Тема 7. Технология связанного азота

Контрольные вопросы к теме VI

«Технология серной кислоты»

1. Укажите основные области использования серной кислоты и олеума.

2. Почему в настоящее время в качестве серусодержащего сырья иcпользуется преимущественно сера, а не колчедан?

3. Чем отличаются технологические схемы производства серной кислоты из серы и из колчедана? Дайте объяснение.

4. С какой целью печной газ перед контактированием разбавляют воздухом?

5. В чем заключается специальная очистка печного газа, полученно­го обжигом колчедана?

6. Какие катализаторы используются в производстве серной кисло­ты? Приведите состав контактных масс БАВ и СВД.

Ключевое значение технологии связанного атмосферного азота в производстве продовольствия. Альтернативные варианты перспективы решения связывания атмосферного азота. Структура современного производства аммиака из природного газа. Многоступенчатая схема приготовления и очистки азотоводородной смеси. Особенности циркуляционной схемы синтеза аммиака; физико-химические основы выбора оптимальных условий синтеза; катализаторы в производстве аммиака. Современная технологическая схема производства азотной кислоты. Технологические решения, способствующие высокому выходу продукта. Физико-химические основы и аппаратурное оформление процессов селективного окисления аммиака, оксидов азота и их абсорбции.

Газообразный азот - одно из самых устойчивых химических со­единений (веществ). Энергия связи в молекуле азота составляет 945кДж/моль. Как результат: азот элементарный нереакционноспособен. В атмосфере азот находится в свободном состоянии в огромных количествах. Подсчитано, что над 1га поверхности земли имеется ~ 80т азота.

Элементарный азот в клубнях некоторых растений вступает в реакцию с образованием аминокислот и белков. Но эти реакции ка­тализируют ферменты, а необходимую энергию обеспечивает фото­синтез.

Некоторое количество азота переходит в биологически усвояемую форму в результате грозовых разрядов по реакции:

N₂ + 0₂ → 2NO

Большинство организмов легче усваивает соединения азота со степе­нью окисления - 3.

Это α-аминокислоты R-CH2-NH2-COOH и их полимеры - белки. Однако скорость перевода в состояние окисления в естественных условиях слишком мала для поддержания требуемого количества свя­занного азота. В среднем половина необходимого для жизни азота возвращается через атмосферу за 108 лет (для кислорода - 3000 лет, углерод - 100 лет).

СХЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ПГ НА СЖТ

Эти цифры показывают необходимость синтеза азотсодержа­щих соединений для использования их живыми организмами.

Кроме того, потребителями азотных соединений являются: во­енное дело (тринитротолуол - тол: ракетное топливо и т.д.), фармацея, химическая промышленность и с/х.

Решением проблем связанного азота являлась реакция синтеза аммиака, промышленное осуществление которой позволило создать сырьевую базу для многих азотсодержащих соединений.

Сырьем для получения продуктов азотной промышленности яв­ляется атмосферный воздух и различные виды топлива.

В воздухе: 79% N₂+ 21% O₂ (по объему), N₂ - сырье для получе­ния NH₃, цианидов и др.

Ресурсы атмосферного воздуха огромны, поэтому сырьевая база азотной промышленности определяется топливом. Топливо необхо­димо для получения водорода ил водородсодержащего газа.

Динамика структуры сырьевой базы синтетического аммиака

Твердое топливо	32,0	15,9	10,4	5,7	1,5
Коксовый газ	32,1	18,2	14,2	11,7	5,3
Природный газ	16,3	59,9	72,3	79,6	92,2
Прочие	19,3	6,0	3,1	3,0	1,0

Природный газ → основа на ближайшие десятилетия. Но по ме­ре истощения мировых запасов нефти и газа, а также изменения цен на рынке будут приобретать твердые виды топлива.

Получение технологических газов

Синтез-газ - основа для получения аммиака, метанола и пр. Синтез-газ может быть получен из:

1) твердого топлива

Синтез-газ получают в газогенераторах водяного газа:

С + Н₂О ↔ (СО + Н₂) – Q – синтез-газ,

С + О₂ ↔ СО₂ + Q

Синтез-газ получают на стадии парового дутья. Необходимая температура достигается в стадии воздушного дутья. Полученный водяной газ содержит: 50-53% H₂ и ~ 36% СО.

Для дальнейшего использования в производстве водяной газ необходимо очистить от сернистых соединений и провести конверсию

оксида углерода: СО + Н₂О ↔СО₂ + Н₂+ Q.

Затем необходимо удалить диоксид углерод

- газификация в виде пыли

2) Синтез-газ из жидкого топлива

Получение синтез-газа из жидких топлив осуществляется в процессах высокотемпературной кислородной конверсии. По технологическим схемам переработки в синтез-газ жидкие топлива можно разделить на две группы:

1 группа – высокотемпературная кислородная конверсия тяжелых жидких топлив (мазут, крекинг-остатки и др.)

2 группа – кислородная конверсия легкие прямогонные дистилляты (нафта).

3) Синтез-газ из природного газа

Природный газ - основа производства аммиака и метанола. По используемому окислителю и технологическому оформлению можно выделить варианты получения водородсодержащих газов:

а) высокотемпературная кислородная конверсия

б) каталитическая парокислородная конверсия

в) каталитическая пароуглекислотная конверсия в трубчатых печах

Основные реакции:

СН₄ + 0,5О₂ ↔ СО + 2Н₂ + 35,6 кДж

СН₄ + Н₂О ↔ СО + ЗН₂ - 206кДж

СН₄ + СО₂ ↔2СО + 2Н₂ - 248кДж

Одновременно протекает реакция: СО + Н₂О ↔ СО₂ + H₂ + Q

Обязательные стадии

1. Очистка ПГ от сернистых соединений, которые являются каталитическими ядами и относятся к коррозионно-агрессивным вещества.

Как правило, применяют двухступенчатую сероочистку:

Сернистые соединения

1) Гидратация на алюмокобальтомолибденовом

катализаторе (алюмоникельмолибденовом).

t=350-400°C, р=2-4МПа

C₂H₅SH +H₂=H₂S +C₂H₆

C₆H₅SH +H₂=H₂S +C₆H₆

2) Сероводород при t=400-410°C поглощается оксидом Zn

H₂S + ZnO = ZnS + H₂O

(при t° = 200-500°C реакция необратима, что обеспечивает высокую степень очистки)

Конверсия CH₄

1) Паровая конверсия (конверсия водяным паром):

СН₄+ Н₂О ↔СО+ ЗН₂ - 206кДж t^ο = 800°

2) Конверсия СН₄ кислородом в две стадии:

а) СН₄ + 0,5О₂↔ СО + 2Н₂ + 347кДж,
СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О + 800кДж

б) СН₄ + Н₂О ↔СО + ЗН₂ - 206кДж,
СН₄ + СО₂↔2СО + 2Н₂-248кДж

3) парокислородная, парокислородновоздушная, паровоздушная конверсия (процесс называется парокислородным).

Блок-схема получения технологических газов

для синтеза аммиака

Блок-схема получения технологических газов для синтеза метанола

Катализаторы конверсии СН₄

ГИАП-16 (алюмоникель магниевый)

25%-NiО; 57% - Аl₂О₃; 10%-СаО; 8% - MgO.

Конверсия оксида углерода Конверсия водяным паром:

СО + Н₂О ↔СО₂ + Н₂ + Q

Широко используется в промышленности среднетемпературная кон­версия на железо-хромовом катализаторе.

Очистка конвертированного газа от оксидов углерода

Очистка от СО₂

- наиболее распространена – очистка раствором МЭА

R-NH₂ + Н₂О + СО₂↔ (RNH₃)₂CO₃ (карбонат)

(R-NH₃)₂CO₃ + Н₂О + СО₂ ↔ 2RNH₃HCO₃ (бикарбонат),

где R (-OHCH₂-CH₂-)

Затем карбонаты и бикарбонаты при t^ο > 100°С диссоциируют с вы­делением CO₂.

- очистка горячим активированным раствором К₂СО₃

К₂СОз + СО₂ + Н₂О↔ 2КНСО₃

Очистка газа от СО

Старый способ: очистка медноаммиачным раствором.

В настоящее время применяется метод промывки конвертированного газа жидким азотом, который растворяем СО, СН₄, Аr.

Тонкая очистка от СО и СО₂ проводится каталитическим гид­рированием этих соединений до метана (метанирование)

СО + ЗН₂↔СН₄ + H₂O + 206кДж

СО₂ + 4Н₂↔ СН₄ + 2Н₂О - 165кДж

Катализатор – никель- алюминиевый

Дата добавления: 2013-12-11