Amonjaka ražošanā kā izejvielas izmanto ogles, koksu, koksu un dabasgāzi. Tajā pašā laikā galvenā izejviela joprojām ir dabasgāze.
Nedaudz vēstures
20. gadsimtā slavenais ķīmijas zinātnieks Gabers izstrādāja amonjaka fizikālo un ķīmisko sintēzi. Gabera sekotāji arī deva ieguldījumu šajā iestudējumā. Tātad, Mittash spēja izstrādāt efektīvu katalizatoru, Bosch izveidoja īpašu aprīkojumu.
Mitašs izmēģināja milzīgu skaitu maisījumu kā katalizatorus (apmēram 20 tūkstošus), līdz viņš apmetās uz Zviedrijas magnetu, kura sastāvs ir tāds pats kā šodien aktīvi izmantojamiem katalizatoriem. Mūsdienu katalizatori ir tērauda reklamēti ar nelielu daudzumu alumīnija oksīda un kālija.
Padomju laikos amonjaka sintēzes kinētikas un termodinamikas pētījumu jomā rūpnīcās tika veikts milzīgs darbs pētniecības institūtos un laboratorijās. Nozīmīgu ieguldījumu amonjaka ražošanas tehnoloģijas uzlabošanā deva slāpekļa mēslojuma ražotņu inženieri un inovatīvi darbinieki. Šo darbu rezultātā tika ievērojami pastiprināts viss tehnoloģiskais process, tika izveidoti pilnīgi jauni specializētu aparātu dizaini, sākta amonjaka ražošanas celtniecība.
Padomju amonjaka ražošanas sistēmu raksturoja ar pietiekamu efektivitāti un augstu produktivitāti.
Pirmais praktiskais pielietojums, kas apstiprināja piedāvātās teorijas panākumus, bija tāda svarīga ķīmiskās tehnoloģijas procesa izstrāde kā amonjaka sintēze.
Viens no pietiekami efektīvu veidu veidiem, kā uzlabot amonjaka ražošanu, ir attīrīšanas gāzu izmantošana. Mūsdienu augi no šādām gāzēm izdala amonjaku, sasaldējot.
Attīrīšanas gāzes pēc amonjaka var izmantot kā zemu kaloriju degvielu. Dažreiz tos vienkārši izmet atmosfērā. Sadegšanas gāzes jānosūta uz cauruļu krāsni (metāna pārveidošanas nodaļa). Tas ietaupa izejvielu (dabasgāzes) patēriņu.
Ir vēl viens veids, kā izmantot šīs gāzes. Tas ir viņu dziļas dzesēšanas metožu nodalījums. Šī metode samazinās gatavās produkcijas (amonjaka) kopējās izmaksas. Arī šajā procesā iegūtais argons ir daudz lētāks nekā tā analogs, bet atgūstams gaisa atdalīšanas blokā.
Attīrīšanas gāzēm ir augsts inerts saturs, kas veicina mazāk intensīvu reakciju.
Amonjaka ražošanas shēma
Lai detalizēti izpētītu amonjaka ražošanas tehnoloģiju, ir jāapsver amonjaka evolūcijas process no tādām vienkāršām vielām kā ūdeņradis un slāpeklis. Atgriežoties pie ķīmijas skolas līmenī, var atzīmēt, ka šo reakciju raksturo atgriezeniskums un apjoma samazināšanās.
Tā kā šī reakcija ir eksotermiska, temperatūras pazemināšanās veicinās līdzsvara maiņu par labu amonjaka izdalīšanai. Tomēr šajā gadījumā ievērojami samazinās pašas ķīmiskās reakcijas ātrums. Tāpēc sintēzi veic katalizatora klātbūtnē un tā temperatūra ir aptuveni 550 grādi.
Galvenās amonjaka ražošanas metodes
No prakses ir zināmas šādas ražošanas metodes:
- zemā spiedienā (apmēram 15 MPa);
- pie vidēja spiediena (apmēram 30 MPa) - visizplatītākā metode;
- pie augsta spiediena (apmēram 100 MPa).
Piemaisījumi, piemēram, sērūdeņradis, ūdens un oglekļa monoksīds, negatīvi ietekmē amonjaka sintēzi. Lai tie nesamazinātu katalizatora aktivitāti, slāpekļa un ūdeņraža maisījums ir rūpīgi jāiztīra. Tomēr pat šādos apstākļos tikai daļa maisījuma nākotnē pārvērtīsies par amonjaku.
Tādējādi mēs sīkāk apsveram amonjaka ražošanas procesu.
Ražošanas tehnoloģija
Amonjaka ražošanas shēma ietver dabasgāzes skalošanu, izmantojot šķidru slāpekli. Šajā gadījumā ir nepieciešams veikt gāzes pārveidi augstā temperatūrā, spiedienā līdz 30 atmosfērām un temperatūrā aptuveni 1350 grādi. Tikai šajā gadījumā pārveidotajai sausajai gāzei būs zemi skābekļa un dabasgāzes patēriņa rādītāji.
Vēl nesen amonjaka ražošana, kuras tehnoloģijā bija gan sērijveida, gan paralēli savienojumi starp izmantotajām ierīcēm, balstījās uz galvenā aprīkojuma funkciju dublēšanos. Šīs ražošanas procesa organizācijas rezultāts bija ievērojams tehnoloģisko sakaru izstiepums.
Ir moderna amonjaka ražošana, kuras tehnoloģija jau paredz izmantot rūpnīcu ar jaudu 1360 tonnas dienā. Šajā aprīkojumā ir vismaz desmit ierīces pārvēršanai, sintēzei un attīrīšanai. Sērijas-paralēlas tehnoloģijas veido neatkarīgas vienības (darbnīcas), kas atbild par atsevišķu izejvielu pārstrādes posmu īstenošanu. Tādējādi organizēta amonjaka ražošana var ievērojami uzlabot darba apstākļus specializētās rūpnīcās, veikt automatizāciju, kas novedīs pie visa tehnoloģiskā procesa stabilizācijas. Šie uzlabojumi arī ievērojami vienkāršos sintētiskā amonjaka ražošanas tehnoloģiju.
Jauninājumi amonjaka ražošanas tehnoloģijā
Mūsdienu amonjaka ražošanā rūpniecībā kā izejvielu izmanto lētāku dabasgāzes veidu. Tas ievērojami samazina gatavā produkta izmaksas. Turklāt, pateicoties šādai organizācijai, var uzlabot darba apstākļus attiecīgajās rūpnīcās un ievērojami vienkāršot amonjaka ķīmisko ražošanu.
Ražošanas procesa iezīmes
Lai vēlāk uzlabotu ražošanas procesu, ir nepieciešams atbrīvot mehānismus gāzu attīrīšanai no kaitīgiem un nevajadzīgiem piemaisījumiem. Šim nolūkam izmanto smalkās attīrīšanas metodi (adsorbcija un pirmskatalīze).
Tas attiecas uz gadījumiem, kad amonjaka ražošana neietver gāzes mazgāšanu, izmantojot šķidru slāpekli, bet tajā pašā laikā notiek oglekļa monoksīda pārveidošana zemā temperatūrā. Dabasgāzes pārveidošanai augstā temperatūrā var izmantot gaisu, kas bagātināts ar skābekli. Šajā gadījumā ir jāpārliecinās, ka metāna koncentrācija pārveidotajā gāzē nepārsniedz 0,5%. Tas ir saistīts ar augsto temperatūru (apmēram 1400 grādi), kas paaugstinās ķīmiskās reakcijas laikā. Tāpēc šāda veida ražošanas rezultātā sākotnējā maisījumā var izsekot lielai inerto gāzu koncentrācijai, un tās patēriņš ir par 4,6% lielāks nekā tāds pats patēriņš skābekļa pārvēršanas laikā, ja koncentrācija ir 95%. Tajā pašā laikā skābekļa patēriņš ir par 17% mazāks.
Gāzes tehnoloģiskā ražošana
Šī ražošana ir sākotnējais amonjaka sintēzes posms, un to veic aptuveni 30 ° C spiedienā. Lai to izdarītu, dabasgāze tiek saspiesta, izmantojot kompresoru līdz 40 atm, pēc tam to sasilda līdz 400 grādiem spolē, kas atrodas cauruļveida krāsnī, un tiek piegādāta sēra atdalīšanas nodalījumā.
Ja attīrītā dabasgāzē sēra daudzums ir 1 mg m, tas jāsamaisa ar ūdens tvaikiem atbilstošā proporcijā (4: 1).
Ūdeņradis reaģē ar oglekļa monoksīdu (tā sauktometanācija) notiek ar milzīga siltuma daudzuma izdalīšanos un ievērojamu apjoma samazināšanos.
Vara ražošana
To veic, ja amonjaka ražošanā neietilpst mazgāšana ar šķidru slāpekli. Šajā procesā izmanto vara-amonjaka apstrādi. Šajā gadījumā tiek izmantota šāda amonjaka ražošana, kuras tehnoloģiskajā shēmā tiek izmantots ar skābekli bagātināts gaiss. Tajā pašā laikā speciālistiem jāpārliecinās, ka metāna koncentrācija pārveidotajā gāzē nepārsniedz 0,5%, šāds indikators ir tieši saistīts ar temperatūras paaugstināšanos līdz 1400 grādiem reakcijas laikā.
Galvenie amonjaka ražošanas attīstības virzieni
Pirmkārt, tuvākajā nākotnē ir jāsadarbojas organiskajā un slāpekļa rūpniecībā, kuras pamatā vajadzētu būt tādu izejvielu izmantošanai kā dabasgāze vai naftas pārstrāde.
Otrkārt, pakāpeniski jāpaplašina visa ražošana un tās atsevišķās sastāvdaļas.
Treškārt, pašreizējā ķīmiskās rūpniecības attīstības posmā jāveic pētījumi, lai izstrādātu aktīvās katalītiskās sistēmas, lai panāktu maksimālu spiediena samazinājumu ražošanas procesā.
Ceturtkārt, praksē būtu jāizmanto īpašas kolonnas sintēzei, izmantojot katalizatoru ar slīdvirsmu.
Piektkārt, lai palielinātu ražošanas efektivitāti, ir jāuzlabo siltuma utilizācijas sistēmu darbība.
Secinājums
Amonjaks ir ļoti svarīgs ķīmiskajā rūpniecībā un lauksaimniecībā. Tas kalpo kā izejviela slāpekļskābes, tās sāļu, kā arī amonija sāļu un dažādu slāpekļa mēslojumu ražošanā.
