Найти эксперта
Производство аммиака
Аммиак – это бинарное неорганическое химическое соединение, молекула которого состоит из трех атомов водорода и одного атома азота, в нормальных условиях это бесцветный газ с характерным резким запахом.
Производство аммиака весьма энергоемко. Устойчивое производство аммиака возможно при использовании экологически чистого пиролиза метана или получения водорода посредством электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии.
Основой производства аммиака в промышленных масштабах является процесс Хаббера-Боша. Процесс заключается в превращении атмосферного азота в аммиак посредством реакции с водородом с использованием металлического катализатора при высоком давлении и температуре. Такая реакция является экзотермической, то есть ее протеканию благоприятствуют высокое давления и низкие температуры. Это способствует уменьшению энтропии и усложнению процесса. Водород получают посредством парового риформинга, после которого повторяется замкнутый цикл взаимодействия водорода с азотом с получением аммиака. Первичной реакции является:
$N_2+3H_2 => 2NH_3$
До разработки процесса Хаббера-Боша было трудно производить аммиак в промышленных масштабах, потому что такие процессы, как процесс Франко-Кора и Биркеланда-Эйда были малоэффективны.
Автоматизация процесса производства аммиака
Пример схемы регулирования производства аммиака изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема регулирования производства аммиака. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1, 8 - многоступенчатые поршневые компрессоры; 2 - фильтр; 3 - конденсационная колонна; 4 - аммиачный испаритель; 5 - колонна синтеза; 6 - холодильник; 7 - сепаратор; 9 - емкость.
Смесь азота и водорода компримируется до 0,32 мегапаскаля первым поршневым многоступенчатым компрессором, а затем подается в масляный фильтр, который предназначен для очистки от смазочного масла сжатого газа. Тут происходит очистка непрореагировавшей смеси после второго компрессора. После фильтра смесь подается в межтрубное пространство конденсационного теплообменника. Охлаждение и конденсация аммиака, который содержится в смеси, осуществляется встречным потоком холодного газа из аммиачного испарителя. Сконденсировавшейся аммиак собирается в емкости, а смесь азота и водорода поступает в колонну для синтеза. Синтез происходит по следующей схеме. Реакция образования аммиака обратима и происходит с выделением газа. Как правило, реакция проводится при температуре 500 градусов по Цельсию, при этом выход аммиака составляет 12-15 %. После колонны контактный газ поступает в холодильник и охлаждается до 30-35 градусов по Цельсию. При этом, аммиак, который содержится в газе, конденсируется. В сепараторе происходит отделение жидкого аммиака от непрореагировавшей смеси азота и водорода, которая поступает в линию всасывания циркуляционного компрессора, обеспечивающего компенсацию потерь давления в колонне, холодильнике и сепараторе, а также возврат смешивая фильтр. Жидкий аммиак дросселируется до 2-2,5 мегапаскалей и отводится в емкость, в которой из него выделяются растворенные газы.
Найти эксперта
Оборудованием для производства аммиака необходимо управлять таким образом, чтобы выход аммиака поддерживался на максимально возможным для данных условий значении. Выход аммиака определяется температурой и давлением в зоне реакции, составом исходной смеси, свойствами катализатора (в колонне синтеза) и продолжительностью пребывания газа в зоне катализатора. Регулирующие воздействия на значения давления и температуры вносятся изменением расхода газа, который подается в колонну синтеза по байпасной линии, а также расхода газа, байпасируемого из выходной магистрали компрессора во входную. Продолжительность пребывания газа в контактной зоне определяется расходом смеси водорода и газа. Такой расход поддерживается на постоянном значении на предшествующем участке, таким же образом поддерживается состав смеси. Выделение газа из жидкого аммиака в емкости происходит при постоянном давлении. С этой целью устанавливается регулятор давления, который способен изменять расход выделяемых газов. Материальный баланс в сепараторе, емкости и конденсаторе поддерживается при помощи регуляторов уровня посредством изменения отбора веществ из них.
Найти эксперта
