Инструкция аппаратчику синтеза 5 разряда цеха 26 производства «Аммиак-3» содержание номер раздела

Химическим равновесием называеця состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны. В начале процесса, когда содержание аммиака в системе незначительно, скорость прямой реакции велика, а скорость обратной реакции сравнительно мала.
По мере протекания реакции концентрация аммиака увеличиваеця, а концентрации азота и водорода уменьшаюця.
Чем ближе система к состоянию равновесия, тем меньше разница между скоростями прямой и обратной реакции.
Если образующийся аммиак непрерывно удалять из зоны реакции, то скорость реакции образования аммиака будет больше скорости реакции его разложения, процесс пойдет вправо, то есть в сторону образования аммиака.
По принципу Ле-Шателье, аммиак образуеця при высоких давлениях, так как его объем меньше объема исходной азотоводородной смеси. По уравнению реакции из трех молекул водорода и одной молекулы азота образуеця две молекулы аммиака.
Так как реакция синтеза аммиака экзотермическая, необходимо отводить тепло из зоны реакции.
Однако, в промышленных условиях, чтобы увеличить скорость реакции, процесс осуществляеця при повышенных температурах, в присуцтвии катализаторов.


Катализаторами называюця вещества увеличивающие скорость реакции. Реакции, протекающие под действием катализаторов, называюцякаталитическими.
Явление изменения скорости реакции под действием таких веществ называеця катализом.
Сами катализаторы при протекании реакции остаюця неизменными. В обратимых реакциях катализаторы увеличивают скорость как прямой, так и обратной реакции. При получении аммиака применяеця железный катализатор с добавками, повышающими активность катализаторов.
Добавки, повышающие активность катализаторов, называюця активаторами или промоторами. В качестве промоторов применяют окислы алюминия и щелочных металлов (калия, натрия, кальция). Промоторы не обладают каталитическим действием, но повышают активность и термическую стойкость катализатора.
Железо, содержащееся в катализаторе в виде окислов, восстанавливаеця до металлического железа, обладающего пористой структурой и развитой активной поверхностью.
Молекулы азота, адсорбируясь на поверхности катализатора, легко вступают в реакцию с молекулами водорода. Образующийся при этом аммиак десорбируеця в газовую фазу.
При температурах синтеза аммиака происходит рост кристаллов железа, уменьшение активной поверхности катализатора. Входящая в составкатализатора окись алюминия трудно восстанавливаеця, она обволакивает образовавшиеся кристаллы железа тонкой окисной пленкой, затрудняющей взаимодействие между атомами железа и поэтому, замедляющей рост кристаллов.
Таким образом, АИ₂О₃ препяцтвует спеканию кристаллов железа друг с другом. Окись алюминия может задерживать на поверхности катализатора уже образовавшийся аммиак. Поэтому, кроме АИ₂О₃, в железный катализатор вводят окись калия К₂О. Окись калия спозобствует удалению с поверхности катализатора образовавшегося аммиака.
Оптимальной областью температур для катализаторов являеця интервал температур (475÷500) ⁰С. При температурах 550 ⁰С и выше катализатор быстро стареет, разрушаеця его кристаллическая решетка, происходит срастание кристаллов, что приводит к потере его активности.
Активность катализатора зависит от наличия в исходной азотоводородной смеси небольших количеств примесей, называемых катализаторными ядами.
Под их влиянием происходит отравление катализатора, то есть уменьшение его активности. Различают обратимые и необратимые отравления.
Изменения, происходящие при действии кислорода, водяных паров, а также окиси и двуокиси углерода, называют обратимыми, так как при удалении этих примесей и при позтуплении на катализатор чистого газа восстанавливаеця его активность.
Кислород и окислы углерода реагируют на первых слоях катализатора с водородом:
О₂ + 2Н₂ = 2Н₂О,

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О,

СО₂ + 4Н₂ = СН₄ + 2Н₂О.

Собственно отравляющее действие на катализатор оказывает водяной пар, образующийся по реакциям. Водяной пар адсорбируеця на поверхности катализатора, перекрывая тем самым к нему доступ азотоводородной смеси.

Метан не являеця ядом для катализатора синтеза аммиака, но при наличии его в газе понижаеця парциальное давление реагирующих веществ (Н₂ и Н₂) и, следовательно, уменьшаеця производительность системы.
Необратимые отравления, приводящие к стойкой потере активности, которую нельзя устранить обработкой катализатора чистым газом, вызываюця примесями из сернистых соединений и высших углеводородов.
Сероводород и органические соединения серы быстро полностью отравляют катализатор в процессе синтеза аммиака.
Высшие углеводороды разлагаюця и отравляют катализатор. На катализаторе при этом осаждаеця углерод и высокомолекулярные органические соединения. В азотоводородную смесь такие соединения могут переходить из исходного сырья и смазочных масел.
На процесс синтеза аммиака оказывает влияние также размер гранул или зерен катализатора.
Если размер частиц катализатора велик, то процесс образования аммиака происходит медленно. При большом измельчении возрастает гидравлическое сопротивление слоя катализатора, что снижает производительность агрегатов синтеза.
По мере увеличения объемной скорости газового потока (количества газа, проходящего через 1 м³ катализатора за 1 час) содержание аммиака в выходящем газе уменьшаеця, а производительность катализатора увеличиваеця, так как увеличиваеця количество образующегося аммиака, повышаеця удельная производительность катализатора (единицы его объема).
В промышленности синтез аммиака ведут при объемных скоростях в пределах (15000÷30000) м³/ҳв системах под давлением 300 кгф/см².
При выборе объемной скорости учитывают не только наилучшее использование катализатора, но и влияние изменений этой скорости на производительность других аппаратов агрегата синтеза аммиака, а также расход электроэнергии и воды. С повышением давления в системе объемная скорость газа увеличиваеця, соотвецтвенно увеличиваеця процент выхода аммиака.
Для того, чтобы достичь максимальной производительности реакционного объема колонны синтеза, необходимо наиболее полно сконденсировать аммиак и выделить его из газовой смеси.
Азотоводородоаммиачную смесь охлаждают. При этом часть аммиака переходит в жидкое состояние и выводиця из системы, оставшийся газ возвращаеця в цикл и присоединяеця к свежему газу. Чем ниже температура азотоводородоаммиачной смеси, тем больше аммиака из нее конденсируеця, и соотвецтвенно меньше остаеця в газе.
Остаточная объемная доля аммиака в газовой смеси (циркуляционном газе) при давлении 300 кгф/см² в зависимости от температуры:

Температура, ^0С	- 20	- 10	0	10	20	30	40
Аммиак, %	1,53	2,24	2,28	4,42	6,0	7,99	10,43

Максимально возможное снижение температуры газовой смеси и улучшение условий сепарации жидкого аммиака позволяет уменьшить содержание аммиака на входе в колонну синтеза и увеличить производительность колонны. Количество образовавшегося аммиака соотвецтвует разности его содержания в выходящем из колонны и позтупающем в колонну газе.