Thema 2.1 Technologie der Herstellung von Ammoniak

Eigenschaften von Ammoniak

Bei normalen Temperaturen Ammoniak ist ein farbloses Gas mit Würgen stechendem Geruch und beißenden Geschmack, reizend geltenden auf die Schleimhäute, giftig.

Ammoniak ist gut löslich in Wasser. Bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck in 1L Wasser löst sich 750л gasförmigem Ammoniak. Bei der Auflösung von Ammoniak in Wasser bildet sich Ammoniak-Wasser

NH₃+H₂O= NH₄ER

Da, dass die Konzentration der Oh-Ionen klein Ammoniak-Wasser ist eines der wichtigsten Chemikalien, verdünnte Lösungen der (Ammoniak) in der Medizin angewendet und Haushalt.

Bei einer Temperatur von -33,19⁰Mit kocht, und wenn -77,75⁰Mit verfestigt. Ammoniak ist sehr reaktionär-fähig Substanz, вступающее in der Reaktion. Bei normalen Temperaturen beständig, und wenn 300⁰In Gegenwart eines Katalysators dissoziiert in Wasserstoff und Stickstoff. Ammoniak реакционноспособен, insbesondere Katalysatoren oxidiert, Stickstoffmonoxid. In der Mischung mit der Luft (15-28% Volumen) explosiv.

Ammoniak wird bei der Herstellung von Salpetersäure, Harnstoff, Ammoniumnitrat, NPK. Flüssiges Ammoniak dient einem Stoff der kühlmaschine, da. bei der Verdunstung der Umwelt abgezogen viel Wärme. Flüssiges Ammoniak – gutes Lösungsmittel für eine große Anzahl von organischen verbindungen, und auch vielen anorganischen Substanzen.

Der Wert Stickstoffverbindungen

Der gasförmige Stickstoff ist eines der nachhaltigsten Chemikalien. In einer Atmosphäre von Stickstoff ist im freien Zustand in großen Mengen. Es wird geschätzt, dass über 1ha der Oberfläche der Erde gibt es etwa 80 tausend. T Stickstoff. Von entscheidender Bedeutung Stickstoff für das Leben auf der Erde, als eines der Elemente, Mitglieder der Protein-Strukturen, ohne die es unmöglich ist, die Existenz der lebenden Zelle.

Eine gewisse Menge an Stickstoff geht in die biologisch усвояемую das Formular in der Folge blitzentladungen auf die Reaktionen

N₂ + O₂ = 2NO (2.1.1)

In der Lebenstätigkeit der Pflanzen und der Tiere nimmt nicht die elementaren Stickstoff, und gestrickt, dh. seine Chemische verbindungen. Ammoniak ist die wichtigste Verbindung von Stickstoff, die beteiligten in der азотистом Stoffwechsel in der Natur.

Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Produkten in der stickstoffindustrie sind die atmosphärische Luft und verschiedene Arten von Kraftstoff. Die Luft ist ein Gasgemisch, bilden die Atmosphäre. Die wichtigsten Gasen, Bestandteil der Luft sind: Stickstoff -78.03%, Sauerstoff – 20.99%, Argon -0.94%. In geringer Menge in der Zusammensetzung der Luft sind Wasserstoff, Neon, Helium, Krypton, Xenon und Kohlendioxid. Stickstoff wird in den Prozess der Gewinnung von Ammoniak, цианамида Kalzium und andere Produkte Salpetersäure-Technologie. Der Sauerstoff wird in vielen industriellen Prozessen Oxidation. Argon verwenden in der Beleuchtungstechnik, Neon – für die Füllung Elektronenröhren, Krypton und Xenon – Füll-Lampen. Aufgrund der großen Trägheit Stickstoff lange Zeit nicht gelungen ist, die Wege finden, um die Verbindung mit den anderen Elementen. Die Trägheit der Stickstoff durch die Anwesenheit dreifachbindung zwischen den stickstoffatomen im Molekül.

Möglichkeiten der Produktion.

Es gibt drei Methoden, um weitere gebundenem Stickstoff: Bogen, цианамидный und Ammoniak.

Bogen-Methode basiert auf der Verbindung von Stickstoff und Sauerstoff bei hohen Temperaturen –2500-3000⁰Mit (in der Flamme eines Lichtbogens) durch die Reversible Reaktion:

N₂ +In₂ ↔2NО +Q (2.1.2)

Weiter ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung oxidieren bis ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung₂ und absorbieren Wasser, indem Salpetersäure, oder verbinden mit Sa(ER)₂, indem Magnesium Nitrat. Leistungsaufnahme auf den Erhalt der 1 T gebundenem Stickstoff Arc-Methode ist sehr groß – 60тыс. kWh. Nach dieser Methode gearbeitet Anlagen in Norwegen, Deutschland, Die USA, aber mit dem Aufkommen der Ammoniak-Methode, die die Bindung von Stickstoff diese Fabriken wurden geschlossen.

Цианамидный Methode basiert auf der Fähigkeit des feinteiligen Calcium-Carbid bei einer Temperatur von etwa 1000⁰Mit der Interaktion mit Stickstoff durch die Gleichung

CAC₂ +N₂↔СаСN₂ + Mit +302кДж (2.1.3)

Energieverbrauch für die Produktion 1 T gebundenem Stickstoff цианамидным Methode 10-12 tausend kWh. In N in die Rolle dieser Methode in der Herstellung von gebundenem Stickstoff ist äußerst gering. Zu diesen Verfahren erhalten die verbindungen von Stickstoff in Form von ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung und СаСN₂.

Die Lösung für das Problem von gebundenem Stickstoff war die Reaktion der Synthese von Ammoniak, die industrielle Umsetzung der erlaubt, eine starke Rohstoffbasis zu einer Vielzahl von stickstoffhaltigen verbindungen. Leistungsaufnahme auf 1 T gebundenem Stickstoff bei der Ammoniak-Methode mehrmals weniger, als bei цианамидном. Deshalb Ammoniak-Methode ist in N in. das wichtigste bei der Beschaffung von Ammoniak und die auf seiner Grundlage aller anderen verbindungen, die Stickstoff.

Erste Ammoniak Ammoniak-Methode erfolgt eine Reversible Reaktion

N₂ +N₂↔ NH₃ + Q (2.1.4)

dh. die Synthese von Ammoniak wird aus Stickstoff und Wasserstoff.

Stickstoff für die Zubereitung von азотоводородной Mischung wird durch die Verflüssigung der Luft mit anschließender Destillation, deren Umsetzung kann durch die unterschiedlichen Siedepunkt der einzelnen Komponenten. Unter dem atmosphärischen Druck Stickstoff siedet bei -195.8⁰Mit, Sauerstoff bei -183⁰Mit. Der Unterschied in der 18⁰Mit vollkommen ausreichend, um die flüssige Luft teilen der Destillation auf technisch saubere Stickstoff und Sauerstoff. Fast vollständige Trennung der Luft zu erreichen zweimaliger Destillation in двухколонном Gerät.

Die Umwandlung von Methan in Gegenwart von Sauerstoff der Luft ermöglicht, gleichzeitig erhalten Sie eine Wasserstoff und Stickstoff, die Vermischung, bilden азотоводородную Mischung, direkt an der Synthese von Ammoniak.

Die Herstellung von Wasserstoff und азотоводородной Mischung.

Da die Ressourcen, die atmosphärischen Stickstoff zu riesig, dann die Rohstoffbasis der stickstoffindustrie vor allem durch den zweiten Blick Rohstoff – Kraftstoff, verwendet für die Herstellung von Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gas.

Reis. 2. 1 Rohstoffe die Produktion von Ammoniak

Der Wasserstoff, der für die Synthese von Ammoniak erhalten werden kann:

1) Umwandlung von Methan mit Wasserdampf;

2) Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf;

3) Cracken sein Methan;

4) Trennung Kokereigas.

Von primärer Bedeutung sind die Methoden der Umwandlung von Methan und Kohlenmonoxid.

In der heutigen Zeit ist der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Ammoniak ist Erdgas. Synthese-Gas aus kohlenwasserstoffgasen (Natürliche, Durchleiten von Gasen, Gase die Verarbeitung von anderen Brennstoffen) derzeit ist die wichtigste Quelle für Ammoniak und Methanol. Im Erdgas enthalten 98% Methan, der Rest – Ethan und Propan. Verunreinigungen Ethan und Propan beteiligt sind die Reaktionen ähnlich wie Methan. Als Oxidationsmittel verwendet Wasserdampf und Sauerstoff. Der Letzte zugegeben, für die Entschädigung der Wärme, absorbiert wird bei der Umwandlung von Methan. Die Oxidation von Methan (die wichtigste Komponente von kohlenwasserstoffgasen) bei der Herstellung von Synthesegas fließt in den wichtigsten summarischen Reaktionen:

CH₄+0,5O₂ = CO + 2H₂; ΔH = -35,6 kJ (2.1.5)

CH₄+ N₂ÜBER = MIT + ZN₂; Δ N = 206,4 kJ (2.1.6)

Die resultierende Reaktionen Kohlenmonoxid umgewandelt Wasserdampf:

Der Prozess der Umwandlung von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf verläuft nach der Gleichung:

MIT +N₂ÜBER ↔ MIT₂ +N₂ +Q (2.1.7)

Alle drei Reaktionen sind reversibel. Für jeden von Ihnen gibt es eine bestimmte ausgewogenen Verhältnis zwischen den Konzentrationen der Stoffe, die bei einer Konstanten Temperatur unverändert bleibt und definiert eine Konstante Gleichgewicht.

Die Umwandlung von Methan.

Die betrachteten Prozesse der Umwandlung von Methan mit Wasserdampf und Sauerstoff verlaufen mit verschiedenen Wärme-Effekt: die Reaktionen der endotherme Dampfreformierung, fordern Wärmezufuhr; Reaktionen Sauerstoff-Conversion-exotherme, wobei die freigesetzte Wärme genug, nicht nur für die Umsetzung der autothermen eigentlich Sauerstoff-Conversions, aber auch für die Deckung der Durchfluss der Wärme auf die endotherme Reaktion Dampfreformierung.

Für die Erreichung der restlichen Inhalte CH₄etwa 0,5% Conversion führen in zwei Stufen: ein Umwandlung unter Druck {die erste Phase) und Dampf-Umwandlung mit Hilfe von Sauerstoff und Luft (die zweite Stufe). Dabei stellt sich heraus Synthese-Gas stöchiometrischen Zusammensetzung und die Notwendigkeit der Trennung von Luft für den Erhalt der technologischen Sauerstoff und Stickstoff. Auf der ersten Stufe der Umwandlung durchgeführt Wasserdampf in der rohrförmigen Reaktor bei 800⁰Mit einer mit einem Conversion-rate 90%. Auf der zweiten Stufe der Umwandlung der restlichen Methan durchgeführt wird, um die Luft in den Reaktor bei mir 1000⁰Mit. In dem umgewandelten Gas enthält 0.3% Methan. Darüber hinaus, die Verwendung von Luft als Oxidationsmittel können Sie konvertiert von einer Gas-mit einem Gehalt an Stickstoff (der einströmenden Luft) in einer solchen Menge, die notwendig sind, um азотоводородной Mischung für die Synthese von Ammoniak.

Das Gleichgewicht der Zusammensetzung des Gasgemisches bestimmt Parametern des Prozesses, wie die Temperatur und der Druck im System, und auch das Verhältnis der reagierenden Komponenten.

Ausgehend von dem Prinzip von Le Chatelier für das erreichen der maximalen Ausbeute an Wasserstoff theoretisch müssen die folgenden Bedingungen bei der Umwandlung von Methan: Dekompression, die Erhöhung der Temperatur und der überschüssige Wasserdampf im Vergleich mit der stöchiometrischen Menge. In der Praxis Umwandlung erfolgt vor allem bei erhöhtem Druck (2-3MPa), obwohl, dass der Gehalt an Wasserstoff nimmt mit Zunehmender Druck (das Gleichgewicht verschiebt sich nach Links). Der Prozess der Umwandlung von Vorteil, bei erhöhtem Druck, so wie in diesem Fall erhöht sich die Geschwindigkeit der Reaktion (infolge der zunehmenden Konzentration der reagierenden Substanzen), und darüber hinaus, wird der Natürliche Druck Erdgas, mit dem er ein auf das Unternehmen. Dies wirkt sich auf die Verringerung der Größe der Apparate und Rohrleitungen und die Reduzierung der Investitionen für den Bau der Anlage. Darüber hinaus sinkt der Stromverbrauch auf die Kompression der reformierten Gas vor der nächsten Stufe der Synthese von Ammoniak, verfolgt bei erhöhtem Druck.

Durch die Temperaturverhältnisse unterscheiden zwei Arten der Umwandlung von Methan: hohe Temperatur bei 1350-1400⁰Mit und ohne Katalysator und die katalytische Umwandlung bei 800-1000⁰In Gegenwart eines Katalysators. Für die Erstellung der hohen Temperaturen und der Durchführung der exothermen Reaktion (2) müssen Sie bringen die Wärme von außen. Um zu sparen Verfahren, die Kombination der Umwandlung von Methan mit Wasserdampf und Sauerstoff, dh. mit der Nutzung der exotherme und endotherme Prozesse.

Die Anwendung der katalytischen Umwandlung hat Vorteile gegenüber der Hochtemperatur -. Ein Katalysator beschleunigt die Reaktion, reduziert die Temperatur des Prozesses und unterdrückt seitenthema Reaktion CH₄ →+2H₂, dh. verhindert die Bildung von Kohlenstoff und weitere Stufe der Reinigung.

Katalysatoren unterscheiden sich voneinander nicht nur der Inhalt der aktiven Komponente, aber auch der Blick und der Inhalt der anderen Komponenten – Träger und Promotoren.

Höchste katalytische Aktivität in diesem Prozess haben die Nickel-Katalysatoren auf dem Medium – Tonerde (A1₂In₃).

Nickel-Katalysatoren Prozess der Umwandlung von Methan zu produzieren, die in Form von Pillen und extrudierten Ringe Рашига. So, Katalysator GIAP-16 hat folgende Zusammensetzung: 25% NiO, 57% A1₂In₃, 10%Cao, 8% MgO.

Die Lebensdauer der Katalysatoren Conversion-rate bei den ordnungsgemäßen Betrieb von bis zu drei Jahren und mehr. Ihre Aktivität verringert sich unter der Wirkung der verschiedenen katalytischen Gifte. Nickel-Katalysatoren, die empfindlich auf die Wirkung von Schwefelverbindungen. Die Vergiftung erfolgt durch die Bildung auf der Oberfläche des Katalysators Sulfide Nickel, völlig inaktiven in Bezug auf die Reaktion von Methan und seine homologen. Vergiftete grauen Katalysator kann fast vollständig regeneriert in bestimmten Temperaturbedingungen bei der Abgabe in den Reaktor reinem Gas. Die Aktivität der зауглероженного Katalysator wiederherstellen können, verarbeitendes seine Wasserdampf.

CH₄+MIT₂ = 2WC + 2N₂; ΔH = 248,ЗкДж (2.1.8)

Zur Erhöhung der Ausbeute an Wasserstoff Umwandlung erfolgt mit einem überschuss von Wasserdampf im Verhältnis CH₄: N₂Über= 1:2 von stöchiometrischen Mengen.

Umwandlung von Methan führen in den Reaktoren von zwei Arten: Fächerkrümmer und von mir. Der Rohrreaktor (Rohrofen) – das Gerät, in den Rohren dessen gelegt, Katalysator, und in den Ringraum bilden die Wärme der Abgase (häufiger bei der Verbrennung von Erdgas). Modus der Bewegung der Reagenzien ist der Reaktor Verdrängung, Temperaturbereich – политермический. Шахтный Reaktor ist ein Gerät der kapazitiven Typ, футерованный von innen mit feuerfeststeinen. Mit Wassermantel, wodurch eine überhitzung des Gehäuses im Falle der lokalen Mängel in der Auskleidung. Im unteren Teil des Reaktors Spritzen Kondensat für die Abnahme der Wärme reformierten Gas und Befeuchtung. Modus der Bewegung Reagenzien – Reaktor der Verdrängung, durch die Temperaturverhältnisse – Adiabatische.

Umwandlung von Kohlenmonoxid.

Der Prozess der Umwandlung von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf verläuft nach der Gleichung:

MIT +N₂ÜBER ↔ MIT₂ +N₂ +Q (2.1.9)

Diese Reaktion erfolgt teilweise bereits bei der Dampfreformierung von Methan, jedoch ist der Grad der Umwandlung von Kohlenmonoxid bei diesem sehr klein und im austretenden Gas enthält bis zu 11,0% MIT und mehr. Weitere Mengen an Wasserstoff und Minimierung der Konzentration von Kohlenmonoxid in der konvertierten Gaza durchgeführt eigenständige Phase der katalytischen Umwandlung von MIT Wasserdampf. Der Prozess der Umwandlung von Kohlenmonoxid – heterogene, katalytische, Reversible und exothermes.

In übereinstimmung mit den Bedingungen der thermodynamischen Gleichgewicht steigern die Conversion-rate, MIT der Sie die Entfernung von Kohlendioxid aus der Gasmischung, steigendem Gehalt an Wasserdampf oder Durchführung des Prozesses bei möglichst niedriger Temperatur. Umwandlung von Kohlenmonoxid, wie aus der Gleichung der Reaktion, verläuft ohne änderung des, so erhöhte sich der Druck nicht bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichts. Zusammen mit Durchführung des Verfahrens bei erhöhtem Druck wirtschaftlich sinnvoll, da steigt die Geschwindigkeit der Reaktion, verringern Sie die Größe der Geräte, nützlich wird die Energie der zuvor komprimiertes Erdgas.

Der Prozess der Umwandlung von Kohlenmonoxid mit zwischen die Entfernung von Kohlendioxid wird in der technologischen Systeme zur Herstellung von Wasserstoff in den Fällen, wenn es erforderlich ist, um Wasserstoff mit einer minimalen Anzahl von Verunreinigungen Methan.

Die Konzentration von Wasserdampf in Gaza in der Regel bestimmt durch die Anzahl der Dosiermenge auf die Umwandlung von Methan und die restlichen nach Verlauf. Verhältnis von Dampf: das Gas vor der Konvertierung MIT in den großen Aggregaten der Produktion von Ammoniak beträgt 0,4—0,5. Die Durchführung des Verfahrens bei niedrigen Temperaturen – rationale Weg der Verbesserung des Gleichgewichts, den Grad der Umwandlung von Kohlenmonoxid, aber möglich nur bei Vorhandensein von hochaktiven Katalysatoren. Sie sollten beachten, dass die untere Temperaturgrenze des Prozesses begrenzt Bedingungen die kondensation von Wasserdampf. Im Falle der Durchführung des Verfahrens unter Druck 2-3 MPa diese Grenze beträgt 180-200°C. Die Senkung der Temperatur unter den Taupunkt verursacht kondensation von Feuchtigkeit auf dem Katalysator, was unerwünscht ist.

Die Reaktion der Umwandlung begleitet von einer erheblichen Freisetzung von Wärme, was hat die Durchführung des Verfahrens in zwei Stufen bei verschiedenen Temperaturbedingungen im einzelnen. In der ersten Phase der hohen Temperatur wird durch die hohe Geschwindigkeit der Umwandlung von großen Mengen von Kohlenmonoxid; auf der zweiten Stufe bei niedrigen Temperaturen erreicht man eine hohe Conversion-rate, MIT der verbleibenden. Die Wärme der exothermen Reaktion wird verwendet, um Dampf zu erzeugen. So, der gewünschte Grad der Umwandlung wird erreicht, bei gleichzeitiger Reduzierung des dampfverbrauchs.

Temperaturbereich in jeder Phase der Konversion richtet sich nach den Eigenschaften der Katalysatoren. Auf der ersten Stufe wird железохромовый Katalysator, das ist in таблетированном und формованном Arten. In der Industrie weit verbreitet среднетемпературный железохромовый Katalysator. |

Für железохромового Katalysator Gifte sind schwefelhaltige verbindungen. Schwefelwasserstoff reagiert mit Fe₃O₄, bilden Sulfid-Eisen-FeS. Organische Schwefelverbindungen in der Gegenwart железохромового Katalysator interagieren mit Wasserdampf mit der Bildung von Schwefelwasserstoff. Neben der Schwefelverbindungen Giftwirkung auf железохромовый Katalysator wirken Phosphorverbindungen, Bor, Silikon, Chlor.

Niedertemperatur-Katalysatoren enthalten verbindungen von Kupfer, Zink, Aluminium, manchmal Chrom. Bekannt sind zwei-, drei-, vier- und mehrteiligen Katalysatoren. Als Ergänzungen zu den oben genannten Komponenten gelten die Verbindung von Magnesium, Titan, Palladium, Mangan, Kobalt und Dr.. Der Gehalt an Kupfer in der Katalysatoren reicht von 20 bis 50% (in Bezug auf OXID). Die Verfügbarkeit von Niedertemperatur-Katalysatoren verbindungen von Aluminium, Magnesium, Mangan stark erhöht deren Stabilität, macht Sie widerstandsfähiger gegen die Erhöhung der Temperatur.

Die Lebensdauer von Niedertemperatur-Katalysatoren in der Regel nicht länger als zwei Jahre.

Der Vorgang wird in Converter mit einem radialen Verlauf von Gas oder mit Abnehmender Temperatur in den Regalen (entsprechend dem Prinzip von Le Chatelier und Optimierung der Temperaturführung) aufgrund der Verdampfung des eingespritzten in den Konverter Kondensat. Der Konverter ist ein vertikaler zylindrisches Gerät, gefüllt mit Katalysator. Gas-Dampf-Gemisch wird von oben nach unten entlang der zentralen Rohr und durch die Löcher über die gesamte Höhe kommt auf den Katalysator. Die reaktionslösung Gas aus dem Gerät kommt, durch den ringförmigen Spalt entlang der Außenwände der. Dem LNB gilt das Modell des Reaktors Verdrängung, und Temperaturverhältnisse – adiabatischen.

Da der Prozess der exothermes, es erfolgt автотермично, dh. ohne Wärmezufuhr von außen, und der überschuss an Ihr wird in Kesseln-Verwerter für die Erzeugung von Dampf.

Die technologische Gestaltung der Umwandlung von Erdgas.

In der heutigen Zeit, in der stickstoffindustrie werden technologische Schema der Umwandlung von Erdgas bei erhöhtem Druck, die Umwandlung von Kohlenmonoxid. Vorteil dieser Systeme ist die geringere Leistungsaufnahme Druckfestigkeit von dem reformierten Gas, dessen Volumen deutlich größer als das Volumen der ursprünglichen Gase; dabei reduziert die Größe der Geräte, Kommunikation und Armatur; voller рекуперируется Wärme feuchten Gasen (da steigt die Temperatur der kondensation von Wasserdampf), vereinfacht die Konstruktion азотоводородного Kompressor, was schafft die Voraussetzungen für den Bau der Anlagen hohe Geräteleistung mit den Prinzipien der Energietechnologien. Letzteres ermöglicht es, die Produktionskosten zu senken und Investitionen und dramatisch erhöhen die Produktivität Breite Anwendung, wie in der Welt, und in der heimischen stickstoffindustrie habe zweistufigen Prozess Dampf und Dampf-Luft-katalytische Umwandlung unter Druck. Auf seiner Grundlage geschaffen, große Versammlungen auf энерготехнологической Schema mit tiefer Rückgewinnung der Wärme katalytischen Reaktionen der Conversion CH₄ und MIT, метанирования und die Synthese von Ammoniak.

Auf Reis. 2.2 (Abb.14.4) zeigt ein Diagramm der Versammlung zweistufigen Conversion CH₄ und MIT unter Druck Leistung 1360 T/Tag Ammoniak.

Erdgas schrumpfen in einem Kompressor unter Druck 4,6 MPa, gemischt mit азотоводородной Mischung (ABC: Gas – 1 : 10) genießen Sie im Feuer Heizung 2, wo die reaktionsmischung erwärmt sich vom 130-140 bis 370-400°C. Zum heizen verwenden Natürliche oder anderes brennbares Gas. Weiter erwärmte Gas wird die Reinigung von Schwefelverbindungen: im Reaktor 3 auf алюмокобальтмолибденовом Katalysator erfolgt die Hydrierung сераорганических verbindungen bis Schwefelwasserstoff, und dann in den Adsorber 4 Schwefelwasserstoff absorbiert Sorbens auf der Basis von Zinkoxid. In der Regel zwei Adsorber, die in Reihe oder parallel. Einer von Ihnen kann, schaltet Sie auf, den Download abwarten Sorbens. Die Inhalte Der H₂S im gereinigten Gas nicht überschreiten 0,5 mg/m³ Gas.

Das gereinigte Gas vermischt sich mit dem Wasserdampf in Bezug auf die 1:3,7 und die Gas-Dampf-Gemisch in die конвекционную Zone Rohrofen 12. In der Strahlung der Kamera Ofen platziert Rohr, gefüllte Katalysator für die Umwandlung von Methan, und Brenner, die verbrannt Natürliche oder brennbares Gas. Die im Brenner rauchgas-Rohr heizen mit Katalysator, dann die Wärme dieser Gase zusätzlich рекуперируется in конвекционной Kamera, wo sind die Heizungen kombinierte und Dampf-Luft-Gemisch, überhitzer Dampf-Hochdruck, Heizungen Speisewasser Hochdruck-und Erdgas.

Gas-Dampf-Gemisch wird in den Vorwärmer 10 bis 525⁰ Und dann unter Druck 3.7 MPa verteilt von oben nach unten durch die große Anzahl von parallel geschalteten Rohren, gefüllt Katalysator. Kommend aus dem rohrförmigen Reaktor Gas-Dampf-Gemisch enthält 10% CH₄. Bei einer Temperatur von 850⁰Mit converted Gas in den Konverter Methan zweiten Stufe 13–der Reaktor des Typs. In den oberen Teil des Wandlers 13 Kompressor 19 wird der technologische Luft, erhitzt in конвекционной Zone des Ofens bis 480-500⁰Mit. Dampf-Gas-und-Dampf-Gemisches kommen in den Reaktor separaten Threads im Verhältnis, die gewünschte, um sicherzustellen, fast vollständige Umwandlung von Methan und empfangen von Prozessgas mit Haltung (MIT+N₂):N₂ – 3,05-3.10. Die Inhalte der Wasserdampf entspricht dem Verhältnis P:Gas=0,7:I. Bei einer Temperatur von etwa 1000⁰Mit Gas wird in einen Kessel-Wärmetauscher 14, erzeugt Dampf Druck 10,5 MPa. Hier die reaktionsmischung abgekühlt, bis 380-420⁰C und geht in den Konverter MIT der ersten Stufe 15, wo железохромовом Katalysator verläuft die Umwandlung der Haupt-Menge von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf. Blick aus dem Reaktor bei einer Temperatur von 450⁰Mit Gasgemisch enthält ca. 3,6% MIT. In Dampf Kessel 16, wo auch produziert Dampf, Gas-Dampf-Gemisch wird gekühlt 225⁰Mit und wird im Konverter MIT der zweiten Stufe 17, gefüllt mit Niedrigtemperatur-Katalysator, wo der Co-Gehalt reduziert 0,5%. Converted Gas Austritt aus der Wandhalterung 17 hat die folgende Zusammensetzung (%): N₂-61,7; MIT–0.5; CO₂ -17,4; N₂+AG -20,1;CH₄ -0,3. Nach dem abkühlen идальнейшей Entsorgung Wärme umgewandelt Gas bei Raumtemperatur und einem Druck von 2,6 MPa kommt auf die Reinigung.

Zwei-Stufen-ein-und-Dampf-katalytische Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Gase und Kohlenmonoxid unter Druck ist die erste Stufe der энерготехнологической Schema der Produktion von Ammoniak. Die Wärme der chemischen Prozessen Stadien der Umwandlung CH₄, MIT, метанирования und die Synthese von Ammoniak dient zur Erwärmung von Wasser mit hohem Druck und Erhalt von überhitztem Dampf-Druck 10,5 MPa. Dieser Dampf, wenn Sie in Dampfturbinen, treibt Kompressoren und Pumpen Produktion von Ammoniak, und dient auch für technologische Zwecke.

Die wichtigste Art der Ausrüstung der Versammlung Conversion-rate ist Rohrofen. Rohröfen unterscheiden sich in den Druck, die Art der Röhren-Bildschirme, Form Feuerungen, ein Verfahren zur Beheizung, Lage Kameras konvektiven Erwärmung der ursprünglichen Threads. In der industriellen Praxis Häufig die folgenden Arten von Röhren öfen: mehrreihig, Terrassierung Etagenbett, многоярусная mit Inneneinteilung, mit Panel Brenner. In der modernen Produktion von synthetischem Ammoniak und Methanol wird am häufigsten verwendet uniFLOW mehrreihige Rohröfen mit der oberen feurigen beheizbar.

Die Reinigung der reformierten Gas.

In dem umgewandelten Gas zusammen mit dem Stickstoff und Wasserstoff enthält OXID und Kohlendioxid. Sauerstoffhaltige verbindungen sind starke Gifte Katalysator für die Synthese von Ammoniak, deshalb Synthese-Gas muss gründlich gereinigt.

Die Reinigung des Gases erfolgt mit verschiedenen Methoden: 1) Adsorption von Verunreinigungen festen Sorbentien; 2) Absorption von flüssigen Sorbentien; 3) kondensation von Verunreinigungen tief gekühlten; 5) katalytische erzeugt. Von großer Bedeutung in der industriellen Praxis hat eine Methode zur Reinigung von flüssigen Sorbentien, basierend auf dem liegen typische абсорбционно-десорбционные Prozesse. Die katalytische Hydrierung wird wie die Letzte Phase der Reinigung zum entfernen von kleinen Mengen MIT, MIT₂, In₂.

Die Synthese von Ammoniak

Im Mittelpunkt der Synthese von Ammoniak liegt Reversible exotherme Reaktion, die mit der Reduzierung der Gas-Volumen:

N₂ +3N₂ ↔2NН₃ +89 kJ (500⁰Mit und 30МПа) (2.1105)

Entsprechend dem Prinzip von Le Chatelier, das Gleichgewicht der Reaktion der Synthese von Ammoniak nach rechts verschiebt sich mit Abnehmender Temperatur und erhöhtem Druck. Die gleichgewichtskonstante ist definiert durch die Gleichung:

AN= P_N2 *P³_H2 /P²_NH3

P_N2 , P_H2,P_NH3 –Partialdruck N₂, N₂, NH₃.

Allerdings mit Abnehmender Temperatur sinkt die Geschwindigkeit des Katalyse, und, daher, und die Leistung der Einheit der Synthese von Ammoniak. Selbst bei relativ hohen Temperaturen Aktivierungs-Energie-Barriere Stickstoff-Moleküle zu groß, und die Bildung von Ammoniak verläuft sehr langsam. Für die Senkung der Aktivierungsenergie Verfahren bei 400-500⁰Mit.

Um die Reaktion der Bildung von Ammoniak verlief mit hoher Geschwindigkeit, in der Industrie wird dieser Prozess erfolgt in einem, weit vom Gleichgewichtszustand des Systems. Die Dauer der Reaktion in diesem Fall berechnet Sekunden, aber Ammoniak-Gehalt im Gas verringert im Vergleich zum Gleichgewicht.

Die katalytisch auf die Reaktion der Synthese von Ammoniak wirken viele Metalle: Mangan, Eisen, осьмий, Platin, Rhodium, Wolfram und Dr.. In der Industrie verwenden, Eisen-Katalysator, промотированный Aluminium-OXID, Kalium, Kalzium und Silizium.

Die Temperatur, die für die Durchführung der Synthese von Ammoniak, wird erreicht durch die Vorwärmung азотоводородной Gemischs und durch die Zuweisung einer Reaktionskammer Wärme. Berechnungen zeigen, dass bei der Bildung 1% Ammoniak Temperatur des Gases steigt auf 16⁰Mit der durch die Wärme der Reaktion. Zum Beispiel, bei der Bildung 12% NH₃ die Erhöhung der Temperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit 16*12 =192К.

Die Synthese von Ammoniak geht durch eine Reihe von aufeinander folgenden Phasen:

1) die Diffusion von Wasserstoff und Stickstoff aus der Strömung an der Oberfläche der Körner des Katalysators und in ihm noch;

2) aktivierte (Chemische) die Adsorption von Gasen der Oberfläche des Katalysators;

3) die Chemische Wechselwirkung von Stickstoff und Wasserstoff durch die Verbindung mit dem Katalysator mit der Bildung von Ammoniak;

4) die Desorption von Ammoniak und Diffusion es in der Gasstrom.

Installiert, dass der langsamsten Stufe ist die aktivierte Diffusion der Gase innerhalb der Poren des Katalysators, dh. der gesamte Prozess der Synthese verläuft in der внутридиффузионной Bereich.

Im industriellen Umfeld ist die optimale stöchiometrische Verhältnis von N₂ : H₂ =1:3.

Die Synthese von Ammoniak ist ein typisches zyklischen Prozess, die непрореагировавшую wurde eine Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch wieder zurück in die Produktion nach der Trennung von Ihr gebildeten Ammoniak. Große Volumen der Geschwindigkeit des Prozesses in Verbindung mit der Einhaltung optimalen Temperatur, die Anwendung wurde eine Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch mit hohem Reinheitsgrad und die Verwendung genug aktive Katalysatoren ermöglicht eine hohe Produktivität der Anlagen der Synthese von Ammoniak bei hohen Wirtschaftsleistung des Prozesses.

Die Synthese von Ammoniak im industriellen Umfeld wird in den Apparaten mit Filterung der Schicht des Katalysators. Das Gerät kann полочного oder röhrenförmigen Art (in Form von Säulen). Für den zuverlässigen und sicheren Betrieb der Kolonne die Synthese von Ammoniak stellen größere Anforderungen an den Stahl, aus dem Sie hergestellt. Dabei berücksichtigen die aggressive Eigenschaften von Wasserstoff und Ammoniak bei hohen Temperaturen. Besonders gefährlich Entkohlung verwenden Stahl unter dem Einfluss von Wasserstoff. Daher ist für die Verringerung der Auswirkungen der hohen Temperaturen auf das Gehäuse kalte wurde eine Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch wird durch den ringförmigen Spalt zwischen dem Gehäuse der Säule und dem Katalysator Staubabscheider Boxen. Gas-Gemisch durch eine Säule der Synthese von Ammoniak mit Filterung der Schicht des Katalysators im Modus der Verdrängung. Temperaturbereich – политермический.

Industrielle Methoden der Synthese von Ammoniak in Abhängigkeit von dem verwendeten Druck können in drei Gruppen unterteilt werden:

1) unter geringem Druck von 10 bis 16 MPA;

2) Durchschnitt von 20 bis 50МПа;

3) hoher Druck von 70 bis 100МПа.

Высокопотенциальная Wärme, Rauch und reformierten Gase verwendet, um Dampf-Hochdruck, wird in Turbinen, Mitarbeiter Antrieb der Kompressoren. Низкопотенциальная die Wärme wird verwendet, um den technologischen Dampf mit niedrigem Druck, die Warmwasserbereitung, Erhalt der Kälte usw.

Betrachten wir die Elementare technologische Schema der modernen Produktion von Ammoniak bei mittlerem Druck Leistung 1360 T/Tag (Abb.2.3). Modus wird durch die folgenden Parameter: die Temperatur in Kontakt 450-550⁰Mit, Druck 32 MPa, Body-Speed-Gas-Gemisch 4*10⁴Nm³/m³*h, Zusammensetzung азотоводородной stöchiometrische Mischung.

Die Mischung aus frischen ABC und zirkulierenden Gases unter Druck zugeführt wird, aus dem Mischer 3 in der kondensationskammer Säule 4, wo der Belüftungs-Gas kondensiert ein Teil des Ammoniaks, Woher stammt in Säule Synthese 1. Austritt aus der Säule Gas, mit bis zu 0.2 über.Dol. Ammoniak, wird in einen Kühlschrank-Kondensator 2 und dann in газоотделитель 5, wo von ihm getrennt wird, flüssiges Ammoniak. Das restliche Gas aus dem Kompressor gemischt mit frischem ABC und geht zuerst in die kondensationskammer Säule 4, und dann in den Verdampfer flüssigem Ammoniak 6, wo bei der Abkühlung von bis zu -20⁰Mit auch kondensiert der größte Teil der Ammoniak. Dann zirkulierende Gas, mit rund 0.03 über.Dol. Ammoniak, in die synthesesäule 1. Im Verdampfer 6, gleichzeitig mit der Kühlung zirkulierenden Gases und kondensation darin enthaltenen Ammoniak, erfolgt die Verdampfung von flüssigem Ammoniak mit der Bildung von kommerziellen gasförmigen Produkt.

Das wichtigste Gerät technologischen Schemas – Säule Synthese von Ammoniak, die eine Reaktor-RIVE-N. Die Säule besteht aus einem Gehäuse und Düse für verschiedene Geräte, bestehend aus катализаторную die Schachtel mit den für die Vollständigkeit der in Ihr kontaktmasse und System-Wärmetauscher-Rohre. Für den Prozess der Synthese von Ammoniak wesentliche Bedeutung hat die optimale Temperatur. Für maximale Geschwindigkeit der Synthese der Prozess beginnen sollte bei hohen Temperaturen und Zunehmender Grad der Umwandlung senken. Die Regulierung der Temperatur, Windgeschwindigkeit und Software автотермичности Prozess wird mit Hilfe von Wärmetauschern, die sich in der Ebene der Kontakt-Masse und zusätzlich, Abgabe der Teile kalten ABC in die kontaktmasse, unter Umgehung der Wärmetauscher.

ZIRKULIERENDE GAS

Reis. 2.3 Schema der Synthese von Ammoniak

1-die Säule der Synthese, 2- Wasser-Kondensator, 3 – Mischer mit frischem, ABC-und Belüftungs-Gas, 4-die kondensation Säule, 5- газоотделитель, 6 – Verdampfer mit flüssigem Ammoniak, 7-Kessel-Wärmetauscher, 8- турбоциркуляционный Kompressor

Die Emission von Ammoniak aus dem Gasgemisch.

Die resultierende Ammoniak isoliert aus wurde eine Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch durch die Abkühlung. In diesem Teil der Ammoniak in den flüssigen Zustand übergeht und wird aus dem System -, das Verbleibende Gas zirkulierenden Kompressoren zurückgeführt wird und schließt sich an die frische Gas.

Je niedriger die Temperatur der kondensation von Ammoniak, desto weniger gasförmigem Ammoniak bleibt, wurde eine Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch und desto größer ist die Menge an Ammoniak kondensiert. Für die kondensation des gasförmigen Ammoniak-Gas-Gemisch abgekühlt zuerst Wasser, dann verdampfenden Ammoniak.

Lagerung und Transport von flüssigem Ammoniak.

Speicher Ammoniak werden in Form von horizontalen oder vertikalen zylindrischen Behältern mit einem Volumen von 10 bis 55м³ mit konvexen Unterseiten. In solchen Depots Einfüllen von 6 bis 30t flüssigem Ammoniak unter einem maximalen Betriebsdruck von 16ат, das entspricht dem Druck der gesättigten Dämpfe Ammoniak bei 40⁰Mit.

Der Transport von flüssigem Ammoniak unter Druck erfolgt in dickwandigen Stahl-Tanks mit einem Durchmesser von 2.2-2.4 m und einer Länge von bis zu 10m. Den Tank füllen auf 75% Ihr Volumen.

Die Anwendung von Ammoniak.

Ammoniak – Schlüsselprodukt für den Erhalt der zahlreichen stickstoffhaltige Substanzen, die in der Industrie, Landwirtschaft und Haushalte. Auf der Basis von Ammoniak in N in. werden fast alle verbindungen von Stickstoff, die als Ziel-Produkte und Zwischenprodukte der anorganischen und der organischen Technologie.

Thema 2.2 Die Technologie der Herstellung von Salpetersäure.

Eigenschaften von Salpetersäure

Salpetersäure ist eine der wichtigsten mineralischen Säuren und über den Umfang der Produktion an zweiter Stelle nach der Schwefelsäure. Sie bildet in Wasser löslich Salz (Nitrate), hat нитрующим und окисляющим Wirkung in Bezug auf die organischen verbindungen in konzentrierter Form, passiviert Eisenmetalle. All dies hat die weit verbreitete Verwendung von Salpetersäure in der Volkswirtschaft und Verteidigungs-Technik.

Wasserfreie Salpetersäure (- Monohydrat НNО₃) ist eine farblose Flüssigkeit mit einem Kristallisation – 41.6⁰Mit, Siedepunkt – 82.6⁰Mit und Dichte – 1.513 G/km³. Mit Wasser vermischt, in jeder Hinsicht, bilden dabei die einzelnen verbindungen – hydrate Zusammensetzung НNО₃*N₂Über und НNО₃*3N₂In, die geben die drei эвтектики.

Der Siedepunkt von wässrigen Lösungen von Salpetersäure, hängt von Ihrer Konzentration. Mit Zunehmender Konzentration der Siedepunkt steigt. Wasserfreie Salpetersäure instabil sind, um thermisch zersetzt sich bereits bei der Lagerung

4НNО₃↔4NО₂ +2N₂ÜBER +ÜBER₂ +ΔH (2.2.1)

Die Geschwindigkeit der Zersetzung steigt mit der Erhöhung der Konzentration, für 99% Säure Temperaturgradient beträgt nur 5⁰Mit. Beim erhitzen der Prozess beschleunigt und verläuft nach der Gleichung

2НNО₃ ↔ N₂In₃ +N₂ÜBER +ÜBER₂ +TB (2.2.2)

Ins Auge fallende Stickstoffmonoxid (4) löslich in Säuren und Flecken in der Farbe gelb-orange. Für die Entfernung von Stickoxiden aus der Säure in den Prozess der Produktion vorgesehen, die die Operation «die Bleiche» Säure.

Bei der Auflösung von Stickstoffmonoxid (4) in der Säure bildet sich die Verbindung der Zusammensetzung НNО₃*ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung₂ (нитроолеум), als Zwischenprodukt in der direkten Synthese von Salpetersäure.

Salpetersäure korrodiert und löst alle Metalle außer Gold, Platin, Titan, Tantal, Rhodium, und

ридия, aber in konzentrierter Form passiviert Eisen und Legierungen.

Anwendungsgebiete

Anwendungsgebiete Salpetersäure sind sehr vielfältig. Der größte Teil davon verausgabt sich auf die Herstellung von Stickstoff-und komplexen mineralischen Düngemitteln und eine Vielzahl von Nitrat, auf die Herstellung von Sprengstoffen und Treibmittel, die Produktion von Farbstoffen, in der organischen Synthese und der Metallurgie.

 

Reis. 2.2.1 Anwendungsgebiete Salpetersäure

Der Rohstoff für die Herstellung von

Rohstoff für die Herstellung von Salpetersäure sind synthetisches Ammoniak, Luft und Wasser. An die Reinheit der Rohstoffe stellen hohe Anforderungen. Synthetisches Ammoniak erhalten auf der Grundlage der Umwandlung von Erdgas. Ammoniak, die einströmende aus der Werkstatt der Synthese von Ammoniak, enthält катализаторную Staub und Dämpfe Kompressor öl, die Gifte in der Phase der Oxidation von Ammoniak. Deshalb Ammoniak, um eine Gründliche Reinigung durch Filtration durch den Stoff und Keramik-Filter und Wäsche mit flüssigem Ammoniak.

Ähnlich reinigen von mechanischen und chemischen Verunreinigungen der Luft, der tritt in den Shop durch заборную Rohr. Für die Reinigung der Luft verwendet werden bewässert Wäscher und Stofftaschen zweistufige Filter.

Wasser, die für die Absorption von Stickstoff und empfangen von Salpetersäure, Bearbeiten обессоливанию.

Möglichkeiten, um

Es gibt zwei Möglichkeiten, Herstellung von Salpetersäure:

– erste verdünnter Säure, gefolgt von einer Konzentration, falls nötig;

– direkte abrufen von konzentrierter Salpetersäure.

Am meisten verbreitet ist der erste Weg,, was im Zusammenhang mit der Nutzung der in der Volkswirtschaft als konzentrierter, so und verdünnter Säure. Die Methoden unterscheiden sich die physikalisch-chemischen Gesetze der Prozesse und technologischen Schemas. Jedoch unabhängig von der Regelung der Synthese von Salpetersäure aus Ammoniak beschreibt die Allgemeinen chemischen Schema.

Die Umwandlung von Ammoniak Verarbeitung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen

Die Methode besteht aus drei Phasen:

1) Kontakt Oxidation von Ammoniak bis Stickstoffmonoxid

4NH₃ +5In₂ = 4NО +6N₂ÜBER –TB TB = 907.3 kJ (2.2.3)

2) die Oxidation von Stickstoffmonoxid (2) bis Stickstoffmonoxid (4)

2ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung + In₂ ↔ 2NО₂-TB TB =112.3 kJ (2.2.4)

3) Absorption von Stickstoffmonoxid (4) Wasser

3ΝО₂ + N₂ÜBER ↔ 2НΝО₃ + ΝО –TB TB =136кДж (2.2.5)

Blickfang bei diesem Stickstoffmonoxid (2) oxidiert, Stickstoffmonoxid (4) und wieder absorbiert

Die erste Phase des Prozesses ist die gleiche wie für den Erhalt der verdünnten, so und für den Erhalt von konzentrierter Säure. Die zweite Stufe hat eine Reihe von Eigenschaften. Von entscheidender Bedeutung bei der Auswahl der Parameter der einen oder anderen technologischen Schemas hat die Wahl des optimalen Drucks auf jeder der Stufen der Produktion, die perfekte массобменные Geräte und, schließlich, können die Kapitalkosten.

In der gleichen Zeit erhöhte Druck hat und die negativen Auswirkungen auf die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit zum Betrieb der Maschine: beschleunigt Nebenwirkungen auf die Bühne Oxidation von Ammoniak, sinkt der Grad der Umwandlung.

Technisch-wirtschaftliche Analyse zeigt, dass die Anwendung des einheitlichen Druck auf allen Stufen der Produktion ist nur dann sinnvoll, wenn die Kapazität der Anlage nicht mehr als 600-800 T/Tag. Installation mehr Leistung wirtschaftlich zu erstellen, nur mit verschiedenen Druck auf die Phase der Umwandlung von Ammoniak und Stadium der Verarbeitung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen.

Kontakt Oxidation von Ammoniak

Bei der Oxidation von Ammoniak mit Sauerstoff der Luft auf dem Katalysator möglich, den Verlauf der Reaktionen:

4NH₃ +5In₂ = 4NО +6N₂ÜBER –TB TB = 907.3 kJ (2.2.6)

4NH₃ + 4In₂ = 2N₂ÜBER +6N₂ÜBER –TB TB = 1104.9 kJ (2.2.7)

4NH₃ + 3In₂ = 2N₂ + 6N₂ÜBER –TB TB = 1269.1 kJ (2.2.8),

und auch die Reaktion mit Beteiligung von Stickstoffmonoxid gebildet (3)

4NH₃ + 6ARTIKELNUMMER ARTIKELBEZEICHNUNG = 5N₂ + 6N₂ÜBER –TB TB = 110 kJ (2.2.9)

Alle Reaktionen praktisch irreversibel. Der drei wichtigsten Reaktionen Oxidation von Ammoniak Reaktion (2.2.8) thermodynamisch ist das wahrscheinlichste, da tritt mit der maximalen Freisetzung von Wärme. Deshalb, in Abwesenheit des Katalysators Oxidation von Ammoniak geht überwiegend zu elementarem Stickstoff. Für die Beschleunigung der Ziel-Oxidation bis Stickstoffmonoxid (2) gelten selektiv wirkenden Katalysatoren. In modernen Anlagen verwenden Platin-Katalysatoren in Form von Paket-Maschen aus einer Legierung aus Platin mit 7.5% Rhodium. Einführung Rhodium erhöht die mechanische Festigkeit und verringert den Verlust von Platin durch seine Asche Strom Gas. Die Oberfläche solcher Katalysatoren erreicht 1.5 m²/m³ Volumen.

Der Mechanismus der heterogenen katalytischen Oxidation von Ammoniak besteht aus folgenden aufeinander folgenden Phasen:

– die Diffusion von Molekülen Ammoniak und Sauerstoff aus der Gasphase an der Oberfläche des Katalysators;

– aktivierte Adsorption von Sauerstoff-Molekülen auf der Oberfläche des Katalysators mit der Bildung von Middleware-Verbindung;

– chemisorption von Molekülen Ammoniak und die Bildung eines Komplexes;

– Zersetzung des Komplexes mit der Regeneration des Katalysators und der Bildung von Molekülen Stickstoffmonoxid (2) und Wasser;

– die Diffusion der Reaktionsprodukte von der Oberfläche des Katalysators in der Gasphase.

Die bestimmende Phase gesamten Prozess der Oxidation ist die Diffusion von Sauerstoff an der Oberfläche des Katalysators. Daher, die katalytische Oxidation von Ammoniak auf den Platin-Katalysator fließt überwiegend in der Diffusions-Bereich.

Platin-Katalysatoren sehr empfindlich auf katalytischem Gifte, enthaltenen Ammoniak und Luft, Bildung von Ammoniak-Luft-Gemisch (АмВС). Da infolge der Vergiftung Gifte die Aktivität des Katalysators reduziert, in regelmäßigen Abständen regeneriert durch waschen mit Salzsäure, brennen in der Flamme von Wasserstoff. Im Laufe der Arbeit die Oberfläche des Katalysators zerstört, und die Partikel ihn schmerzfrei Gasstrom. Die Erosion des Katalysators desto mehr, je höher die Temperatur, Druck und Volumen die Geschwindigkeit des Gases, die durch den Katalysator. Für die Systeme, die unter hohem Druck, die Flugasche Katalysators beträgt 0.3-0.4 G / 1T Salpetersäure.

Zur Erhöhung der Festigkeit der Platin-Katalysatoren führen in Form von Gittern aus dünnem Draht mit einem Durchmesser von 0.06-0.09 mm, mit 1024 die Löcher in der 1 cm². Gitter befestigen in Form von Paket, um die erforderliche Zeit für die Kontaktaufnahme. Bei der Arbeit unter dem atmosphärischen Druck im Gerät installieren das Paket aus 18 Maschen.

Bei der Oxidation von Ammoniak unter Druck 0.8 MPa Leistung des Katalysators in 5 mal oben, als bei Atmosphärendruck, aber-und Flugasche Platin stark erhöht. Für die Verringerung der Verluste Platin Oxidation von Ammoniak erfolgt in zwei Stufen. Auf der ersten Stufe verwenden Platin-Maschen, auf der zweiten – Granulat неплатиновый Katalysator (zum Beispiel, железохромовый). Die Anwendung der zweistufigen Katalysator ermöglicht schneiden Download Platin in das Gerät drei mal, reduzieren Sie Ihre Verluste auf 10-20% wenn die Lebensdauer des Katalysators 3-5 Jahre.

Die Erhöhung der Temperatur erhöht die Geschwindigkeit der Reaktion und der Koeffizient der Diffusion von Ammoniak in der Mischung und, deshalb, das wirksamste Mittel, die Erhöhung der Geschwindigkeit des Prozesses, fließt überwiegend in der Diffusions-Bereich. Bei Atmosphärendruck unterstützen die Temperatur bis 800⁰Mit, bei erhöhtem bis 900⁰Mit.

Verhältnis von Ammoniak und Sauerstoff-Gas-Gemisch Einfluss auf die Temperatur und die Allgemeine Geschwindigkeit des Prozesses in dem Fall, wenn ein limitierender in ihm ist eine Chemische Reaktion, dh. der Prozess verläuft in der kinetischen Bereich. Bei einem stöchiometrischen Verhältnis in АмВС der Grad der Umwandlung von Ammoniak Stickstoffmonoxid (2) nicht überschreitet 0.65 Dol. U. Für die Erhöhung der Ausbeute von Stickstoffmonoxid (2) das Verfahren wird bei Bezug Über₂:NH₃=1.9–2.0, das entspricht dem Inhalt in АмВС 0.095–0.105 über. Dol. Ammoniak und 0.18–0.19 über. Dol. Sauerstoff. Der überschüssige Sauerstoff wird in der Phase der letzten Oxidation von Stickstoffmonoxid (2), und die angegebene Zusammensetzung АмВС bietet автотермичность Prozess der Oxidation und liegt jenseits der Grenze wetterte der АмВс.

Der Anstieg der Druck beschleunigt den Prozess der Oxidation von Ammoniak durch die Erhöhung der Konzentration der Reaktionspartner und der Leistung des Katalysators, was können reduzieren Sie die Größe des Instrumentes. Dabei reduziert, jedoch, der Ausgang Stickstoffmonoxid (2) und erhöht die Erosion und die Mitnahme des Katalysators, was erhöht die Kosten der Produkte.

Die Geschwindigkeit der katalytischen Oxidation von Ammoniak bis Stickstoffmonoxid (2) sehr hoch. Für die zehntausendstelsekunden der umsetzungsgrad ist 0.98 -0.97 Tal. U. bei Atmosphärendruck und 0.97 -0.98 bei einem Druck von 0.8 -1.0 MPa.

Die Oxidation von Ammoniak erfolgt in Kontakt Gerät kontinuierliche Aktionen. Modus der Bewegung Reagenzien – Verdrängung. Temperaturbereich – Adiabatische. Gas in Kontakt Gerät wird von oben zugeführt wird. Катализаторные Maschen zu vermeiden, Absacken stützen sich auf die Metall-Rost.

Die Oxidation von Stickstoffmonoxid (2).

Nitrose Gase, die Phase der Oxidation von Ammoniak, enthalten Stickstoffmonoxid (2), Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf. Bei der Oxidation von Stickstoffmonoxid (2) in Stickstoffmonoxid (4) in diesem System verlaufen drei parallele Reaktionen:

2ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung + In₂ ↔ 2NО₂-TB TB =112.3 kJ (2.2.10)

2ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung₂ ↔ Ν₂In₄ –TB TB =57.9 kJ (2.2.11)

ΝО₂ + ΝО ↔ Ν₂In₃ –TB TB = 40.0 kJ (2.2.12)

Alle diese Reaktionen sind reversibel, verlaufen in ein homogenes System mit Wärme und eine Abnahme des. Dadurch Senkung der Temperatur-und Druckerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. So wie nitrose Gase aus dem Reaktor bei einer Temperatur von 800⁰Mit, Sie Stickstoffmonoxid (4) ist praktisch nicht vorhanden. Für die Umwandlung von Stickstoffmonoxid (2) in Stickstoffmonoxid (4) Gase abkühlen muss unten 100⁰Mit.

In der Regel Verarbeitung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen führen, wenn 10-50⁰Mit. Unter diesen Bedingungen Teil Stickstoffmonoxid (4) димеризуется in тетроксид Ν₂In₄. Der Grad der dimerisierung es hängt im wesentlichen von der Temperatur.

Der Grad der Oxidation ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung weitgehend steigt bei steigendem Druck (das entspricht der Erhöhung der Konzentration), und gleichzeitig steigt und die Geschwindigkeit der Reaktion. Anlagen, die bei erhöhtem Druck, ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung fast vollständig oxidiert, ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung₂. Dabei ist der Umfang der Instrumente hundert mal weniger im Vergleich mit dem Prozess der Oxidation bei Atmosphärendruck.

Absorption von Stickstoffmonoxid (4) Wasser.

Nitrose Gase, die auf Umzüge, sind eine komplexe Mischung aus verschiedenen Stickoxiden, von elementarem Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf. Ihre Zusammensetzung hängt von den Bedingungen Oxidation. Alle Stickoxide, die Teil einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen, unlöslich in Wasser, aber, mit Ausnahme von Stickstoffmonoxid (2), interagieren mit Ihr. Die Absorption von Wasser begleitet von der chemischen Reaktion chemisorption, fließt in das System der «Gas – Flüssigkeit», der beschriebenen Gleichungen:

2ΝО₂ + N₂ÜBER ↔ НΝО₃ + НΝО₂ –TB TB =116кДж (2.2.13)

Ν₂In₄ + N₂ÜBER ↔НNО₃ + НNО₂ –TB TB = 59 kJ (2.2.14)

und Zerfall aufgrund einer schwachen salpetrige Säure durch die Gleichung

3НΝО₂ ↔ НΝО₃ + 2ΝО +N₂In + TB TB =76 kJ (2.2.15)

Aus diesen Gleichungen folgt, dass bei der Absorption von drei mol Stickstoffmonoxid (4) bildet zwei mol Salpetersäure und ein mol Stickstoffmonoxid (2), zurück in die Schleife und wieder oxidiert, Stickstoffmonoxid (4). Der Zustand des Systems «ΝО₂–НΝО₃–N₂Über» und, daher, die Konzentration der erhaltenen Salpetersäure ist abhängig von der Temperatur, Druck, der Partialdruck von Stickstoffmonoxid (4) in absorbiert wird das Gasgemisch und die Konzentration der gebildeten Säure. Bei der Senkung der Temperatur und der Konzentration der Säure und der Druck steigt der Grad der Absorption von Stickstoffmonoxid (4) Wasser-Salpetersäure steigt, wenn desto intensiver, je höher die Konzentration in einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen.

Der Grad der Absorption von Stickstoffmonoxid (4) direkt verbunden mit der Absorbtion Umfang des Instrumentes. Die Erhöhung der Grad der Absorption erfordert eine erhebliche Erhöhung der абсорбционного Volumen.

Der Prozess der Absorption bei Atmosphärendruck durchgeführt, in 6-8-mi абсорбционных Türmen насадочного Art, gefüllt кислотоупорными Ringen Рашига, auch nach dem gegenstromprinzip arbeitet. Modus der Bewegung der gasförmigen und flüssigen Phase im Turm entspricht der Verdrängung.

Die Absorption einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen unter Druck wird in барботажной Säule mit Untertassen колпачкового oder ситчатого Art nach dem gegenstromprinzip arbeitet – von unten strömt Gas, oben das Wasser oder Kondensat. An die Säule gilt Mischmodus in der flüssigen Phase und der Verdrängung Gas.

Klare Vorteile haben Absorption System, die unter erhöhtem Druck: der hohe Grad der Umwandlung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen (98-99%), eine kleine Anzahl von абсорбционных Apparate (1-2Stück), keine umständliche Installation für die Reinigung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen.

Unabhängig von der konkreten technologischen Schemas schematische Darstellung der Herstellung von verdünnter Salpetersäure enthält sechs Schlüssel-Operationen.

die Luft

Paare НNО₃ ΝаΝО₃, ΝаΝО₂

Abb.2.2.2 schematische Darstellung der Herstellung von verdünnter Salpetersäure

1–Reinigung von Ammoniak und Luft und Verwirrung; 2- die Oxidation von Ammoniak auf dem Katalysator; 3, 4 – Kühlung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen mit der Nutzung der Wärme der Prozess der Oxidation; 5 –die Oxidation von Stickstoffmonoxid (2) und die Bildung von Salpetersäure; 6– Reinigung (die Neutralisierung) Abgase.

АмВС –Ammoniak-Luft-Gemisch; NG – nitrose Gase; OG – Abgase.

Ammoniak und Luft, gereinigt von Verunreinigungen, gemischt und begeben sich auf die Phase der Oxidation von Ammoniak. Разогретая durch die Wärme der Reaktion, Gas-Wasser-Mischung (nitrose Gase) gekühlt in einem Abhitzekessel mit der Ausarbeitung der technologischen paar und in den Kühlschrank stellen, wo ist die partielle Oxidation von Stickstoffmonoxid (2) bis Stickstoffmonoxid (4). Die weitere Oxidation es erfolgt gleichzeitig mit der Bildung der Salpetersäure in den Prozess der Absorption von Stickstoffmonoxid (4) Wasser. Die Abgase, enthalten, der Rest Stickstoffmonoxid (4) nicht treten in Reaktion, reinigen Neutralisation der Lösung von, dann werfen in der Atmosphäre.

Da der entscheidende Parameter ist der Druck, alle vorhandenen technologische Schema der Herstellung verdünnter Salpetersäure werden in drei Typen unterteilt:

– bei Atmosphärendruck (Art 1);

– bei hohem Druck (Art 2);

– mit zwei Druckstufen (kombinierte Schaltung) (Art 3).

Durch die geringe Leistung, der Sperrigkeit des Instrumentes, erhebliche Verluste Ammoniak, geringen Grad der Absorption und, als Folge, teure Kläranlagen, Installation, die bei Atmosphärendruck, Ihre Bedeutung verloren haben und nicht gebaut.

Die Grundlage aller HTZ Schaltung mit offener Kette und konsequenten technologischen Beziehungen Apparate.

Das technologische Schema der Herstellung verdünnter Salpetersäure unter hohem Druck hat die folgenden Kennzahlen:

– der Druck auf die Bühne Oxidation von Ammoniak 0.73 MPa;

– der Druck auf die Bühne Absorption von Stickstoffmonoxid(4) 0.65MPa;

– Katalysator – Platin-Maschen;

– die Konzentration der Salpetersäure- 0.55 -0.58 gew.US-Dollar.;

– die Anzahl der Einheiten -3

Im Schema vorgesehen:

– katalytische Reinigung der Abgase von Stickstoffmonoxid (4), es ermöglicht, reduziert seine Konzentration mit 0.3 bis 0.002% über.;

– das bleichen der erhaltenen Salpetersäure, senkt den Inhalt von Stickstoffmonoxid (4) mit 1.0 bis 0.2% über.;

– Entsorgung der Wärme und der potentiellen Energie der komprimierten Gasen und, als Folge, Energie-Autonomie der Installation.

Die wichtigsten Geräte Hochdruckreiniger sind die Pin-Gerät und абсорбционная Säule. Pin-Gerät mit einem Durchmesser von 1.6-2.0 m ist in Form von zwei teilen: der Spitze der kegelförmigen und unteren zylindrischen, zwischen denen sich 12 платиноидных катализаторных Maschen, die sich in speziellen Kassetten. In den unteren Teil eingebaut überhitzer Abhitzekessel. Die Leistung Pin des Gerätes -360 T/Tag. Абсорбционная Säule sprudelnden Typ hat einen Durchmesser von 3.2 m und einer Höhe von 45m. Es ist mit ситчатыми Teller, zwischen denen liegen теплоотводящие Rohrschlangen, gekühlte Wasser, die sorgen für die gewünschte thermische Prozess der Absorption. Die Reinigung der Schwanz von Gasen aus der Stickoxide erfolgt in einem Reaktor für die katalytische Reinigung, in dem über einen Katalysator AVK-10, bestehend aus Palladium auf Aluminiumoxid, bei 760⁰Mit verlaufen die Reaktionen Reduktion von Stickstoffoxiden und Gas, erhaltenen Umwandlung von Methan:

CH₄ +0.5In₂ =CO +2H₂ (11.2.4.14)

2ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung₂ +4N₂ = N₂ +4N₂In (11.2.4.15)

2ARTIKELNUMMER Artikelbezeichnung + 2N₂ = N₂ + 2N₂In (11.2.4.16)

Technologische Schema der Herstellung von Salpetersäure AK-72

Diese lokale Schema ist die moderne. Die Grundlage gelegt geschlossene энерготехнологический Zyklus mit einer zweistufigen der Umwandlung von Ammoniak und Kühlung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen(1 Phase) unter Druck 0.42 MPa und Verarbeitung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen (2 Phase) unter Druck 0.108 MPa. In diesem Schema werden die optimalen Bedingungen für jede der Phasen – Oxidation von Ammoniak und Verarbeitung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen. Im Schema vorgesehen:

– Ausgabe in der Form 60% Salpetersäure;

– Gründliche Reinigung von Ammoniak und Luft;

– Kühlung einer Bearbeitungsvorrichtung von nitrosen Gasen mit der Wäsche von Nitrit und Nitrat Ammonium;

– katalytische Nachbehandlung;

– die Verwendung von Recycling-Energie-Ressourcen.

Pin-Gerät im System der AK-72 hat eine zylindrische Form, Durchmesser von 4 m und eine Höhe von 5.6 km. Die komprimierte Luft durch den ringförmigen Spalt zwischen dem inneren Gehäuse Reaktivität des Gerätes und dem äußeren Gehäuse und kommt in die built-in-den oberen Teil der Vorrichtung Mischer, wo gemischt mit Ammoniak. Das АмВС geht Filter und begibt sich auf die Katalysator. An der Unterseite des Gerätes befinden sich die Spulen Abhitzekessel, die kommen nitrose Gase nach Katalysator.

Technisch-wirtschaftliche Kennzahlen der Produktion und des Verbrauchs Quoten.

<

Indikator	Art des Systems
	kombinierte	Hochdruck	AK-72
Leistung der Versammlung, Tsd. T/Jahr
Die Anzahl der Aggregate
Die spezifischen Investitionskosten, %
Kosten
Die Produktivität, %
Verbrauchsmaterialien Quoten (auf 1T Ammoniak)
Ammoniak, T	0.293	0.293	0.293
Katalysator Platin, G	0.049	0.160	0.100
Strom, kWh