Для нормальної життєдіяльності рослин і жи-Вотня азот необхідний тільки в засвоюваній формі. Од-нако через високу хімічну інертність азоту його НЕ-вичерпні ресурси * живій природі практично недо-ступні. Для вирішення продовольчої проблеми людство переводить азот в засвоювану форму, «зв'язок-вая» його до простого з'єднання - аміаку, з кото-рого потім отримують азотну кислоту і мінеральні добрива.
Темпи зростання виробництва аміаку постійно збіль-чиваются. При цьому кількісне зростання виробництва супроводжується якісними змінами структури виробничої бази. Укрупнюються потужності оди-кових агрегатів синтезу аміаку ** [6] впроваджуються нові ефективні каталізатори та сорбенти, розробляються прогресивне обладнання та технологічні схеми, що забезпечують більш повне використання сировини і палива. В останні роки за рахунок кращої утилізації теплоти виробництво аміаку вдається організувати по енерготехнологічна принципом, в якому процес повністю самообеспечиваться себе парою і механічною енергією.
Виробництво аміаку складається з трьох стадій: напів-чення азотоводородной суміші, її очищення і власне синтез аміаку.
Перша стадія - отримання азотоводородной суміші. Сировиною для виробництва аміаку є азот і водень. Азот виділяють з повітря - газової суміші, що містить за обсягом 78,05% азоту, 20,95% кисню, 0,94% аргону і в незначних кількостях вугле-кислий газ, неон, гелій, криптон і ксенон. Для цього воз-дух глибоким охолодженням переводять у рідкий перебуваючи-ня, а потім ректифікацією, заснованої на різниці температур кипіння окремих газів, поділяють на со-складові частини.
Водень отримують одним із способів: електролізом води або водних розчинів кухонної солі; з коксо-вого газу послідовним скраплення всіх його компо-нентов, крім водню; конверсією оксиду вуглецю ге-нераторного газу; конверсією метану або його гомологів.
Отримання водню - найбільш дорога стадія про-ництва. В даний час велику частину водню для синтезу аміаку отримують з найбільш дешевих ві-дов сировини - газів, що містять метан і його гомологи. До них відносяться попутні гази нафтовидобутку, при-родний газ, гази нафтопереробки. У присутності водячи-ного пара і кисню метан перетворюється в водень:
а що утворився оксид вуглецю конвертується до СО2 і Н2:
Конверсію природного газу проводять при атмосферному або підвищеному тиску із застосуванням каталізаторів (каталітична конверсія) або без них (високотемпера-турна конверсія). Часто процес на нікелевому каталізу-торі ведуть так, щоб залишкова концентрація метану становила 8 - 10%. При такій концентрації метану його подальше конвертування повітрям (т. Е. Сумішшю азо-ту і кисню в співвідношенні 4: 1) дозволяє отримати відразу азотоводородной суміш з співвідношенням N2. Н2 = = 1: 3. Це виключає необхідність будівництва до-дорогої і енергоємних установок поділу повіт-ха і значно покращує техніко-економічні поки-затели процесу.
Однак отримані азот, водень і азотоводородная суміш забруднені потрапили з природного газу соеди-нениями сірки, а також оксидами і диоксидами вуглецю, що утворилися при конверсії. Через високу чутливих-ності каталізатора синтезу аміаку до цих примі-сям, сильно знижує його активність і викликає незворотні отруєння (особливо сполуки, утримуючи-щие сірку), газ піддають ретельному очищенню.
Друга стадія - очищення газу. Для видалення домішок сірчистих соедіненійтіпа сірковуглецю CS2. сероокісі вуглецю COS і меркаптанів R -SH їх гидрируются на кобальтмолібденовом каталізаторі при темпе-ратурі 350-450 ° С до легкоулавліваемого сірководню
Утворився сірководень видаляють з газу з по-міццю різних поглиначів, наприклад оксиду цинку: ZnO + H2 S à ZnS + Н2 Про
Після такого очищення газ містить сірководню не бо-леї 1 мг / м 3.
Очищення газу від СО2 проводиться за допомогою рідких поглиначів. На зміну водної очищення, по-требляют велику кількість води і енергії на її перекачування, прийшла більш ефективне очищення з по-міццю водних розчинів етаноламінів або гарячих розчинів поташу, активованих миш'яком. При про-мивке газу зазначеними водними розчинами домішки СО2 утворюють карбонати і бікарбонати. Регенерація поглиначів з видаленням СО2 в десорбері виробляє-ся: для етаноламінів - нагріванням до 120 ° С, для рас-творити поташу - зниженням тиску.
Домішки СО видаляються з газу поглинанням мед-ноамміачним розчином слабкої оцтової або мурахи-ної кислоти. Ефективність очищення збільшується з по-щення тиску до 30 МПа і зниженням темпера-тури до 25 - 0 ° С. Після очищення в газі залишається не більше 0,003% СО. При очищенні азотоводородной суміші, напів-чаєм з коксового газу, залишки СО видаляють промивши-кою рідким азотом. При цьому частина азоту випаровується і переходить в азотоводородной суміш, забезпечуючи соот-носіння N2. Н2. близьке 1: 3. Розбавляючи суміш додат-ково кількістю азоту, її доводять до необ-димого для синтезу аміаку точного співвідношення N2. Н2 = 1: 3. У тих випадках, коли залишкові кількістю-ства СО і СО2 в газі невеликі (до 1%), видалення домішок здійснюється їх гидрированием (метанірова-ням) по реакціях
Температура процесу 200 - 400 ° С, каталізатор - нікель, нанесений на оксид алюмінію.
Третя стадія - синтез аміаку. Освіта аміаку по реакції
N2 + 3H2 2NH3 + Q протікає до статочно швидко тільки в присутності каталізаторів, що містять в якості активаторів оксиди алюмінію, калію і кальцію. Тепловий ефект реакції зростає з уве-личением температури, а рівноважний вихід залежить не тільки від температури, але і від тиску.
Синтез аміаку є оборотним екзотерміче-ським процесом. Відповідно до принципу Ле-Шательє відведення теплоти повинен зміщувати реакцію вправо. З цією метою проміжне охолодження газової суміші менш нагрітих зустрічним потоком проводиться після кожного її контакту з каталізатором. Це забезпечує автотермічность процесу. Однак незважаючи на відведення теплоти, температура по ходу процесу все ж дещо збільшується. Тому в колоні синтезу аміаку використовуються каталізатори, ефективно працюють в різних діапазонах температур.
Сучасні колони синтезу аміаку великий оди-нічной потужності мають чотири полки з каталізатора-ми. На першій (по ходу газу) знаходиться Низькотемпе-турний каталізатор (350- 500 ° С), на другій - середньо-температурний (400 -550 ° С); на третій і четвер-тої - високотемпературні (550 - 700 ° С).
На фактичний вихід аміаку крім перерахованих факторів впливають активність каталізатора, склад газової суміші, конструктивні особливості аппа-рата (чим менше в них гідравлічний опір, тим вище пропускна здатність і нижче енергетичні витрати) і тривалість зіткнення газу з каталізатором (або зворотна величина, яка називається об'ємної швидкістю газу). Зі збільшенням об'ємної ско-рости з'їм аміаку з 1 м 3 контактної маси різко віз-розтане. Але одночасно з цим збільшується обсяг прореагувала азотоводородной суміші. У уникне-ня втрат цю суміш необхідно багаторазово прокачано-вать через каталізатор по замкнутому циклу. Це підвищена-шает витрата енергії на перекачування. З економічної точки зору подібні витрати можуть бути зведені до мінімуму при деяких оптимальних значеннях об'ємної швидкості газу (від 15000 до 30000 м 3 газової суміші через 1 м 3 каталізатора на годину).
Техніко-економічні показники цього виробниц-ства можуть бути поліпшені переходом до енерго-, ресурсо- та трудосберегающей технології. Це досягається примі-ням агрегатів великої одиничної потужності, мало-водних схем і АСУТП. Особлива увага приділяється ути-лізації теплоти топкових газів, що виходять з печі нагріву метану, а також газових потоків, які покидають реактор гідрування органічної сірки, конвертери метану і оксиду вуглецю, колони синтезу аміаку, метанатора і т. Д.
Утилізована високопотенційний теплота ис-користується для отримання пари високого тиску. Енер-гія цього пара в турбінах перетвориться в механічну для стиснення і переміщення газів за допомогою компресора-рів. Низькопотенційна теплота утилізується для отримання технологічної пари низького тиску, під-Гревьє води, отримання холоду і т. П. Подібний принцип енергозбереження самообеспечиваться процес паром і ме-механічній енергією. Для районів, що зазнають недо-статок в паливі, це дозволяє організувати виробниц-ство з мінімальними енерговитратами. Заміна ж водяного охолодження повітряним значно скорочує і водоспоживання. Зазначені принципи використовуються в сучасних схемах виробництва аміаку на агрега-тах великий (1500 т / добу) одиничної потужності. Один той-який агрегат забезпечує річну економію експлуата-ційних витрат в сумі 15 млн. Руб. і капиталовлож-ний до 25 млн. руб. Зазначена схема включає блоки отримання азотоводородной суміші, очищення газу і с-за аміаку.