoniaku a uskutočňuje sa pri tlaku asi 30 ° C. Za týmto účelom sa zemný plyn stlačí pomocou kompresora do 40 atm, potom sa zahrieva na 400 stupňov vo zvitku, ktorý je umiestnený v rúrkovej peci, a dodáva sa do odsírovacej komory.
Ak je síra prítomná v čistenom zemnom plyne v množstve 1 mg vm, musí sa zmiešať s vodnou parou vo vhodnom pomere (4: 1).
Vodík reaguje s oxidom uhoľnatým (tzvmetanácia) dochádza pri uvoľňovaní obrovského množstva tepla a pri významnom znížení objemu.
Výroba medi
Uskutočňuje sa, ak výroba amoniaku nezahŕňa premytie tekutým dusíkom. V tomto postupe sa používa úprava meď-amoniak. V tomto prípade sa použije taká výroba amoniaku, ktorej technologická schéma využíva vzduch obohatený kyslíkom. Zároveň by odborníci mali zabezpečiť, aby koncentrácia metánu v konvertovanom plyne nepresiahla 0,5%, taký ukazovateľ priamo súvisí so zvýšením teploty na 1400 stupňov počas reakcie.
Hlavné smery vývoja výroby amoniaku
Po prvé, v blízkej budúcnosti je potrebné spolupracovať v organickom a dusíkatom priemysle, ktorý by mal byť založený na použití takých surovín, ako je rafinácia zemného plynu alebo ropy.
Po druhé, malo by dôjsť k postupnému rozširovaniu celej výroby a jej jednotlivých komponentov.
Po tretie, v súčasnom štádiu vývoja chemického priemyslu je potrebný výskum na vývoj aktívnych katalytických systémov na dosiahnutie maximálneho zníženia tlaku vo výrobnom procese.
Po štvrté by sa malo uviesť do praxe použitie špeciálnych kolón pre syntézu pomocou katalyzátora vo fluidnom lôžku.
Po piate, v záujme zvýšenia efektívnosti výroby je potrebné zlepšiť fungovanie systémov využívania tepla.
záver
Amoniak má veľký význam pre chemický priemysel a poľnohospodárstvo. Slúži ako surovina pri výrobe kyseliny dusičnej, jej solí, amónnych solí a rôznych dusíkatých hnojív.
