Процес отримання аміаку. Сучасний процес виробництва аміаку

аміак- легкий безбарвний газ, який має неприємний різкий запах. Він дуже важливий для хімічної промисловості, так як в його складі є атом азоту і три атоми водню. Аміак застосовується в основному для отримання азотомістящих добрив, сульфату амонію і сечовини, для одержання вибухових речовин, полімерів та інших продуктів, так само аміак застосовується і в медицині.

Отримання аміаку в промисловості не простий, трудомісткий і дорогий процес, заснований на синтезі його з водню і азоту за допомогою каталізатора, високої температури і під тиском. Активований оксидами калію і алюмінію губчасті залізні використовується як каталізатор. Промислові установки по синтезу аміаку засновані на циркуляції газів. Це виглядає наступним чином: прореагировавшая суміш газів, в якій міститься аміак, охолоджується і відбувається конденсація і відділення аміаку, а азот з воднем, які не вступали в реакцію перемішуються з новою порцією газів і знову подаються на каталізатор.

Погляньмо на цей процес виробничого синтезу аміаку, який відбувається в кілька стадій, більш докладно. На першій стадії проводиться видалення сірки з природного газу за допомогою технічного пристрою десульфуранти. На другому етапі здійснюється процес конверсії метану при температурі 800 градусів за Цельсієм на нікелевому каталізаторі: Утворився після даної реакції водень придатний для синтезу аміаку і в реактор подається повітря, що містить азот. На цій стадії так само відбувається часткове згорання вуглецю після його взаємодії з киснем, який так само міститься в повітрі: 2 H2O + O2-\u003e H2О (пар).

Результатом даної стадії виробництва є отримання суміші водяної пари і оксидів вуглецю (вторинного) і азоту. Третя стадія йде в два процеси. Так званий процес "зсуву" йде в двох реакторах "зсуву". У першому застосовується каталізатор Fe3O4 і реакція йде при високих температурах, порядку 400 градусів за Цельсієм. У другому реакторі використовується більш продуктивний мідний каталізатор, і процес проводиться при більш низькій температурі. Четвертий етап включає в себе очищення газової суміші від оксиду вуглецю (IV).

Дану очистку проводять за допомогою промивання газової суміші лужним розчином, Який поглинає оксид. Реакція 2 H2O + O2H2О (пар) оборотна і після третього етапу в газовій суміші залишається ще приблизно 0,5% оксиду вуглецю. Цієї кількості достатньо, щоб зіпсувати залізний каталізатор. На четвертому етапі оксид вуглецю (II) ліквідують конверсією водню в метан на нікелевому каталізаторі при температурах 400 градусів за Цельсієм: СО + 3Н2 -\u003e СН4 + Н2О

газова суміш, Яка орієнтовно містить? 74.5% водню і 25,5% азоту, піддають стисненню. Стиснення призводить до стрімкого підвищення температури суміші. Після стиснення суміш охолоджують до 350 градусів за Цельсієм. Цей процес описується з реакцією: N2 + 3Н2 - 2NН3 ^ + 45,9 кДж. (Процес Гербера)

Пов'язані статті:

	Будівельний гіпс, що складається з щільних порід гіпсу, виробляють за допомогою трьох основних операцій. Спочатку гіпсовий камінь дроблять, потім відбувається помел отриманої сировини, і ...
	Хімічними відходами називаються відходи хімічної промисловості, які містять шкідливі речовини, Що представляють загрозу для людини своїм токсичним впливу на організм. Хімічна промисловість - це галузь промисловості, що займається ...

Аміак (NH 3) - з'єднання азоту і водню. Це легкий газ з різким запахом. Отримання аміаку в промисловості і лабораторіях необхідно для виробництва добрив, полімерів, азотної кислоти і інших речовин.

У промисловості

Аміак промисловим шляхом отримують з азоту, поєднуючи його з воднем. Азот беруть з повітря, водень - з води. Вперше метод розробив німецький хімік Фріц Габер. Промисловий спосіб отримання аміаку стали називати процесом Габера.

Реакція проходить зі зменшенням обсягу і виділенням енергії у вигляді тепла:

3H 2 + N 2 → 2NH 3 + Q.

Реакція оборотна, тому необхідно дотримати кілька умов. При високому тиску і низьких температурах обсяг отриманого аміаку збільшується. Однак низькі температури сповільнюють швидкість реакції, а підвищення температури сприяє збільшенню швидкості зворотної реакції.

Дослідним шляхом було знайдено необхідні умови для проведення реакції:

• температура- 500 ° C;
• тиск- 350 атм;
• каталізатор- оксид заліза Fe 3 O 4 (магнетит) з домішками оксидів срібла, калію, кальцію та інших речовин.

При таких умовах отриманий газ містить 30% аміаку. Щоб уникнути зворотної реакції, речовина швидко охолоджують. При низьких температурах вийшов газ перетворюється в рідину. Невитрачені гази - азот і водень - повертаються назад в колону для синтезу. Такий спосіб допомагає швидко отримати великі обсяги аміаку, максимально використовуючи сировину.

Рис. 1. Отримання аміаку промисловим шляхом.

Щоб знайти потрібний каталізатор, було випробувано 20 тисяч різних речовин.

В лабораторії

Для отримання аміаку в лабораторії використовується реакція лугів на солі амонію:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

Також аміак лабораторним шляхом можна отримати з хлориду амонію, нагрітого разом з гашеного вапном, або розкладанням гідроксиду амонію:

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

Рис. 2. Отримання аміаку в лабораторії.

Повністю осушити аміак можна за допомогою суміші вапна з їдким натрієм, через яку пропускають отриманий газ. Для цієї ж мети рідкий аміак змішують з металевим натрієм і піддають дистиляції.

Аміак легший за повітря, тому для його збору пробірку тримають догори дном.

застосування

Аміак використовується в різних галузях:

• в сільському господарстві - для виробництва азотвмісних добрив;
• в промисловості - для виробництва полімерів, вибухових речовин, штучного льоду;
• в хімії - для виготовлення азотної кислоти, соди;
• в медицині - як нашатирного спирту.

Рис. 3. Виробництво добрив.

Що ми дізналися?

Аміак отримують промисловим і лабораторним шляхом. Для отримання в промислових масштабах використовується азот і водень. Змішуючись під високою температурою, тиском і під дією каталізатора, прості речовини утворюють аміак. Щоб реакція при високій температурі не пішла у зворотній бік, газ охолоджують. У лабораторії аміак отримують при реакції солей амонію з лугами, гашеного вапном або шляхом розкладання гідроксиду амонію. Аміак застосовується в хімічній промисловості, сільському господарстві, медицині, хімії.

Тест по темі

оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.2. Всього отримано оцінок: 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)

Подрібнений очищений вологий пірит (сірчаний колчедан) зверху засипають в піч для випалу в « киплячому шарі«. Знизу (принцип протитоку) пропускають повітря, збагачений киснем.
З печі виходить пічної газ, склад якого: SO 2, O 2, пари води (пірит був вологий) і дрібні частки недогарка (оксиду заліза). Газ очищають від домішок твердих частинок (в циклоні і електрофільтрі) і водяної пари (в сушильній башті).
У контактному апараті відбувається окислення сірчистого газу з використанням каталізатора V 2 O 5 (пятиокись ванадію) для збільшення швидкості реакції. Процес окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому підбирають оптимальні умови протікання прямої реакції - підвищений тиск (Т.к пряма реакція йде зі зменшенням загального обсягу) і температура не вище 500 С (т.к реакція екзотермічна).

У поглотительной вежі відбувається поглинання оксиду сірки (VI) концентрованої сірчаної кислотою.
Поглинання водою не використовують, т.к оксид сірки розчиняється в воді з виділенням великої кількості теплоти, тому що утворюється сірчана кислота закипає і перетворюється на пару. Для того, щоб не утворювалося сірчанокислотного туману, використовують 98% -ну концентровану сірчану кислоту. Оксид сірки дуже добре розчиняється в такий кислоті, утворюючи олеум: H 2 SO 4 · nSO 3

Промислове отримання аміаку

Попередньо отримують азотоводородной суміш. Водень отримують конверсією метану (з природного газу):

СН 4 + Н 2 О (г) → СО + ДТ 2 - Q

2СН 4 + О 2 → 2СО + 4Н 2 + Q

СО + Н 2 О (г) → СО 2 + Н 2 + Q

Азот одержують з рідкого повітря.

У турбокомпресорі відбувається стиснення суміші до необхідного тиску 25 · 10 6 Па. У колоні синтезу гази реагують при 450-500 ° С в присутності каталізатора (пористе залізо з домішками Al 2 O 3 і K 2 O):
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 кДж (вихід 10-20% аміаку)

Утворений аміак відділяють від непрореагировавших азоту і водню скраплення в холодильнику, повертаючи не прореагували азотоводородной суміш в колону синтезу.
Процес безперервний, циркуляційний.

Застосування: виробництво азотних добрив, вибухових речовин, пластичних мас і ін.

Виробництво метилового спирту

До промислового освоєння каталітичного способу отримання метанол отримували при сухій перегонці дерева (звідси його назва «деревне спирт»). В даний час цей спосіб має другорядне значення.

Сучасний спосіб:

Сировина: синтез-газ - суміш оксиду вуглецю (II) з воднем (1: 2).

Допоміжні матеріали: каталізатори (ZnO і CuO).

Основний хімічний процес: синтез-газ при температурі 250 ° С і тиску 7 МПа перетворюється каталитически в метанол:

СО + 2Н 2 ↔ СНзОН + Q

Особливості технологічного процесу: при проходженні газової суміші через шар каталізатора утворюється 10-15% метанолу, який конденсують, а не прореагували суміш змішують зі свіжою порцією синтез - газу і після нагрівання знову направляють в шар каталізатора (циркуляція). Загальний вихід - 85%.

Умови проведення синтезу метанолу і аміаку за середнього тиску подібні, а сировину ( природний газ) Загальне для обох процесів. Тому найчастіше виробництва метанолу та аміаку об'єднують (азотно-тукові заводи).

аміак -NH 3

Аміак (в європейських мовах його назва звучить як «амоніаку») своєю назвою зобов'язаний оазису Амона в Північній Африці, розташованому на перехресті караванних шляхів. У жаркому кліматі сечовина (NH 2) 2 CO, що міститься в продуктах життєдіяльності тварин, розкладається особливо швидко. Одним з продуктів розкладання і є аміак. За іншими відомостями, аміак отримав свою назву від давньоєгипетського слова амоніан. Так називали людей, які поклоняються богу Амону. Вони під час своїх ритуальних обрядів нюхали нашатир NH 4 Cl, який при нагріванні випаровує аміак.

1. Будова молекули

Молекула аміаку має форму тригональной піраміди з атомом азоту в вершині. Три неспареннихp-електрона атома азоту беруть участь в утворенні полярних ковалентних зв'язків з 1s-електронами трьох атомів водню (зв'язку NH), четверта пара зовнішніх електронів є неподіленої, вона може утворити донорно-акцепторні зв'язок з іоном водню, утворюючи іон амонію NH 4 + .

вид хімічного зв'язку: ковалентная полярна, три одинарніσ - сигма зв'язку N-H

2. Фізичні властивості аміаку

При нормальних умовах - безбарвний газ з різким характерним запахом (запах нашатирного спирту), майже вдвічі легший за повітря, отруйний.За фізіологічною дією на організм відноситься до групи речовин задушливої \u200b\u200bі нейротропної дії, здатних при інгаляційному ураженні викликати токсичний набряк легенів і важке ураження нервової системи. Пари аміаку сильно подразнюють слизові оболонки очей та органів дихання, а також шкірні покриви. Це ми і сприймаємо як різкий запах. Пари аміаку викликають рясну сльозотечу, біль в очах, хімічний опік кон'юнктиви і рогівки, втрату зору, напади кашлю, почервоніння і свербіж шкіри. Розчинність NH 3 у воді надзвичайно велика - близько 1200 об'ємів (при 0 ° C) або 700 обсягів (при 20 ° C) в обсязі води.

3.

4. Хімічні властивості аміаку

Для аміаку характерні реакції:

1. зі зміною ступеня окислення атома азоту (реакції окислення)
2. без зміни ступеня окислення атома азоту (приєднання)

5. Застосування аміаку

За обсягами виробництва аміак займає одне з перших місць; щорічно у всьому світі отримують близько 100 мільйонів тонн цього з'єднання. Аміак випускається в рідкому вигляді або у вигляді водного розчину - аміачної води, яка зазвичай містить 25% NH 3. Величезні кількості аміаку далі використовуються для отримання азотної кислоти, Яка йде на виробництво добрив і безлічі інших продуктів. Аміачну воду застосовують також безпосередньо у вигляді добрива, а іноді поля поливають з цистерн безпосередньо рідким аміаком. з аміаку отримують різні солі амонію, сечовину, уротропін. його застосовують також в якості дешевого хладагента в промислових холодильних установках.

Аміак використовується також для отримання синтетичних волокон, Наприклад, нейлону і капрону. У легкій промисловості він використовується при очищенні і фарбуванні бавовни, вовни і шовку. У нафтохімічній промисловості аміак використовують для нейтралізації кислотних відходів, а у виробництві природного каучуку аміак допомагає зберегти латекс в процесі його перевезення від плантації до заводу. Аміак використовується також при виробництві соди за методом Сольве. У сталеливарної промисловості аміак використовують для азотування - насичення поверхневих шарів сталі азотом, що значно збільшує її твердість.

медики використовують водні розчини аміаку (нашатирний спирт) в повсякденній практиці: ватка, змочена в нашатирному спирті, виводить людину з непритомного стану. Для людини аміак в такій дозі не є небезпечним.

ТРЕНАЖЕРИ

Тренажер №1 "Горіння аміаку"

Тренажер №2 "Хімічні властивості аміаку"

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ

№1. Здійснити перетворення за схемою:

а) Азот → Аміак → Оксид азоту (II)

б) Нітрат амонію → Аміак → Азот

в) Аміак → Хлорид амонію → Аміак → Сульфат амонію

Азотна промисловість сьогодні - одна з провідних галузей. Застосування аміаку поширилося на холодильну техніку (R717, медицину або сільське господарство (Добрива).

Особливо велика увага приділяється саме виробництва азотних добрив (а значить - і їх основам, в тому числі аміаку, попит на який виріс за останні два десятиліття на 20%).

Але виробництво аміаку відрізняється, в першу чергу, високою енергоємністю. Вся історія цього виробництва - боротьба за зниження використовуваних енергій (механічної, теплової, електричної).

Синтез аміаку розкриває формула:

N2 + 3H2 \u003d 2NH3 + Q

Реакція екзотермічна, оборотна, зі зменшенням обсягу. Оскільки реакція екзотермічна, зниження температури змістить рівновагу до утворення аміаку, однак значно знизиться. Виробництво аміаку має йти при високих температурах (синтез проходить при 500 градусах Цельсія). Підвищення t ° призведе до Тиск від 15 до 100 Мпа дозволяє протидіяти впливу температури (низький тиск - від 10 до 15 МПа, середній тиск - від 25 до 30 МПа, високий тиск - понад 50 МПа). З них краще середнє.

Каталізатором служить з добавками кальцію, кремнію, калію, оксидів алюмінію.

Шкідливі домішки вода, сірководень) негативно позначаються на швидкості течії реакції, отруюючи каталізатор, знижуючи тим самим його активність і зменшуючи терміни служби. Це означає, що сірководнева суміш повинна обов'язково пройти ретельне очищення. Але навіть після очищення в аміак перетворюється лише частина цієї суміші. Тому що залишилася не прореагували частку знову відправляють в реактор.

Як відбувається виробництво аміаку?

В трубопровід подають вже підготовлену суміш з трьох частин водню і однієї азоту. Вона проходить через турбокомпресор, де стискається до зазначеного вище тиску, і направляється в колону синтезу з каталізатором на вбудованих полицях. Процес, як ми з'ясували, сильно екзотермічний. Виділяється теплом нагрівається азотоводородная суміш. З колони виходить близько 25 відсотків аміаку і не прореагували азот з воднем. Весь склад надходить в холодильник, де суміш охолоджується. Аміак під тиском стає рідким. Тепер в роботу вступає сепаратор, завдання якого - відокремити аміак до збірки в нижній частині і не прореагували суміш, яка повертається назад в колону. Завдяки такій циркуляції азотоводородная суміш використовується на 95 відсотків. Рідкий аміак по аміакопроводу надходить на спеціальний склад.

Всі апарати, що використовуються у виробництві, максимально герметичні, що виключає витік. Використовується лише енергія відбуваються всередині екзотермічніреакцій. Схема замкнута, малоотходная. Витрати знижені завдяки безперервному і автоматизованому процесу.

Виробництво аміаку не може не впливати на навколишнє середовище. Неминучі газові викиди, що включають в себе аміак, оксиди вуглецю і азоту та інші домішки. Виділяється низькопотенційна теплота. Скидається вода після промивки систем охолодження і самого реактора.

Тому в виробництво аміаку необхідно включати каталітичну очищення з наявністю газу-відновника. Зниження кількості стічних вод можна домогтися заміною на турбокомпресори. Низькопотенційна теплота може бути утилізована введенням теплоти високопотенційне. Однак це збільшить забрудненість димовими газами.

Енерготехнологічна схема, що включає парогазовий цикл, де використовуються як тепло пара, так і продукти згоряння палива, одночасно і підвищить ефективність виробництва, і зменшить викиди.