To tylko jedna z 6 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
przemysł azotowy - synteza amoniaku
I synteza przemysłowa amoniaku: 1913 r w Oppau w Niemczech (Chaber- Bosch)
Reakcja syntezy amoniaku z pierwiastków (ΔH = -46 kJ/mol)
½ N2 + 3/2 H2 = NH3 Niska temperatura i wysokie ciśnienie sprzyjają przebiegowi reakcja w kierunku tworzenia amoniaku.
Ze względu na ciśnienie instalacje dzielimy na:
- niskociśnieniowe 10- 20 MPa
- średniociśnieniowe 20- 45 MPa
- wysokociśnieniowe 60- 100 MPa
Reakcje syntezy amoniaku przebiegają w obecności katalizatora. Katalizator: Żelazo (redukcja tlenków żelaza w stosunku 1:1, 1 Fe2+ do 1 Fe3+), zawierające promotory zwiększające ich aktywność i trwałość (Al2O3, K2O, CaO). Zawartości tlenków to 3- 7. Katalizator może pracować w temp. 380- 550 ºC. Dodatek tlenku magnezu pozwala na pracę katalizatora do 600 ºC.
Katalizator jest wrażliwy na „zatrucia” (zanieczyszczenia): O2, H2O, CO, CO2 Mechanizm procesu: chemisorpcja na powierzchni katalizatora:
N2 + 2Fe = 2Fe-Nads H2 + 2Fe = 2Fe- Hads Nads + Hads = NHads NHads + Hads = NH2ads NH2ads + Hads = NH3ads NH3ads = NH3desorp Wodór może pochodzić z następujących źródeł:
- zgazowanie paliw stałych
- zgazowanie paliw ciekłych
- konwersja paliw gazowych (gaz ziemny)
- elektroliza wody
Azot do syntezy pochodzi z powietrza atmosferycznego przez oddzielenie tlenu:
- na drodze fizycznej (skroplenie, rektyfikacja powietrza)
- na drodze chemicznej (związanie tlenu w procesie wytwarzania gazu do syntezy)
Węzeł syntezy amoniaku.
Cechą charakterystyczną instalacji do syntezy amoniaku jest stosowanie cyrkulacji nieprzereagowanej mieszaniny azotowo- wodorowej, która nie uległa przemianie na amoniak, wydzielenie amoniaku przez wykroplenie i stosowanie wysokich ciśnień.
Świeżą mieszaninę azotowo- wodorową do obiegu syntezy amoniaku podaje się przed skraplaczem amoniaku w celu usunięcia resztek CO2 i pary wodnej.
Stężenie gazów obojętnych (CH4, Ar) utrzymuje się na stałym poziomie przez ciągłe lub periodyczne odpuszczanie części gazów resztkowych (purge gas).
Chłodzenie gazu po reakcji do niskich temperatur może być realizowane przez odparowanie części wykroplonego amoniaku lub przez chłodzenie ciekłym amoniakiem z odrębnego obiegu chłodniczego.
Aparatura do syntezy NH3
- aparatura wysokociśnieniowa, - grubościenna, - odporna na korozję wodorową.
W aktualnie stosowanych konwektorach do syntezy amoniaku zapobiega się korozji wodorowej przez odpowiednią konstrukcję umożliwiającą kierowanie zimnego gazu syntezowanego pomiędzy wnętrzem konwektora i ścianą płaszcza ciśnieniowego. Dzięki czemu przy temperaturze katalizatora rzędu 550 ºC temperatura płaszcza nie przekracza 100 ºC.
(…)
… pomiędzy wnętrzem konwektora i ścianą płaszcza ciśnieniowego. Dzięki czemu przy temperaturze katalizatora rzędu 550 ºC temperatura płaszcza nie przekracza 100 ºC.
Jako materiał do wykonania wnętrza aparatu stosuje się stale stopowe o zawartości 18% Cr, 8% Ni, i zawierające mniej niż 0,08% C.
Wnętrze konwertora powinno charakteryzować się:
- dużą objętością katalizatora
- dobrą wymianą ciepła
- optymalnym…
… 0,9 MPa ze stopu zawierającego 10% rodu. Rod przeciwdziała stratom platyny. Czas zetknięcia się gazów jest rzędu 10-4. Siatki stosuje się w pakietach od 5 do 20 siatek w pakiecie. Platynę wychwytuje się w filtrach wypełnionych watą kwarcową lub za pomocą tlenku wapnia. Katalizator Pt ulega zatruciu- wrażliwość na fosfoniak- PH3, siarkowodór, acetylen, pyły zawierające żelazo, krzem.
Utlenianie NO i tworzenie kw.azotowego:
W reakcje z wodą wchodzą jedynie wyżej utlenione tlenki azotu powstające w reakcjach:
2 NO + O2 = 2 NO2 ΔH = - 114,3 kJ/mol
2 NO2 = N2O4 tworzy się również dimer tlenku i dwutlenku azotu- N2O3.
Utlenianie tlenku azotu jest procesem wolnym, a szybkość procesu zależy od ciśnienia (dodatnio) i wzrostu temperatury (ujemnie).
W mieszaninie gazowej współistnieją więc takie związki…
… gazu z odgazowaniem węgla w koksowniach i gazowniach, powstaje w specjalnych saturatorach, w których gaz zawierający amoniak kontaktuje się w sposób ciągły z 80% kwasem siarkowym. Z roztworu nasyconego siarczanu amonu krystalizuje stały związek.
Na podobnej zasadzie działają instalacje oparte na wykorzystaniu gazów z syntezy mocznika lub kaprolaktamu. Możliwe jest również wykorzystanie reakcji: CaSO4…
… reakcji jest platyna (katalityczne właściwości wykazuje również rod, pallad, iryd, tlenki bizmutu, miedzi, ceru, wanadu, chromu, manganu, żelaza i kobaltu).
Mechanizm reakcji złożony, według teorii imidowej na powierzchni platyny tworzy się przejściowy kompleks amoniaku z tlenem, który rozkładając się tworzy grupę imidową, a tlenek azotu powstaje w reakcjach:
NH + O2 → HNO2 HNO2 → NO + OH
2OH → H2O…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)