Výroba amoniaku v priemysle, typ reakcie. Vlastnosti, priemyselný význam a klasifikačné charakteristiky amoniaku
Technologické vlastnosti amoniaku.
Amoniak (NH 3) - bezfarebný plyn so štipľavým zápachom a bodom varu - 33,4 °C a bod topenia - 77,8 °C Amoniak dobre rozpustný vo vode ( 750 litrov na liter vody), mierne rozpustný v organické rozpúšťadlá.
Pri interakcii s vodou tvorí amoniak hydráty nasledujúceho zloženia:
NH3H20 a NH32H20
Malé množstvo molekúl amoniaku rozpustených vo vode sa v dôsledku reakcie ionizuje:
NH3 + H20 «NH4 + + OH -
Stupeň disociácie je 0,004.
Kvapalný amoniak rozpúšťa alkalické kovy a kovy alkalických zemín, fosfor, síru, jód a mnohé ďalšie anorganické a organické zlúčeniny.
Pri teplote 1300 ° C sa amoniak disociuje na dusík a vodík:
2NH3=N2 + 3H 2
Suchý amoniak tvorí so vzduchom výbušné zmesi, ktorých medze výbušnosti závisia od teploty.
Svet výroby amoniak zosumarizované do celkovej sumy 1980 viac ako 90 miliónov ton.
Prvá rastlina na výrobu amoniak bol spustený v r 1913 rok s produktivitou 25 t za deň.
Surovinou na výrobu amoniaku je zmes dusíka a vodíka (ABC) v zložení N 2 : H 2 = 1 : 3. Zásoby vzdušného dusíka sú prakticky nevyčerpateľné, preto je produkcia amoniaku daná najmä spôsobom výroby vodíka.
Obrázok 4.3. - Suroviny na výrobu čpavku.
Dusík sa získavajú rektifikáciou (destiláciou) skvapalneného atmosférického vzduchu.
Vodík na syntézu amoniaku možno získať:
1.rozdelenie spätného koksárenského plynu,
2. splyňovanie tuhého paliva,
3.premena zemného plynu (metánu alebo jeho plynných homológov),
4. premena oxidu uhoľnatého s vodnou parou,
5.praskaný metán
6.Elektrolýza alebo tepelný rozklad vody
Prvoradý význam majú metódy konverzie metánu a oxidu uhoľnatého a separácia koksárenského plynu.
Pre dlhodobé plány na široké využitie vodíka na priemyselné a energetické účely sa plánuje jeho výroba vo veľkom meradle z vody – najlacnejšej suroviny, ktorej zásoby sú neobmedzené. Existujúce a vyvinuté metódy výroby vodíka z vody sú rozdelené do troch skupín:
1.elektrolýza vody
2.termochemické metódy
3. kombinované termo a elektrochemické metódy.
ELEKTROlýza je najpoužívanejšou metódou výroby vodíka z vody a v súčasnosti sa používa v malom meradle s dostupnou lacnou elektrickou energiou. Elektrochemické procesy sú založené na vzájomných premenách elektrickej energie na chemickú energiu a naopak. Výhodou elektrochemických procesov je ich jednoduchosť v hardvérovom prevedení, nízkostupňový technologický proces, vysoká čistota získaných produktov, dosiahnuteľná chemickými metódami atď. Hlavnou nevýhodou elektrolýzy je vysoká spotreba elektrickej energie, ktorej náklady tvoria väčšina nákladov na výrobky - viac ako 90%. Okrem toho pri priemyselnej elektrolýze vodných roztokov nie je faktor využitia energie väčší ako 50 - 60 %, čo ďalej zvyšuje náklady na produkty elektrolýzy. Keď sa vodík získava elektrolýzou vody, ako elektrolyt sa používajú vodné roztoky kyselín, zásad alebo solí, pretože elektrická vodivosť čistej vody je zanedbateľná - pri 18 ° C je merná elektrická vodivosť vody (2-6) × 10 -10 S × m -1. Najčastejšie sa používajú alkalické elektrolyty, ktoré sú pre konštrukčné materiály elektrolyzérov najmenej agresívne. Uvoľňovanie vodíka nastáva na katóde podľa reakcie:
2H20 + 2e - ® H2 + 2OH -
Celková účinnosť výroby vodíka elektrolýzou vody pomocou elektriny vyrobenej v jadrovej elektrárni nie je väčšia ako 20-30%, čo negatívne ovplyvňuje cenu vodíka. Zníženie nákladov na elektrolytický vodík je možné dosiahnuť zlepšením konštrukcie elektrolyzérov, ich zlacnením a hlavne použitím lacnej elektriny. Ako hlavná perspektíva sa uvažuje o možnosti zásobovania vodíkových elektrolyzérov „zlyhanou“ energiou jadrových elektrární, t.j. používanie elektriny v tých obdobiach, keď sú stanice nedostatočne vyťažené, napríklad v noci.
Termochemická metóda výroba vodíka je založená na rozklad vody s využitím tepelnej energie, ktorá sa má získavať z jadrových reaktorov s chladením héliom, pomocou teplo plynného chladiva na výstupe z reaktora ... Priamy rozklad vody reakciou
Н 2 О «Н 2 + 0,5 О 2 + D H
neuskutočniteľné, pretože pri požadovanej vysokej teplote (asi 1000 °C) je rovnovážna konštanta reakcie zanedbateľná (10 -6). Realizácia procesu je možná nahradením reakcie priameho rozkladu vody termochemickým cyklom pozostávajúcim z niekoľkých stupňov, pre každý z nich by boli hodnoty rovnovážnej konštanty prijateľné pre prax. Na rozklad vody pri teplotách dostupných z hľadiska využitia tepla chladiacich plynov jadrových reaktorov boli vyvinuté a navrhnuté rôzne termochemické cykly. Vo väčšine navrhovaných cyklov majú intermediárne látky vysokú afinitu k vodíku, prípadne ku kyslíku - sú to halogény, prvky IV. skupiny (síra), kovy II. skupiny (Mg, Ca. Ba) a prechodné prvky s premenlivou oxidáciou. stav (V, Fe). Nižšie je uvedený jeden príklad termochemického cyklu reakcií vedúcich k rozkladu vody na H2 a O2:
Celý termochemický cyklus rozkladu vody je uzavretý cyklus, pretože všetky počiatočné činidlá sú oddelené od reakčných produktov a vrátené do cyklu, s výnimkou vody spotrebovanej na tvorbu vodíka a kyslíka. Maximálna reakčná teplota nepresahuje 700 ° C a môže byť vybavená chladivom na výstupe z ich jadrového reaktora na úrovni 800 - 900 ° C.
V súčasnosti ešte žiadny z navrhovaných termochemických cyklov nie je v priemysle implementovaný a hodnota účinnosti cyklov, ako aj kalkulácie nákladov na získavanie vodíka touto metódou nie sú zatiaľ stanovené.
Kombinovaný spôsob výroby vodíka spočíva v kombinácii termo- a elektrochemických fáz procesu. Očakávané výhody kombinovanej metódy sú, že možno využiť výhody každej z uvažovaných metód: elektrochemická je dobre zvládnutá, má jednoduchý hardvérový dizajn a termochemická je ekonomickejšia, ale málo zvládnutá a zahŕňa stupne, ktoré sú náročné na priemyselnú realizáciu.
Príkladom je kombinovaný cyklus kyseliny sírovej na výrobu vodíka a kyslíka z vody. Toto je dvojkrokový proces s 2 krokmi
1.termochemická - endotermická reakcia prebiehajúca pri 900°C
H2S04 = H20 + S02 + 1/2 O2
2. nízkoteplotný elektrochemický proces:
2H20 + S02-2e- = H2 + H2S04
Poslednú uvedenú reakciu možno realizovať iba elektrolýzou, pretože jej rovnovážna konštanta a teoretický výťažok vodíka sú extrémne malé. Zdrojom energie pre kombinovanú inštaláciu môže byť atómový plynový reaktor, ktorý dodáva odpadové teplo do termochemického stupňa a elektrinu do elektrochemického stupňa. Odhadované náklady na kogeneračnú jednotku sú nižšie ako na priamu elektrolýzu vody. Celková účinnosť procesu by mala byť 35 - 37%. Spojenie termochemických a elektrochemických stupňov je podľa odborníkov najperspektívnejším smerom veľkovýroby vodíka z vody.
Hlavný metóda prijímanie vodík a pre syntézu amoniak je katalytická konverzia metán . Suroviny pre túto metódu je zemný a pridružený plyn obsahujúcich až 90-98% metán .
Výroba amoniaku využíva ako suroviny uhlie, koks, koksárenské pece a zemný plyn. V tomto prípade je stále hlavnou surovinou zemný plyn.
Trochu histórie
Ešte v 20. storočí slávny chemik Haber vyvinul fyzikálno-chemickú syntézu amoniaku. K tejto inscenácii prispeli aj Haberovi prívrženci. Takže Mittash dokázal vyvinúť účinný katalyzátor, Bosch vytvoril špeciálne vybavenie.
Mittash testoval obrovské množstvo zmesí ako katalyzátorov (asi 20 tisíc), kým sa neusadil na švédskom magnetite, ktorý má rovnaké zloženie ako katalyzátory, ktoré sa dnes aktívne používajú. Moderné katalyzátory sú vyrobené z ocele s malým množstvom oxidu hlinitého a draslíka.
V sovietskych časoch sa vo výskumných ústavoch a laboratóriách v továrňach vykonalo obrovské množstvo práce v oblasti výskumu kinetiky a termodynamiky syntézy amoniaku. K zlepšeniu samotnej technológie výroby čpavku výrazne prispeli inžinieri závodov na výrobu dusíkatých hnojív a pracovníci, ktorí boli inovátormi vo výrobe. V dôsledku týchto prác sa výrazne zintenzívnil celý technologický proces, vznikli úplne nové návrhy špecializovaných aparátov a začala sa výstavba výrobne čpavku.
Sovietsky systém výroby čpavku sa vyznačoval dostatočnou hospodárnosťou a vysokou produktivitou.
Prvou praktickou aplikáciou potvrdzujúcou úspech navrhovanej teórie bol vývoj takého dôležitého procesu chemickej technológie, akým je syntéza amoniaku.
Jedným z typov pomerne efektívnych spôsobov zlepšenia technológie výroby amoniaku je využitie odkalovacích plynov. Moderné zariadenia oddeľujú amoniak od takýchto plynov zmrazením.
Čistiace plyny po výrobe amoniaku sa môžu použiť ako nízkokalorické palivo. Niekedy sú jednoducho hodené do atmosféry. Spaliny musia byť nasmerované do rúrovej pece (jednotka na reformovanie metánu). Tým sa šetrí spotreba surovín (zemný plyn).
Existuje aj iný spôsob využitia týchto plynov. Ide o ich oddelenie technikami hlbokého chladenia. Táto metóda zníži celkové náklady na hotové výrobky (amoniak). Tiež argón získaný v tomto technologickom procese je oveľa lacnejší ako jeho analóg, ale získava sa v jednotke na separáciu vzduchu.
Preplachovacie plyny obsahujú zvýšený obsah inertných látok, ktoré prispievajú k menej intenzívnej reakcii.
Schéma výroby amoniaku
Pre podrobnú štúdiu technológie výroby amoniaku je potrebné zvážiť proces oddeľovania amoniaku od takých jednoduchých látok, ako je vodík a dusík. Ak sa vrátime k chémii na školskej úrovni, možno poznamenať, že táto reakcia je charakterizovaná reverzibilitou a znížením objemu.
Pretože táto reakcia je exotermická, zníženie teploty posunie rovnováhu v prospech uvoľňovania amoniaku. V tomto prípade však dochádza k výraznému zníženiu rýchlosti samotnej chemickej reakcie. To je dôvod, prečo sa syntéza uskutočňuje v prítomnosti katalyzátora a udržiavaní teploty okolo 550 stupňov.
Hlavné spôsoby výroby amoniaku
Z praxe sú známe tieto spôsoby výroby:
- pri nízkom tlaku (asi 15 MPa);
- pri strednom tlaku (asi 30 MPa) - najbežnejšia metóda;
- pri vysokom tlaku (asi 100 MPa).
Nečistoty ako sírovodík, voda a oxid uhoľnatý negatívne ovplyvňujú syntézu amoniaku. Aby neznižovali aktivitu katalyzátora, zmes dusíka a vodíka sa musí dôkladne vyčistiť. Avšak aj za týchto podmienok sa len časť zmesi v budúcnosti zmení na amoniak.
Poďme sa teda bližšie pozrieť na proces výroby amoniaku.
Technológia výroby
Schéma výroby amoniaku zabezpečuje preplachovanie zemným plynom pomocou kvapalného dusíka. V tomto prípade je potrebné vykonať konverziu plynu pri vysokej teplote, tlaku do 30 atmosfér a teplote asi 1350 stupňov. Len v tomto prípade bude mať konvertovaný suchý plyn nízke prietoky kyslíka a zemného plynu.
Výroba čpavku, ktorého technológia obsahovala sériové aj paralelné spojenie medzi používanými zariadeniami, bola donedávna založená na zdvojení funkcií hlavného zariadenia. Výsledkom tejto organizácie výrobného procesu bolo výrazné natiahnutie technologických komunikácií.
Je tu moderná výroba čpavku, ktorej technológia už počíta s využitím závodu s kapacitou 1360 ton denne. Toto zariadenie zahŕňa najmenej desať jednotiek na konverziu, syntézu a čistenie. Sekvenčne-paralelné technológie tvoria samostatné divízie (dielne), ktoré sú zodpovedné za realizáciu jednotlivých etáp spracovania surovín. Organizovaná výroba amoniaku teda umožňuje výrazne zlepšiť pracovné podmienky v špecializovaných závodoch, vykonávať automatizáciu, čo povedie k stabilizácii celého technologického procesu. Tieto zlepšenia povedú aj k výraznému zjednodušeniu všeobecnej technológie výroby syntetického amoniaku.
Inovácie v technológii výroby amoniaku
Moderná výroba čpavku v priemysle využíva ako surovinu lacnejší druh zemného plynu. To výrazne znižuje náklady na hotový výrobok. Okrem toho sa vďaka takejto organizácii môžu zlepšiť pracovné podmienky v zodpovedajúcich továrňach a výrazne sa zjednoduší chemická výroba amoniaku.
Vlastnosti výrobného procesu
Pre následné zlepšenie výrobného procesu je potrebné očistiť mechanizmy na čistenie plynov od škodlivých a nepotrebných nečistôt. Na tento účel sa používa metóda jemného čistenia (adsorpcia a prekatalýza). 
To je prípad, keď výroba amoniaku nezabezpečuje čistenie plynu pomocou kvapalného dusíka, ale je dostupná nízkoteplotná konverzia oxidu uhoľnatého. Vzduch obohatený kyslíkom sa môže použiť na premenu zemného plynu pri vysokej teplote. V tomto prípade je potrebné zabezpečiť, aby koncentrácia metánu v konvertovanom plyne nepresiahla 0,5 %. Môže za to vysoká teplota (asi 1400 stupňov), ktorá stúpa pri chemickej reakcii. Výsledkom tohto typu výroby je preto vysoká koncentrácia inertného plynu vo východiskovej zmesi a jeho spotreba je o 4,6 % vyššia ako rovnaká spotreba pri konverzii kyslíkom v koncentrácii 95 %. Zároveň je spotreba kyslíka o 17 % nižšia.
Výroba procesného plynu
Táto výroba je počiatočným štádiom syntézy amoniaku a uskutočňuje sa pri tlaku asi 30 at. Na tento účel sa zemný plyn stlačí kompresorom na 40 atm, potom sa ohreje až na 400 stupňov v špirále, ktorá je umiestnená v rúrovej peci, a privedie sa do odsírovacieho oddelenia.
Ak je vo vyčistenom zemnom plyne prítomná síra v množstve 1 mg/m3, je potrebné ju zmiešať s vodnou parou v príslušnom pomere (4:1).
Reakciou medzi vodíkom a oxidom uhoľnatým (tzv. metanizáciou) vzniká obrovské množstvo tepla a výrazný úbytok objemu.
Výroba s čistením medi a amoniaku
Vykonáva sa, ak výroba amoniaku nezahŕňa preplachovanie kvapalným dusíkom. Tento proces využíva čistenie meď-amoniak. V tomto prípade sa používa taká výroba amoniaku, ktorej technologická schéma využíva vzduch obohatený kyslíkom. Špecialisti musia zároveň zabezpečiť, aby koncentrácia metánu v konvertovanom plyne nepresiahla 0,5%, tento indikátor priamo súvisí so zvýšením teploty na 1400 stupňov počas reakcie.
Hlavné smery vývoja výroby amoniaku
Po prvé, v blízkej budúcnosti je potrebná spolupráca medzi organickým a dusíkatým priemyslom, ktorá by mala byť založená na využívaní takých surovín, ako je zemný plyn alebo plyn na rafináciu ropy. 
Po druhé, malo by dôjsť k postupnej konsolidácii celej výroby a jej jednotlivých zložiek.
Po tretie, v súčasnej fáze rozvoja chemického priemyslu je potrebné uskutočniť výskum vývoja aktívnych katalytických systémov na dosiahnutie maximálneho zníženia tlaku vo výrobnom procese.
Po štvrté, do praxe by malo prísť použitie špeciálnych kolón na realizáciu syntézy s použitím katalyzátora „s fluidným lôžkom“.
Po piate, na zvýšenie efektívnosti výroby je potrebné zlepšiť fungovanie systémov využitia tepla.
Záver
Amoniak je nevyhnutný pre chemický priemysel a poľnohospodárstvo. Slúži ako surovina pri výrobe kyseliny dusičnej, jej solí, ale aj amónnych solí a rôznych dusíkatých hnojív.
1. Chemická väzba v molekule amoniaku: A) iónová; B) kovalentné polárne; C) kovalentné nepolárne. 2. Ako sa v laboratóriu získava amoniak: A) priamou syntézou z dusíka a vodíka; B) tepelný rozklad amónnych solí; C) interakcia amónnych solí s alkáliami. 3. Ako rozoznáte chlorid amónny a chlorid sodný: A) podľa čuchu; B) pôsobením dusičnanu strieborného; C) pôsobením alkálií pri zahrievaní. 4. Vodný roztok amoniaku nereaguje: A) s kyselinou chlorovodíkovou; B) s hydroxidom vápenatým; B) s vodou. 5. Amoniak je schopný oxidovať na voľný dusík: A) bez katalyzátora; B) so zvýšeným tlakom; B) s katalyzátorom. 6. Mechanizmus tvorby amónneho iónu (katiónu): A) donor-akceptor; B) iónové; B) radikál; 7. Reakčná rovnica NaOH + NH 4 Cl = NaCl + NH 3 + H 2 O zodpovedá krátkej iónovej: A) NH H + = NH 4 + B) NH 4 + = NH 3 + H + C) NH OH¯ = NH3 + H20 B C C B A A C
Výroba amoniaku V laboratóriu sa amoniak vyrába slabým zahrievaním zmesi hydroxidu vápenatého a síranu amónneho. Urobte rovnicu pre reakciu získania amoniaku. Ca (OH) 2 + 2 (NH 4) 2 SO 4 = CaSO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O V priemysle sa amoniak získava syntézou zo zmesi dusík-vodík 200 atm, 400 °C, Fe N 2 + Experiment 3H22NH3 alebo Ca (OH)2 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3 + 2H20
Fyzikálne vlastnosti Amoniak je bezfarebný plyn s prenikavým charakteristickým zápachom, ľahší ako vzduch. Určte hustotu amoniaku vo vzduchu. Pri miernom zvýšení tlaku alebo po ochladení na - 33 ° C sa amoniak skvapalňuje a mení sa na bezfarebnú pohyblivú kvapalinu. Amoniak je rozpustný vo vode: 700 objemov amoniaku sa rozpustí v 1 objeme vody pri izbovej teplote a 1200 objemov pri 0 ° C. D vzduch. (NH3) = M (vzduch) / M (NH3) = 29 g / mol / 17 g / mol = 1,7 krát
Chemické vlastnosti NH 3 + H 2 O NH 3 H 2 O NH OH - 1) Rozpúšťanie amoniaku vo vode je sprevádzané chemickou interakciou s ním: NH + H + + H HH HH HHN + donor akceptor amónny katión 2) Interakcia amoniaku s kyselinami: NH 3 + HCl = NH 4 Cl Napíšte rovnice reakcií amoniaku s kyselinou sírovou (za vzniku stredných a kyslých solí), kyselinou dusičnou. NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4 NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 Mechanizmus tvorby väzby - donor-akceptor NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 experiment
3) Oxidácia amoniaku (s katalyzátorom) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O Reakciu považujte za redoxnú. Vymenujte oxidačné činidlo, redukčné činidlo. N –3 - 5e N oxidácia O e 2O –2 4 5 redukcia NH 3 (v dôsledku N –3) - redukčné činidlo; О 2 je oxidačné činidlo.
4) Oxidácia amoniaku (bez katalyzátora) 4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O Reakciu považujte za redoxnú. Vymenujte oxidačné činidlo, redukčné činidlo. N –3 - 5e N oxidácia O e 2O –2 4 5 redukcia NH 3 (v dôsledku N –3) - redukčné činidlo; О 2 je oxidačné činidlo. 5) Amoniak je schopný redukovať oxidy nízkoaktívnych kovov NH 3 + CuO N 2 + Cu + H 2 O Reakciu považujte za redoxnú. Vymenujte oxidačné činidlo, redukčné činidlo. Usporiadajte kurzy. 2N –3 - 6e N oxidácia Cu e Redukcia Cu NH 3 (v dôsledku N –3) - redukčné činidlo; CuO (v dôsledku Cu +2) je oxidačné činidlo. Experiment 2NH3 + 3CuO = N2 + 3Cu + 3H20
6) Aktívne kovy sú schopné nahradiť atóm vodíka v amoniaku. Kúsok sodíka ponorený do tekutého čpavku ho sfarbí do fialova, časom sa farba vytratí a po odparení čpavku zostane na dne pohára biely prášok amidu sodného: Reakciu považujte za redoxnú. Vymenujte oxidačné činidlo, redukčné činidlo. Usporiadajte kurzy. NH 3 + Na NaNH 2 + H 2 2H e H Na 0 - 1e Na NH 3 (kvôli H +1) - oxidačné činidlo, redukčný proces; Na 0 - redukčné činidlo, oxidačný proces. 2NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2 amid sodný
Laboratórny pokus: Vlastnosti amónnych solí Vykonajte kvalitatívnu reakciu pre amónny ión. Vložte zmes chloridu amónneho a hydroxidu vápenatého do skúmavky a zmes zahrejte. Stanovte vytvorený amoniak podľa jeho charakteristického zápachu a pomocou vlhkého testovacieho papierika.
NH
1. Vodný roztok amoniaku má: A) alkalické prostredie; B) kyslé prostredie; B) neutrálne prostredie; D) medzi vyššie uvedeným nie je žiadna správna odpoveď. 2. Interakcia amoniaku s chlorovodíkom sa vzťahuje na reakcie: A) rozklad; B) spojenia; B) substitúcia; D) výmena. 3. Amoniak interaguje so zahriatym oxidom meďnatým a redukuje ho na kovovú meď. V tomto prípade sa amoniak oxiduje na: A) voľný dusík; B) oxid dusnatý (IV); B) oxid dusnatý (II); D) oxid dusnatý (V). 4. Nejde o redoxnú reakciu amoniaku s: A) kyslíkom v neprítomnosti katalyzátora; B) kyslík v prítomnosti katalyzátora; B) kyselina chlorovodíková; D) oxid meďnatý. 5. Laboratórna metóda výroby amoniaku je: A) syntéza z dusíka a vodíka; B) interakcia chloridu amónneho s alkáliami; C) tepelný rozklad chloridu amónneho; D) všetky vyššie uvedené odpovede sú správne. 6. Napíšte rovnicu pre reakciu amoniaku s kyselinou sírovou v molárnych pomeroch 1:1 a 2:1. Súčty koeficientov v týchto reakciách sa rovnajú A) 3 a 5; B) 3 a 4; B) 4 a 5; D) 5 a 6. A D A C B B
Amoniak- ľahký bezfarebný plyn s nepríjemným štipľavým zápachom. Je veľmi dôležitý pre chemický priemysel, keďže obsahuje atóm dusíka a tri atómy vodíka. Amoniak sa používa najmä na výrobu hnojív s obsahom dusíka, síranu amónneho a močoviny, na výrobu výbušnín, polymérov a iných produktov, amoniak sa používa aj v medicíne.
Výroba amoniaku v priemysle nie jednoduchý, prácny a nákladný proces založený na jeho syntéze z vodíka a dusíka pomocou katalyzátora, vysokej teploty a pod tlakom. Aktivovaný oxidmi ako katalyzátor sa používa draselná a hliníková huba. Priemyselné závody na syntézu amoniaku sú založené na cirkulácii plynov. Vyzerá to nasledovne: zreagovaná plynná zmes, ktorá obsahuje amoniak, sa ochladí a dôjde ku kondenzácii a separácii amoniaku a dusík a vodík, ktoré nezreagovali, sa zmiešajú s novou časťou plynov a opäť sa privedú do katalyzátora.
Zvážte tento proces priemyselnej syntézy amoniaku, ktorý prebieha v niekoľkých fázach, podrobnejšie. V prvom stupni sa síra zo zemného plynu odstraňuje pomocou technického odsírovacieho zariadenia. V druhej fáze sa proces premeny metánu uskutočňuje pri teplote 800 stupňov Celzia na niklovom katalyzátore: vhodný je reakčný vodík na syntézu amoniaku sa do reaktora privádza vzduch obsahujúci dusík. V tomto štádiučiastočné spaľovanie uhlíka nastáva aj po jeho interakcii s kyslíkom, ktorý je obsiahnutý aj vo vzduchu: 2 H2O + O2-> H2O (para).
Výsledok tejto etapy výroba je získať zmes vodnej pary a oxidov uhlíka (sekundárneho) a dusíka. Tretia etapa pozostáva z dvoch procesov. Takzvaný „strihový“ proces prebieha v dvoch „strihových“ reaktoroch. V prvom sa používa katalyzátor Fe304 a reakcia prebieha pri vysokých teplotách, rádovo 400 stupňov Celzia... Druhý reaktor využíva účinnejší medený katalyzátor a pracuje pri nižšej teplote. Štvrtý stupeň zahŕňa čistenie plynnej zmesi od oxidu uhoľnatého (IV).
Toto čistenie sa vykonáva premytím plynnej zmesi alkalickým roztokom, ktorý absorbuje oxid. Reakcia 2 H2O + O2H2O (para) je vratná a po treťom stupni zostáva v plynnej zmesi približne 0,5 % oxidu uhoľnatého. Toto množstvo je dostatočné na to, aby pokazilo železný katalyzátor. Vo štvrtej fáze sa oxid uhoľnatý (II) eliminuje premenou vodíka na metán na niklovom katalyzátore pri teplotách 400 stupňov Celzia: CO + 3H2 -> CH4 + H2O
Zmes plynu, ktorý zhruba obsahuje? Stlačí sa 74,5 % vodíka a 25,5 % dusíka. Stlačenie spôsobuje rýchle zvýšenie teploty zmesi. Po stlačení sa zmes ochladí na 350 stupňov Celzia. Tento proces je opísaný reakciou: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (Gerberov proces)
Súvisiace články:
 |
Parížska omietka pozostávajúca z hustých sadrových hornín sa vyrába v troch základných krokoch. Najprv sa sadrový kameň rozdrví, potom sa výsledná surovina rozomelie a ... |
 |
Chemický odpad je odpad chemického priemyslu, ktorý obsahuje škodlivé látky, ktoré svojimi toxickými účinkami na organizmus ohrozujú človeka. Chemický priemysel je priemyselné odvetvie zaoberajúce sa ... |
 |
Moderný proces výroby amoniaku je založený na jeho syntéze z dusíka a vodíka pri teplotách 380 - 450 0C a tlaku 250 atm s použitím železného katalyzátora:
N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)
Dusík sa získava zo vzduchu. Vodík sa získava redukciou vody (pary) pomocou metánu zo zemného plynu alebo z nafty. Ťažký benzín (nafta) je kvapalná zmes alifatických uhľovodíkov, ktorá sa získava pri spracovaní ropy (pozri kapitolu 18).
Prevádzka moderného závodu na výrobu amoniaku je veľmi zložitá. Na obr. 7.2 je znázornená zjednodušená schéma zariadenia na výrobu amoniaku pracujúceho na zemný plyn. Táto akčná schéma zahŕňa osem etáp.
1. etapa. Odstraňovanie síry zo zemného plynu. Je to potrebné, pretože síra je katalytický jed (pozri časť 9.2).
2. etapa. Výroba vodíka redukciou parou pri 750 °C a tlaku 30 atm s použitím niklového katalyzátora:
CH4 (g) + H20 (g) = CO (g) + ZN2 (g)
3. etapa. Vstup vzduchu a spaľovanie časti vodíka v kyslíku vstrekovaného vzduchu:
2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) Výsledkom je zmes vodnej pary, oxidu uhoľnatého a dusíka. Vodná para sa redukuje za vzniku vodíka, ako v 2. stupni.
4. etapa. Oxidácia oxidu uhoľnatého vzniknutého v 2. a 3. stupni na oxid uhličitý nasledujúcou „posunovou“ reakciou: CO (g.) + H2O (g.) = CO2 (g.) + H2 (g.)
Tento proces sa uskutočňuje v dvoch "strihových reaktoroch". V prvom z nich sa používa katalyzátor na báze oxidu železa a proces sa uskutočňuje pri teplote asi 400 ° C. V druhom sa používa katalyzátor z medi a proces sa uskutočňuje pri teplote 220 ° C.
5. etapa. Vymývanie oxidu uhličitého zo zmesi plynov pomocou tlmivého alkalického roztoku uhličitanu draselného alebo roztoku akéhokoľvek amínu, napríklad etanolamínu NH2CH2CH2OH. Oxid uhličitý sa nakoniec skvapalní a použije na výrobu močoviny alebo sa uvoľní do atmosféry.
6. etapa. Po 4. stupni zostáva v plynnej zmesi ešte asi 0,3 % oxidu uhoľnatého. Keďže pri syntéze amoniaku (v 8. stupni) môže otráviť železný katalyzátor, oxid uhoľnatý sa odstraňuje konverziou vodíka na metán na niklovom katalyzátore pri teplote 325 °C.
7. etapa. Zmes plynov, ktorá teraz obsahuje približne 74 % vodíka a 25 % dusíka, sa stlačí; pričom jeho tlak stúpne z 25-30 atm na 200 atm. Pretože to vedie k zvýšeniu teploty zmesi, ihneď po stlačení sa ochladí.
8. etapa. Plyn z kompresora teraz vstupuje do „cyklu syntézy amoniaku“. Schéma znázornená na obr. 7.2 poskytuje zjednodušený pohľad na túto fázu. Po prvé, zmes plynov vstupuje do katalyzátora, ktorý používa železný katalyzátor a udržuje teplotu 380-450 ° C. Plynná zmes opúšťajúca tento konvertor neobsahuje viac ako 15 % amoniaku. Potom sa amoniak skvapalní a odošle do prijímacej násypky a nezreagované plyny sa vrátia do konvertora.
