Ammoniakproduktion använder kol, koks, koks och naturgas som råvaror. Samtidigt är naturgas fortfarande den viktigaste råvaran.
Lite historia
Redan på 1900-talet utvecklade den berömda kemiska forskaren Gaber den fysiska och kemiska syntesen av ammoniak. Följarna av Gaber bidrog också till denna produktion. Så Mittash kunde utveckla en effektiv katalysator, Bosch skapade specialutrustning.
Mittash testade ett stort antal blandningar som katalysatorer (cirka 20 tusen), tills han bosatte sig på svensk magnetit, som har samma sammansättning som katalysatorerna som aktivt används idag. Moderna katalysatorer är stål som främjas med en liten mängd aluminiumoxid och kalium.
Tillbaka i sovjetiden genomfördes enormt arbete i forskningsinstitut och laboratorier vid fabriker inom studier av kinetik och termodynamik i ammoniaksyntes. Ett betydande bidrag till förbättringen av tekniken för produktion av ammoniak gavs av ingenjörer för kvävegödselanläggningar och innovativa arbetare. Som ett resultat av dessa verk förstärktes hela den tekniska processen väsentligt, helt nya konstruktioner av specialapparater skapades, konstruktionen av ammoniakproduktionen började.
Det sovjetiska ammoniakproduktionssystemet kännetecknades av tillräcklig effektivitet och hög produktivitet.
Den första praktiska tillämpningen som bekräftade framgången för den föreslagna teorin var utvecklingen av en så viktig kemisk teknikprocess som syntes av ammoniak.
En av de typer av tillräckligt effektiva sätt att förbättra produktionen av ammoniak är användningen av rensningsgaser. Moderna växter avger ammoniak från sådana gaser genom frysning.
Rensningsgaser efter ammoniak kan användas som bränsle med låg kaloriinnehåll. Ibland kastas de helt enkelt ut i atmosfären. Förbränningsgaser måste skickas till en rörugn (metanomvandlingsavdelningen). Detta sparar konsumtionen av råvaror (naturgas).
Det finns ett annat sätt att använda dessa gaser. Detta är en separering av deras metoder för djup kylning. Denna metod minskar den totala kostnaden för färdiga produkter (ammoniak). Argonet erhållet vid denna process är också mycket billigare än det analoga, men kan återvinnas i en luftseparationsenhet.
Spolningsgaserna har ett högt inert innehåll, vilket bidrar till en mindre intensiv reaktion.
Ammoniakproduktionsschema
För en detaljerad studie av ammoniaktillverkningstekniken är det nödvändigt att överväga processen för utveckling av ammoniak från så enkla ämnen som väte och kväve. Återgå till kemi på skolnivå kan det noteras att denna reaktion kännetecknas av reversibilitet och minskad volym.
Eftersom denna reaktion är exoterm, kommer en sänkning av temperaturen att bidra till en förskjutning i jämvikt till förmån för frisättningen av ammoniak. I detta fall är det dock en signifikant minskning av hastigheten för den kemiska reaktionen i sig. Det är därför syntesen utförs i närvaro av en katalysator och motstår en temperatur på cirka 550 grader.
De viktigaste metoderna för produktion av ammoniak
Följande produktionsmetoder är kända från praxis:
- vid lågt tryck (cirka 15 MPa);
- vid medeltryck (cirka 30 MPa) - den vanligaste metoden;
- vid högt tryck (cirka 100 MPa).
Föroreningar som vätesulfid, vatten och kolmonoxid påverkar ammoniaksyntesen negativt. För att de inte minskar aktiviteten hos katalysatorn måste kväve-väte-blandningen rengöras noggrant. Men även under dessa förhållanden kommer bara en del av blandningen att bli ammoniak i framtiden.
Därför överväger vi mer detaljerat processen för ammoniakproduktion.
Produktionsteknologi
Ammoniakproduktionssystemet innebär att naturgas spolas med flytande kväve. I detta fall är det nödvändigt att genomföra omvandlingen av gas vid hög temperatur, tryck upp till 30 atmosfärer och en temperatur på cirka 1350 grader. Endast i detta fall kommer den konverterade torra gasen att ha låga förbrukningsgrader för syre och naturgas.
Fram till nyligen var produktion av ammoniak, vars teknik innehöll både seriella och parallella anslutningar mellan de använda enheterna, baserad på duplicering av huvudutrustningens funktioner. Resultatet av denna organisation av produktionsprocessen var en betydande sträckning av teknisk kommunikation.
Det finns en modern produktion av ammoniak, vars teknik redan planerar att använda en anläggning med en kapacitet på 1360 ton per dag. Denna utrustning innehåller minst tio enheter för omvandling, syntes och rening. Seriell-parallella teknologier bildar oberoende enheter (verkstäder), som ansvarar för genomförandet av enskilda steg för bearbetning av råvaror. Således kan den organiserade produktionen av ammoniak förbättra arbetsvillkoren på specialiserade anläggningar avsevärt, genomföra automatisering, vilket kommer att leda till stabilisering av hela den tekniska processen. Dessa förbättringar kommer också att leda till en betydande förenkling av den övergripande tekniken för produktion av syntetisk ammoniak.
Innovationer inom ammoniaktillverkningsteknik
Modern ammoniakproduktion i industrin använder en billigare typ av naturgas som råmaterial. Detta minskar kostnaden för den färdiga produkten avsevärt. Tack vare en sådan organisation kan dessutom arbetsförhållandena vid respektive anläggning förbättras och den kemiska produktionen av ammoniak kan förenklas kraftigt.
Funktioner i produktionsprocessen
För den efterföljande förbättringen av produktionsprocessen är det nödvändigt att befria mekanismerna för rengöring av gaser från skadliga och onödiga föroreningar. För detta används finreningsmetoden (adsorption och pratalatalys).
Detta är fallet när produktion av ammoniak inte involverar tvättning av gasen med flytande kväve, men samtidigt sker en låg temperaturomvandling av kolmonoxid. För omvandling av naturgas vid hög temperatur kan syreberikad luft användas. I detta fall är det nödvändigt att säkerställa att metankoncentrationen i den omvandlade gasen inte överstiger 0,5%. Detta beror på den höga temperaturen (cirka 1400 grader) som ökar under en kemisk reaktion. Som en följd av denna typ av produktion kan därför en hög koncentration av inert gas spåras i den initiala blandningen och dess förbrukning är 4,6% högre än samma konsumtion under syreomvandling i en koncentration av 95%. Samtidigt är syreförbrukningen 17% lägre.
Teknologisk gasproduktion
Denna produktion är det första steget i syntesen av ammoniak och genomförs under ett tryck av cirka 30 kl. För att göra detta komprimeras naturgas med en kompressor upp till 40 atm, sedan värms den till 400 grader i en spole, som är belägen i en rörformig ugn, och tillförs avsvavlingsavdelningen.
Om svavel finns i en mängd av 1 mg i m i renad naturgas, måste den blandas med vattenånga i ett lämpligt förhållande (4: 1).
Väte reagerar med kolmonoxid (den så kallademetanation) inträffar med frigörandet av en enorm mängd värme och en signifikant volymminskning
Kopparproduktion
Det utförs om produktionen av ammoniak inte inkluderar tvättning med flytande kväve. I denna process används koppar-ammoniakbehandling. I detta fall används sådan ammoniakproduktion, vars tekniska schema använder syreberikad luft. Samtidigt bör specialister se till att metankoncentrationen i den omvandlade gasen inte överstiger 0,5%, en sådan indikator är direkt relaterad till en ökning av temperaturen till 1400 grader under reaktionen.
De viktigaste riktningarna för utveckling av ammoniakproduktion
För det första är det nödvändigt att inom en nära framtid samarbeta inom den organiska och kväveindustrin, som bör baseras på användning av sådana råvaror som naturgas eller oljeraffinering.
För det andra bör det ske en gradvis utvidgning av all produktion och dess enskilda komponenter.
För det tredje, i det nuvarande utvecklingsstadiet för den kemiska industrin, behövs forskning för att utveckla aktiva katalytiska system för att uppnå maximal tryckminskning i produktionsprocessen.
För det fjärde bör användningen av speciella kolumner för syntesen med en fluidiserad bäddkatalysator komma i praktiken.
För det femte är det nödvändigt att förbättra driften av värmeutnyttjande system för att öka produktionseffektiviteten.
slutsats
Ammoniak är av stor betydelse för den kemiska industrin och jordbruket. Det fungerar som råmaterial vid produktion av salpetersyra, dess salter, såväl som ammoniumsalter och olika kvävegödselmedel.
