ЖАЛПЫ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ

4-ші дәріс

Тақырып: Аммиак өндірісі.

ЖОСПАР

1. Атмосфералық азотты байланыстыру әдістері.

2. Азотты-сутекті қоспаны алу және тазарту.

3. Аммиак синтезінің физика-химиялық негіздері.

4. Аммиак синтезінің технологиялық сұлбасы.

1. Атмосфералық азотты байланыстыру әдістері.

Атмосфералық азотты байланыстырудың үш әдісі белгілі:

1. Электродоғалық әдіс (1500К)

N₂+O₂2NO; ΔH=180 кДж

Бұл эндотермиялық процесс, шығымы аз, энергия көп жұмсалады, сондықтан қазіргі кезде плазмалық процесстер кең қолдануда.

2. Цианамидтік әдіс (1000⁰С)

CaC₂+N₂CaCN₂+C; ΔH=302 кДж

CaCN₂+3H₂O=2NH₃+CaCO₃;

CaCN₂+H₂O+CO₂=CN-NH₂+CaCO₃;

CN-NH₂+H₂O=(NH₂)₂CO

Бұл процесс катализаторлар қатысында 500⁰С температурада, 30МПа қысымда жүреді.

3. Аммиактік әдіс:

N₂+3H₂2NH₃; ΔH=-112 кДж

Кен таралған аммиакты әдісін дәлірек қарастырайық.

2. Азотты-сутекті қоспаны алу және тазарту

Ауаны сұйылту – ректификациялау.

Т_қайнау(N₂)=-195,8⁰C;Т_қайнау(О₂)=-183⁰C.

Сутегін метан немесе СО газын су буымен конверсиялау арқылы алуға болады (катализатор - Ni/Al₂O₃, температура - 800-1000⁰С). Одан басқа тағы сутегін судың электролизімен, метанның крекингімен, кокс газынан бөлу арқылы алуға болады.

CH₄+0,5O₂=CO+2H₂; ΔH=-35 кДж;

CH₄+H₂O=CO+3H₂; ΔH=206 кДж;

CO+H₂O=CO₂+H₂; ΔH=41 кДж;

CH₄+CO₂=2CO+2H₂; ΔH=248 кДж.

Cинтез-газ (СО+Н₂) құрамында: H₂~62%, CO₂-0,5%, CO~17%, N₂~20%, CH₄~0,3%.

Келесі сатыда газ қоспасын СО және СО₂ газдардан тазартады, өйткені бұл газдары катализаторды (Fe_балқ) уландырады.

Тазартуды монометаноламиннің 20% ертіндісімен 2,5-3,0 МПа жүргізеді. Бұл әдіспен газ 75%-на дейін тазартылады:

карбонат

гидрокарбонат

Түзілген карбонат пен гидрокарбонатты қыздыру барысында регенерацияланады.

Осындай тазартудан кейін СО₂-нің мөлшері 0,1%-дан аспайды.

СО-дан тазарту үшін газ қоспасы сұйық азотпен жуылады. Осының нәтижесінде СО, СО₂, қалдық метан, аргон, оттек сұйыққа айналады.

Әрі қарай СО, СО₂ газдардың қалдықтарынан тазарту үшін метандандыруды жүргізеді:

СО+3Н₂=CH₄+H₂O;

CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O;

O₂+2H₂=2H₂O.

Бұл процесс Ni/Al₂O₃ катализаторы қатысында, 300⁰С температурада, 2-3атм қысымда жүргізіледі.

3. Аммиак синтезінің физико-химиялық негіздері

3H₂+N₂ 2NH₃

Реакцияның тепе-теңдігі қысым мен температураға байланысты өзгеріп отырады. Тепе-теңдікті оң жаққа ауыстыру үшін қысымды көбейту немесе температураны төмендету қажет.

45⁰С температурада және 10атм қысымда газ құрамында 15% аммиак, ал 450⁰С және 30атм қысымда 35% аммиак болады, бірақ өте үлкен қысым техникалық жағынан қолайсыз.

Температура төмендегенде аммиактың шығымы жоғары болғанымен реакция жылдамдығы құрт төмендеп кетеді.

Көптеген металдар катализдік әсер көрсетеді: Mn, Fe, Ro, Re, Os, Pt, U (d-және f-электрондық қабаттары толтырылған элементтері). Аталған катализаторлардың ең тиімдісі – темір. Балқытылған темір Al₂O₃, K₂O, CaO және SiO₂ қоспасына қондырылады. Күкірттің қосылыстары, СО және СО₂ катализаторды уландырып, істен шығарады. СО және СО₂-мен уланған катализаторды қыздыру арқылы қайтадан алғашқы қалпына келтіруге болады.

Катализдік механизімі бес сатыдан тұрады:

1. Азот пен сутегінің газ көлемінен катализатор бетіндегі белсенді орталықтарға диффузия арқылы жеткізілуі;

2. Азоттың катализатор бетінде белсенді адсорбциялануы;

3. Сутегінің адсорбцияланған азотпен байланысып, аралық қосылыс беруі:

NHKNH₂KNH₃K

имид амид аммиак

4. Аммиактың катализатор бетінен десорбциялануы;

5. Газ күйіндегі аммиактың катализатордан газды фазаға диффузиясы.

Реакция жылдамдығы екінші сатымен шектеледі.

Көптеген тәжірибелік деректер бойынша процесс жылдамдығы келесі теңдеумен анықталады:

k₁ және k₂ – тура және кері реакциялардың жылдамдық константалары; Р_і – парциалды қысымдар;  - (01) катализатор бетінің азоттың толу дәріжесін көрсететін коэффициент;  - қысымға байланысты өзгеретін коэффициент.

Егер =0 болса, азот адсорбциясы болмаса, онда реакция кері бағытта жүреді:

Егер =1 болса, онда реакция тура бағытта жүреді:

Практикалық жағдайда 0,5 тең.

4. Аммиак синтезінің технологиялық сұлбасы.

Аммиакты өндіру 3 түрлі қысымда жүреді:

1. 10МПа-дан төмен;

2. 20-30МПа;

3. 75-100МПа.

Олардан ең кең қолданатыны 20-30МПа қысымында аммиакты өндіру желісі.

1-ші суретте аммиак синтезінің орта қысымды түтікті мұнара келтірілген.

1-ші сурет. Аммиак синтезінің орта қысымды түтікті мұнара:

1- қақпақтар; 2- мұнара сырт пішіні; 3- катализаторлық қорап; 4- жылу алмастырғыш түтіктер; 6- жылуды изо­ляциялау; 6- тор; 7-орта түтігі; 8-жылуалмастырғыш.

2-ші сурет. Аммиак өндірісінің технологиялық сұлбасы:

1-табиғи газды жылытқыш; 2 –органикалық күкіртті гидрлеу реакторы; 3 -күкірттісутегінің адсорбері; 4 -жылуалмастырғыш; 5 –метанның конверторы – түтікті пеш; 6 -пеш; 7 –метанның шахталық конвертері; 8 –булы қазан; 9 -I-ші сатылы СО конверторы; 10–II-ші сатылы СО конверторы; 11- жылуалмастырғыш; 12-СО₂ регенераторы; 13 - СО₂ абсорбері; 14, 24–ауалы тоңазытқыш; 15 — метанатор; 16 – газды турбиналы турбокомпрес­сор; 17 –булы турбина; 18- аммиакты тоңазытқыш; 19 –біріншілік сепаратор; 20 –екіншілік сепаратор; 21 салқын жылуалмастырғыш; 22 - булы қазандарды су жылытқыш; 23 — «ыстық» жылуалмастырғыш; 25 – сатылы синтез мұнарасы.

Әдебиеттер тізімі

негізгі

1. Решетников П.А., Логинов Н.Я., Сборник примеров и задач по основам химической технологии. М:, 1973

2. Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.

3. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.

4. Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.

5. Ключников Н.Г. Практические занятия по химической технологии. М:1972.

6. Ключников Н.Г. Практические занятия по химической технологии. М:1978.

7. Аранская О.С. Сборник задач и упражнений по химической технологии и биотехнологии. Минск.1989.

8. Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959

9. Букварева О.Ф. Кинетика и термохимия процессов термодеструкции углеродсодержащих веществ. М:2001.

10. Иванов Г.Н., Лопатинский В.П. Основные методы расчета промышленных реакторов. Томск. 1985.

11. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.М:1973.

12. Кафоров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов технологических производств. М: 1991.

13. Крашенинников С.А. Технология соды. М: 1988.

14. Лазарев С.Я. и др. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам. Л:1986.

15. Лапшеников Г., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М:1988.

16. Левин В.П., Туварджиев Л.В. Химико-технологические поцессы получения промышленных материалов. Калинин, 1989.

17. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем.Л:1987.

18. Одабашян Г.В., Швец В.Ф. Лабораторный практикум по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М: 1992.

19. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л: 1983.

20. Процессы и аппараты химической технологии. Минск: 1988.

21. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.

22. Соколов Р.С. Лабораторный практикум по химической технологии М:1985.

23. Суербаев Х.А. Катализ в нефтепереработке ч.3. Алматы, 2002.

24. Суербаев Х.А. Каталитические процессы в нефтеперерабатывающей промышленности. Алматы, 2002.

25. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органичекого и нефтехимического синтеза. М:1992.

26. Химическая технология /под. ред. А.В. Белоцветова М: 1971.

27. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. ч.1, М: 2002.

28. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа. Минск. 1989.

29. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процесов и аппаратов химической технологии. Л: 1961.

30. Плановский А.Н., Рамм В.Н., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.М: 1962.

31. Оңғарбаев Е.К. Табиғи және мұнайға серік газдарды өңдеу: Оқу құралы. Алматы, 2003.

32. Суербаев Х.А. Мұнай өңдеу және мұнай химиясындағы бос-радикалдық процесстер. Алматы. 2004.

33. Баязит Н.Х. Кенді жер астында қазу және жобалау. Алматы. 1996.

34. Нысанбаев Ғ. Мың құпиялы металдар. Алматы: 1993.

35. Жұмағұлов Н. Сумен жабдықтау. Алматы. 1995.

ҚОСЫМША

1. Евстигнеева Р.П. Тонкий органический синтез. М: 1991.

2. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М: 1985.

3. Бажиров Н.С., Битемиров М.К. Химия и технология шлаковых цементов. Алматы. 1996.

4. Гибкость химических производств. Анализ и оценка. М: 2000.

5. Беляков А.В. Механическая обработка неорганических неметаллических материалов. М: 2001.

6. Беляков А.В. Химические методы получения керамических порошков. М: 2001.

7. Борисов В.В., Плютто В.П. Практикум по теории автоматического управления химико-технологическими процессами. М: 1987.

8. Дитнерский Ю.И. Моделирование процесса фильтрации с помощью керамических мембран. М:2001.

9. Информационные технологии в химии: использование автоматизированной информационно-поисковой системы STN Intepnational для поиска хим. информации. М:2000.

10. Ионообменные методы очистки веществ. Воронеж, 1984.

11. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем. М: 1991.

12. Комарова Т.В. Получение углеродных материалов М: 2001.

13. Лабораторный практикум по синтезу промежуточных подуктов и красителей. Л: 1985.