Технологія зв'язаного азоту (стр. 2 из 3)

СН4 = С + 2Н2 - 71,1, МДж/кмоль.

Поєднання цих і деяких інших реакцій визначає склад газів, що утворюються по висоті газогенератора. З відновної зони гази виходять з температурою 800-9000С. Проходячи через вугілля, що росташоване вище, вони нагрівають його, внаслідок чого протікає процес піролізу. Ця зона називається зоною піролізу або зоною напівкоксування. Гази, що виходять з неї, підігрівають і сушать вугілля у верхній зоні - зоні сушки. Дві нижні зони (окиснювальна і відновна) складають зону газифікації, а дві верхні - зону підготовки палива.

У цьому процесі змінюється і склад твердої фази, оскільки в зону газифікації поступає кокс або напівкокс, а з неї виводиться зола.

Процес газифікації інтенсифікують шляхом підвищення температури, збільшення тиску газифікації, що дозволяє значно збільшити парціальні тиску реагуючих речовин, а також досягти збільшення швидкості дуття, концентрації кисню в дуття і збільшення реакційної поверхні.

На перших промислових установках як сировину використовували кам'яновугільний кокс, а згодом замість коксу газіфкації стали піддавати антрацит, кам'яне і буре вугілля, торф та інші види твердого палива.

6. Електрохімічні методи одержання водню

Електрохімічними називаються виробництва, у яких хімічні процеси протікають під дією постійного електричного струму.

Електрохімічні методи виробництва в ряді випадків мають переваги перед хімічними: спрощується технологічний процес, більш повно використовується сировину й енергія, одночасно може вироблятися кілька коштовних продуктів, продукти виходять високого ступеня чистоти, недосяжної при хімічних способах виробництва. Завдяки зазначеним достоїнствам електрохімічні методи охоплюють численні і різноманітні виробництва, найважливішими з яких є одержання водню, хлору, лугів, кисню, неорганічних окислювачів.

Серед електрохімічних процесів розкладання водних розчинів без виділення металів найбільше поширення одержав електроліз водних розчинів хлористого натрію. При електролізі водних розчинів хлористого натрію одержують водень, хлор і їдкий натр

З трьох продуктів електролізу розчинів повареної солі водень – найменш коштовний продукт. Однак його правильне і повне використання має істотне значення для економіки хлорного виробництва. У процесі електролізу одержують до 310 м3 водню на одну тонну хлору.

Електроліз розчинів хлористого натрію у ваннах зі сталевим катодом і графітовим анодом дає можливість одержувати їдкий натр, хлор і водень в одному апараті (електролізері). При проходженні постійного електричного струму через водний розчин хлористого натрію можна чекати виділення хлору:

2Cl- - 2ē =Cl2

а також кисню:

2OH- - 2ē = 0.5O2 + H2O

або:

H2O - 2ē = 0.5O2 + 2Н+

Процес розкладання хлориду натрію можна виразити, реакціями:

2Cl- - 2ē =Cl2

2 H2O + ē = 2Н+ + 2OH-

2Н+ = Н2

2Н2 + 2Cl- = Cl2 + H2 + 2OH-

або

2 H2O + 2NaCl = Cl2 + H2 + 2NaOH

Таким чином, на аноді йде утворення хлору, а на катоді – водню і їдкого натру.

7. Одержання водню електролізом води

Найбільш простий метод одержання практично чистих водню та кисню – електролітичне розщеплення води під впливом постійного електричного струменя – 1,9-2,5В. Через великі витрати електричної енергії цей метод не знайшов широкого застосування. Водень методом електролізу води одержують в електролітичних ваннах. Для збільшення електропровідності води до неї додають деяку кількість NaOH або KOH.

Процес описується рівнянням:

2H2O=2H++2OH-

На катоді 2H++2e=2Ho 2H=H2

На аноді 2OH—2e=0,5O2+2H2O

Для того, щоб не допустити утворення грімучої суміші катод відокремлюють від аноду перегородкою з азбестовоъ тканини, через яку легко проникають іони водню і гідроксил-іони але не можуть проникнути гази.

Водень та кисень, що утворюються відводять по окремим трубопроводам, очищують від розчину лугу і направляють споживачам.

В промислових умовах як електроліт використовують розчин їдкого калі. аноди виготовляють з нікелю, катоди з залізу. Для одержання 1000м3 водню витрачається 4500-6000квт*ч електроенергії, 2,5кг лугу, 1000л дистильованої води та 200л охолоджуючої води.

конверсія каталітичний вуглеводень газ

8. Технологія аміаку

Аміак – ключовий продукт різних азотвміщуючих речовин. Склад його був установлений Бертоллі в 1784 р.

В даний час в усім світі виробляється ~5 млн. тон аміаку. Близько 80% зробленого аміаку застосовується для одержання азотних добрив.

Таблиця 2. Застосування аміаку

Галузь застосування	Приклади продуктів
Добрива	Сульфат амонію, карбамід, нітрат амонію
Синт. волокна й ін. полімери	Нейлон, віскоза, поліуретан
Холодильна техніка	Рідкий аміак
Сухі гальванич. елементи, флюси	Хлорид амонію
Вибухові речовини	Концентрована азотна кислота
Барвники	Азосполуки

Сучасний процес синтезу аміаку заснований на його синтезі з азоту і водню при температурі 380-450К і тисках > 10МПа з використанням залізного каталізатору. Винайдено цей процес був у 1908 р. Фрицем Габером. Відкриття Габера дозволило продовжити Німеччини виробництво вибухових речовин під час першої світової війни. У цей час блокада Антанти перешкоджала ввозові в Німеччину чилійської селітри – сировини для виробництва вибухівки.

9. Фізико-хімічні основи процесу

Синтез аміаку з елементів здійснюється по рівнянню реакції:

N2+3H2=2NH3+ Q

Реакція оборотна, екзотермічна

ΔH298=-91,96кДж/моль

ΔH725=-112,9кдж/моль

Щоб процес синтезу аміаку був максимально ефективним й економічним, необхідно ретельно підібрати умови його проведення. найважливішими показниками, що враховуються при цьому є:

- вихід,

- швидкість,

- енергоємність процесу.

т.е. необхідно вивчити вплив тиску температури, каталізаторів на ефективність цього процесу.

Вплив тиску

Константа рівноваги процесу визначається рівнянням:

Виразивши парциальні тиски через мольні частки і повний тиск, одержимо:

Оскільки, константа рівноваги при даній температурі величина постійна, то ріст тиску викликає зменшення величини nNH3. т.ч. дозволить збільшити ріст аміаку.

Вплив температури і каталізаторів

Практичний вихід аміаку завжди менше рівноважного і, як правило, не перевищує 70% рівноважного. Оскільки, процес екзотермічний, то ріст температури викликає зниження рівноважного виходу аміаку, однак при низьких температурах знижується швидкість реакції, а, отже, і продуктивність процесу. Т.ч. варто вибрати оптимальну температуру, що забезпечує максимальний практичний вихід аміаку

Швидкість реакції підвищують завдяки використанню каталізатору. Досить високу активність у процесах синтезу показали:

Fe, Os, U, Mo, W, Mn

Кращим для промислового застосування є залізний каталізатор, що зберігає свою активність 450-500˚С, коли можливий відносно високий вихід аміаку. Каталітичними отрутами для нього є сполуки сірки, фосфору, миш'яку. У виробництві використовують каталізатори, що містять 26-36% Fe, ~54%Fe2O3 і промотори –Al2O3, K2O, Ca, Si2, Mg. Активність таких каталізаторів при температурі 450˚З, тиску 30МПа й об'ємної швидкості 30000година-1 складає 18-20%.

10. Промислові способи синтезу аміаку

Звичайно схема аміачного заводу, що працює на природному газі, включать трохи 8 стадій:

1-я стадія – Видалення сірки з природного газу;

2-я стадія – парова конверсія метану;

3-я стадія – впуск повітря і паро-повітряна конверсія метану.

4-я стадія – окислювання монооксида вуглецю по реакції:

CO+H2O=CO2+H2

Цей процес проводиться в двох реакторах. У першому проводиться так звана середньотемпературна конверсія монооксиду вуглецю – температура 400°С, каталізатор – залізохромовий. В другому реакторі – низькотемпературна конверсія монооксиду вуглецю – застосовується каталізатор, що містить мідь, температура 220°С.

5-я стадія – Вимивання диоксида вуглецю з газової суміші за допомогою буферного лужного розчину карбонату калію або етаноламіну. Диоксид вуглецю звичайно скраплюють і використовують для виробництва карбаміду.

6-я стадія – Видалення залишків монооксиду вуглецю шляхом конверсії в метан на нікельвміщуючому каталізаторі.

7-я стадія – АВС піддають стискові, а потім охолодженню.

8-я стадія – Газ з компресору надходить у колону синтезу аміаку, що складається з колони синтезу і конденсатору.

Газова суміш, що виходить з колони синтезу містить близько 15% аміаку.

11Агрегати синтезу аміаку

Агрегати синтезу аміаку можна розділити на три категорії:

- низького тиску 10-16 МПа;

- високого тиску 80-100МПа;

- середнього тиску 20-50МПа.

Реактори синтезу аміаку є основними і найбільш складними апаратами установок синтезу. Вони визначають продуктивність системи, стабільність її роботи, тривалість експлуатації й економічну ефективність. У загальному виді реактор синтезу аміаку являє собою колонний апарат, усередині якого розміщена насадка, що складається з катализаторной коробки і теплообмінних елементів. Внутрішня частина колони синтезу призначена в основному для розміщення каталізатора. Від кількості каталізатора, його активності і режиму роботи залежить продуктивність реактора і всієї системи синтезу аміаку. Оптимальний температурний режим у реакційній зоні – 475-525°С.Для забезпечення цього режиму необхідно безупинно відводити з реакційної зони теплоту, еквівалентну кількості аміаку, що утворився. Спроби створити стабільний і оптимальний режим у колоні синтезу привели до розробки численних різновидів конструкцій реакторів синтезу аміаку

По конструктивних ознаках їх можна розділити на наступні групи:

- Трубчасті реактори з теплообмінниками.