Industria azotului astăzi este una dintre cele mai importante industrii. Utilizarea amoniacului sa răspândit în echipamentele frigorifice (R717, agent frigorific), medicament (soluție de amoniac sau alcool amoniac), agricultură (îngrășăminte).
O atenție primordială este acordată producției de îngrășăminte azotate (și, prin urmare, la bazele lor, inclusiv amoniacul, cererea pentru care a crescut cu 20% în ultimele două decenii).
Dar producția de amoniac diferă, în primul rând, de intensitatea energetică ridicată. Întreaga istorie a acestei producții este lupta pentru scăderea energiilor utilizate (mecanică, termică, electrică).
Sinteza amoniacului arată formula:
N2 + 3H2 = 2NH3 + Q
Reacția este exotermă, reversibilă, cu o scădere a volumului. Deoarece reacția este exotermă, o scădere a temperaturii va deplasa echilibrul la formarea amoniacului, cu toate acestea, viteza de reacție va scădea în mod semnificativ. Producția de amoniac ar trebui să treacă la temperaturi ridicate (sinteza are loc la 500 de grade Celsius). O creștere a t va duce la o reacție inversă. Presiunea de la 15 la 100 MPa permite contracararea influenței temperaturii (presiune joasă - de la 10 la 15 MPa, presiune medie - de la 25 la 30 MPa, presiune ridicată - peste 50 MPa). Dintre acestea, media este preferabilă.
Catalizatorul este spongios cu fier, cu aditivi de oxizi de calciu, siliciu, potasiu, aluminiu.
Impuritățile dăunătoare (monoxid de carbon, apă, hidrogen sulfurat) afectează în mod negativ debitul de reacție, otrăvind catalizatorul, reducând astfel activitatea și diminuând durata de viață. Aceasta înseamnă că amestecul de hidrogen sulfurat trebuie neapărat să fie curățat temeinic. Dar chiar și după purificare, doar o parte din acest amestec se transformă în amoniac. Prin urmare, fracția rămasă nereacționată este din nou trimisă în reactor.
Cum este produs amoniacul?
Conducta este livrată cu un amestec deja pregătit de trei părți hidrogen și un azot. Acesta trece prin turbocompresor, unde se comprimă la presiunea indicată mai sus și este trimisă pe coloana de sinteză cu catalizatorul pe rafturile încorporate. Procesul, așa cum am aflat, este extrem de exotermic. Amestecul nitric-hidrogen este încălzit de căldura în evoluție. Aproximativ 25% din amoniac și azotul nereacționat cu hidrogen ieșesc din coloană. Întreaga compoziție este alimentată în frigider, unde amestecul este răcit. Amoniacul sub presiune devine lichid. Acum se introduce un separator care are ca sarcină separarea amoniacului în colectarea de jos și amestecul nereacționat, care este returnat de pompa de circulație în coloană. Datorită acestei circulații, amestecul azot-hidrogen este utilizat cu 95%. Amoniacul lichid prin conducta de amoniac merge într-un depozit special.
Toate dispozitivele folosite în producție sunt cât mai strans posibil, ceea ce elimină scurgerile. Numai energia reacțiilor exoterme care au loc în interior este utilizată. Schema este închisă, cu pierderi reduse. Costurile sunt reduse printr-un proces continuu și automatizat.
Producția de amoniac nu poate decât să afecteze mediul. Emisiile de gaze sunt inevitabile, inclusiv amoniacul, carbonul și oxizii de azot și alte impurități. Căldura cu grad scăzut este eliberată. Apa este aruncată după spălarea sistemelor de răcire și a reactorului propriu-zis.
Prin urmare, în producția de amoniac este necesar să se includă purificarea catalitică cu prezența unui gaz reducător. Reducerea cantității de canalizare se poate realiza prin înlocuirea compresoarelor cu piston cu turbocompresoare. Căldura cu potențial scăzut poate fi utilizată prin introducerea căldurii cu potențial ridicat. Cu toate acestea, acest lucru va duce la creșterea poluării prin gazele de ardere.
O schemă tehnologică energetică care implică un ciclu de ciclu combinat în care se utilizează atât căldură cu aburi cât și produse de combustie va crește simultan eficiența producției și va reduce emisiile.
