Производство на амоняк

Азотната индустрия днес е една от водещите индустрии. Използването на амоняк се разпространи в хладилника (R717, хладилен агент), лекарство (разтвор на амоняк или алкохол амоняк), селското стопанство (торове).

Основното внимание се отделя на производството на азотни торове (а оттам и на техните основи, включително амоняк, чието търсене нарасна с 20% през последните две десетилетия).

Но производството на амоняк се различава преди всичко от високата енергийна интензивност. Цялата история на това производство е борбата за намаляване на използваните енергии (механични, топлинни, електрически).

Синтезът на амоняк разкрива формулата:

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

Реакцията е екзотермична, обратима, с намаление на обема. Тъй като реакцията е екзотермична, намаляването на температурата ще измени равновесието до образуването на амоняк скорост на реакция ще намалее значително. Производството на амоняк трябва да се извършва при високи температури (синтезата протича на 500 градуса по Целзий). Увеличаването на t ще доведе до обратна реакция. Налягане 15-100 МРа позволява да противодейства на ефекта на температурата (ниско налягане - от 10 до 15 МРа, средното налягане - от 25 до 30 МРа, високо налягане - над 50 МРа). От тях средната стойност е за предпочитане.

Катализаторът е спонгизиран с желязо с добавки на калций, силиций, калий, алуминиеви оксиди.

Вредни примеси (въглероден моноксид, вода, сероводород) оказват неблагоприятно въздействие върху реакционната скорост на реакцията, отравяйки катализатора, като по този начин намаляват неговата активност и намаляват експлоатационния живот. Това означава, че сместа от сероводород трябва непременно да се подложи на цялостно почистване. Но дори и след пречистването, само част от тази смес се превръща в амоняк. Следователно останалата нереагирала фракция отново се изпраща в реактора.

Как се произвежда амонякът?

Тръбопроводът се доставя с вече приготвена смес от три части водород и един азот. Той преминава през турбокомпресора, където се компресира до налягането, посочено по-горе, и се изпраща в колоната за синтез с катализатора на вградените рафтове. Процесът, както разбрахме, е силно екзотермичен. Сместа азот-водород се загрява от развиващата се топлина. Около 25 процента амоняк и нереагирал азот с водород излизат от колоната. Целият състав се подава в хладилника, където сместа се охлажда. Амонякът под налягане става течен. Сега разделител влиза в работата, чиято задача е да отдели амоняка в колекцията от дъното и нереагиралата смес, която се връща циркулационна помпа обратно към колоната. Благодарение на тази циркулация, азот-водородната смес се използва с 95%. Течен амоняк през тръбопровода за амоняк отива в специален склад.

Всички устройства, използвани в производството, са възможно най-стегнати, което елиминира изтичането. Само енергията на екзотермичните реакции, които се случват вътре, се използва. Схемата е затворена, с ниски отпадъци. Разходите се намаляват чрез непрекъснат и автоматизиран процес.

Производството на амоняк не може да засегне околната среда. Газовите емисии са неизбежни, включително амоняк, въглеродни и азотни оксиди и други примеси. Отпусната е ниска топлина. Водата се изхвърля след измиване на охлаждащите системи и самия реактор.

Следователно, производството на амоняк трябва да включва каталитично почистване с наличието на агент за намаляване на газа. Намаляването на количеството отпадъчни води може да се постигне чрез замяна бутални компресори към турбокомпресорите. Нискоенергийната топлина може да се използва чрез въвеждане на висока потенциална топлина. Това обаче ще увеличи замърсяването с димните газове.

Енергийно-технологична схема, включваща цикъл на комбинирания цикъл, при който се използват както топлинна енергия от пара, така и горивни продукти, едновременно ще увеличи ефективността на производството и ще намали емисиите.