Производство аммиака
Азот широко распространен в природе, он является одним из главных элементов белковых тел - растений и животных. В основном он находится в атмосфере в виде свободных молекул. Определено, что над 1 га поверхности Земли находится около 80000 т азота. Однако, растения не могут непосредственно усваивать атмосферный азот (только простейшие микроорганизмы - бактерии, сине-зеленые водоросли). Для их питания необходимы неорганические соединения, растворимые в воде или в слабых кислотах [1,2,6,7,9].
Минеральное сырье применяется для производства азотных удобрений очень ограниченно (единственное промышленное месторождение связанного азота в виде натриевой силитры находится в Чили). Основным сырьевым источником остается азот атмосферы.
В отличие от азота, водород в молекулярном виде почти не встречается в природе. В связанном виде его запасы значительны - вода и органическое сырье (нефть, газ). В настоящее время главным источником водорода являются природный газ (СНД и вода.
Получаемый аммиак стал практически единственным источником связанного азота для многочисленных производств азотсодержащих соединений. Ежегодное потребление аммиака составляет десятки миллионов тонн в год. Его использование не ограничено только созданием удобрений. Специалисты насчитывают более 2500 областей применения аммиака.
Химическая и функциональная схема производства аммиака
Химическая схема производства аммиака включает следующие реакции:
- 1) паровая конверсия метана СН4 + Н?О = СО + ЗН?
- 2) конверсия оксида углерода СО + Н?О = СО: + ЬЬ
- 3) синтез аммиака N? + ЗН2 = 2NH3
Все реакции каталитические, в схеме представлены только основные стехиометрические уравнения. Функциональные технологические подсистемы включают в себя очистку природного газа от серосодержащих соединений, являющихся каталитическими ядами, и очистку азотоводородной смеси (АВС) от оксидов углерода.
Функциональная схема производства аммиака
1 - очистка природного газа от серосодержащих соединений, 2 -конверсия метана, 3 - конверсия оксида углерода (II), 4 - очистка от оксидов углерода, 5 -синтез аммиака.
В схеме не показана подсистема получения элементарного азота - вместо нее стоит знак вопроса. При дальнейшем рассмотрении показанных подсистем будет обоснован способ выделения азота из воздуха.
