Производство аммиака. Синтез аммиака. Физико-химические основы синтеза аммиака. Технологическая схема

ТЕМА: Производство аммиака. Синтез аммиака. Физико-химические основы синтеза аммиака. Технологическая схема
Аммиак промышленным путём получают из азота, соединяя его с водородом. Азот берут из воздуха, водород – из воды. Впервые метод разработал немецкий химик Фриц Габер. Промышленный способ получения аммиака стали называть процессом Габера.Реакция проходит с уменьшением объёма и выделением энергии в виде тепла:
3H2 + N2 → 2NH3 + 92кдж.
Реакция обратима, поэтому необходимо соблюсти несколько условий. При высоком давлении и низких температурах объём полученного аммиака увеличивается. Однако низкие температуры замедляют скорость реакции, а повышение температуры способствует увеличению скорости обратной реакции.
Опытным путём были найдены необходимые условия для проведения реакции: температура – 500°C; давление – 350 атм; катализатор – оксид железа Fe3O4 (магнетит) с примесями оксидов серебра, калия, кальция и других веществ. При таких условиях получившийся газ содержит 30 % аммиака. Чтобы избежать обратной реакции, вещество быстро охлаждают. При низких температурах получившийся газ превращается в жидкость. Неизрасходованные газы – азот и водород – возвращаются обратно в колонну для синтеза. Такой способ помогает быстро получить большие объёмы аммиака, максимально используя сырьё.
Очистка газа от масла проводится путем сепарации последнего в маслоотделителе и промывки аммиаком в конденсационной колонне (в этих системах циркуляционные насосы расположены перед конденсационной колонной). Жидкий аммиак, сконденсировавшийся в холодильнике-конденсаторе, отделяется от газа в сепараторах, находящихся перед циркуляционными насосами.
Свежая азотоводородная смесь смешивается с циркуляционным газом в маслофильтре 7. Далее газовая смесь проходит по межтрубному пространству конденсационной колонны 3, охлаждается и поступает в трубки испарителя 2. В испарителе газовая смесь охлаждается до температуры -5°С за счет испаряющегося в межтрубном пространстве жидкого аммиака. Газовая смесь из испарителя поступает в нижнюю часть конденсационной колонны 3.
В колонне 3 от газовой смеси отделяется жидкий аммиак, сконденсировавшийся в испарителе. Пройдя сепарационную часть конденсационной колонны, газовая смесь поступает в трубки теплообменника, где отдает тепло холодному газу, направляющемуся в испаритель 2.
По выходе из конденсационной колонны газовая смесь с температурой +30°С, содержащая 2-3;% аммиака, двумя потоками поступает в колонну синтеза аммиака 6.
Выходящая из колонны синтеза азотоводородоаммиачная смесь имеет температуру +180200°С, содержание аммиака в ней равно 14-16%.
После колонны газовая смесь проходит водяной конденсатор 5, в котором охлаждается до температуры +35° С. В сепараторе 4 от газа отделяется жидкий аммиак. Из сепаратора газовая смесь поступает в циркуляционный насос 8, в котором сжимается до рабочего давления, затем проходит маслофильтр 7, соединяется со свежей азотоводородной смесью, после чего цикл повторяется.
Для охлаждения газа в водяном конденсаторе используется оборотная вода и циркулирующий конденсат. Циркуляция конденсата осуществляется центробежным насосом 9. Охлаждение конденсата происходит в холодильнике 11 оборотной водой, подаваемой насосом 10. Жидкий аммиак из сепаратора 4 и конденсационной колонны 3 дросселируется в сборник 1, а из него направляется на склад.
Испарившийся газообразный аммиак по выходе из испарителя 2 проходит ловушку и поступает либо на холодильную установку, либо в качестве сырья в цехи переработки.
В последнее время в системах синтеза аммиака находят все большее применение центробежные циркуляционные компрессоры взамен поршневых.
Центробежные компрессоры по своей конструкции исключают возможность соприкосновения сжимаемого газа со смазочными маслами, что позволяет исключить из схемы маслоотделитель и установить циркуляционный компрессор непосредственно перед колонной синтеза аммиака. Установка центробежного циркуляционного компрессора позволяет также повысить давление газа на входе в колонну синтеза до 320 ат и исключить из агрегата сепаратор жидкого аммиака после холодильника-конденсатора, так как первичная и вторичная конденсации аммиака следуют одна за другой.