Ammiak sintezi jarayonining nazariy asoslari
Yüklə 29,64 Kb.
|
|
Ammiak sintezi jarayonining nazariy asoslari. Ammiak sintezi Sintezning nazariy asoslari Ammiak sintezi katalizatorlari. Ammiak sintezining nazariy asoslari. Ammiak sintezi reaksiyasi qaytar reaksiya bo‘lib issiklik chikishi bilan boradi. N + 3H2 о 2 NH +106кЖ Reaksiyada gazning xajmi 2 marta kamayadi: Le-SHatele prinsipiga muvofik haroratni oshirish NH3 ni parchalanishi tomon, bosimni ortishi esa reaksiyani NH3 ni sintezlanishi tomon berishini ta'minlaydi. Uy temperaturasida 1 atm. (1.01-105 Pa) bosimda reaksiya muvozanati tulik ammiak sintezi tomon siljiydi, ammo reaksiya unumi juda past bo‘ladi. Reaksiya kattalizator ta'siridagina etarli darajada tez ketadi. Ammo kattalizator 400-5000S da aktivlik kursatadi. Bundan yuqori haroratda ammiak sintezi yuqori bosimdagina boradi. Reaksiya unumining temperatura va bosimga boglikligini kuyidagi jadvalda (5-jadval) kurish mumkin. Reaksiya unumining harorat va bosimga boglikligi.
5-jadvaldan kurinib turibdiki muvozanatni NH3 hosil bulishi tomon siljitish uchun yuqori bosim va past harorat kerak bo‘ladi. Xatto eng yuqori bosimda xam kattalizator kullanilmasa reaksiya unumi past bo‘ladi. Ishlab chikarish sharoitida reaksiya 400-5000C haroratda kattik kattalizator ishtirokida va bosimda olib boriladi.Ammiak sintezi reaksiyasida: temir, uran, osmiy, radiy, platina, molibden va boshqa metallar aktiv kattalizator bo‘la olishi aniqlangan. Eng aktivi uran va osmiydir, ammo qimmatligi va zaxarlarga chidamsizligi uchun ular qo‘llanilmaydi. Sanoatda temir kattalizator keng qo‘llaniladi. Bu ham arzon ham ancha aktiv, yuqori haroratga va zaharlarga chidamli, H2S va boshqa S li birikmalar Fe ni qaytmas qilib zaharlaydi. Agar 0,1 % S li birikma bo‘lsa (azot vodorodli gazlar aralashmasida) kattalizator aktivligini 50 % ga 1 % S- li birikma bo‘lsa 100% ga pasaytiradi. H2O, CO, CO2 lar esa kattalizatorni juda kuchli zaharlaydi, ammo qaytar zaharlanadi,(ya'ni, yana kattalizatorni aktivlash mumkin bo‘ladi). Kattalizatorni tayyorlash uchun magnit temirtosh (Fe3O4) kislorod ishtirokida va promotorlar:(promotorlar aktiv yuzali strukturaga ega bo‘lgan, kattalizator massasining hosil bo‘lishini ta'minlovchi,ta'sirga ega bo‘lgan birikmalardir) va boshqa birikmalar bilan aralashtirib suyuqlantirish yo‘li bilan tayyorlanadi,so‘ngra kattalizator vodorodli aralashma bilan toza metal holdagi temirgacha qaytariladi. Ammiak sintezi bu tipik geterogen kattalitik jarayon bo‘lib bir necha bosqichda boradi: Gazlar aralashmasidan azot va vodorodning kattalizator sirtiga va ichki g‘ovaklariga adsorbsiyasi; Kattalizatorga gazlarning kimyoviy adsorpsiyalanishi; kattalizator sirtida azotning vodorod bilan o‘zaro ta'siri. Bunda azot kattalizatordan elektron oladi, vodorod esa kattalizatorga elektronlar beradi,ya'ni uni yo‘qotgan elektronlari o‘rnini to‘ldiradi. Buning natijasida navbat bilan: imid- amid va ammiak hosil bo‘ladi.Bu jarayonni quyidagicha tasvirlash mumkin: Fe+N^N->N =N V Fe >NH-NH V +2 H >nh2*nh2 \/ > H3N *NH3 \/ Fe Fe Fe Ammiak sintezi qurilmasining yuqori va baqaror mahsuldorligini ta'minlashning asosiy shartlari quyidagilardir: Azot vodorodi aralashmaning yuqori darajada tozalanishi(inert gazlar va kattalizator zaharlaridan tozalash); N2:H2 nisbatani 1:3 holatda saqlash; kattalizatorning hamma joyida haroratni optimal saqlash; Kontakt aparatiga qiruvchi gazlar aralashmasi tarkibida NH3 miqdorini kamaytirish; Sintez minorasining takomillashgan konstruksiyasini yaratilishi. O‘ r t a ch a b o s i m d a a m m i a k s i n t e z l a sh. Sanoatda si ntetik ammiak ishlab chiqarish qo‘llaniladigan bosimga qarab uch xil bo‘ladi: Past bosimda-10 MPa gacha; O‘rtacha bosimda-25-60 MPa; YUqori bosimda-60-100 MPa. Hozirgi vaqtda ko‘pincha o‘rta bosimda ammiak ishlab chiqarish qo‘llaniladi. O‘rtacha bosimda ammiak ishlab chiqarishning texnologik sxemasi 62-rasmda berilgan. Toza va aylanma gazlar aralashmasi ko‘p pog‘onali turbokompressorda 5 (bug‘,havo,gazlar bilan ishlovchi motorga turbina deyiladi, kampressor havoni yoki gazlarni siquvchi apparat). 30-22 MPa gacha siqilib ammiak sintezi kalonasiga beriladi, qaysiki unda 1. ammiak sintezlanadi. Sintez kalonasida (kalona-ustun) chiqqan tarkibida hajm jihatdan 20% gacha NH3 saqlovchi gaz (haroratsi 4000С ) avval bug‘ hosil qiluvchi qozon orqali o‘tib suvli sovutgichga 3 ga boradi. So‘ngra 30-400С haroratgacha soviydi va speratorga 3 (ajratuvchi apparat) boradi. Separatorda ammiakning bir qismi gazlardan ajraladi, kodensatrlanadi. Reaksiyaga kirishmay qolgan aylanma gazlar sirkulyasiyasi gazlari deyilib kompressorda 5 surib olinadi. Ammiak hosil bo‘lishiga sarflangan gaz miqdoriga teng miqdordagi toza azot vodorodli gazlar aralashmasi bilan qo‘shilib ammiakli gazlar aralashmasidan to‘liqroq ajratish uchun kondensatsiya kalonasiga yuboriladi. Bunday qilish toza azot vodorodli gazlar aralashmasini suyuq ammiak bug‘lantirgichda 7 va kondensatorda 6 aralashgan suyuq ammiak bilan bevosita to‘qnashuvi natijasida -100С gacha sovutish orqali CO2 va CO lardan yanada qo‘shimcha ravishda tozalash hamda ammiakni to‘liqroq ajratish imkonini beradi. Gaz kondensatsiya kalonasidagi 6 issiq almashtirgichning tashqi tomonidan - quvurlar aro bo‘shliqdan (a) hamda gaz ajratgichdan (v) nasatka (b) (tomchilarni ushlab qoladi) orqali o‘tib (gazni issiqligidan ammiak bug‘lanadi, gaz esa soviydi) sovigan gaz yana kondensatsiya Kolonnaga 5 kiradi va suyuq ammiakdan ajralib nasatka orqali issiq almashtirgichning ichidan o‘tadi, o‘z issiqligini bir qismini kirayotgan gazga berib sintez kalonasining yuqori qismidan kiradi. Sirkulyasiya gazlari tarkibida asta - sekinlik bilan inert qo‘shimchalar (CH4 Ar) to‘planib miqdori ko‘payib boradi. Bu holat reaksiya unumdorligiga salbiy ta'sir etadi. SHuning uchun vaqt - vaqti bilan sirkulyasiya gazlari tashqariga chiqarib yuboriladi va tarkibidagi qo‘shimchalarni shunday yo‘l bilan kamaytirib turiladi. Ammiak sintezlash qurilmasining asosiy qismi sintez Kolonnasidir (63- rasmga qarang). Kolonna 175-200 mm, (odatda xromvanadiyli) po‘latdan yasalgan silindrsimon korpus bo‘lib ustki va ostki qismi qopqoq bilan berkitilgan.Kolonnaning balandligi 12-20 m. Hozirgi zamon Kolonnalarining ichki diametri 1,0 -2,8 m bo‘ladi.Kolonnalar loyihasi asosan kompusning kattaligi va ichki nasatkasining tuzilishi bilan farq qiladi. Kolonna korpusining ichida nasatka (ichki qurilma) bo‘lib u kattalizator quttisi va issiq almashtirgichdan iborat bo‘ladi. Kattalizator quttisi kolonnaning yuqori qismiga joylashgan bo‘lib kattalizator oralariga va kolonnaning ostki qismiga quvursimon issiq almashtirgich o‘rnatilgan. Bular jarayonning avtotermikligini (o‘zini -o‘zi issiqlik bilan ta'minlash) ta'minlaydi. Kattalizator, quvursimon holda joylashtirilgan reaktorlar, qaytar izotemik jarayonda optimal harorat rejimini ta'minlay oladi. Hozigi zamon yirik ammiak sintezi qurilmalarida tokchali sintez Kolonnalari qo‘llanilmoqda. Bunda kattalizator quttisiga o‘rnatilgan tokchalarga kattalizator qo‘yiladi. Kattalizatorning miqdori (qavatning qalinligi) gaz tezligining kamayishi va gazning ammiakga aylanish darajasining kamayishi bilan ortib boradi. Tokchali sintez kalonasida harorat rejimi optimalga yaqin. SHuning uchun mahsuldorlik ham quvursimon kolonnalarga nisbatan tokchali, kolonnalarda anchagina yuqori bo‘ladi. Harorat rejimini optimalga juda yaqinlashtirish uchun tokchali sintez kolonnasida kattalizatorni muallaq turuvchi holda joylashtiri va oralig‘iga sovutgichlar o‘rnatish lozim. Ammiak ishlab chiqarishning hozirgi zamon sxemasi. YAngi qudratli yirik ishlab chiqarish qurilmalarini loyihalashda fan va texnikaning so‘nggi yutuqlariga asoslanib, eng kam energiya, kapital mablag‘ sarflangan holda yuqori unumdorlik bilan eng arzon tayyor mahsulot ishlab chiqarish maqsad qilib qo‘yiladi. Ammiak ishlab chiqarishda bu maqsadga, reaksiya issiqligidan to‘liqroq foydalanish imkoniyatini beruvchi yirik agregatlarni barpo etish orqali erishiladi. SHunda eng so‘nggi fan yutuqlari asosida ishlovchi metan konversiyasi bilan birga ammiak sintezini qo‘shib amalga oshiruvchi ammiak sintezi qurilmasining sxemasi 64-rasmda berilgan. Bunda havo bilan sovutuvchi apparatlar keng qo‘llanilgan, bu suv sarfini ham ancha kamaytiradi. Bu esa hukumatimizning texnik maqsadlarda suv sarfini kamaytirish haqidagi qarorlariga amaliy javobdir. Bu zavodning quvvati 1500t/sutkaga teng bo‘lib: bunda ikki bosqichli bug‘ havoli metan konversiyasi , CO ning yuqori va past haroratli konversiyasi, monoetalomin bilan СХ)2 dan tozalash, СХ) va СХ)2 dan kattalitik gidrogenlash yo‘li bilan batamom tozalash usullari qo‘llaniladi. Tabiiy gaz (СН4) 4MPa bosim ostida oltingugurtli birikmalardan tozalangach 3,7:1 nisbatda suv bug‘i bilan qo‘shilib chiqib ketuvchi gazlar issiqligi bilan issiq almashtirgichda 4 qizib, tabiiy gaz yoqiluvchi quvursimon metan konvertoriga 5 keladi. Metanning suv bug‘i bilan konversiyasi CO hosil bo‘lguncha nikel kattalizatori ishtirokida va 800-8500C haroratda olib boriladi. Konversiyaning birinchi bosqichidan keyin konversiyaga uchragan gazning tarkibida 9-10% metan qoladi. So‘ngra gaz havo bilan aralashtirilib shaxtali metan konventoriga 7 yuboriladi. U erda 900-10000C da qolgan metan havo kislorodi bilan (bug‘ gazining nisbatan 0,8:1) konversiyaga uchraydi. SHaxta konvertoridan gaz, bug‘ hosil qilish qozoniga yuboriladi. Bu qozonda yuqori parametrli bug‘ (10MPa, 4800C) hosil bo‘lib, u markazdan qochma kompressorlarning turbinasini harakatga keltirish uchun foydalaniladi. Gaz, bug‘ hosil qilish qozonidan uglerod (II) oksidining, ikki bosqichli konversiyasiga boradi. COning konversiyasi avval birinchi bosqichli konvertorda 9 o‘rtacha haroratli temir xromli kattalizator ishtirokida 430-4700C da, keyin esa ikkinchi bosqichli CO konvertorida 10-rux- xrom-misli kattalizator ishtirokida 200-2600Cda boradi. Ikkinchi bosqichli CO konvertoridan chiqqan gazlar issiqligi gazni CO2 dan tozalovchi absorbentdan chiqqan monoetanolamin eritmasini regeneratsiyalash uchun sarflanadi. So‘ngra gaz CO2 dan tozalanishi uchun sovuq monoetanolamin bilan sug‘orilib turuvchi absorberga boradi. U yerda 30-400C da, gaz CO, CO2 va O2 dan tozalanadi. Absorberdan chiqgach gaz tarkibida 0,3% gacha SO, 30-40 m3 CO2 saqlaydi. 2803500C da nikel kattalizatori ishtirokida metanotorda 15 gidrogenlanadi. Metanatordan chiqqan tozalangan gazlarning issiqligi avval zavodda ishlatiladigan suvlarni qizdirish uchun sarflanadi. Keyin esa gazlar havo sovutgichlarda yana sovutiladi va reaksiya natijasida hosil bo‘lgan suvdan tozalash uchun suv ajratgichdan (rasmda ko‘rsatilmagan) o‘tkazilib, toza azot vodorodli gaz olinadi. Azot vodorodli gaz aralashmasini 30 MPa gacha siqish uchun va sintez agregatda gazlarning sirkulizatsiyalanishi uchun markazdan qochma kompressorlar ishlatiladi. Toza azot vodorodli aralashma gaz ammiakli sovutgich 18 va seperatordan iborat bo‘lgan ikkilamchi kondensatsiya sistemasi 19-20 oldida sirkulyasiya gazi bilan qo‘shiladi. So‘ngra ikkita issiqalmashtirgichlardan 21,22 o‘tib tokchali sintez kolonnasiga 25 kiradi. Reaksiyaga kirishgan gazlar sintez kollonasidan 320-380 haroratda chiqib avval ta'minot suvini qizdiruvchi apparatdan 22 keyin “issiq” issiq almashtirgichdan o‘tib 23 havo sovutgichlaridan 24 “sovuq” issiq almashtirgichdan 21 va suyuq ammiakni ajratuvchi seperatordan 19-20 ga o‘tib keyin sirkulyasiya kompressoriga 16 boradi. Suyuq ammiak esa seperatordan suyuq ammiak omboriga boradi. Azot sanoatini rivojlantirishning asosiy vazifasi, bu yirik qudratli (T0 3000 t/sutkagacha NH3 ishlab chiqaruvchi agregatlar yaratishdan, yangi ancha aktiv zaharlinishga, kuyishga chidamli bo‘lgan, past haroratda aktivlik ko‘rsatuvchi kattalizatorlar yaratishdan iboratdir. Ammiakni hosil qilish jarayonini tezlatishda katalizator bo‘lib temir, osmiy, uran, molebden, marganets, volfram va boshqa metallari ishlatilishi mumkin. Katalizatorga bo‘lgan katta talablar: 1) uzoq vaqt aktivligini yo‘qotmaslik. 2) katalitik zaharlarga chidamlilik. 3) yuqori haroratga chidamlilik 4) solishtirma yuzasi katta bo‘lishi 5) mexanik mustahkam va arzon bo‘lishi kabilar qo‘yiladi. Shu talablarni ko‘piga temir katalizatori javob beradi. Buning uchun magnitli temir-Fe3O4 ni H2 bilan 570 - 670 K da qaytarib, tarkibida O2 bo‘lmagan kubik kristal tuzilishiga ega bo‘lgan Fe katalizatori olinadi. Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O (21.) Fe kristallari ichida beqaror Fe atomlari bo‘lib, ular Fe katalizatorining umumiy katalitik aktivligini hosil qiladi. Fe katalizatori kristallari bir-biri yopishib qolib, o‘z aktivligini kamaytirmasligi uchun Al2O3 dan iborat aktivator (promotor) 4 % atrofida qo‘shiladi. Katalizatorni qirralarida hosil bo‘lgan ammiakni umum gaz tarkibiga ajratib turib, katalizator aktivligini oshirish uchun katalizator tarkibiga 2 % gacha K2O qo‘shiladi. Ammiak sintezida CA-1 tipli oksidlangan, CA-1B qaytarilgan, GIAP tomonidan ishlangan katalizator ishlatiladi. CA - 1B katalizatori minorali sintez apparatda yana qaytadan vodorod bilan qaytarilishni talab qilmaydi. Shuning uchun u CA - 1 katalizatoriga qaraganda 5 - 8 kun behuda ishlashni kamaytiradi, garchand CA-1B katalizatori 2 marta qimmat tursa ham. Sintetik ammiak hosil qiladigan minoraga azot vodorod aralashmasi bilan birga uni tarkibida O2, CO, CO2, H2O (bug‘) kabi kislorodli birikmalar ham kirib, ular temir katalizatorini zaharlaydilar. Shuning uchun, bunday kitslorodli gazlar suyuq azotda yuttiriladi yoki dastlabki kataliz miqdorida 500 K haroratda xrom nikel katalizatorlarida yoki ishlatilgan temir katalizatorlarida 670 K haroratda quyidagi reaksiyalar bo‘yicha gidratlanib, tozalanadi: O2 + 2H2 = 2H2O(bug‘) +Q1 CO + 2H2 = CH4 + H2O(bug‘) +Q2 (22.) (23.)
(24.) Metan temir katalizatori uchun zaharli emasdir, ammo metanni konsentratsiyasi gaz aralashmasida oshib ketmasligi uchun (chunki metan inert gaz sifatida umumiy foydali bosimni pasayishiga olib keladi) N2 va H2 aralashmasi vaqti-vaqti bilan tashqariga haydab turiladi, H2O bug‘lari esa sovitilib kondensatlanib, tashqariga chiqazib turiladi. Yüklə 29,64 Kb. Dostları ilə paylaş:
| |||||||||||||||||||||||