Как получить азот для производства аммиака

Сырье для производства аммиака. Синтез аммиака из смеси азота и водорода (АВС)

Технологические свойства аммиака.

Аммиак ( NH 3 ) — бесцветный газ с резким запахом и температурой кипения — 33,4 ˚C и температура плавления — 77,8˚С Аммиак хорошо растворим в воде ( 750 литров на литр воды ), мало растворим в органические растворители.

При взаимодействии с водой аммиак образует гидраты следующего состава:

Небольшое количество молекул аммиака, растворенных в воде, ионизируется в результате реакция:

Степень диссоциации 0,004.

Жидкий аммиак растворяет щелочные и щелочноземельные металлы, фосфор, серу, йод и многие другие неорганические и органические соединения.

При температуре 1300 °С аммиак диссоциирует на азот и водород:

Сухой аммиак образует с воздухом взрывоопасные смеси, предел взрываемости которых зависит от температуры.

Мировое производство аммиака в 1980 было более 90 млн. тонн.

Первый завод по производству аммиака был открыт в 1913 мощностью 25 т в сутки.

Сырьем при производстве аммиака является смесь нитрата водорода (АСБ) состава N 2 :H 2 = 1:3. Источники атмосферного азота практически неисчерпаемы, поэтому производство аммиака в первую очередь определяется способом производства. водород.

Рисунок 4.3. – Сырье для производства аммиака.

Азот получают ректификацией (перегонкой) сжиженного атмосферного воздуха.

Водород для синтеза аммиака можно получить:

1. обратное разделение коксового газа,

2. газификация твердого топлива,

3. конверсия природного газа (метан или его газообразные аналоги),

4. конверсия оксидных паров угля,

5. крекинг метана

6. электролиз или термическое разложение воды

Методы конверсии метана и оксида углерода и отделение коксового газа имеет первостепенное значение.

В перспективных планах широкого использования водорода в промышленных и энергетических целях предусматривается производство его в больших масштабах из воды, самого дешевого сырья, запасы которого не ограничены. . Существующие и разрабатываемые методы получения водорода из воды делятся на три группы:

1. электролиз воды

2. термохимические методы

3. комбинированные термоэлектрохимические методы.

ЭЛЕКТРОЛИЗ – это самый передовой метод производства водорода из воды, который в настоящее время используется в небольших масштабах при доступном дешевом электричестве. Электрохимические процессы основаны на взаимных превращениях электрической энергии в химическую и наоборот. Достоинством электрохимических процессов является их простота в аппаратурном построении, малотехнологичность технологического процесса, высокая степень чистоты получаемых продуктов, недостижимая химическими методами и т. д. Основным недостатком электролиза является большой расход электроэнергии, стоимость которого составляет основная доля в цене продукции – более 90%. При этом при промышленном электролизе водных растворов коэффициент использования энергии не превышает 50-60%, что еще больше удорожает продукты электролиза. При производстве водорода электролизом воды в качестве электролита используют водные растворы кислот, оснований или солей, так как электропроводность чистой воды ничтожно мала: при 18 °С удельная электропроводность воды составляет (2-6 ) × 10-10 См × м-1. В большинстве случаев применяют щелочные электролиты, наименее агрессивные для конструкционных материалов электролизеров. На катоде выделяется водород по реакции:

Общий КПД производства водорода электролизом воды с использованием электроэнергии, вырабатываемой АЭС, не превышает 20-30%, а это отрицательно сказывается на цене водорода. Стоимость электролитического водорода можно снизить, улучшив конструкцию электролизеров, удешевив их, а главное, используя дешевую электроэнергию. В качестве основной перспективы рассматривается возможность снабжения водородных электролизеров «отказной» энергией АЭС, т.е. использование электроэнергии в периоды, когда станции не заряжены, например ночью.

Термохимический метод производства водорода основан на разложении воды с использованием тепловой энергии, предположительно полученной из ядерных реакторов, охлаждаемых гелием, с использованием тепла от газ-хладагент, выходящий из реактора . Прямое разложение воды по реакции

нецелесообразно, так как при необходимой для этого высокой температуре (около 1000 °С) константа равновесия реакции пренебрежимо мала (10 -6 ). Реализация процесса возможна путем замены прямой реакции разложения воды термохимическим циклом, состоящим из нескольких стадий, для каждой из которых значения констант равновесия были бы приемлемыми для практики. Разработано и рассчитано множество термохимических циклов на разложение воды при доступных для человека температурах. утилизация тепла охлаждающих газов ядерных реакторов. Промежуточные продукты в большинстве предлагаемых циклов обладают высоким сродством к водороду или кислороду, это галогены, элементы IV. группы (сера), металлы II. группы (Mg, Ca. Ba) и переходные элементы с переменной степенью окисления (V, Fe). Ниже приведен пример термохимического цикла реакций, приводящих к разложению воды на H 2 и O 2 :

Читайте также:  Как открыть свой инстаграм на чужом телефоне

Весь термохимический цикл разложения воды является замкнутым циклом, так как все исходные реагенты отделяются от продуктов реакции и возвращаются в цикл, кроме воды, используемой для образования водорода и кислорода. Максимальная температура реакции не превышает 700 °С, а на выходе ее ядерного реактора может быть обеспечен теплоноситель на уровне 800 — 900 °С.

В настоящее время ни один из предложенных термохимических циклов не реализован. в промышленности, а значение КПД цикла еще не определено, как и расчет себестоимости производства водорода этим методом.

Комбинированный способ получения водорода состоит из сочетания термохимической и электрохимической фаз процесса. Ожидаемые преимущества комбинированного метода заключаются в том, что его можно использовать Преимущества каждого из рассмотренных способов: электрохимический хорошо освоен, имеет простую аппаратную конструкцию, а термохимический более дешевый, но плохо освоенный и включает сложные для промышленной реализации этапы.

Примером может служить парогазовый цикл серной кислоты для получения водорода и кислорода из воды. Это двухстадийный процесс, включающий 2 стадии

1. термохимически-эндотермическую реакцию, проводимую при 900 °С

2. низкотемпературный электрохимический процесс:

Последняя реакция может быть проведена только электролизом, так как ее константа равновесия и теоретический выход водорода чрезвычайно малы. Источником энергии для комбинированной электростанции может быть атомно-газовый реактор, подающий отработанное тепло на термохимическую ступень и электроэнергию на электрохимическую ступень. Сметная стоимость комбинированной установки ниже стоимости прямого электролиза воды. Общий КПД процесса должен быть 35-37%. По мнению специалистов, сочетание термохимических и электрохимических стадий является наиболее перспективным направлением крупномасштабного производства водорода из воды.

Основной способ получения водород до для синтеза аммиака есть каталитическая конверсия метана . Сырьем для этого метода является природный и попутный газ содержащий до 90-98% метан .

Источник

Современный процесс производства аммиака

Современный метод экстракции аммиак основан на его синтезе из азота и водорода при температуре 380 — 450 0С и давлении 250 атм с использованием железного катализатора:

N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г)

Азот получают из воздуха. Водород производится путем восстановления воды (пара) с использованием метана из природного газа или бензина. Нафта (дизель) представляет собой жидкую смесь алифатических углеводородов, получаемую при переработке сырой нефти (см. главу 18).

Работа современного завода по производству аммиака очень сложна. На рис. На рис. 7.2 показана упрощенная схема завода по производству аммиака из природного газа. Эта схема действий включает восемь фаз.

Фаза 1. Удаление серы из природного газа. Это необходимо, поскольку сера является каталитическим ядом (см. раздел 9.2).

2-я степень. Производство водорода восстановлением паром при 750 0C и давлении 30 атм с использованием никелевого катализатора:

CH4(г.) + H2O(г.) = CO(г.) + ZN 2(г.)

3-й этап. Впуск воздуха и сгорание части водорода в кислороде впуска воздуха:

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) В результате получается смесь пара, окиси углерода и азота. Водяной пар восстанавливается с образованием водорода, как и на 2-м этапе.

4-й этап. Окисление монооксида углерода, образовавшегося на стадиях 2 и 3, до диоксида углерода в соответствии со следующей реакцией «замещения»: CO (г) + H2O (г) = CO2 (г) + H2 (г)

Этот процесс занимает размещают в двух «эксплуатируемых реакторах». В первом используется железооксидный катализатор и процесс проводят при температуре около 400 0 С. Во втором используется медный катализатор и процесс проводят при температуре 220 °С. .

5-й этап. Удаление углекислого газа из смеси газов с помощью забуференного щелочного раствора карбоната калия или раствора какого-либо амина, например этаноламина NH2CH2CH2OH. Углекислый газ в конечном итоге сжижается и используется для производства мочевины или выбрасывается в атмосферу.

Стадия 6. После четвертой ступени в газовой смеси остается примерно 0,3% оксида углерода. Так как он может отравить железный катализатор при синтезе аммиака (на восьмой стадии), угарный газ удаляют путем превращения водорода в метан на никелевом катализаторе при 325°С

7-я стадия. Смесь газов, теперь содержащая примерно 74% водорода и 25% азота, сжимается; где его давление увеличится с 25-30 атм до 200 атм. Так как это приводит к повышению температуры смеси, ее сразу после сжатия охлаждают.

8-й этап. Теперь газ из компрессора поступает в «цикл синтеза аммиака». Схема, показанная на рис. 7.2 дает упрощенное представление об этой фазе. Сначала газовая смесь поступает на катализатор, который использует железный катализатор и поддерживает температуру 380-450°С. Газовая смесь, выходящая из этого конвертера, содержит не более 15% аммиака. Затем аммиак сжижается и направляется в приемный бункер, а непрореагировавшие газы возвращаются в конвертер.

Читайте также:  Как открыть чехол от gopro

Источник

Аммиак: производство для опытного предпринимателя

Производство аммиака: потребность в продукте + 3 характеристики производства + 6 стадий синтеза + протокол деятельности + выбор площадки + примерные затраты.

Производство аммиака технологически сложный процесс, что требует значительных затрат энергии. Однако это одна из ведущих промышленных зон во всем мире, в том числе и в Российской Федерации.

Все это связано с высокой востребованностью аммиака в научно-технической сфере (в качестве хладагента), фармацевтике ( компонент многих лекарств, таких как аммиак) и сельское хозяйство. Именно последнее направление сейчас активно развивается и создает спрос на аммиак.

В этой статье мы поговорим о том, как синтезируется аммиак и определим примерное количество средства. открыть свой собственный завод.

Аммиак: производство и использование

Вы, наверное, помните из школьного курса химии, что аммиак имеет очень простую формулу: NH3. Что касается физических свойств вещества, то это бесцветный газ с резким запахом. Он хорошо растворим в воде: в одном объеме воды растворяется от 700 до 1200 объемов NH3 (в зависимости от температуры).

Синтез происходит путем соединения молекул азота с водородом в условиях высокой температуры и давления.

Этот процесс описывается следующей формулой, впервые выведенной немецким физиком Габером:

В «кошачьей» формуле. является аббревиатурой слова «катализатор». В нашем случае речь идет о температуре, давлении и химических примесях. Q — выход тепловой энергии, поскольку реакция является экзотермической.

Как уже упоминалось, синтез аммиака является энергоемким процессом. Для этого требуется температура около 400-500 градусов Цельсия и давление от 16 до 100 мегапаскалей. кальций) или Al2O3 (глинозем). Ингибиторами синтеза аммиака являются вода, сероводород (H2S) и монооксид углерода (CO/CO2).

Обратите внимание, что при контакте этих веществ с продуктом реакции качество аммиак испортится, и производственный процесс замедлится.

Кроме этого метода, есть два других: дуговой и цианамидный.

Способ производства аммиака Описание Затраты энергии на производство 1 т аммиака, кДж
Дуговой метод Основан на эндотермической реакции окисления азота с кислородом при температуре 3000 градусов Цельсия в дуговом пламени. 7*104
Дуговой метод Основан на способности измельченного карбида кальция реагировать с молекулярным азотом при температуре около 1000 градусов Цельсия . В результате образуется цианамид кальция, который затем превращается в аммиак. 1,2*104

По сравнению с дуговым и цианамидным методами вариант, предложенный Габером, является наиболее энергетически выгодным. Энергозатраты на производство одной тонны продукта составляют всего 0,5 х 104. Поэтому этот способ является наиболее распространенным.

Ежегодно в мире производится более 150 000 000 тонн аммиака. При этом значительная часть, как мы уже упоминали, идет на нужды сельского хозяйства, т.е. на производство аммиачных удобрений.

а) Основные характеристики урожайности

  1. Невозможно достичь 100% выход продукта из-за высокой пороговой температуры реакции. Максимально ожидаемый выход конечного продукта не превысит 40-45%. Минимальный выход аммиака составит всего 20%.
  2. Производственный процесс рециклируется, то есть часть азота, не преобразованного в продукт, охлаждается и повторно используется для производства.
  3. Наличие катализатора не обязательно, а обязательно.

б) 6 стадий производства аммиака

Стадия 1 Готовится смесь азота и водорода. по трубопроводу подается к компрессору.
Стадия 2 После прохождения турбокомпрессора реакционная смесь подается в колонну синтеза, куда поступают химические катализаторы.
Этап 3 Весь полученный аммиак, который составляет в среднем 25% от теоретически возможного количества, подается в холодильное отделение для его охлаждения, т.к. При синтезе смесь сильно нагревается за счет экзотермической реакции.
4-этапный статус.
Стадия 5 Сепаратор разделяет конечный продукт реакции и непрореагировавшую смесь, которая рециркулируется в исходную точку производства через компрессор.
До 96% всей нитратной смеси перерабатывается.
Этап 6 Жидкий аммиак поступает в зону хранения в контролируемых условиях.

Производство аммиака практически равно нулю благодаря системе перенаправления смеси в реактор. Энергичный кроме того, выход реакции частично покрывает необходимый температурный режим.

Для лучшего понимания процесса производства аммиака предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик:

Как организовать бизнес по производству аммиака?

Прежде чем приступать к практическим шагам, следует запланировать время: создать проект завода и бизнес-план. В последней из основных частей она будет финансовой: туда вы пропишете предполагаемые затраты на запуск производства + доходы от деятельности компании.

Читайте также:  Как открыть сундук кайлана

1. Коммерческий регистр: пишем документы для производства

По сравнению с малым бизнесом, где преобладает форма регистрации ИП (ИП), для установления субъекта средней или крупной компании форма регистрации чаще встречается ООО (общество с ограниченной ответственностью).

Эталон ИП ООО
Процедура регистрации Требует подачи заявления и уплаты государственной пошлины. Требуется уплата государственной пошлины, представление нотариально заверенного заявления, устава, протоколов собраний всех участников ООО.
Устав Нет Устав (сложный юридический документ, составление которого требует специальных знаний и навыков).
Принятие ключевых решений Только Если в ООО более одного участника, то принимаются все решения по основным направлениям деятельности. производится только на общем собрании.
Уставный капитал Нет Обязательно. Всего не менее 10 000 рублей (деньги или имущество).
Ответственность Полная имущественная ответственность даже в случае ликвидации компании. При больших долгах единственным спасением может стать банкротство компании. Ответственность ограничивается размером доли участника в уставном капитале (если она полностью оплачена при образовании ООО).
Использование выручки В любое время по собственному усмотрению владельца бизнеса. Только после распределения прибыли общим собранием участвующих ООО.
Слияние нескольких физических лиц возможно только на основании договора простого товарищества или договора о совместной деятельности. В состав ООО может входить до 50 участников.
Разрешения Нет. Аббревиатура «ООО» надежнее, чем «ИП». Настоящее время
Продажа бизнеса Продажа только торговой марки или технологии производства. При наличии нескольких зарегистрированных товарных знаков необходимо перерегистрировать каждый из них. В любом случае. С помощью нотариальной сделки можно продать долю участия в ООО, владеющем несколькими товарными знаками.

Чтобы зарегистрировать ООО для начала производства аммиака, выполните следующие действия:

Вы также должны получить разрешение на эксплуатацию фабрики. Для этого ваш производственный продукт должен соответствовать ГОСТу (ГОСТ 6221-90, ссылка на полный текст стандарта: https://docs.cntd.ru/document/1200018926 ).

Также потребуется разрешение пожарных, санэпидстанций, Росприроднадзора и налоговой инспекции. Контракты с работниками завода должны соответствовать статьям 56-57 и 67 Трудового кодекса.

Получение всех необходимых разрешений может занять несколько лет и потребовать значительных капиталовложений. Мы рекомендуем делегировать хотя бы часть этого процесса специалистам.

Производство аммиака. Описание технологического процесса.

2. Выбор помещения и оборудования для производства аммиака

При выборе площадки для строительства завода, необходимо учитывать, что это шумное и выматывающее производство, поэтому следует выбирать место за чертой города. Для работы завода необходимо подключение к сильноточной электрической сети, водопроводу и канализации, телефонной и интернет-связи.

Для облегчения транспортировки сырья и готовой продукции завод должен располагаться вблизи большой и удобный перекресток.

Определить стоимость заводского оборудования достаточно сложно; сумма будет сильно варьироваться от случая к случаю. Но несомненно одно: производство аммиака недешево.

К тому же расчеты может произвести только человек, хорошо разбирающийся в данной области. В отличие от большинства бизнес-идей, найти информацию о производстве аммиака на сайте практически невозможно. Интернета!

Дело в том, что (несмотря на кажущуюся простоту уравнения реакции) это производство очень сложное.

Вы это поймете, просто взглянув на технологическую схему:

Производственной группе потребуется следующее:

1. Компрессоры.
2. Обогреватели.
3. Реактор гидрирования органической серы.
4. Адсорбент H2S.
5. Трубчатая печь (установка первичного риформинга).
6. Преобразователь вала (вторичный риформер).
7. Паровые котлы.
8. Преобразователи СО.
9. Поглотитель CO2.
10. Котел.
11. Регенератор раствора моноэтаноламина.
12. Бомба.
13. Оборудование для гидрирования СО и остаточного СО2.
14. Воздухоохладители.
15. Конденсационная башня.
16. Испаритель жидкого NH3 (для охлаждения газа и регенерации NH3).
17. Колонна синтеза NH3.
18. Водонагреватель.
19. Теплообменник.
20. Разделитель.

Бизнес явно требует большого начального капитала. В среднем, исходя из отзывов опытных предпринимателей, открытие бизнеса по производству аммиака будет стоить от 400 млн долларов.

Что можно сказать о выздоровлении предприятия? Себестоимость производства тонны аммиака в России оценивается в 130-160 долларов. А средняя цена реализации составляет около 250-300 долларов США.

На основании этих данных можно сделать вывод, что хотя производство аммиака на начальных этапах запуска и ведения бизнеса потребует вложений в сотни миллионов долларов США, этот бизнес однозначно прибыльный и перспективный.

В то же время необходимо осознавать, что лучше, чтобы «человек с улицы» не заходил в эту сферу. Информации об организации дела в открытом доступе мало и риски исчерпания очень велики.

Источник

Поделиться с друзьями
Решатор