Технологія зв'язаного азоту

Вступ

Тема реферату «Технологія зв’язаного азоту» з дисципліни «Загальні хімічні технології».

Мета роботи – розглянути наступні теми:

- Одержання водню конверсією метану.

- Технологічну схему двоступінчатого методу конверсії природного газу.

- Високотемпературну некаталітичну конверсію метану.

- Одержання водню та азотоводневої суміші газіфікацією твердих палив.

- Електрохімічні методи одержання водню.

- Технологію аміаку.

- Фізико-хімічні основи процесу синтезу аміаку.

- Промислові способи синтезу аміаку.

- Технологію азотної кислоти.

- Промислові установки для одержання азотної кислоти.

1. Одержання водню конверсією метану. Фізико-хімічні основи процесу конверсії

Основним промисловим методом одержання водню є каталітична конверсіявуглеводневих газів (природний, попутний, нафтовий та ін.) Природний газ містить метан, вищі вуглеводні, деяку кількість азоту і вуглекислоти, а також домішки сірчистих сполук.

В процесі конверсії метан окислюється водяною парою, вуглекислотою або киснем по основним реакціям:

1. СН4+ Н2О Û СО + 3Н2 – 206,4 кДж (49,3 ккал)

2. СН4 + СО2 Û 2СО + 2Н2 – 248,3 кДж (8,5 ккал)

3. СН4 + 0,5О2 Û СО + 2Н2 + 35,58 кДж (8,5 ккал)

4. СО + Н2О Û СО2 + Н2 + 41,02 кДж (9,8 ккал)

Реакції окислення гомологів метану протікають аналогічно. Так взаємодія їх з водяною парою в загальному вигляді описується рівнянням:

Вибір окислювача та їх можливих сполученнь визначають, як за цільовим призначенням процесу, так і за техніко-економічними розрахунками.

Якщо, необхідно одержати водень, проводять реакцію 1 або 3 з наступною конверсією СО по реакції 4. Для одержання азото-водневої суміші (технологія аміаку) необхідну кількість азоту додають з повітрям на стадії конверсії, або промивкою конвертованого газу рідким азотом, яку використовують для видалення залишків СО.

Для одержання синтез-газу (СО + Н2) комбінують реакції 1,2,3, вибираючи співвідношення Н2О:СО2 в вихідній суміші, так, щоб співвідношення Н2:СО було (2-2,3):1.

Для проведення в промислових умовах ендотермічних реакцій 1 та 2 необхідно підводити тепло ззовні. Якщо в конверторі протікає реакція 3 процес можливо провести автотермічно.

Склад конвертованого газу визначається положенням рівноваги реакцій 1 та 4. Константи рівноваги цих реакцій при будь якій температурі можна розрахувати за рівняннями:

Здійснення конверсії метану та оксиду вуглецю (ІІ) водяною парою в одному конверторі з високим виходом водню неможливо, тому що ендотермічну реакцію 1 невигідно проводити при низький температурі, а екзотермічну реакцію 4 при високій. Тому на практиці одержання водню з природного газу проводять в два етапи:

1.Конверсія метану при високих температурах – для забезпечення високого ступеня перетворення метану в оксид вуглецю (ІІ);

2.Конверсія оксиду вуглецю при низьких температурах.

Найкращим каталізатором для процесу конверсії вуглеводневих газів є нікелеві, активовані оксидами алюмінію, магнію й ін. На відновлених промислових нікель-алюмінієвих каталізаторах в інтервалі температур 500—1000°С при низькому і підвищеному тисках та великих об'ємних швидкостях досягається практично рівноважне перетворення СН4. Під дією сірчистих сполук, що утримуються в газі, нікелевий каталізатор отруюється, причому зі зниженням температури процесу конверсії отруйна дія зростає. Загальний зміст сірки у вихідному углеводородном газі не повинне перевищувати 1 мг/м3 при 600—800°С и 20, 100, 300 мг/м3 відповідно при 900, 1000 і 1100°С.

2. Промислові види каталітичної конверсії

У промисловості застосовують два основних методи каталітичної конверсії газоподібних або рідких вуглеводнів: з підведенням тепла ззовні і автотермічний метод. По першому методу необхідне для процесу тепло підводиться до зовнішньої поверхні труб, виготовлених з жароміцного сплаву і заповнених нікелевим каталізатором. Тепло надходить від розпечених стінок топкової камери, де спалюється газоподібне або рідке паливо з надлишком повітря. Суміш вуглеводню з водяною парою або з О2 безупинно проходить через труби з каталізатором.

Для одержання технічного Н2, застосовуваного для різних процесів гідрування, параметри процесу парової конверсії СН4 вибирають з розрахунку одержання після трубчатої печі конвертованого газу зі вмістом СН4 1—2%. Якщо потрібно одержати технологічний газ для синтезу NН3 зі змістом 0,2—0,3% СН4, процес проводять у дві ступіні. У першій ступіні -трубчатої печі — при температурі 800—820°С на виході із шару каталізатора СН4 реагує з водяною парою приблизно на 70%. Потім газ зі змістом 8—10% залишкового СН4 направляється на другу ступінь — реактор шахтного типу, куди подається повітря в кількості, необхідній для одержання азото-водневої суміші стехіометричного складу. За рахунок спалювання частини газу з повітрям температура піднімається приблизно до 1000°С и залишковий СН4 реагує практично цілком.

По другому методу конверсія вуглеводнів з одержанням газу, що містить 0,2—0,3% СН4, відбувається в одну ступінь у реакторі шахтного типу. При цьому до вихідного парогазовой суміші додають технічний О2 або повітря, збагачене О2 (40—45% 02). Тепло, що виділяється в початковому шарі каталізатора при протіканні екзотермічних реакцій вуглеводнів із О2, компенсує витрати те

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать