Производство аммиака

редактировать

Аммиак - одно из наиболее часто производимых неорганических химикатов. В мире существует множество крупных заводов по производству аммиака, производящих в 2016 году в общей сложности 144 миллиона тонн азота (что эквивалентно 175 миллионам тонн аммиака). Китай произвел 31,9% мировое производство, за которыми следуют Россия с 8,7%, Индия с 7,5% и США с 7,1%. 80% или более производимого аммиака используется для удобрения сельскохозяйственных культур. Аммиак также используется для производства пластмасс, волокон, взрывчатых веществ, азотной кислоты (посредством процесса Оствальда ) и промежуточных продуктов для красок и фармацевтических препаратов.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Современные заводы по производству аммиака
  • 3 Устойчивое производство аммиака
  • 4 Побочные продукты
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

История

Перед началом Первой мировой войны большая часть аммиака была получена путем сухой дистилляции азотистых продуктов растительного и животного происхождения; восстановлением азотистой кислоты и нитритов с помощью водорода ; а также разложением солей аммония щелочными гидроксидами или негашеной известью, при этом наиболее часто используемой солью является хлорид (сали-аммиак ).

Сегодня большая часть аммиака производится в больших масштабах по процессу Габера с производительностью до 3300 тонн в день. В этом процессе газы N 2 и H 2 могут реагировать при давлении 200 бар.

Современные установки по производству аммиака

Блок-схема процесса синтеза аммиака

Типичная современная установка по производству аммиака сначала преобразует природный газ (т. Е. метан ) или СНГ (сжиженные углеводородные газы, такие как пропан и бутан ) или нефть нафта в газообразный водород. Способ получения водорода из углеводородов известен как паровой риформинг. Затем водород объединяют с азотом для получения аммиака с помощью процесса Габера-Боша.

Начиная с исходного сырья природного газа, для получения водорода используются следующие процессы:

  • Первым этапом процесса является удаление соединений серы из сырье, поскольку сера дезактивирует катализаторы, используемые на последующих стадиях. Для удаления серы требуется каталитическая гидрогенизация для преобразования соединений серы в исходном сырье в газообразный сероводород :
H2+ RSH → RH + H 2 S (газ)
  • Газообразный Затем сероводород адсорбируется и удаляется, пропуская его через слои оксида цинка, где он превращается в твердый сульфид цинка :
H2S + ZnO → ZnS + H 2O
CH4+ H 2 O → CO + 3H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
  • Затем углекислый газ удаляется либо абсорбцией в водных растворах этаноламина, либо адсорбцией в адсорберах с переменным давлением (PSA) с использованием запатентованной твердой адсорбционной среды.
  • Заключительным этапом в производстве водорода является использование каталитического метанирования для удаления любых небольших остаточных количеств углерода. оксид или диоксид углерода из водорода:
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2O
CO2+ 4H 2 → CH 4 + 2H 2O

Для получения желаемого конечного продукта аммиака водород затем каталитически реагирует с азотом (полученным из технологического воздуха) с образованием безводного жидкого аммиака. Этот этап известен как цикл синтеза аммиака (также называемый процессом Хабера-Боша ):

3H2+ N 2 → 2NH 3

Из-за природы (как правило, активированный магнетит) катализатор, используемый в реакции синтеза аммиака, допускаются только очень низкие уровни кислородсодержащих (особенно CO, CO 2 и H 2 O) соединений. в синтезирующем (смесь водорода и азота) газе. Относительно чистый азот можно получить путем разделения воздуха, но может потребоваться дополнительное удаление кислорода.

Из-за относительно низких степеней конверсии за один проход (обычно менее 20%) требуется большой поток рецикла. Это может привести к накоплению инертных газов в петлевом газе.

Каждая стадия парового риформинга, конверсии сдвига, удаления диоксида углерода и метанирования работает при абсолютном давлении примерно от 25 до 35 бар, а контур синтеза аммиака работает при абсолютном давлении в диапазоне от 60 до 180 бар в зависимости от используемой собственной конструкции. Есть много инженерных и строительных компаний, которые предлагают собственные разработки для установок синтеза аммиака. Haldor Topsoe из Дании, Thyssenkrupp Industrial Solutions GmbH из Германии, Ammonia Casale из Швейцарии и Kellogg Brown Root из США относятся к числу наиболее опытных компаний в этой области.

Устойчивое производство аммиака

Производство аммиака зависит от обильных запасов энергии, преимущественно природного газа. Из-за критической роли аммиака в интенсивном сельском хозяйстве и других процессах желательно устойчивое производство. Это возможно за счет использования возобновляемой энергии для получения водорода посредством электролиза воды. Это было бы просто в экономии водорода, если бы часть производства водорода была переключена с топлива на использование сырья. Например, в 2002 г. Исландия произвела 2 000 тонн газообразного водорода путем электролиза, используя избыточное производство электроэнергии на своих гидроэлектростанциях, в основном для производства аммиака для удобрений. Гидроэлектростанция Веморк в Норвегии использовала излишки электроэнергии для производства возобновляемого аммиака с 1911 по 1971 год, требуя 15 МВтч / тонну азотной кислоты. Та же реакция осуществляется молнией, обеспечивая естественный источник для преобразования атмосферного азота в растворимые нитраты. На практике природный газ будет оставаться основным источником водорода для производства аммиака, пока он дешевле.

Сточные воды часто содержат большое количество аммиака. Поскольку сброс воды, содержащей аммиак, в окружающую среду, даже на установках очистки сточных вод, может вызвать проблемы, для удаления аммиака часто требуется нитрификация. Это может стать потенциально устойчивым источником аммиака в будущем из-за его большого количества и необходимости в любом случае удалять его из воды. В качестве альтернативы аммиак из сточных вод направляется в электролизер аммиака (электролиз аммиака), работающий с возобновляемыми источниками энергии (солнечные фотоэлектрические установки и ветряные турбины) для производства водорода и чистой очищенной воды. Электролиз аммиака может потребовать гораздо меньше термодинамической энергии, чем электролиз воды (всего 0,06 В в щелочной среде).

Другой вариант извлечения аммиака из сточных вод - это использование механики цикла термической абсорбции аммиак-вода. Используя этот вариант, аммиак можно регенерировать либо в виде жидкости, либо в виде гидроксида аммония. Преимущество первого состоит в том, что с ним намного легче обращаться и транспортировать, тогда как последний также имеет коммерческую ценность, когда производят концентрацию гидроксида аммония в растворе 30%.

Побочные продукты

Одним из основных промышленных побочных продуктов производства аммиака является CO2. В 2018 году высокие цены на нефть привели к длительной летней остановке европейских заводов по производству аммиака, что вызвало коммерческий CO2 дефицит, что ограничило производство газированных напитков, таких как пиво и газированные безалкогольные напитки.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-10 19:16:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте