Технологiя зв'язаного азоту
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
Вступ
Тема реферату Технологiя звязаного азоту з диiиплiни Загальнi хiмiчнi технологii.
Мета роботи - розглянути наступнi теми:
-Одержання водню конверсiСФю метану.
-Технологiчну схему двоступiнчатого методу конверсii природного газу.
-Високотемпературну некаталiтичну конверсiю метану.
-Одержання водню та азотоводневоi сумiшi газiфiкацiСФю твердих палив.
-Електрохiмiчнi методи одержання водню.
-Технологiю амiаку.
-Фiзико-хiмiчнi основи процесу синтезу амiаку.
-Промисловi способи синтезу амiаку.
-Технологiю азотноi кислоти.
-Промисловi установки для одержання азотноi кислоти.
1.Одержання водню конверсiСФю метану. Фiзико-хiмiчнi основи процесу конверсii
Основним промисловим методом одержання водню СФ каталiтична конверсiя вуглеводневих газiв (природний, попутний, нафтовий та iн.) Природний газ мiстить метан, вищi вуглеводнi, деяку кiлькiсть азоту i вуглекислоти, а також домiшки сiрчистих сполук.
В процесi конверсii метан окислюСФться водяною парою, вуглекислотою або киснем по основним реакцiям:
1.СН4+ Н2О СО + 3Н2 - 206,4 кДж (49,3 ккал)
2.СН4 + СО2 2СО + 2Н2 - 248,3 кДж (8,5 ккал)
.СН4 + 0,5О2 СО + 2Н2 + 35,58 кДж (8,5 ккал)
.СО + Н2О СО2 + Н2 + 41,02 кДж (9,8 ккал)
Реакцii окислення гомологiв метану протiкають аналогiчно. Так взаСФмодiя iх з водяною парою в загальному виглядi описуСФться рiвнянням:
Вибiр окислювача та iх можливих сполученнь визначають, як за цiльовим призначенням процесу, так i за технiко-економiчними розрахунками.
Якщо, необхiдно одержати водень, проводять реакцiю 1 або 3 з наступною конверсiСФю СО по реакцii 4. Для одержання азото-водневоi сумiшi (технологiя амiаку) необхiдну кiлькiсть азоту додають з повiтрям на стадii конверсii, або промивкою конвертованого газу рiдким азотом, яку використовують для видалення залишкiв СО.
Для одержання синтез-газу (СО + Н2) комбiнують реакцii 1,2,3, вибираючи спiввiдношення Н2О:СО2 в вихiднiй сумiшi, так, щоб спiввiдношення Н2:СО було (2-2,3):1.
Для проведення в промислових умовах ендотермiчних реакцiй 1 та 2 необхiдно пiдводити тепло ззовнi. Якщо в конверторi протiкаСФ реакцiя 3 процес можливо провести автотермiчно.
Склад конвертованого газу визначаСФться положенням рiвноваги реакцiй 1 та 4. Константи рiвноваги цих реакцiй при будь якiй температурi можна розрахувати за рiвняннями:
Здiйснення конверсii метану та оксиду вуглецю (РЖРЖ) водяною парою в одному конверторi з високим виходом водню неможливо, тому що ендотермiчну реакцiю 1 невигiдно проводити при низький температурi, а екзотермiчну реакцiю 4 при високiй. Тому на практицi одержання водню з природного газу проводять в два етапи:
.Конверсiя метану при високих температурах - для забезпечення високого ступеня перетворення метану в оксид вуглецю (РЖРЖ);
.Конверсiя оксиду вуглецю при низьких температурах.
Найкращим каталiзатором для процесу конверсii вуглеводневих газiв СФ нiкелевi, активованi оксидами алюмiнiю, магнiю й iн. На вiдновлених промислових нiкель-алюмiнiСФвих каталiзаторах в iнтервалi температур 500-1000С при низькому i пiдвищеному тисках та великих об'СФмних швидкостях досягаСФться практично рiвноважне перетворення СН4. Пiд дiСФю сiрчистих сполук, що утримуються в газi, нiкелевий каталiзатор отруюСФться, причому зi зниженням температури процесу конверсii отруйна дiя зростаСФ. Загальний змiст сiрки у вихiдному углеводородном газi не повинне перевищувати 1 мг/м3 при 600-800С и 20, 100, 300 мг/м3 вiдповiдно при 900, 1000 i 1100С.
2.Промисловi види каталiтичноi конверсii
У промисловостi застосовують два основних методи каталiтичноi конверсii газоподiбних або рiдких вуглеводнiв: з пiдведенням тепла ззовнi i автотермiчний метод. По першому методу необхiдне для процесу тепло пiдводиться до зовнiшньоi поверхнi труб, виготовлених з жаромiцного сплаву i заповнених нiкелевим каталiзатором. Тепло надходить вiд розпечених стiнок топковоi камери, де спалюСФться газоподiбне або рiдке паливо з надлишком повiтря. Сумiш вуглеводню з водяною парою або з О2 безупинно проходить через труби з каталiзатором.
Для одержання технiчного Н2, застосовуваного для рiзних процесiв гiдрування, параметри процесу паровоi конверсii СН4 вибирають з розрахунку одержання пiсля трубчатоi печi конвертованого газу зi вмiстом СН4 1-2%. Якщо потрiбно одержати технологiчний газ для синтезу NН3 зi змiстом 0,2-0,3% СН4, процес проводять у двi ступiнi. У першiй ступiнi -трубчатоi печi - при температурi 800-820С на виходi iз шару каталiзатора СН4 реагуСФ з водяною парою приблизно на 70%. Потiм газ зi змiстом 8-10% залишкового СН4 направляСФться на другу ступiнь - реактор шахтного типу, куди подаСФться повiтря в кiлькостi, необхiднiй для одержання азото-водневоi сумiшi стехiометричного складу. За рахунок спалювання частини газу з повiтрям температура пiднiмаСФться приблизно до 1000С и залишковий СН4 реагуСФ практично цiлком.
По другому методу конверсiя вуглеводнiв з одержанням газу, що мiстить 0,2-0,3% СН4, вiдбуваСФться в одну ступiнь у реакторi шахтного типу. При цьому до вихiдного парогазовой сумiшi додають технiчний О2 або повiтря, збагачене О2 (40-45% 02). Тепло, що видiляСФться в початковому шарi каталiзатора при протiканнi екзотермiчних реакцiй вуглеводнiв iз О2, компенсуСФ витрати тепла на ендотермiчнi реакцii з водяною парою. Це дозволя