Общая химическая технология. Брянкин К.В - 69 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Каталитическая очистка применяется для удаления небольших количеств СО, СО
2
и О
2
. Основу катализа-
торов гидрирования составляют такие активные компоненты, как никель, железо, металлы платиновой группы,
в присутствии которых протекают следующие реакции:
СО + 3Н
2
Н
2
О + СН
4
;
СO
2
+ 4Н
2
2H
2
O + CH
4
;
О
2
+ 2Н
2
2Н
2
О.
Преимуществом каталитического гидрирования является достижение тонкой очистки газов. Очистка кон-
вертированного газа от окиси углерода часто производится абсорбцией СО водными растворами комплексных
солей закисной меди и аммиака, содержащих анионы угольной, муравьиной или уксусной кислот, так называе-
мыми медноаммиачными растворами. Поглотительная способность этих растворов в обычных условиях неве-
лика, но она возрастает при повышении давления и понижении температуры.
Оптимальными условиями этого процесса очистки является давление 10…32 МПа и температура 0…10 °С.
Регенерацию поглотительного раствора ведут при 75…80 °С и атмосферном давлении. Регенерированный
раствор после охлаждения возвращается на абсорбцию, а газы после удаления аммиака, выделившегося при
регенерации, могут быть направлены на конверсию окиси углерода.
Синтез аммиака. Как видно из уравнения (6.1), синтез аммиака – процесс обратимый; он протекает с
уменьшением объема и выделением тепла, следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье и в соответствии с
уравнением константы равновесия, для смещения равновесия в сторону образования аммиака необходимо по-
вышать давление и понижать температуру.
Синтез аммиака в отсутствие катализатора протекает крайне медленно, поэтому на практике этот процесс
ведут в присутствии катализатора при температуре выше 400 °С. Наиболее высокой каталитической активно-
стью в этом процессе обладают железо, марганец, вольфрам; каталитической активностью обладает также пла-
тина и некоторые другие металлы. Присутствие в катализаторе небольшого количества добавок (промоторов
или активаторов) повышает его активность и устойчивость. В качестве катализаторов применяют железный
катализатор, получаемый сплавлением окислов железа Fe
3
O
4
с активаторами: А1
2
О
3
, К
2
О, СаО и SiO
2
и после-
дующим восстановлением окислов железа до металлического. Этот катализатор обладает высокой активностью
и большой стойкостью к перегревам и примесям, которые в небольших количествах всегда содержатся в азото-
водородной смеси.
Синтез аммиака – типичный гетерогенно-каталитический процесс, лимитирующей стадией которого явля-
ется активированная адсорбция реагирующих веществ на поверхности катализатора.
Важной характеристикой химико-технологического процесса является его интенсивность. В рассматри-
ваемом случае (как и в других химических процессах) процесс необходимо вести так, чтобы обеспечивалась оп-
тимальная интенсивность, что определяется, главным образом, экономическими факторами. Оптимальную ин-
тенсивность рассчитывают путем анализа взаимного влияния отдельных параметров процесса.
Для каждого значения объемной скорости содержание аммиака увеличивается с ростом температуры до
некоторого максимального предела.
При дальнейшем повышении температуры содержание NН
3
уменьшается, так как равновесная концентра-
ция аммиака снижается. При 500 °С повышение объемной скорости в четыре раза приводит к уменьшению со-
держания аммиака в реакционной смеси всего лишь на 20 %. Таким образом, при повышении S резко возраста-
ет интенсивность процесса, т.е. съем NH
3
с 1 м
3
контактной массы. При этом увеличение интенсивности
U = 0,77yS, (6.13)
где у – мольная доля аммиака в газовой смеси; S – объемная скорость; 0,77 – плотность аммиака.
Положительное влияние объемной скорости S на интенсивность процесса обусловлено тем, что процесс
идет вдали от равновесия, т.е. в области высоких скоростей. Однако при увеличении S снижается содержание
NH
3
в реакционной смеси и, соответственно, возрастает объем непрореагировавшей азотоводородной смеси,
находящейся в цикле, что приводит к повышению расхода энергии на транспортирование газа, а также к увели-
чению размеров трубопроводов, теплообменников и конденсаторов; при этом нарушается автотермичность
процесса и снижается полнота выделения аммиака из газовой смеси. Таким образом, вопрос о выборе опти-
мальных объемной скорости и температуры решается на основании результатов соответствующих экономиче-
ских расчетов.
6.1.4. Технологическая схема производства
Технологическая схема современного производства аммиака включает около 30 основных и большое чис-
ло разных вспомогательных аппаратов.
Природный газ под давлением, близким к атмосферному, поступает в теплообменник 2 (рис. 6.2), где на-
гревается до 380 °С и направляется для очистки от сернистых соединений в аппарат 1, заполненный

Страницы