Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
CaC2 + N2 ZlCaCN2 + С + 301,5 кДж
В настоящее время роль этого метода в промышленности связанного азота незначительна.
Аммиачный метод связывания атмосферного азота имеет экономические преимущества перед другими методами. Расход энергии на 1 т связанного азота по этому методу меньше, чем в дуговом и цианамидном методах.
Первый завод для синтеза аммиака был построен в Германии в 1913 г. Синтез аммиака протекает по уравнению
N2 + 3H2 п 2NH3+ Q
Для синтеза аммиака необходимо иметь азот и водород (азото-водородную смесь) в соотношении N2 : H2 = 1 : 3. В производстве аммиака азот, необходимый для азотоводородной смеси, получают из воздуха двумя принципиально различными способами: 1) физическим разделением воздуха на азот и кислород и 2) совместно с получением водорода путем связывания всего кислорода воздуха в виде CO2 и последующего отделения CO2 от азотоводородной смеси. Источником водорода являются метан и его гомологи, водяной и полуводяной газы, коксовый газ, вода.
2. ПОЛУЧЕНИЕ АЗОТА И КИСЛОРОДА РАЗДЕЛЕНИЕМ ВОЗДУХА
Основные газы, входящие в состав воздуха (об. %): азот 78,03, кислород 20,95, аргон 0,94. В незначительном количестве в воздухе содержатся CO2, H2, Ne, Не, Kr, Xe. Отдельные газы, входящие в состав воздуха, широко применяются в ряде отраслей народного хозяйства. Разделение воздуха на составные части производится методом ректификации жидкого воздуха и основано на различии температур кипения отдельных газов, входящих в состав воздуха. Сложной частью этого процесса является превращение воздуха в жидкое состояние. В табл. 1 приведены некоторые физические свойства составных частей воздуха.
Таблица 1
Температура плавления, кипения и критические точки для O2, Ar и N2
Газ
Температура плавления, 0C
Температура кипения, °С
Критические точки
температура, 0C
давление, H м2
Кислород Аргон . Азот .
-218,4 —189,2 -209,9
— 182,95
-185,7
— 195,8
-118,8
-122,7 -147,8
5,135- 10" 4,96 ¦ Ю4 3,46 • !О4
Из данных, приведенных в табл. 1, видно, что воздух можно еревести в жидкое состояние*, сочетая глубокое охлаждение повышением давления.
Hux ко^еТ°ДЫ П0ЛУчения жидкого воздуха и его разделение в ректификацион-нояогин»>ННаХ РассматРиваются в курсе «Процессы и аппараты химической тех-
п/р Мухленова И П., ч. 2
33
3. ПРОИЗВОДСТВО ВОДОРОДА И АЗОТОВОДОРОДНОЙ СМЕСИ ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА
Водород, необходимый для синтеза аммиака, в промышленности получают одним из следующих способов: 1) конверсией метана природного газа или его гомологов с последующей конверсией СО; 2) конверсией окиси углерода водяного или полуводяного газа, полученного газификацией твердого или жидкого топлива; 3) разделением коксового газа путем последовательного сжижения всех компонентов газовой смеси, кроме водорода; 4) электролизом воды или раствора хлорида натрия.
До недавнего времени большую часть водорода для синтеза аммиака получали из кокса газификацией с последующей конверсией СО. В настоящее время твердое топливо практически полностью заменено газовым сырьем: природным газом, попутными газами нефтедобычи, газами нефтепереработки и остаточными газами получения ацетилена из природного газа.
Получение водорода конверсией метана. Взаимодействие метана с водяным паром и кислородом протекает по следующим основным реакциям:
CH4 + H2O 71 СО + 3H2- 206 кДж (а)
CH4+ 0,5O2 СО+ 2H2+ 35 кДж (б)
Реакция гомологов метана с указанными окислителями протекает аналогично. Далее осуществляется конверсия окиси углерода с водяным паром по уравнению реакции СО + Н20^гС02 + Н2 + 41 кДж
Суммарно процесс конверсии CH4 с водяным пароМ' протекает с поглощением тепла:
CH4+ 2H2OZtCO2+4H2-165 кДж
Конверсию метана с получением СО и H2 проводят при атмосферном или повышенном давлении с применением катализаторов (каталитическая конверсия CH4) или без применения катализатора (высокотемпературная конверсия метана).
Для проведения процесса синтеза аммиака требуется азотово-дородная смесь, содержащая не более 0,5% CH4, иначе будут большие потери газа за счет продувки в отделении синтеза. Остаточное содержание метана определяется температурой процесса и зависит от соотношения пар : газ и от применяемого давления (см. табл. 2 и 3).
Хотя при температурах 800—1000° С уже достигается необходимое равновесное содержание метана, однако скорость конверсии метана без катализатора в этой области температур очень мала. В качестве катализатора для этого процесса применяется никель, нанесенный на окись алюминия или на окись магния (катализаторы ГИАП-3 для низкого давления, ГИАП-5 для высокого давления). Несмотря на то что содержание метана в равновесной смеси повышается с увеличением давления, процесс конвер-
Таблица 2
Равновесный состав парогазовой смеси при конверсии метана парами воды при атмосферном давлении
.--------
Соотношение CH4 : H2O об. %
= 1:1,
Соотно
шеиие CH4 : H2O 1 2
об. %
Температура, "С
