ВУЗ:
Составители:
3
Технология “связанного азота”
Азот широко распространен в природе, он является одним из основ-
ных элементов белковых тел – животных и растений . В основном он нахо-
дится в атмосфере в виде свободных молекул . Подсчитано, что над 1 га
поверхности Земли находится около 80 тыс. т. азота . Но растения не могут
непосредственно усваивать атмосферный азот. Для их питания необходи -
мы неорганические соединения , растворимые в воде или в слабых кисло-
тах . Минеральное сырье очень ограниченно используется для производст-
ва азотных удобрений . Главным сырьевым источником остается азот атмо-
сферы. Перевод азота из свободного (молекулярного ) состояния в химиче-
ски связанную форму определил название области химической технологии
– “производство (технология ) связанного азота” .
Из нескольких способов связывания молекулярного азота воздуха в
виде азотосодержащих соединений основным стал аммиачный метод – по -
лучение аммиака из азота и водорода. Теоретические основы синтеза ам -
миака были заложены в исследованиях Ф . Гарбера в Германии в 1904-1907
гг. и там же в 1913 г. К . Бош создал первую промышленную установку.
В отличие от азота водород в молекулярном состоянии почти не
встречается , но в связанном виде его запасы велики. Из воды водород из -
влекали через газификацию угля и электролизом воды. В настоящее время
основным источников водорода являются природный газ и вода.
Химическая схема включает следующие реакции:
паровая конверсия метана CH
4
+ H
2
O = CO + 3H
2
конверсия оксида углерода CO + H
2
O = CO
2
+ H
2
синтез аммиака N
2
+ 3H
2
= 2NH
3
Все реакции каталитические, здесь приведены только основные сте -
хиометрические уравнения . Функциональные технологические подсисте -
мы включают в себя очистку природного газа от серосодержащих соеди -
нений , которые являются каталитическими ядами, и очистку азотоводо -
родной смеси от оксидов углерода. Блок-схема паровоздушной конверсии
природного газа в технологической нитке производства аммиака представ -
лена на рис .1.
Очистка природного газа от серосодержащих соединений. Природ-
ный газ содержит примеси серосодержащих соединений – меркаптаны,
тиофен , сероуглерод, сульфиды, сероводород и др. Кроме того , газ одори -
руют – добавляют этилмеркаптан , обладающий сильным запахом. Содер-
жание серы невелико , в среднем несколько десятков. Но сера в любом виде
отравляет катализаторы, используемые в производстве аммиака. Ее содер-
жание не должно превышать 0,5 мг/м
3
.
3
Т ехно л о гия “ с вя занно го азо та”
А з о тш иро ко распро стран ен в приро де, о н я вля ется о дн им из о сн о в-
н ых элемен то в белко вых тел – ж иво тн ых и растен ий. В о сн о вн о м о н н ах о -
дится в атмо сф ере в виде сво бо дн ых мо лекул. П о дсчитан о , что н ад 1 га
по верх н о сти Земли н ах о дится о ко ло 80 тыс. т. аз о та. Н о растен ия н е мо гут
н епо средствен н о усваивать атмо сф ерн ый аз о т. Д ля их питан ия н ео бх о ди-
мы н ео рган ические со един ен ия , раство римые в во де или в слабых кисло -
тах . М ин еральн о е сырье о чен ь о гран ичен н о испо льз уется для про из во дст-
вааз о тн ых удо брен ий. Главн ым сырьевым исто чн ико м о стается аз о татмо -
сф еры. П ерево д аз о таиз сво бо дн о го (мо лекуля рн о го ) со сто я н ия в х имиче-
ски свя з ан н ую ф о рму о пределил н аз ван ие о бласти х имическо й тех н о ло гии
– “про из во дство (тех н о ло гия ) свя з ан н о го аз о та” .
И з н еско льких спо со бо в свя з ыван ия мо лекуля рн о го аз о та во з дух а в
виде аз о то со держ ащ их со един ен ий о сн о вн ым стал аммиачн ый мето д – по -
лучен ие аммиака из аз о та и во до ро да. Т ео ретические о сн о вы син тез а ам-
миакабыли з ало ж ен ы в исследо ван ия х Ф . Гарберав Герман ии в 1904-1907
гг. и там ж е в 1913 г. К . Бо ш со з дал первую про мыш лен н ую устан о вку.
В о тличие о т аз о та во до ро д в мо лекуля рн о м со сто я н ии по чти н е
встречается , н о в свя з ан н о м виде его з апасы велики. И з во ды во до ро д из -
влекали через газ иф икацию угля и электро лиз о м во ды. В н асто я щ ее время
о сн о вн ым исто чн ико в во до ро дая вля ю тся приро дн ый газ и во да.
Химическая сх емавклю чаетследую щ ие реакции:
паро вая ко н версия метан а CH 4 + H2O = CO + 3H2
ко н версия о ксидауглеро да CO + H 2O = CO2 + H2
син тез аммиака N 2 + 3H2 = 2NH3
В се реакции каталитические, з десь приведен ы то лько о сн о вн ые сте-
х ио метрические уравн ен ия . Ф ун кц ио н альн ые тех н о ло гические по дсисте-
мы вклю чаю тв себя о чистку приро дн о го газ а о тсеро со держ ащ их со еди-
н ен ий, ко то рые я вля ю тся каталитическими я дами, и о чистку аз о то во до -
ро дн о й смеси о то ксидо в углеро да. Бло к-сх ема паро во з душ н о й ко н версии
приро дн о го газ ав тех н о ло гическо й н итке про из во дствааммиакапредстав-
лен ан арис.1.
О чис тка п р ир о дно го газа о т с ер о с о дер ж ащ их с о единений. Приро д-
н ый газ со держ итпримеси серо со держ ащ их со един ен ий – меркаптан ы,
тио ф ен , серо углеро д, сульф иды, серо во до ро д и др. К ро ме то го , газ о до ри-
рую т– до бавля ю тэтилмеркаптан , о бладаю щ ий сильн ым з апах о м. Со дер-
ж ан ие серы н евелико , в средн ем н еско лько деся тко в. Н о серав лю бо м виде
о травля еткатализ ато ры, испо льз уемые в про из во дстве аммиака. Е е со дер-
ж ан ие н е до лж н о превыш ать 0,5 мг/м3.
