Що стосується тиску, то тут використовується тиску близько 300 - 100 атм, але найчастіше «середнє» тиск ≈ 250 атм. Хоча при цих умовах тільки близько 20% вихідних речовин перетворюється в аміак, проте в результаті використання циркуляційної технологічної схеми (введення непрореагировавших Н2 і N2 знову в реакцію) сумарна ступінь перетворення вихідних речовин в аміак є дуже високою.
2. Сучасний процес отримання аміаку
Робота сучасного аміачного заводу дуже складна. Це твердження здається дивним, якщо «орієнтуватися» тільки лише на досить просто виглядає рівняння реакції (1), що є основою синтезу аміаку. Однак твердження про складність промислового синтезу аміаку не покажеться надмірним вже після першого ознайомлення зі схемою дії аміачного заводу, що працює на природному газі (рис.1). Перша стадія в процесі синтезу аміаку включає десульфуранти. Десульфуранти - технічний пристрій з видалення сірки з природного газу. Це абсолютно необхідна стадія, оскільки сірка є каталітична отрута і «отруює» нікелевий каталізатор на наступній стадії отримання водню.
Друга стадія промислового синтезу аміаку передбачає конверсію метану (промислове отримання водню). Конверсія метану - це оборотна реакція, що протікає при 700 - 800 ° С і тиску 30 - 40 атм за допомогою нікелевого каталізатора при змішуванні метану з парами води:
СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 (2)
Утворився по даній реакції водень, здавалося б, уже можна використовувати для синтезу аміаку по реакції (1) - для цього необхідно запустити в реактор повітря містить азот. Так і надходять на стадії (3), однак на цій стадії відбуваються інші процеси.
Відбувається часткове згоряння водню в кисні повітря:
2Н2 + О2 = Н2О (пар)
В результаті на цій стадії виходить суміш водяної пари, оксиду вуглецю (II) і азоту. Водяна пара, в свою чергу, відновлюється знову з утворенням водню, як на другій стадії по торою стадії по ним чином, після перших трьох стадій є суміш водню, азоту і «небажаного» оксиду вуглецю (II).
На рис.1 стадія (4) позначена як реакція «зсуву», але проходити вона може при двох температурних режимах і різних каталізаторах. окислення
СО, що утворюється на двох попередніх стадіях, до СО2 проводять саме з цієї реакції:
СО + Н2О (пар) ↔ СО2 + Н2 (3)
Процес «зсуву» проводять послідовно в двох «ректорів зсуву». У першому з них використовується каталізатор Fe3О4 і процес проходить при досить високій температурі близько 400 ° С. У другому процесі використовується більш ефективний мідний каталізатор і процес вдається провести при більш низькій температурі.
На п'ятому ступені оксид вуглецю (IV) «вимивають» із газової суміші за допомогою поглинання лужним розчином:
КОН + СО2 = К2СО3.
Реакція «зсуву» (3) оборотна і після 4-й стадії в газовій суміші насправді залишається ще ≈ 0,5% СО. Цієї кількості СО цілком достатньо, щоб занапастити залізний каталізатор на головній стадії синтезу аміаку (1). На 6-й стадії оксид вуглецю (II) видаляють реакцією конверсії воднем в метан на спеціальному нікелевому каталізаторі при температурах 300 - 400 ° С:
СО + 3Н2 ↔ СН4 + Н2О
Газову суміш, яка тепер містить ≈ 75% водню і 25% азоту, піддають стисненню; тиск її при цьому зростає від 25 - 30 до 200 - 250 атм. Відповідно до рівняння Клайперона-Менделєєва таке стискання призводить до дуже різкого підвищення температури суміші. Відразу ж після стиснення доводитися охолоджувати до 350 - 450 оС. Саме цей процес і описується з точністю реакцією (1).
Список використаної літератури