Билет 10
Технология связанного азота
Соединения азота играют весьма значительную роль в промышленности. Производства красителей, некоторых пластических масс, химических волокон, взрывчатых веществ и порохов, медикаментов и других продуктов потребляют соединения азота. Источников связанного азота, имеющих промышленное значение, в природе крайне мало. В Чили и Южной Африке имеются крупные запасы натриевой селитры, истощающиеся в результате интенсивной добычи. Основным же неисчерпаемым источником азота служит воздух.

Методы синтеза соединений из элементарного азота:
Дуговой метод основан на соединении азота и кислорода при высокой температуре (в пламени электрической дуги).
Цианамидный метод основан на способности тонкоизмельченного карбида кальция при температуре около 1000°С взаимодействовать с азотом по уравнению
СаС2 + N2 -> CaCN2 + С + 302 кДж
Доля производства связанного азота цианамидным методой весьма незначительна.
Аммиачный метод фиксации азота заключается в соединении азота и водорода с получением аммиака по уравнению реакции:
N2 + ЗН2 -> 2NH3 + 112 кДж (при 500° С и 30 МПа)
Этот метод имеет экономическое и технологическое преимущество перед остальными способами связывания элементарного азота.

Азот для приготовления азотоводородной смеси получают методом сжижения воздуха с последующей ректификацией.
Водород для синтеза аммиака может быть получен:
1) конверсией метана (или его газообразных гомологов) с водяным паром;
2) конверсией оксида углерода с водяным паром;
3) крекингом метана;
4) электролизом воды;
5) разделением коксового газа.

Полученные одним из указанных способов газы — азот и водород — смешиваются в определенном соотношении и подаются на синтез аммиака. Однако чаще всего процесс синтеза аммиака ведут не из азота и водорода, полученных раздельно, а из азотоводородной смеси, которую обычно готовят конверсией метана и оксида углерода с водяным паром и кислородом воздуха.
Промышленные способы синтеза аммиака в зависимости от применяемого давления можно разделить на три группы:
1) под низким давлением до 10 МПа;
2) средним до 20— 30 МПа и
3) высоким давлением до 75—100 МПа.
В настоящее время в мировой азотной промышленности большая часть синтетического аммиака производится в системах среднего давления.
Наиболее распространённым является второй способ.
В качестве катализатора используют губчатое железо с с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния.
Отрицательно на скорость образования аммиака влияют вредные примеси: вода, сероводород, оксид углерода (II). Они отравляют катализатор, снижая его активность. Поэтому азотводородную смесь тщательно очищают. Однако и при этих условиях только часть смеси превращается в аммиак. Для полного использования исходных веществ непрорегировавшую часть смеси вновь направляют в реактор.
Схема производства аммиака.

  1. трубопровод - Подаётся предварительно подготовленная смесь, состоящая из 3 объёмов водорода и 1 объёма азота.
  2. турбокомпрессор - Азотводородная смесь сжимается до определённого давления, неоходимого для данного процесса.
  3. колонна синтеза - Колонна синтеза преназначена для проведения процесса синтеза аммиака.В контактном аппарате расположены полки с катализатором.Процесс синтеза является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого расходуется на нагревание поступающей азотводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза, состоит из аммиака (20-30%) и непрорегировавших азота и водорода.
  4. холодильник - Предназначен для охлаждения смеси. Аммиак легко сжимаем и при высоком давлении превращается в жидкость. При выходе из холодильника образуется смесь, состоящая из жидкого аммиака и непрореагировавшей азотводородной смеси.
  5. сепаратор - Предназначен для отделения жидкого аммиака от газообразной фазы. Аммиак собирается в сборник, расположенный в нижней части сепаратора.
  6. циркуляционный насос - Предназначен для возвращения непрореагировавшей смеси в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаётся довести использование азотводородной смеси до 95%.
  7. аммиакопровод - ьПредназначен для транспортировки жидкого аммиака на склад.

Сайт управляется системой uCoz