A produção de amônia usa carvão, coque, coque e gás natural como matéria-prima. Ao mesmo tempo, o gás natural ainda é a principal matéria-prima.
Um pouco de história
No século 20, o famoso cientista químico Gaber desenvolveu a síntese física e química da amônia. Os seguidores de Gaber também contribuíram para essa produção. Então, Mittash foi capaz de desenvolver um catalisador eficaz, a Bosch criou equipamentos especiais.
Mittash testou um grande número de misturas como catalisadores (cerca de 20 mil), até se estabelecer na magnetita sueca, que tem a mesma composição que os catalisadores que são usados ativamente hoje em dia. Os catalisadores modernos são o aço promovido com uma pequena quantidade de alumina e potássio.
De volta aos tempos soviéticos, um trabalho enorme foi realizado em institutos de pesquisa e laboratórios em fábricas no campo de estudos da cinética e termodinâmica da síntese de amônia. Uma contribuição significativa para a melhoria da tecnologia de produção de amônia foi feita por engenheiros de plantas de fertilizantes nitrogenados e trabalhadores inovadores. Como resultado dessas obras, todo o processo tecnológico foi substancialmente intensificado, novos desenhos de aparelhos especializados foram criados, a construção da produção de amônia começou.
O sistema de produção de amônia soviético foi caracterizado por eficiência suficiente e alta produtividade.
A primeira aplicação prática confirmando o sucesso da teoria proposta foi o desenvolvimento de um processo tão importante de tecnologia química quanto a síntese de amônia.
Um dos tipos de formas suficientemente eficazes para melhorar a produção de amônia é a utilização de gases de purga. As plantas modernas emitem amônia a partir desses gases por congelamento.
Gases de purga após amônia podem ser usados como combustível de baixa caloria. Às vezes eles são simplesmente jogados na atmosfera. Os gases de combustão devem ser enviados para um forno tubular (departamento de conversão de metano). Isso economiza o consumo de matérias-primas (gás natural).
Existe outra maneira de utilizar esses gases. Esta é uma separação de seus métodos de resfriamento profundo. Este método reduzirá o custo total de produtos acabados (amônia). Além disso, o argônio obtido neste processo é muito mais barato que seu análogo, mas recuperável em uma unidade de separação de ar.
Os gases de purga possuem um alto teor de inertes, o que contribui para uma reação menos intensa.
Esquema de Produção de Amônia
Para um estudo detalhado da tecnologia de fabricação de amônia, é necessário considerar o processo de evolução da amônia a partir de substâncias simples como hidrogênio e nitrogênio. Voltando à química no nível da escola, pode-se notar que esta reação é caracterizada pela reversibilidade e diminuição do volume.
Como essa reação é exotérmica, uma diminuição na temperatura contribuirá para uma mudança no equilíbrio em favor da liberação de amônia. No entanto, neste caso, há uma diminuição significativa na taxa da reação química em si. É por isso que a síntese é realizada na presença de um catalisador e suporta uma temperatura de cerca de 550 graus.
Os principais métodos para a produção de amônia
Os seguintes métodos de produção são conhecidos da prática:
- a baixa pressão (cerca de 15 MPa);
- a pressão média (cerca de 30 MPa) - o método mais comum;
- a alta pressão (cerca de 100 MPa).
Impurezas como sulfeto de hidrogênio, água e monóxido de carbono afetam negativamente a síntese de amônia. Para que não reduzam a atividade do catalisador, a mistura nitrogênio-hidrogênio deve ser completamente limpa. No entanto, mesmo sob essas condições, apenas uma parte da mistura se transformará em amônia no futuro.
Assim, consideramos com mais detalhes o processo de produção de amônia.
Tecnologia de produção
O esquema de produção de amônia envolve a liberação de gás natural usando nitrogênio líquido. Neste caso, é necessário realizar a conversão de gás a alta temperatura, pressão até 30 atmosferas e uma temperatura de cerca de 1350 graus. Somente neste caso, o gás seco convertido terá baixas taxas de consumo de oxigênio e gás natural.
Até recentemente, a produção de amônia, cuja tecnologia continha conexões seriais e paralelas entre os dispositivos utilizados, baseava-se na duplicação das funções do equipamento principal. O resultado dessa organização do processo de produção foi um significativo alongamento das comunicações tecnológicas.
Existe uma produção moderna de amônia, cuja tecnologia já prevê o uso de uma planta com capacidade de 1360 toneladas por dia. Este equipamento inclui pelo menos dez dispositivos para conversão, síntese e purificação. As tecnologias paralelas em série formam unidades independentes (oficinas), responsáveis pela implementação de etapas individuais de processamento de matérias-primas. Assim, a produção organizada de amônia pode melhorar significativamente as condições de trabalho em plantas especializadas, realizar automação, o que levará à estabilização de todo o processo tecnológico. Essas melhorias também levarão a uma simplificação significativa da tecnologia geral para a produção de amônia sintética.
Inovações na tecnologia de fabricação de amônia
A produção moderna de amônia na indústria usa um tipo mais barato de gás natural como matéria-prima. Isso reduz significativamente o custo do produto acabado. Além disso, graças a essa organização, as condições de trabalho nas respectivas fábricas podem ser melhoradas e a produção química de amônia pode ser bastante simplificada.
Recursos do processo de produção
Para a melhoria subsequente do processo de produção, é necessário libertar os mecanismos de limpeza de gases de impurezas nocivas e desnecessárias. Para isso, utiliza-se o método de purificação fina (adsorção e pré-catálise).
Este é o caso quando a produção de amônia não envolve a lavagem do gás usando nitrogênio líquido, mas ao mesmo tempo há uma conversão a baixa temperatura do monóxido de carbono. Para a conversão de gás natural a alta temperatura, pode ser usado ar enriquecido com oxigênio. Nesse caso, é necessário garantir que a concentração de metano no gás convertido não exceda 0,5%. Isto é devido à alta temperatura (cerca de 1400 graus), aumentando durante uma reação química. Portanto, como resultado deste tipo de produção, uma alta concentração de gás inerte pode ser rastreada na mistura inicial e seu consumo é 4,6% maior que o mesmo consumo durante a conversão de oxigênio a uma concentração de 95%. Ao mesmo tempo, o consumo de oxigênio é 17% menor.
Produção Tecnológica de Gás
Esta produção é o estágio inicial na síntese de amônia e é realizada sob uma pressão de cerca de 30 a. Para fazer isso, o gás natural é comprimido usando um compressor de até 40 atm, então é aquecido a 400 graus em uma bobina, que está localizada em um forno tubular, e é fornecida ao compartimento de dessulfurização.
Se o enxofre estiver presente em uma quantidade de 1 mg in m em gás natural purificado, ele deve ser misturado com vapor de água em uma proporção apropriada (4: 1).
O hidrogênio reage com o monóxido de carbono (o chamadometanização) ocorre com a liberação de uma enorme quantidade de calor e uma diminuição significativa no volume.
Produção de cobre
É realizado se a produção de amônia não incluir lavagem com nitrogênio líquido. Neste processo, o tratamento com cobre e amônia é usado. Neste caso, tal produção de amônia é usada, o esquema tecnológico do qual usa ar enriquecido de oxigênio. Ao mesmo tempo, os especialistas devem garantir que a concentração de metano no gás convertido não exceda 0,5%, tal indicador está diretamente relacionado a um aumento na temperatura de 1400 graus durante a reação.
As direções principais de desenvolvimento de produção de amônia
Em primeiro lugar, num futuro próximo, é necessário cooperar nas indústrias orgânica e do azoto, que devem basear-se na utilização de matérias-primas como o gás natural ou a refinação de petróleo.
Em segundo lugar, deveria haver uma ampliação gradual de toda a produção e seus componentes individuais.
Em terceiro lugar, no estágio atual de desenvolvimento da indústria química, é necessária uma pesquisa para desenvolver sistemas catalíticos ativos para alcançar a máxima redução de pressão no processo de produção.
Em quarto lugar, o uso de colunas especiais para a síntese usando um catalisador de leito fluidizado deve entrar em prática.
Quinto, para aumentar a eficiência da produção, é necessário melhorar o funcionamento dos sistemas de aproveitamento de calor.
Conclusão
A amônia é de grande importância para a indústria química e a agricultura. Serve como matéria-prima na produção de ácido nítrico, seus sais, sais de amônio e vários fertilizantes nitrogenados.
