Общая химическая технология. Брянкин К.В - 67 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Принципиальная схема производства аммиака, осуществляемого при среднем давлении, включает семь
основных операций (рис. 6.1).
Природный газ очищают от сернистых соединений, поскольку они отравляют катализаторы и замедляют
реакции, составляющие химическую схему производства. К очищенному газу добавляют водяной пар, после
чего парогазовую смесь направляют на конверсию метана 2.
1
Природный
газ (СН
4
)
2 3 4 5 6 7
Пар воды Пар воды
Воздух
Конвертированный
газ
Азотводородная
смесь
Аммиак
Рис. 6.1. Принципиальная схема производства аммиака
под средним давлением:
1 – очистка природного газа от сернистых соединений; 2, 3 – конверсия
метана (первая и вторая ступени); 4 – конверсия окиси углерода; 5 – очистка
конвертированного газа; 6 – синтез аммиака; 7 – выделение аммиака
Здесь процесс конверсии [реакция (6.2)] протекает частично; достаточно полно эта реакция осуществляется на
второй стадии 3, куда поступает реакционная смесь с добавляемым к ней воздухом (рис. 6.1).
Часть метана взаимодействует с кислородом воздуха [реакция (6.3)]; при этом выделяющееся тепло обес-
печивает необходимый температурный режим на второй стадии 3. Кроме того, с воздухом вводится азот, необ-
ходимый для получения азотоводородной смеси.
После конверсии метана к реакционной смеси добавляют водяной пар и направляют ее в конвертор окиси
углерода 4 [реакция (6.4)]. Полученный конвертированный газ содержит значительное количество примесей,
снижающих активность катализатора синтеза аммиака, поэтому газ подвергают специальной очистке, стадия 5.
Полученную азотоводородную смесь направляют в реактор синтеза аммиака 6. Степень превращения азота на
катализаторе с образованием NН
3
составляет всего лишь 15…20 %, поэтому после выделения аммиака (стадия
7) непрореагировавшую азотоводородную смесь возвращают в процесс.
6.1.3. Физико-химические основы производства
Конверсия метана водяным паром. Конверсию метана проводят при атмосферном или повышенном дав-
лении с применением катализатора (каталитическая конверсия метана) или без него (высокотемпературная кон-
версия метана). Наиболее широкое распространение получил первый способ.
Для наиболее полного использования сырья (остаточное содержание CH
4
в азотоводородной смеси не
должно превышать 0,5 %) процесс конверсии метана по реакции (6.2) желательно вести с наибольшей степенью
превращения, определяемой условиями равновесия
*
OH
*
CH
*
H
*
CO
24
2
pp
pp
K
p
= ; (6.5)
BTAK
p
+−=lg
. (6.6)
Из приведенных уравнений видно, что сдвиг равновесия в сторону получения целевого продукта (
2
Н
р
),
соответствующий увеличению равновесной и, следовательно, фактической степени превращения может быть
достигнут в результате повышения концентрации одного или обоих исходных реагентов, снижения давления и
увеличения температуры, поскольку при этом возрастает величина K
p
(так как перед А/Т отрицательный знак).
На практике повышают качество только паров воды – относительно дешевого продукта. При этом содержание
воды характеризуется коэффициентом m =
ОН
2
р
/
.
4
СН
р
В настоящее время процесс ведут в присутствии катализатора, который обеспечивает достаточно высокую
скорость реакции при температуре 800…900 °С. Для увеличения скорости реакции повышают также давление
процесса, несмотря на то, что в этих условиях несколько возрастает равновесное содержание СН
4
в реакцион-
ной смеси [реакция (6.2) сопровождается увеличением объема газа]. Однако с увеличением давления повыша-
ется концентрация реагирующих веществ, причем увеличение скорости реакции значительно опережает ее
снижение от увеличения объема. Кроме того, поскольку природный газ поступает под давлением (1…2 МПа),
достигается значительная экономия энергии, так как для осуществления синтеза аммиака азотоводородную
смесь подвергают сжатию.
В качестве катализатора синтеза аммиака применяют никель, нанесенный на окись алюминия или на окись
магния.
Конверсия метана кислородом [реакция (6.3)] протекает одновременно со второй стадией процесса (рис.
6.1, операция 3). Эта реакция протекает с большой скоростью.
Конверсия окиси углерода. После конверсии метана [реакции (6.2) и (6.3)] полученная газовая смесь со-
держит 20…40 % окиси углерода. Для превращения окиси углерода в двуокись углерода и получения дополни-
тельного количества водорода конвертированный газ вместе с водяным паром пропускают через катализатор, в

Страницы