Sản xuất amoniac sử dụng than, than cốc, than cốc và khí tự nhiên làm nguyên liệu. Đồng thời, khí đốt tự nhiên vẫn là nguyên liệu chính.
Một chút lịch sử
Trở lại thế kỷ 20, nhà khoa học hóa học nổi tiếng Gaber đã phát triển tổng hợp vật lý và hóa học của amoniac. Các tín đồ của Gaber cũng đóng góp cho sản phẩm này. Vì vậy, Mittash đã có thể phát triển một chất xúc tác hiệu quả, Bosch đã tạo ra thiết bị đặc biệt.
Mittash đã thử nghiệm một số lượng lớn hỗn hợp làm chất xúc tác (khoảng 20 nghìn), cho đến khi anh ta định cư trên từ tính Thụy Điển, có thành phần tương tự như các chất xúc tác được sử dụng tích cực ngày nay. Các chất xúc tác hiện đại là thép được thúc đẩy với một lượng nhỏ alumina và kali.
Quay trở lại thời Xô Viết, công việc to lớn đã được thực hiện tại các viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm tại các nhà máy trong lĩnh vực nghiên cứu về động học và nhiệt động lực học tổng hợp amoniac. Một đóng góp đáng kể cho việc cải tiến công nghệ sản xuất amoniac được thực hiện bởi các kỹ sư của các nhà máy phân bón nitơ và công nhân sáng tạo. Do kết quả của các công trình này, toàn bộ quy trình công nghệ đã được tăng cường đáng kể, các thiết kế hoàn toàn mới của các bộ máy chuyên dụng đã được tạo ra, việc xây dựng sản xuất amoniac bắt đầu.
Hệ thống sản xuất amoniac của Liên Xô được đặc trưng bởi đủ hiệu quả và năng suất cao.
Ứng dụng thực tế đầu tiên xác nhận sự thành công của lý thuyết đề xuất là sự phát triển của một quá trình công nghệ hóa học quan trọng như tổng hợp amoniac.
Một trong những cách đủ hiệu quả để cải thiện việc sản xuất amoniac là sử dụng khí thanh lọc. Các nhà máy hiện đại phát ra amoniac từ các loại khí đó bằng cách đóng băng.
Khí thanh lọc sau amoniac có thể được sử dụng làm nhiên liệu có hàm lượng calo thấp. Đôi khi chúng chỉ đơn giản là bị ném vào bầu khí quyển. Khí đốt phải được gửi đến lò nung ống (bộ phận chuyển đổi khí mêtan). Điều này tiết kiệm tiêu thụ nguyên liệu (khí tự nhiên).
Có một cách khác để sử dụng các loại khí này. Đây là một sự tách biệt của các phương pháp làm mát sâu của họ. Phương pháp này sẽ giảm tổng chi phí thành phẩm (amoniac). Ngoài ra, argon thu được trong quá trình này rẻ hơn nhiều so với chất tương tự của nó, nhưng có thể phục hồi trong một đơn vị tách không khí.
Các khí thanh lọc có hàm lượng trơ cao, góp phần vào phản ứng ít dữ dội hơn.
Đề án sản xuất amoniac
Để nghiên cứu chi tiết về công nghệ sản xuất amoniac, cần xem xét quá trình tiến hóa amoniac từ các chất đơn giản như hydro và nitơ. Quay trở lại hóa học ở cấp trường, có thể lưu ý rằng phản ứng này được đặc trưng bởi tính thuận nghịch và giảm thể tích.
Vì phản ứng này tỏa nhiệt, nhiệt độ giảm sẽ góp phần làm thay đổi trạng thái cân bằng có lợi cho việc giải phóng amoniac. Tuy nhiên, trong trường hợp này, có sự giảm đáng kể tốc độ của phản ứng hóa học. Đó là lý do tại sao quá trình tổng hợp được thực hiện với sự có mặt của chất xúc tác và chịu được nhiệt độ khoảng 550 độ.
Các phương pháp chính để sản xuất amoniac
Các phương pháp sản xuất sau đây được biết đến từ thực tiễn:
- ở áp suất thấp (khoảng 15 MPa);
- ở áp suất trung bình (khoảng 30 MPa) - phương pháp phổ biến nhất;
- ở áp suất cao (khoảng 100 MPa).
Các tạp chất như hydro sunfua, nước và carbon monoxide ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình tổng hợp amoniac. Để chúng không làm giảm hoạt động của chất xúc tác, hỗn hợp nitơ-hydro phải được làm sạch hoàn toàn. Tuy nhiên, ngay cả trong những điều kiện này, chỉ một phần của hỗn hợp sẽ biến thành amoniac trong tương lai.
Vì vậy, chúng tôi xem xét chi tiết hơn quá trình sản xuất amoniac.
Công nghệ sản xuất
Kế hoạch sản xuất amoniac liên quan đến việc xả khí tự nhiên bằng cách sử dụng nitơ lỏng. Trong trường hợp này, cần thực hiện chuyển đổi khí ở nhiệt độ cao, áp suất lên đến 30 atm và nhiệt độ khoảng 1350 độ. Chỉ trong trường hợp này, khí khô được chuyển đổi sẽ có tỷ lệ tiêu thụ thấp đối với oxy và khí tự nhiên.
Cho đến gần đây, việc sản xuất amoniac, công nghệ chứa cả kết nối nối tiếp và song song giữa các thiết bị được sử dụng, dựa trên sự trùng lặp các chức năng của thiết bị chính. Kết quả của việc tổ chức quá trình sản xuất này là một sự kéo dài đáng kể của truyền thông công nghệ.
Có một sản xuất amoniac hiện đại, công nghệ đã cung cấp cho việc sử dụng một nhà máy có công suất 1360 tấn mỗi ngày. Thiết bị này bao gồm ít nhất mười thiết bị để chuyển đổi, tổng hợp và tinh chế. Các công nghệ song song nối tiếp tạo thành các đơn vị (xưởng) độc lập, chịu trách nhiệm thực hiện các công đoạn chế biến nguyên liệu riêng lẻ. Do đó, việc sản xuất amoniac có tổ chức có thể cải thiện đáng kể điều kiện làm việc tại các nhà máy chuyên dụng, thực hiện tự động hóa, điều này sẽ dẫn đến sự ổn định của toàn bộ quy trình công nghệ. Những cải tiến này cũng sẽ dẫn đến việc đơn giản hóa đáng kể công nghệ tổng thể để sản xuất amoniac tổng hợp.
Những đổi mới trong công nghệ sản xuất amoniac
Sản xuất amoniac hiện đại trong công nghiệp sử dụng một loại khí tự nhiên rẻ hơn làm nguyên liệu. Điều này làm giảm đáng kể chi phí của thành phẩm. Ngoài ra, nhờ có một tổ chức như vậy, điều kiện làm việc tại các nhà máy tương ứng có thể được cải thiện, và việc sản xuất hóa chất amoniac có thể được đơn giản hóa rất nhiều.
Đặc điểm của quy trình sản xuất
Để cải tiến tiếp theo của quá trình sản xuất, cần phải giải phóng các cơ chế làm sạch khí khỏi các tạp chất có hại và không cần thiết. Đối với điều này, phương pháp tinh chế tốt (hấp phụ và tiền sinh) được sử dụng.
Đây là trường hợp khi việc sản xuất amoniac không liên quan đến việc rửa khí bằng cách sử dụng nitơ lỏng, nhưng đồng thời có sự chuyển đổi nhiệt độ thấp của carbon monoxide. Để chuyển đổi khí tự nhiên ở nhiệt độ cao, có thể sử dụng không khí giàu oxy. Trong trường hợp này, cần đảm bảo rằng nồng độ metan trong khí chuyển đổi không vượt quá 0,5%. Điều này là do nhiệt độ cao (khoảng 1400 độ), tăng lên trong một phản ứng hóa học. Do đó, do kết quả của loại hình sản xuất này, nồng độ khí trơ cao có thể được theo dõi trong hỗn hợp ban đầu và mức tiêu thụ của nó cao hơn 4,6% so với mức tiêu thụ tương tự trong quá trình chuyển đổi oxy ở nồng độ 95%. Đồng thời, tiêu thụ oxy thấp hơn 17%.
Sản xuất khí công nghệ
Sản xuất này là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tổng hợp amoniac và được thực hiện dưới áp suất khoảng 30 at. Để làm điều này, khí tự nhiên được nén bằng máy nén lên đến 40 atm, sau đó nó được làm nóng đến 400 độ trong một cuộn dây, được đặt trong lò hình ống, và được cung cấp cho khoang khử lưu huỳnh.
Nếu lưu huỳnh có mặt với lượng 1 mg tính bằng m trong khí tự nhiên tinh khiết, thì nó phải được trộn với hơi nước theo tỷ lệ thích hợp (4: 1).
Hydrogen phản ứng với carbon monoxide (cái gọi làmethanation) xảy ra với sự giải phóng một lượng nhiệt lớn và giảm đáng kể khối lượng.
Sản xuất đồng
Nó được thực hiện nếu việc sản xuất amoniac không bao gồm rửa bằng nitơ lỏng. Trong quá trình này, xử lý đồng-amoniac được sử dụng. Trong trường hợp này, việc sản xuất amoniac như vậy được sử dụng, sơ đồ công nghệ sử dụng không khí giàu oxy. Đồng thời, các chuyên gia cần đảm bảo rằng nồng độ metan trong khí chuyển đổi không vượt quá 0,5%, một chỉ số như vậy có liên quan trực tiếp đến việc tăng nhiệt độ lên 1400 độ trong quá trình phản ứng.
Các hướng phát triển chính của sản xuất amoniac
Thứ nhất, trong tương lai gần, cần phải hợp tác trong các ngành công nghiệp hữu cơ và nitơ, dựa trên việc sử dụng các nguyên liệu thô như khí tự nhiên hoặc lọc dầu.
Thứ hai, cần phải mở rộng dần dần tất cả sản xuất và các thành phần riêng lẻ của nó.
Thứ ba, ở giai đoạn phát triển hiện nay của ngành hóa chất, cần nghiên cứu để phát triển hệ thống xúc tác tích cực để đạt được mức giảm áp suất tối đa trong quá trình sản xuất.
Thứ tư, việc sử dụng các cột đặc biệt để tổng hợp sử dụng chất xúc tác tầng sôi nên đi vào thực tế.
Thứ năm, để tăng hiệu quả sản xuất, cần phải cải thiện hoạt động của các hệ thống sử dụng nhiệt.
Kết luận
Amoniac có tầm quan trọng lớn đối với ngành hóa chất và nông nghiệp. Nó phục vụ như một nguyên liệu thô trong sản xuất axit nitric, muối của nó, cũng như muối amoni và các loại phân đạm khác nhau.
