Технологія зв'язаного азоту

Вступ

Тема рефератуВ«Технологія зв'язаного азотуВ» з дісціпліні В«Загальні Хімічні технологіїВ».

Мета роботи -розглянуті наступні тими:

-Одержания водних конверсією метану.

-Технологічну схему двоступінчатогометоду конверсії природного газу.

-Вісокотемпературну некаталітічнуконверсію метану.

-Одержания водних та азотоводневої сумішігазіфікацією твердих палів.

-Електрохімічні методи одержания водних.

-Технологію аміаку.

-Фізико-Хімічні основи процесу синтезуаміаку.

-Промислові способи синтезу аміаку.

-Технологію азотної кислоти.

-Промислові установки для одержанияазотної кислоти.

1.Одержания воднихконверсією метану. Фізико-Хімічні основи процесу конверсії

Основним промисловим методом одержания водних єкаталітічна конверсія вуглеводневіх газів (природному, попутному,Нафтовий та ін.) Природний газ містіть метан, віщі вуглеводні, Деяк кількістьазоту и вуглекіслоті, а кож домішкі сірчістіх сполук.

У процесі конверсії метан окіслюється водянкупарою, вуглекіслотою або кисня за основним реакціям:

1.СН4 + Н2О Г›СО + 3Н2 - 206,4 кДж (49,3 ккал)

2.СН4 + СО2 Г›2СО + 2Н2 - 248,3 кДж (8,5 ккал)

3.СН4 + 0,5 О2 Г›СО + 2Н2 + 35,58 кДж (8,5 ккал)

4.СО + Н2О Г›СО2 + Н2 + 41,02 кДж (9,8 ккал)

Реакції окислення гомологів метану протікаютьаналогічно. Так Взаємодія їх з водянку парою в загальному вігляді опісуєтьсярівнянням:

Вибір окіслювача та їх можливости сполученнявизначаються, Як за цільовім призначенням процесу, так и за техніко-економічніміРозрахунки.

ЯКЩО, необхідно здобудуть Воден, проводятьреакцію 1 або 3 з Наступний конверсією СО по реакції 4. Для одержанияазото-водневої суміші (технологія аміаку) необхідну кількість азоту додаються зповітрям на стадії конверсії, або промівкою конвертування газу рідкім азотом,Яку використовують для відалення залішків СО.

для здобуття синтез-газу (СО + Н2) комбінуютьреакції 1,2,3, вібіраючі співвідношення Н2О: СО2 в віхідній суміші, так, щобспіввідношення Н2: СО Було (2-2,3): 1.

Для проведення в промислових умівендотермічніх реакцій 1 та 2 необхідно підводіті тепло ззовні. ЯКЩО уконверторі протікає реакція 3 процес можливости провести автотермічно.

Склад конвертування газу візначаєтьсяположенням рівноваги реакцій 1 та 4. Константи рівноваги ціх реакцій при будьякій температурі можна розрахуваті за рівняннямі:

Здійснення конверсії метану та оксиду вуглецю(ІІ) на водянку парою в одному конверторі з високим виходом водних Неможливо, томуЩо ендотермічну реакцію 1 невігідно проводитись при низьких температурі, аекзотермічну реакцію 4 при вісокій. Тому на практіці одержания водних зприродного газу проводять у два етапи:

1.Конверсія метану при високих температурах -для забезпечення високого щабля перетворення метану в оксид вуглецю (ІІ);

2.Конверсія оксиду вуглецю при низькихтемпературах.

Найкращий каталізатором для процесу конверсіївуглеводневіх газів є нікелеві, актівовані оксидами алюмінію, магнію й ін. На відновленіхпромислових нікель-алюмінієвіх каталізаторах в інтервалі температур 500-1000 В° Спри низьких и підвіщеному лещатах та великих об'ємніх швидкости досягаєтьсяпрактично рівноважне перетворення СН4. Під дією сірчістіх сполук, Щоутрімуються в газі, нікелевій каталізатор отруюється, причому Зі зниженяТемпература процесу конверсії отруйна дія зростає. Загальний Зміст Сірки увіхідному вуглеводневому газі не винних перевіщуваті 1 мг/м3 при 600-800 В° С і20, 100, 300 мг/м3 відповідно при 900, 1000 и 1100 В° С.

2. Промисловівіді каталітічної конверсії

Упромісловості застосовують два основні методи каталітічної конверсіїгазоподібніх або рідкіх вуглеводнів: з підведенням тепла ззовні и автотермічнійметод. За Першому методу необхідне для процесу тепло підводіться до зовнішньоїповерхні труб, Виготовлення з жароміцного сплаву и заповненості нікелевімкаталізатором. Тепло надходіть від розпечених стінок топкової камери, деспалюється газоподібне або рідке паливо з надлишки Повітря. Суміш вуглеводню зводянку парою або з О2 безупину проходити через труби з каталізатором.

Дляодержания ТЕХНІЧНОГО Н2, застосовуваного для різніх процесів гідрування,Параметри процесу парової конверсії СН4 вібірають з розрахунку одержания післятрубчатої печі конвертування газу Зі вмістом СН4 1-2%. ЯКЩО потрібно здобудутьтехнологічний газ для синтезу NН3 Зі змістом 0,2-0,3% СН4, процес проводять уДві ступіні. У першій ступіні-трубчатої печі - при температурі 800-820 В° С навіході Із кулі каталізатора СН4 реагує з водянку парою пріблізно на 70%. Потімгаз Зі змістом 8-10% залішкового СН4 направляється на одному ступінь - реакторшахтного типу, Куди подається Повітря в кількості, необхідній для здобуттяазото-водневої суміші стехіометрічного складу. За рахунок спалювання Частина газуз повітрям температура піднімається пріблізно до 1000 В° С і залішковій СН4 реагуєпрактично ЦІЛКОМ.

Заіншому методу конверсія вуглеводнів з одержаниягазу, Що містіть 0,2-0,3% СН4, відбувається в одну ступінь у реакторі шахтноготипом. При цьому до віхідного парогазової суміші додаються технічний О2 абоПовітря, збагачення О2 (40-45% 02). Тепло, Що віділяється в початково шарікаталізатора при протіканні екзотермічніх реакцій вуглеводнів Із О2, компенсуєвитрати тепла на ендотермічні реакції з водянку парою. Це дозволяє проводитисьпроцес конверсії автотермічно, тобто без підведення тепла ззовні.

3. технологічна схема двоступінчастогометоду конверсії природного газу

Схемапроцесу представлена ​​на рис. 1. Природний газ, Що надходіть з магістральногогазопроводу Під лещат 9,80665 * 105 Па, стіскується до 41,188-105 Па инагрівається до 380-400 В° С в теплообмінніку 6 за допомог Дімова газів, Щовідходять Із трубчастої печі 2. Далі газ направляється в реактор сіркоочісткі,заповненості погліначем на Основі ZnО, для очищення від органічніх и неорганічніхсполук Сірки.

ЯКЩО у природному газі поряд з меркаптанами єдісульфіді ї Інші стійкі сполуки Сірки, то їх необхідно Попередня гідруваті.Для цього до природного газу додаються азотоводневу суміш у такій кількості, щобу суміші утрімувалося 5-10% Н2. Цю суміш при температурі 380-400 В° С пропускаютьСпочатку через поглінач на Основі ZnО, потім через кобальтомолібденовийкаталізатор для гідрування стійкіх органічніх сполук Сірки в Н2S, Що Даліадсорбуєтся погліначем на Основі ZnO.

4. Вісокотемпературна некаталітічна конверсіяметану

Природний газ підігрівають до температури 450 Лљ Сза рахунок спалювання Частина газу. Нагрітій газ направляються в пальникконвертору, Куди подається кож Кисень. На віході з Пальник газо-кисневосуміш спалюється - при температурі 1400-1450 Лљ С відбувається частковаокислення метану. Конвертування газ з вмістом метану 0,3-0,5% та сажі 20 мг/м3.з зони реакції поступає в казан-утілізувач. За рахунок охолодженняконвертування газу до t = 250 Лљ C в казані-утілізувачі утворюється пара зЛещата 35ат. Потім газ охолоджується до температури 170 Лљ С в теплообміннікунагріваючі хімічноочіщену воду.

Очищення газу від сажі проводитися зрошенняводою - водночас ВІН насічується водянку парою и охолоджується до температури125 Лљ С. Далі газ піддається конверсії оксиду вуглецю.

Процес вісокотемпературної некаталітічноїконверсії метану застосовують у віробніцтві ацетілену та захисних атмосфер дляметалургійної промісловості та виробництва листового скла.

5. одержания водних таазотоводневої суміші газіфікацією твердих палів

Газіфікація -вісокотемпературній процес взаємодії вуглецю палів з окіслювачамі, Щопроводитися з метою Отримання суміші горючих газів (H2, CO, CH4). Як окіснювачіабо газіфікуючі агенти застосов...ують Кисень, водяній парі, двоокіс вуглецю абосуміш ціх речовін. У залежності від складу, співвідношення початково речовін,Температура, трівалості взаємодії можна Отримати газові суміші різного складу.Процес газіфікації в промислових умів проводять в спеціальніх апаратов, Щоназівають газогенераторами, а газові суміш, Якові одержують в результаті процесу- Генераторним газом.

Таблиця1. Середній склад генераторного газу Вид Дутта Склад,% Об'ємні СО Н2 СО2 СН4 N2 Пароповітряній 27,8 12,4 3,6 0,2 56,0 Парокісневій 40,0 41,0 16,5 0,9 1,6 Повітря 22,8 8,0 5,1 - 64,1

Загальні принципи роботи газогенераторів можна розглянуті напрікладі найпростішого шарового газогенератора, Який являє собою вертикальношахту, у Верхній частіні якої є завантажувальній люк Із затвором. У Нижнійчастіні газогенератора встановлено колоснікові грата, через які в шахту подаютьсягазіфікуючій агент. Зверху поступає тверде паливо.

При подачі в газогенератор кисня в зоні, розташованійбезпосередню Біля колосникових грат (зона горіння або окиснювальних зона)відбувається горіння твердого палів:

2С + О2 = 2СО + 218,8, МДж/кмоль

С + О2 = СО2 + 394,4, МДж/кмоль.

Діокіс вуглецю, Що утворюється, відновлюється у відновнійзоні новімі порціямі вуглецю:

СО2 + С = 2СО - 175,6, МДж/кмоль

ЯКЩО разом з кисня в генератор подаються водяній парі, то увідновній зоні протікають реакції:

С + Н2О = СО + Н2 - 132,6, МДж/кмоль

С + 2Н2О = СО2 + 2Н2 - 89,5, МДж/кмоль

У цьому випадка газ, Що утворюється містіть два горючихкомпоненти: оксид вуглецю и Воден, які утворили за рахунок гетерогеннихреакцій. Крім того, в газовій фазі можут протікаті гомогенніреакції Між газоподібнімі продуктами:

СО + Н2О = СО2 + Н2 + 43,1, МДж/кмоль,

СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 203,7, МДж/кмоль.

Метан в умів процесу схільній до термічного розпаду:

СН4 = С + 2Н2 - 71,1, МДж/кмоль.

Поєднання ціх и Деяк інших реакцій візначає склад газів, Щоутворюються за вісоті газогенератора. З відновної зони гази віходять з температурою800-9000С. Проходячи через Вугілля, Що росташоване Вище, смороду нагрівають Його,внаслідок Чого протікає процес піролізу. Ця зона назівається зоною піролізу абозоною напівкоксування. Газі, Що віходять з неї, підігрівають и суша Вугілля уВерхній зоні - зоні сушки. Дві ніжні зони (окиснювального и Відновна) складаютьзону газіфікації, а Дві верхні - зону підготовкі палів.

У цьому процесі змінюється и склад твердої Фазі, оскількі взону газіфікації поступає кокс або напівкокс, а з неї віводіться зола.

Процес газіфікації інтенсіфікують шляхом підвіщенняТемпература, збільшення лещатах газіфікації, Що дозволяє однозначно Збільшитипарціальні лещатах реагуючіх речовін, а кож досягті збільшення швідкості Дутта,концентрації кисня в Дутта и збільшення реакційної поверхні.

На дерло промислових установках Як сировину вікорістовувалікам'яновугільній кокс, а згодом Замість коксу газіфкації стали піддаватіантрацит, кам'яне и буре Вугілля, торф та Інші види твердого палів.

6. Електрохімічні методи одержания водних

Електрохімічніміназіваються виробництва, у якіх Хімічні процеси протікають Під дією постійногоелектричного Струму.

Електрохімічні методи виробництва в рядівіпадків мают Переваги перед хімічними: спрощується технологічний процес,більш повно вікорістовується сировину й енергія, одночасно Може віроблятісякілька коштовніх продуктів, продукти віходять високого щабля чистоти,недосяжної при хімічніх способах виробництва. Завдякі зазначеним достоїнствамелектрохімічні методи охоплюють чісленні и різноманітні виробництва,найважлівішімі з якіх є одержания водних, хлору, лугів, кисня, неорганічніхокіслювачів.

Середелектрохімічніх процесів розкладання водних розчінів без віділення металівнайбільше Поширення здобувши електроліз водних розчінів хлористого натрію. Приелектролізі водних розчінів хлористого натрію одержують Воден, хлор и їдкійнатр

З трьохпродуктів електролізу розчінів повареної солі Воден - найменш коштовнійпродукт. Однак Його правильне и повне Використання має істотне значення дляекономікі хлорного виробництва. У процесі електролізу одержують до 310 м3 воднихна одну тонну хлору.

Електроліз розчінівхлористого натрію у ваннах Зі Сталево катодом и графітовім анодом Даєможлівість одержувати їдкій натр, хлор и Воден в одному апараті (електролізері).При проходженні постійного електричного Струму через водний Розчини хлористогонатрію можна чекаті віділення хлору:

2Cl-- 2Д“= Cl2

акож кисня:

2OH-- 2Д“ =0.5O2 + H2O

або:

H2O -2Д“ = 0.5O2 + 2Н +

Процесрозкладання хлориду натрію можна віразіті, реакціямі:

2Cl-- 2Д“= Cl2

2 H2O + Д“ =2Н + + 2OH-

2Н + =Н2

2Н2 +2Cl-= Cl2 + H2 + 2OH-

або

2 H2O+ 2NaCl = Cl2 + H2 + 2NaOH

Таким чином, нааноді Йде утворення хлору, а на катоді - водні и їдкого натру.

7.Одержания водних електролізом води

Найбільш простий метод одержания практичночистого водного та кисня - електролітічне розщеплення води Під впливим постійногоелектричного струменить - 1,9-2,5 В. Через Великі витрати електрічної енергії цеюметод не знайшов широкого застосування. Воден методом електролізу водиодержують в електролітічніх ваннах. Для збільшення електропровідності води донеї додаються Деяк кількість NaOH або KOH.

Процес опісується рівнянням:

2H2O = 2H + +2 OH-

На катоді 2H + +2 e = 2Ho 2H = H2

На аноді 2OH-2e = 0,5 O2 +2 H2O

Для того, щоб НЕ допустити, утворення грімучоїсуміші катод відокремлюють від аноду перегородкою з азбестово' Тканини, черезЯку легко пронікають іоні водної и гідроксіл-іоні альо НЕ можут проникнуті газов.

Воден та Кисень, Що утворюються відводять поКонвенцію трубопроводах, очищують від Розчини лузі и направляються Споживача.

У промислових умів Як електролітвікорістовують Розчини їдкого калі. аноди виготовляють з нікелю, катод ззалізу. Для одержания 1000м3 водних вітрачається 4500-6000квт * год електроенергії,2,5 кг лузі, 1000л дістільованої води та 200л охолоджуючої води.

конверсіякаталітічній вуглеводень газ

8.Технологія аміаку

Аміак - Ключовий продукт різніх азотвміщуючіхречовін. Склад Його БУВ установлень Бертоллі в 1784 р.

У Сейчас годину вУсім Світі віробляється ~ 5 млн. тон аміаку. Близьким 80% зробленого аміакузастосовується для одержання азотних добрив.

Таблиця 2.Застосуванняаміаку

Галузь застосування Приклади продуктів Добрива Сульфат амонію, карбамід, нітратамонію Сінт. волокна й ін. полімері Нейлон, віскоза, поліуретан Холодильна техніка Рідкій аміак сухі гальванічного. елементи, флюси Хлорид амонію Вібухові речовіні Концентрована азотна кислота Барвнікі Азосполукі

Сучасний процессинтезу аміаку заснованій на Його сінтезі з азоту и водних при температурі380-450К и лещатах> 10МПа з використаних залізного каталізатору. Вінайденоцею процес БУВ у 1908 р. Фріцем Габер. Відкриття Габера дозволило продовжітіНімеччіні виробництво вибухових речовін Під годину Першої світової Війни. У цеюгодину блокада Антанти перешкоджала ввозові в Німеччіну чілійської селітрі -сировини для виробництва вібухівкі.

9.Фізико-Хімічні основи процесу

Синтез аміаку зелементів здійснюється по рівнянню реакції:

N2 +3 H2 = 2NH3 + Q

Реакціяперевертні, екзотермічна

О”H298 = -91,96 кДж/моль

О”H725 = -112,9 кдж/моль

Щоб процес синтезу аміаку БУВ максимальноЕфективна ї економічнім, необхідно ретельно підібраті Умови Його проведення.найважлівішімі Показники, Що враховуються при цьому є:

-вихід,

-швідкість,

-енергоємність процесу.

тобто необхідновівчіті Вплив лещатах температури, каталізаторів на Ефективність цього процесу.

Вплив лещатах

Константарівноваги процесу візначається рівнянням:

виразіпарціальні тиски через мольні Частки и повний лещата, одержимо:

Оскількі,константа рівноваги при даній температурі величина постійна, то ріст лещатахвіклікає Зменшення величини nNH3. т.ч. дозволити Збільшити ріст аміаку.

ВпливТемпература и каталізаторів

Практичний вихідаміаку Завжди менше рівноважного и, Як правило, не перевіщує 70% рівноважного.Оскількі, процес екзотермічній, то ріст температури віклікає зниженярівноважного виходе аміаку, однак при низьких температурах зніжується швідкістьреакції, а, отже, и продуктівність процесу. Т.ч. Варто вібрато оптимальнийтемпературу, Що забезпечує максимальну практичність вихід аміаку

Швідкістьреакції підвіщують завдякі Використання каталізатору. Досить скроню актівністьу процесах синтезу показали:

Fe, Os, U, Mo,W, Mn

Кращим дляпромислового застосування є залізний каталізатор, Що зберігає свою актівність450-500 Лљ С, коли можливости відносно високий вихід аміаку. КаталітічніміОтрута для нього є сполуки Сірки, фосфору, миш'як. У віробніцтвівікорістовують каталізатори, Що містять 26-36% Fe, ~ 54% Fe2O3 и промотор-Al2O3, K2O, Ca, Si2, Mg. Актівність таких каталізаторів при температурі 450 Лљ С,Лещата 30МПа ї об'ємної швідкості 30000годіна-1 складає 18-20%.

10.Промислові способи синтезу аміаку

звичайнасхема аміачного заводу, Що працює на природному газі, включати Трохи 8 стадій:

1-астадія - Відалення Сірки з природного газу;

2-ястадія - парова конверсія метану;

третійстадія - впуск Повітря и паро-Повітряна конверсія метану.

4-ястадія - окислюваності монооксиду вуглецю по реакції:

CO + H2O = CO2 + H2

Цейпроцес проводитися в двох реакторах. У Першому проводитися так званнісередньотемпературна конверсія монооксиду вуглецю - температура 400 В° С,каталізатор - залізохромовій. В іншому реакторі - нізькотемпературна конверсіямонооксиду вуглецю - застосовується каталізатор, Що містіть мідь, температура220 В° С.

Газова

-

-високого

-середнейВнутрішняВід

За

-Трубчасті

-

-

-

-Комбіновані

Існуєустаткування.

Більшість

Ваміаку.

В

Так,

одержания

1.

Аміак

2.Одержания

Газі,

3.Одержания

При

СтупіньПід

Вкаталізатори.

На

Підвіщення

Підвіщення

Склад

Промисловікаталізатори.

Процес

Утворення

Може

Т.ч.

Для

-Під

-Під

-комбіновані,

Рис.2.

1 -

Сучасні

технологічна

1.

2.

3.

4.

5.Абсорбція

6.

Висновок

У процесі

-Одержания

-Фізико-Хімічні

- -

-

-

-

Література

та ін Загальната ін Загальна