Процесът на получаване на амоняк. Съвременен процес на производство на амоняк

Амоняк- лек, безцветен газ с неприятна, остра миризма. Това е много важно за химическата промишленост, тъй като съдържа азотен атом и три водородни атома. Амонякът се използва главно за производството на азотсъдържащи торове, амониев сулфат и карбамид, за производство на взривни вещества, полимери и други продукти, а амонякът се използва и в медицината.

Производство на амоняк в промишлеността не е прост, трудоемък и скъп процес, основан на синтеза му от водород и азот с помощта на катализатор, висока температура и под налягане. Активира се от оксиди калиевата и алуминиевата гъба се използва като катализатор. Индустриалните инсталации за синтез на амоняк се основават на циркулацията на газове. Изглежда така: реагиралата смес от газове, която съдържа амоняк, се охлажда и се получава кондензация и отделяне на амоняк, а азотът с водород, който не реагира, се смесва с нова порция газове и отново се подава към катализатора.

Нека разгледаме този процес на индустриален синтез на амоняк, който протича на няколко етапа, по-подробно. На първия етап сярата се отстранява от природния газ с помощта на техническо устройство за десулфуризация. На втория етап процесът на преобразуване на метана се извършва при температура от 800 градуса по Целзий върху никелов катализатор: Образува се след това подходящ е реакционен водород за синтеза на амоняк и въздух, съдържащ азот, се подава в реактора. На този етап частичното изгаряне на въглерода се случва и след взаимодействието му с кислорода, който също се съдържа във въздуха: 2 H2O + O2-\u003e H2O (пара).

Резултатът от този етап производството е да се получи смес от водна пара и оксиди на въглерод (вторичен) и азот. Третият етап се състои от два процеса. Така нареченият процес на "срязване" протича в два реактора "срязване". В първия се използва катализаторът Fe3O4 и реакцията протича при високи температури, поръчка 400 градуса по Целзий... Вторият реактор използва по-ефективен меден катализатор и работи при по-ниска температура. Четвъртият етап включва почистване на газовата смес от въглероден оксид (IV).

Това почистване се извършва чрез измиване на газовата смес алкален разтворкойто абсорбира оксида. Реакцията 2 H2O + O2H2O (пара) е обратима и след третия етап приблизително 0,5% въглероден окис остава в газовата смес. Това количество е достатъчно, за да развали железния катализатор. На четвъртия етап въглеродният оксид (II) се елиминира чрез превръщане на водорода в метан на никелов катализатор при температури от 400 градуса по Целзий: CO + 3H2 -\u003e CH4 + H2O

Газова смескоето грубо съдържа? 74,5% водород и 25,5% азот се компресират. Компресията води до бързо покачване на температурата на сместа. След компресиране сместа се охлажда до 350 градуса по Целзий. Този процес е описан с реакцията: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (Процес на Гербер)

Свързани статии:

	Мазилката от Париж, състояща се от плътни гипсови скали, се произвежда в три основни стъпки. Първо, гипсовият камък се натрошава, след това получената суровина се смила и ...
	Химическите отпадъци са отпадъци от химическата промишленост, които съдържат вредни веществапредставляващи заплаха за хората с техните токсични ефекти върху тялото. Химическата индустрия е индустрия, посветена на ...

Амонякът (NH 3) е съединение на азот и водород. Това е лек газ с остра миризма. Производството на амоняк в промишлеността и лабораториите е необходимо за производството на торове, полимери, азотна киселина и други вещества.

В индустрията

Амонякът се получава индустриално от азот, комбинирайки го с водород. Азотът се взема от въздуха, водородът - от водата. Методът е разработен за първи път от германския химик Фриц Хабер. Индустриалният метод за производство на амоняк започва да се нарича процес на Хабер.

Реакцията протича с намаляване на обема и отделяне на енергия под формата на топлина:

3H 2 + N 2 → 2 NH 3 + Q.

Реакцията е обратима, така че трябва да бъдат изпълнени няколко условия. При високо налягане и ниски температури обемът на произведения амоняк се увеличава. Ниските температури обаче забавят скоростта на реакцията и повишаването на температурата има тенденция да увеличава скоростта на обратната реакция.

Необходимите условия за реакцията бяха намерени емпирично:

• температура- 500 ° C;
• натиск- 350 атм;
• катализатор- железен оксид Fe 3 O 4 (магнетит) с примеси на оксиди на сребро, калий, калций и други вещества.

При тези условия полученият газ съдържа 30% амоняк. За да се избегне обратна реакция, веществото бързо се охлажда. При ниски температури полученият газ се превръща в течност. Неизползваните газове - азот и водород - се връщат обратно в колоната за синтез. Този метод помага бързо да се получат големи обеми амоняк, като се използват максимално суровините.

Фигура: 1. Получаване на амоняк по индустриални средства.

За да се намери правилният катализатор, бяха изпробвани 20 хиляди различни вещества.

В лабораторията

За получаване на амоняк в лабораторията се използва реакцията на алкали към амониеви соли:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

Също така, амонякът в лабораторията може да бъде получен от амониев хлорид, нагрят заедно с гасена вар, или чрез разлагане на амониев хидроксид:

• 2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O;
• NH 4 OH ↔ NH 3 + H 2 O.

Фигура: 2. Получаване на амоняк в лабораторията.

Възможно е напълно да изсъхне амоняк, като се използва смес от вар със сода каустик, през която преминава полученият газ. За същата цел течният амоняк се смесва с метален натрий и се подлага на дестилация.

Амонякът е по-лек от въздуха, така че тръбата се държи с главата надолу, за да се събере.

Приложение

Амонякът се използва в различни индустрии:

• в земеделието - за производство на азотсъдържащи торове;
• в промишлеността - за производство на полимери, взривни вещества, изкуствен лед;
• в химията - за производството на азотна киселина, сода;
• в медицината - като амоняк.

Фигура: 3. Производство на торове.

Какво научихме?

Амонякът се получава чрез промишлени и лабораторни методи. За производството в промишлени мащаби се използват азот и водород. Смесвайки се при висока температура, налягане и под действието на катализатор, прости вещества образуват амоняк. За да се предотврати протичането на реакцията при висока температура в обратна посока, газът се охлажда. В лабораторията амонякът се получава чрез реакция на амониеви соли с основи, гасена вар или чрез разлагане на амониев хидроксид. Амонякът се използва в химическата промишленост, селското стопанство, медицината и химията.

Тест по тема

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.2. Общо получени оценки: 263.

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (олеум)

Натрошен пречистен мокър пирит (пирит) се излива отгоре в пещ за печене в " кипящ слой". Обогатен с кислород въздух се подава отдолу (принцип на противотока).
От пещта излиза газ от пещта, чийто състав е: SO 2, O 2, водни пари (пиритът е бил мокър) и най-малките частици шлака (железен оксид). Газът се пречиства от примеси от твърди частици (в циклон и електрофилтър) и водни пари (в сушилна кула).
В контактния апарат серен диоксид се окислява с помощта на катализатор V 2 O 5 (ванадиев пентоксид), за да се увеличи скоростта на реакцията. Процесът на окисляване на един оксид до друг е обратим. Следователно се избират оптималните условия за директната реакция - високо кръвно налягане (тъй като директната реакция протича с намаляване на общия обем) и температурата не е по-висока от 500 С (тъй като реакцията е екзотермична).

В абсорбционната кула сярният (VI) оксид се абсорбира от концентрирана сярна киселина.
Абсорбцията с вода не се използва, тъй като серен оксид се разтваря във вода с отделянето на голямо количество топлина, поради което получената сярна киселина кипи и се превръща в пара. За да се избегне образуването на мъгла от сярна киселина, използвайте 98% концентрирана сярна киселина. Сярният оксид се разтваря много добре в такава киселина, образувайки олеум: H 2 SO 4 nSO 3

Промишлено производство на амоняк

Предварително се получава азотно-водородна смес. Водородът се получава чрез превръщане на метан (от природен газ):

СН 4 + Н 2 О (g) → СО + ЗН 2 - Q

2СН 4 + О 2 → 2СО + 4Н 2 + Q

CO + H 2 O (g) → CO 2 + H 2 + Q

Азотът се получава от течен въздух.

В турбокомпресора сместа се компресира до необходимото налягане от 25 · 10 6 Pa. В колоната за синтез газовете реагират при 450-500 ° C в присъствието на катализатор (поресто желязо с примеси на Al 2 O 3 и K 2 O):
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ (добив 10-20% амоняк)

Образуваният амоняк се отделя от нереагиралия азот и водород чрез втечняване в хладилник, връщайки нереагиралата азотно-водородна смес в колоната за синтез.
Процесът е непрекъснат, циркулиращ.

Приложение: производство на азотни торове, експлозиви, пластмаси и др.

Производство на метилов алкохол

Преди индустриалното развитие на каталитичния метод за получаване на метанол, той е получен чрез суха дестилация на дървесина (оттук и името му "дървесен алкохол"). Понастоящем този метод е от второстепенно значение.

Модерен начин:

Суровина: синтез газ - смес от въглероден оксид (II) с водород (1: 2).

Спомагателни материали: катализатори (ZnO и CuO).

Основният химичен процес: синтетичният газ при температура 250 ° C и налягане 7 MPa каталитично се превръща в метанол:

CO + 2H 2 ↔ CHzOH + Q

Характеристики на технологичния процес: когато газовата смес премине през катализаторния слой, се образува 10-15% метанол, който се кондензира и нереагиралата смес се смесва със свежа порция синтетичен газ и след нагряване се връща обратно в катализаторния слой (циркулация). Общият добив е 85%.

Условията за синтез на метанол и амоняк при средно налягане са сходни, а суровината ( природен газ) общо за двата процеса. Поради това най-често производството на метанол и амоняк се комбинира (растения за азотни торове).

Амоняк -NH 3

Амонякът (на европейски езици името му звучи като „амоняк“) дължи името си на амоничния оазис в Северна Африка, разположен на кръстопътя на караванните пътища. При горещ климат карбамидът (NH 2) 2 CO, съдържащ се в отпадъчните продукти от животински произход, се разлага особено бързо. Един от продуктите на разлагането е амонякът. Според други източници амонякът е получил името си от древната египетска дума амониев... Това беше името на хората, които почитат бог Амон. По време на ритуалните си ритуали те миришеха на амоняк NH 4 Cl, който при нагряване изпарява амоняка.

1. Структурата на молекулата

Амонячната молекула има формата на тригонална пирамида с азотен атом в горната част. Три несдвоени р-електрона на азотен атом участват в образуването на полярни ковалентни връзки с 1s-електрони от три водородни атома (N - H връзки), четвъртата двойка външни електрони е несподелена, може да образува донорно-акцепторна връзка с водороден йон, образувайки амониев йон NH 4 + ...

Изглед химическа връзка: ковалентен полярен, три единичниσ - сигма комуникация N-H

2. Физически свойства амоняк

При нормални условия - безцветен газ с остра характерна миризма (миризмата на амоняк), почти два пъти по-лек от въздуха, е отровен.По отношение на физиологичния си ефект върху организма, той принадлежи към групата на веществата със задушаващо и невротропно действие, способни да причинят токсичен белодробен оток и сериозно увреждане на нервната система по време на увреждане при вдишване. Амонячните пари силно дразнят лигавиците на очите и дихателните органи, както и кожата. Това възприемаме като остра миризма. Амонячните пари причиняват обилно сълзене, болка в очите, химически изгаряния на конюнктивата и роговицата, загуба на зрение, пристъпи на кашлица, зачервяване и сърбеж на кожата. Разтворимостта на NH 3 във вода е изключително висока - около 1200 обема (при 0 ° C) или 700 обема (при 20 ° C) в обем вода.

3.

4. Химични свойства амоняк

Амонякът се характеризира с реакции:

1. с промяна в степента на окисление на азотния атом (реакция на окисление)
2. без промяна на степента на окисление на азотния атом (добавяне)

5. Прилагане на амоняк

Амонякът е един от първите по отношение на производството; годишно по света получават около 100 милиона тона от това съединение. Амонякът се предлага в течна форма или под формата на воден разтвор - амонячна вода, която обикновено съдържа 25% NH 3. По-нататък се използват огромни количества амоняк за производството на азотна киселинатова отива производство на торове и много други продукти. Амонячната вода също се използва директно като тор, а понякога полетата се поливат от резервоари директно с течен амоняк. От амоняк вземете различни амониеви соли, урея, уротропин... Неговата използва се и като евтин хладилен агент в промишлени хладилни инсталации.

Използва се и амоняк за производство на синтетични влакнанапример найлон и найлон. В леката индустрия той използва се за почистване и боядисване на памук, вълна и коприна... В нефтохимическата индустрия амонякът се използва за неутрализиране на киселинните отпадъци, а при производството на естествен каучук амонякът помага за запазването на латекса, докато пътува от плантация до фабрика. Амонякът се използва и при производството на сода по метода на Solvay. В стоманодобивната промишленост амонякът се използва за азотиране - насищане на повърхностните слоеве на стоманата с азот, което значително увеличава нейната твърдост.

Лекарите използват водни разтвори амоняк (амоняк) в ежедневната практика: памучната вата, потопена в амоняк, премахва човек от състояние на припадък. За хората амонякът в тази доза не е опасен.

СИМУЛАТОРИ

Симулатор №1 "Изгаряне на амоняк"

Тренажор No2 "Химични свойства на амоняка"

ЗАДАЧИ ЗА ЗАКРИВАНЕ

№1. Извършете трансформации по схемата:

а) Азот → амоняк → азотен оксид (II)

б) Амониев нитрат → Амоняк → Азот

в) Амоняк → Амониев хлорид → Амоняк → Амониев сулфат

Азотната индустрия е една от водещите индустрии днес. Използването на амоняк се е разпространило в хладилната технология (R717, лекарство или селско стопанство (торове).

Основното внимание се отделя на производството на азотни торове (а оттам и на техните основи, включително амоняк, чието търсене е нараснало с 20% през последните две десетилетия).

Но производството на амоняк се отличава преди всичко с висока енергийна интензивност. Цялата история на това производство е борба за намаляване на използваната енергия (механична, термична, електрическа).

Синтезът на амоняк разкрива формулата:

N2 + 3H2 \u003d 2NH3 + Q

Реакцията е екзотермична, обратима, с намаляване на обема. Тъй като реакцията е екзотермична, понижаването на температурата ще измести равновесието към образуването на амоняк, но ще намалее значително. Производството на амоняк трябва да се извършва при високи температури (синтезът се осъществява при 500 градуса по Целзий). Увеличението на t ° ще доведе до Налягане от 15 до 100 MPa позволява да се противодейства на ефекта на температурата (ниско налягане - от 10 до 15 MPa, средно налягане - от 25 до 30 MPa, високо налягане - над 50 MPa). От тях средата е за предпочитане.

Служи като катализатор с добавяне на калций, силиций, калий, алуминиеви оксиди.

Вредните примеси вода, сероводород) влияят неблагоприятно на скоростта на реакцията, отравяйки катализатора, като по този начин намаляват неговата активност и намаляват експлоатационния живот. Това означава, че сероводородната смес трябва да бъде добре почистена. Но дори след пречистване само част от тази смес се превръща в амоняк. Следователно, останалата нереагирала част се изпраща обратно в реактора.

Как се произвежда амоняк?

В тръбопровода се подава вече приготвена смес от три части водород и един азот. Той преминава през турбокомпресор, където се компресира до горното налягане и се изпраща в синтез-колоната с катализатор на вградени рафтове. Както установихме, процесът е силно екзотермичен. Отделената топлина загрява азотно-водородната смес. Около 25% от амоняка и нереагиралия азот с водород се изхвърлят от колоната. Целият състав отива в хладилника, където сместа се охлажда. Амонякът става течен под налягане. Сега влиза в действие сепаратор, чиято задача е да отдели амоняка в колектор отдолу и нереагиралата смес, която се връща обратно в колоната. Благодарение на тази циркулация се използват 95 процента от азотно-водородната смес. Течният амоняк се транспортира по амонячен тръбопровод до специален склад.

Всички устройства, използвани в производството, са възможно най-стегнати, което елиминира течовете. Използва се само енергията на екзотермичните реакции, протичащи вътре. Затворена верига, малко отпадъци. Разходите се намаляват благодарение на непрекъснат и автоматизиран процес.

Производството на амоняк не може да не повлияе заобикаляща среда... Газовите емисии са неизбежни, включително амоняк, въглеродни и азотни оксиди и други примеси. Отделя се нискокачествена топлина. Водата се изхвърля след промиване на охладителните системи и самия реактор.

Следователно при производството на амоняк е необходимо да се включи каталитично почистване с наличие на редуциращ газ. Намаляването на количеството отпадъчни води може да се постигне чрез замяната им с турбокомпресори. Нискокачествената топлина може да се използва чрез въвеждане на висококачествена топлина. Това обаче ще увеличи замърсяването на димните газове.

Енергийната технологична схема, която включва парогазов цикъл, който използва както топлина от пара, така и продукти от изгарянето на гориво, едновременно ще увеличи ефективността на производството и ще намали емисиите.