Proizvodnja amoniaka v industriji. Pridobivanje amonijaka v laboratoriju

15. 3. 2019

Na proces proizvodnje optimalne količine kemikalije in doseganja njene najvišje kakovosti vplivajo številni dejavniki. Proizvodnja amoniaka je odvisna od tlaka, temperature, prisotnosti katalizatorja, uporabljenih snovi in ​​metode pridobivanja pridobljenega materiala. Ti parametri morajo biti ustrezno uravnoteženi, da se doseže največji dobiček iz proizvodnega procesa.

Lastnosti amoniaka

Pri sobni temperaturi in normalno vlažnost zraka amoniak je plinast in ima zelo odbojen vonj. Obdarjen je z strupenimi in dražilnimi učinki sluznice na telo. Proizvodnja in lastnosti amoniaka so odvisne od deleža vode v procesu, saj je ta snov v topnih okoljih zelo topna.

Amoniak je spojina vodika in dušika. Njegova kemijska formula je NH3. Proizvodnja amoniaka

Ta kemična snov deluje kot aktivno redukcijsko sredstvo, zaradi česar se sprosti prosti dušik. Amoniak ima značilnosti baz in alkalij.

Reakcija snovi z vodo

Ko NH3 raztopimo v vodi, dobimo amoniakovo vodo. Največja pri normalni temperaturi se lahko raztopi v 1 volumskem delu vodnega elementa 700 volumnov amoniaka. Ta snov je znana kot amonijak in se široko uporablja v industriji gnojil, v procesnih obratih.

NH3, dobljen z raztapljanjem v vodi, je delno ioniziran v svojih lastnostih.

Amonijak se uporablja v eni od metod za laboratorijski sprejem tega elementa.

Prejem snovi v laboratoriju

Prva metoda za proizvodnjo amoniaka je, da se amonijak zavre, nato pa se nastala para posuši in zbere želena kemična spojina. Pridobivanje amonijaka v laboratoriju je možno tudi z ogrevanjem hidrirano apno in trdni amonijev klorid.

Reakcija amoniaka ima naslednjo obliko:

2NH4Cl + Ca (OH) 2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H20 Priprava in lastnosti amoniaka

Med to reakcijo se pojavi bela oborina. To je sol CaCl 2 , prav tako se tvorita voda in amonijak. Za odvajanje želene snovi, je skozi mešanico apna v kombinaciji s soda.

Pridobivanje amonijaka v laboratoriju ne zagotavlja najbolj optimalne tehnologije za njegovo proizvodnjo v zahtevanih količinah. Že vrsto let ljudje iščejo načine za pridobivanje snovi na industrijski ravni.

Začetki vzpostavitve proizvodnih tehnologij

V letih 1775-1780 so bili izvedeni poskusi vezave prostih dušikovih molekul iz atmosfere. Švedski kemik K. Shellle je našel podoben odziv

Na2C03 + 4C + N2 = 2NaCN + 3CO

Na tej podlagi sta leta 1895 N. Caro in A. Frank razvila metodo za vezavo molekul prostega dušika:

CaC2 + N2 = CaCN2 + C

Ta možnost je zahtevala veliko energije in je bila ekonomsko nedonosna, zato je bila sčasoma opuščena. Pridobivanje amonijaka v laboratoriju

Druga precej draga metoda je bila interakcija molekul dušika in kisika, ki so jih odkrili britanski kemiki D. Priestley in G. Cavendish:

N2 + O2 = 2NO

Povečanje povpraševanja po amonijaku

Leta 1870 se je ta kemikalija štela za nezaželen proizvod plinske industrije in je bila praktično neuporabna. Vendar pa je 30 let kasneje postala zelo priljubljena v industriji koksanja. Praktično delo pri pridobivanju amoniaka

Prvič, povečana potreba po amonijaku je bila obnovljena z ločevanjem od premoga. Toda s povečanjem porabe snovi 10-krat, je bilo opravljeno praktično delo za iskanje načinov za njegovo pridobivanje. Proizvodnja amoniaka se je začela uvajati z rezervami atmosferskega dušika.

Potreba po snoveh na osnovi dušika je bila opažena v skoraj vseh znanih sektorjih gospodarstva.

Iskanje načinov za zadovoljitev industrijskega povpraševanja

Dolga pot je prešla človeštvo na izvajanje enačbe proizvodnje snovi:

N2 + 3H2 = 2NH3

Proizvodnja amoniaka v industriji je bila prvič realizirana leta 1913 s katalitično sintezo iz vodika in dušika. Metoda, ki jo je odkril F. Haber leta 1908.

Odprta tehnologija je rešila dolgoletni problem mnogih znanstvenikov iz različnih držav. Do te točke ni bilo mogoče vezati dušika v obliki NH3. Ta kemijski proces se imenuje cianamidna reakcija. S povečanjem temperature apna in ogljika smo pridobili snov CaC2 (kalcijev karbid). S segrevanjem dušika in pridobljenim kalcijevim cianamidom CaCN 2 , iz katerega je prišlo do sproščanja amoniaka s hidrolizo.

Uvajanje tehnologije amonijaka

Pridobitev NH 3 v svetovnem merilu industrijska poraba se je začela z nakupom tehnološkega patenta F. Haber predstavnik obrata Baden Soda A. Mittash. V začetku leta 1911 je sinteza amoniaka na majhnem obratu postala redna. K. Bosch je ustvaril veliko kontaktno napravo, ki temelji na razvoju F. Haberja. To je bila prvotna oprema, ki je omogočala proces ekstrakcije amonijaka s sintezo v industrijskem obsegu. K. Bosch je prevzel celoten priročnik o tem vprašanju. Proizvodnja amoniaka v industriji

Prihranek stroškov za energijo je vključeval sintezo določenih katalizatorjev.

Skupina znanstvenikov, ki so iskali prave sestavine, je predlagala naslednje: železov katalizator, v katerega so bili dodani kalijev in aluminijev oksid, ki se še vedno šteje za enega najboljših za proizvodnjo amoniaka v industriji.

09/09/1913 je začel delovati prvi obrat na svetu s tehnologijo katalitične sinteze. Proizvodne zmogljivosti so se postopoma povečevale, do konca leta 1917 pa je bilo na mesec proizvedenih 7 tisoč ton amoniaka. V prvem letu obratovanja je ta številka znašala le 300 ton na mesec.

Nato so v vseh drugih državah začeli uporabljati tehnologijo sinteze s katalizatorji, ki se v bistvu ni zelo razlikovala od Haber-Boscheve tehnike. Uporaba visok tlak procesi cirkulacije se odvijajo v vsakem postopku.

Uvedba sinteze v Rusiji

Sinteza z uporabo katalizatorjev, ki zagotavljajo amoniak, je bila uporabljena tudi v Rusiji. Reakcija ima naslednjo obliko: t

N2 + 3H2-2 NH3 + 45,9 kJ

V Rusiji je prvi obrat za sintezo amoniaka začel delovati leta 1928 v Chernorechensku, nato pa je bila proizvodnja izdelana v mnogih drugih mestih.

Praktično delo pri pridobivanju amoniaka se stalno povečuje. V obdobju od leta 1960 do 1970 se je sinteza povečala skoraj sedemkrat. Sprejem, pobiranje in prepoznavanje amoniaka

V državi za uspešno proizvodnjo, zbiranje in prepoznavanje amoniaka z mešanimi katalitičnimi snovmi. Študijo o njihovi sestavi izvaja skupina znanstvenikov pod vodstvom S. S. Lachinova. Ta skupina je našla najbolj učinkovite materiale za tehnologijo sinteze.

Prav tako se nenehno izvajajo študije kinetike procesa. MI Temkin in njegovi sodelavci so na tem področju izvajali znanstvene raziskave. Leta 1938 je ta znanstvenik skupaj s svojim kolegom V. M. Pyzhevom naredil pomembno odkritje, s katerim je izpopolnil proizvodnjo amoniaka. Kinetika sinteze, ki jo sestavljajo ti kemiki, se sedaj uporablja po vsem svetu.

Sodobni proces sinteze

Proces proizvodnje amoniaka s katalizatorjem, ki se uporablja v današnji proizvodnji, je reverzibilen. Zato je vprašanje optimalne ravni vpliva kazalnikov na doseganje maksimalne proizvodnje zelo aktualno.

Postopek poteka pri visoki temperaturi: 400-500 .С. Za zagotovitev zahtevane hitrosti reakcije uporabimo katalizator. Sodobna proizvodnja NH 3 vključuje uporabo visokega tlaka - približno 100-300 atm.

Skupaj z uporabo cirkulacijskega sistema je mogoče pridobiti dovolj veliko maso izvirnih materialov, ki se pretvorijo v amoniak.

Sodobna proizvodnja

Sistem obratovanja vsakega amoniaka je precej zapleten in vsebuje več stopenj. Tehnologija pridobivanja želene snovi se izvaja v 6 fazah. Med sintezo dobimo, zberemo in prepoznamo amoniak.

Začetna faza je pridobivanje žvepla iz zemeljskega plina z uporabo desulfurizerja. Ta manipulacija je potrebna zaradi dejstva, da je žveplo katalitični strup in ubija nikljev katalizator v fazi ekstrakcije vodika. Pridobivanje amonijeve reakcije

V drugi fazi poteka pretvorba metana, ki poteka z uporabo visoke temperature in tlaka z uporabo nikljevega katalizatorja.

V tretji fazi se pojavi delno izgorevanje vodika v kisiku zraka. Rezultat je mešanica vodne pare, ogljikovega monoksida in dušika.

V četrti fazi se pojavi strižna reakcija, ki poteka pri različnih katalizatorjih in dveh različnih temperaturnih pogojih. Na začetku uporabimo Fe3O4 in postopek poteka pri temperaturi 400 ° C. V drugi fazi je vključen učinkovitejši bakrov katalizator, ki omogoča proizvodnjo pri nizkih temperaturah.

Naslednja peta faza vključuje izločanje nepotrebnega ogljikovega monoksida (VI) iz mešanice plinov z uporabo tehnologije absorpcije z alkalijami.

V zadnji fazi ogljikov monoksid (II) odstranimo, ko uporabimo reakcijo pretvorbe vodika v metan skozi nikljev katalizator in višjo temperaturo.

Mešanica plinov, ki nastane pri vseh manipulacijah, vsebuje 75% vodika in 25% dušika. Stisne se pod visokim tlakom in nato ohladi.

Formulacija za sproščanje amoniaka opisuje: t

N2 + 3H2-2 NH3 + 45,9 kJ

Čeprav ta postopek ni videti zelo težaven, pa vsi zgoraj navedeni ukrepi za njegovo izvajanje kažejo na težavo pri pridobivanju amoniaka v industrijskem obsegu.

Na kakovost končnega proizvoda vpliva odsotnost nečistoč v surovinah.

Daljša pot od majhnih laboratorijskih izkušenj do obsežne proizvodnje, je proizvodnja amoniaka danes priljubljena in nepogrešljiva veja kemične industrije. Ta proces se nenehno izboljšuje, saj zagotavlja kakovost, učinkovitost in potrebno količino izdelka za vsako celico nacionalnega gospodarstva.