Тема №7 Виробництво аміаку
Перерахуйте основні методи фіксації азоту.
Під фіксацією азоту розуміються реакції в ході яких молекулярний азот утворює різні сполуки, наприклад, реакція утворення аміаку при взаємодії азоту з воднем.
Інтереси вчених-біологів сфокусовані на конкретних наукових напрямах, у тому числі можна назвати следующие:
1) пошук нових мікробно-рослинних азотфіксуючих угруповань та визначення їх ролі в глобальній азотфіксуючій системі планети;
2) дослідження молекулярних механізмів взаємовідносини рослин та азотфіксуючих мікроорганізмів;
3) дослідження фізичних та фізико-хімічних основ явища азотфіксації;
4) вивчення генетики азотфіксації та створення генноінженерним шляхом азотфіксуючих рослин;
5) розробка комплексу агробіологічних технологій з метою підвищення продуктивності азотфіксації у рослинництві.
Як змінилася структура сировинної бази з розвитком азотної промисловості? Який вид природної сировини знаходив практичне застосування для отримання технологічної сировини?
У чому перевага газу перед іншими видами природної сировини?
Перевага природного газу (СН4):
Горіння метану супроводжується незначним виділенням забруднюючих речовин, як твердих пилових, так і газоподібних: оксидів азоту, сірки та вуглецю.
Метан може бути проміжним паливом при поступовому переході на такі альтернативні джерела електроенергії, як вітер, сонячна енергія, гідроелектрична енергія, енергія припливів і геотермальні джерела енергії.
Метан широко поширений і доступний у більшості міст та населених пунктів, у безпосередній близькості від кінцевихспоживачів електроенергії Це означає, що для таких електростанцій простіше підібрати місце і вони не вимагають протяжних ліній високовольтних передач.
Електростанції змішаного типу, що працюють на метані, є досить ефективними.
Постійне постачання метаном можна організувати за допомогою підземних газопроводів, заощаджуючи на енергоспоживання поїздів та вантажівок, що доставляють пальне від переробного заводу на електростанцію.
Електростанції, що працюють на метані, можна переобладнати для використання водню як паливо, коли водень буде доступний у достатній кількості за прийнятними цінами.
Складіть хімічну та функціональну схеми отримання технологічного газу для синтезу аміаку із природного газу.
Функціональна схема синтезу аміаку: А – синтез NH3; Б – виділення NH3; В – компресія та рециркуляція
Чому необхідне очищення природного газу від сірчистих сполук? Як і за яких умов вона здійснюється?
Очищення природного газу від сірковмісних сполук адсорбцією сірководню, який заважає подальшим перетворенням:
H2S + ZnO = ZnS + Н20
Конверсія метану з водяною парою. І природний газ (СН4) і вода (Н2О) є сировиною для отримання одного з компонентів для синтезу аміаку – водню Н2. У цьому перетворенні протікають одночасно дві реакції:
СН4 + Н2О = СО + ЗН2;
СО + Н2О = СО2 + Н2.
Конверсія оксиду вуглецю з водяною парою (у попередньому процесі оксид вуглецю СО не повністю перетворюється на СО2 через рівноважні обмеження):
СО + Н2О = СО2 + Н2.
Після цього процесу досягається максимально можливе вилучення водню з вихідної сировини – метану СН4 та води Н2О.
Проаналізуйте хімічну тафункціональну схему сіроочищення.
Якими міркуваннями керуються під час виборів технологічного режиму основних стадій пароповітряної конверсії газу?
Які каталізатори застосовують на стадії конверсії метану та оксиду вуглецю? Які домішки у газі викликають отруєння каталізаторів? Який термін їхньої служби?
Всі реакції протікають за участю каталізаторів та при високих температурах. При здійсненні процесу конвекції СН4 проводять очищення природного газу від сполук сірки, які є каталітичною отрутою, а також очищення азотоводородної суміші від оксидів вуглецю.
Конверсію метану здійснюють при температурі 800-900 °З нікелевому каталізаторі.
Що являють собою відхідні гази агрегатів синтезу аміаку? Як здійснюється їх очищення?
Конвертований газ, що отримується після конверсії метану, містить 20-40% оксиду вуглецю.
Для збільшення виходу водню газ після конверсії метану відновлюють водяною парою.
Які методи знайшли практичне застосування для очищення конвертованого газу діоксиду вуглецю? Перерахуйте їх переваги та недоліки.
Напишіть хімічні реакції, що лежать в основі моноетаноламінової очистки. Що є побічним продуктом процесу та яке практичне застосування він знаходить?
Абсорбція діоксиду вуглецю – видалення СО2 отриманого при отриманні водню. Його поглинають розчином моноетаноламіну:
СО2 + 2RNH2 + Н2О = (RNH3)2CO3.
Обґрунтуйте вибір технологічного режиму на стадіях абсорбції CO2 та регенерації розчинника у процесі моноетаноламінового очищення технологічного газу.
МЕА очищення - низька вартість, стабільність процесу, легко регенерується, висока поглинальна здатність. При очищенні газу 17-21% розчиномМЕА йде 2 реакції:
Які методи очищення від оксиду вуглецю застосовують у сучасних технологічних установках виробництва синтез-газу?
Очищення газу від оксиду вуглецю. Після конверсії ЗІ невелика кількість ЗІ залишається, і він заважає подальшим перетворенням. Звільняються від нього, перетворюючи на метан:
Як здійснюється тонке очищення конвертованого газу від оксидів вуглецю?
Селективними є залізо-хромовий і мідь-вміст каталізатори: перший забезпечує достатню швидкість реакції при температурі 450-500 °С, другий активно працює при 250-300 °С. Залишкова концентрація становить 0,3-0,5%.
Після очищення газу від оксидів вуглецю він надходить на синтез аміаку.
Назвіть найважливіші сфери застосування аміаку.
Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості, щорічне його світове виробництво досягає 150 млн тонн. В основному використовується для виробництва азотних добрив (нітрат та сульфат амонію, сечовина), вибухових речовин та полімерів, азотної кислоти, соди (за аміачним методом) та інших продуктів хімічної промисловості. Рідкий аміак використовують як розчинник.
У холодильній техніці використовується як холодильний агент (R717)
У медицині 10% розчин аміаку, найчастіше званий нашатирним спиртом, застосовується при непритомних станах (для збудження дихання), для стимуляції блювоти, а також зовнішньо - невралгії, міозити, укуси комах, для обробки рук хірурга. При неправильному застосуванні може спричинити опіки стравоходу та шлунка (у разі прийому нерозведеного розчину), рефлекторну зупинку дихання (при вдиханні у високій концентрації).
Застосовують місцево, інгаляційно та внутрішньо. Для збудження дихання та виведення хворого знепритомного стану обережно підносять невеликий шматок марлі чи вати, змочений нашатирним спиртом, до носа хворого (на 0,5-1 з). Всередину (тільки у розведенні) для індукції блювання; також, у складі нашатирно-анісових крапель - як муколітичний (відхаркувальний) засіб. При укусах комах - як примочок; при невралгіях та міозитах - розтирання аміачним лініментом. У хірургічній практиці розводять у теплій кип'яченій воді та миють руки.
Оскільки аміак є слабкою основою, при взаємодії із кислотами він їх нейтралізує.
Фізіологічна дія нашатирного спирту обумовлена різким запахом аміаку, який подразнює специфічні рецептори слизової оболонки носа та сприяє збудженню дихального та судинно-рухового центрів мозку, викликаючи почастішання дихання та підвищення артеріального тиску.
Протиморозна добавка для сухих будівельних розчинів, що відноситься до прискорювачів. Дозування, що рекомендується, — 2…8 % маси компонентів сухої суміші в залежності від температури застосування. Аміачна вода - продукт (NH3 * H2O), що являє собою газоподібний аміак NН3, розчинений у воді.
Складіть функціональну схему синтезу аміаку.
Агрегат синтезу аміаку (технологічна схема).
Які основні фізико-хімічні особливості реакції синтезу аміаку з азоту та водню, що впливають на вибір технологічного режиму процесу? Зважаючи на ці особливості, обґрунтуйте вибір тиску, температурного режиму процесу, тип технологічної схеми.
Якими міркуваннями керуються при виборі об'ємної швидкості газу колонах синтезу аміаку?
Поясніть механізм гетерогенно-каталітичного процесу синтезу аміаку. Якими стадіями може бути описаний?
Які каталізатори застосовуютьпри синтезі аміаку?
При синтезі аміаку з простих речовин - азоту і водню - використовують як каталізатор використовують пористе залізо з домішками Al2O3 і K2O
Які методи виділення аміаку з циркуляційного газу застосовують у установках середнього тиску?
Циркуляційний газ при температурі 50°З надходить у систему вторинної конденсації, що включає конденсаційну колону та випарники рідкого аміаку. У конденсаційній колоні газ охолоджується до 18°С і випарника за рахунок кипіння аміаку в міжтрубному просторі до - 5°С. З трубного простору випарників суміш охолодженого циркуляційного газу і аміаку, що сконденсувався, надходить в сепараційну частину конденсаційної колони, де відбувається відділення рідкого аміаку від газу і змішання свіжої азотоводородной суміші з циркуляційним газом. Далі газова суміш проходить кошик з порцеляновими кільцями Рашига, де відокремлюється від крапель рідкого аміаку, піднімається трубками теплообмінника і направляється у виносний теплообмінник, а потім колону синтезу.
Що являють собою продувні та танкові гази? Яке застосування вони знаходять?
Поясніть пристрій колони синтезу. Проаналізуйте режим роботи.
Принципова технологічна схема синтезу аміаку в агрегаті потужність 1360 т/сут на вітчизняному устаткуванні.
Свіжа азотоводородная суміш після очищення метануванням стискається в відцентровому компресорі до тиску 32 Мпа і після охолодження в повітряному холодильнику надходить у нижню частину конденсаційної колони для очищення залишкових домішок СО3, Н2О і слідів масла. Свіжий газ барботує через шар сконденсованого рідкого аміаку, звільняється при цьому від водяної пари і слідів СО2. і олії, насичується аміаком до 3-5% і змішується зциркуляційним газом. Отримана суміш проходить трубками теплообмінника конденсаційної колони і направляється в міжтрубний простір виносного теплообмінника, де нагрівається до 185-1950°З рахунок теплоти газу, що виходить з колони синтезу. Потім циркуляційний газ надходить у колони синтезу.
Сформулюйте основні вимоги до колон синтезу аміаку.
Які технологічні заходи сприяють охороні навколишнього середовища у виробництві аміаку?
Крупнотоннажне виробництво аміаку характеризують такі викиди у довкілля:
1) газові, що містять у своєму складі аміак, оксиди азоту та вуглецю та інші домішки
2) стічні води, що складаються з конденсату, продуктів промивання реакторів та систем охолодження;
3) низько потенційну теплоту.
Відносна концентрація токсичних домішок виробництва аміаку у вигляді оксиду вуглецю і оксидів азоту в газах, що відходять, невисока, але коли відбувається відновлення оксидів азоту до елементного азоту, для усунення навіть незначних викидів розробляються спеціальні заходи. Повне виключення токсичних викидів можливе при використанні каталітичного очищення у присутності газу-відновника.