Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ответы на вопросы / готовая 3.doc
Скачиваний:
88
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
231.98 Кб
Скачать

Тема №7: Производство аммиака.

  1. Перечислите основные способы фиксации азота.

Под фиксацией азота понимаются реакции в ходе которых молекулярный азот образует различные соединения— например, реакция образования аммиака при взаимодействии азота с водородом.

Интересы ученых-биологов сфокусированы на конкретных научных направлениях, из которых можно выделить следующие:

1) поиск новых микробно-растительных азотфиксирующих сообществ и определение их роли в глобальной азотфиксирующей системе планеты;

2) исследование молекулярных механизмов взаимоотношения растений и азотфиксирующих микроорганизмов;

3) исследование физических и физико-химических основ явления азотфиксации;

4) изучение генетики азотфиксации и создание генноинженерным путем азотфиксирующих растений;

5) разработка комплекса агробиологических технологий с целью повышения продуктивности азотфиксации в растениеводстве.

  1. Как изменилась структура сырьевой базы по мере развития азотной промышленности? Какой вид природного сырья находил практическое применение вначале для получения технологического сырья?

  2. В чем преимущество природного газа перед другими видами природного сырья?

Преимущество природного газа(СН4):

  • Горение метана сопровождается незначительным выделением загрязняющих веществ, как твердых пылевых, так и газообразных: окисей азота, серы и углерода.

  • Метан может служить промежуточным топливом при постепенном переходе на такие альтернативные источники электроэнергии, как ветер, солнечная энергия, гидроэлектрическая энергия, энергия приливов и геотермальные источники энергии.

  • Метан широко распространен и доступен в большинстве городов и населенных пунктов, в непосредственной близости от конечных потребителей электроэнергии. Это значит, что для таких электростанций проще подобрать место, и они не требуют протяженных линий высоковольтных передач.

  • Электростанции смешанного типа, работающие на метане, достаточно эффективны.

  • Постоянное снабжение метаном можно организовать с помощью подземных газопроводов, экономя на энергопотреблении поездов и грузовиков, доставляющих горючее от перерабатывающего завода на электростанцию.

  • Электростанции, работающие на метане, можно переоборудовать для использования водорода в качестве топлива, когда водород будет доступен в достаточных количествах по приемлемым ценам.

  1. Составьте химическую и функциональную схемы получения технологического газа для синтеза аммиака из природного газа.

Химическая схема:

Функциональная схема:

Функциональная схема синтеза аммиака: А – синтез NH3; Б – выделение NH3; В – компрессия и рециркуляция

  1. Почему необходима очистка природного газа от сернистых соединений? Как и при каких условиях она осуществляется?

Очистка природного газа от серосодержащих соединений адсорбцией сероводорода, который мешает дальнейшим превращениям:

H2S + ZnO = ZnS + Н20

Конверсия метана с водяным паром. И природный газ (СН4), и вода (Н2О) являются сырьем для получения одного из компонентов для синтеза аммиака – водорода Н2. В этом превращении протекают одновременно две реакции:

СН4 + Н2О = СО + ЗН2;

СО + Н2О = СО2 + Н2.

Конверсия оксида углерода с водяным паром (в предыдущем процессе оксид углерода СО не полностью превращается в СО2 из-за равновесных ограничений):

СО + Н2О = СО2 + Н2.

После этого процесса достигается максимально возможное извлечение водорода из исходного сырья – метана СН4 и воды Н2О.

  1. Проанализируйте химическую и функциональную схемы сероочистки.

  1. Какими соображениями руководствуются при выборе технологического режима основных стадий паровоздушной конверсии природного газа?

  1. Какие катализаторы применяют на стадии конверсии метана и оксида углерода? Какие примеси в газе вызывают отравления катализаторов? Каков срок их службы?

Все реакции протекают с участием катализаторов и при высоких температурах. При осуществлении процесса конвекции СН4 проводят очистку природного газа от соединений серы, которые являются каталитическими ядами, а также очистку азотоводородной смеси от оксидов углерода.

Конверсию метана осуществляют при температуре 800-900 °С на никелевом катализаторе.

  1. Что собой представляют отходящие газы агрегатов синтеза аммиака? Как осуществляется их очистка?

Конвертированный газ, получаемый после конверсии метана, содержит 20-40% оксида углерода.

Для увеличения выхода водорода, газ после конверсии метана восстанавливают водяным паром.

  1. Какие методы нашли практическое применение для очистки конвертированного газа от диоксида углерода? Перечислите их достоинства и недостатки.

  1. Напишите химические реакции, лежащие в основе моноэтаноламиновой очистки. Что является побочным продуктом процесса и какое практическое применение он находит?

Абсорбция диоксида углерода – удаление СО2, полученного при получении водорода. Его поглощают раствором моноэтаноламина:

СО2 + 2RNH2 + Н2О = (RNH3)2CО3.

  1. Обоснуйте выбор технологического режима на стадиях абсорбции CO2 и регенерации растворителя в процессе моноэтаноламиновой очистки технологического газа.

МЭА очистка – низкая стоимость, стабильность процесса, легко регенерируется, высокая поглотительная способность. При очистке газа 17-21% раствором МЭА идет 2 реакции:

2NOCH2CH2NH2+CO2+H2O=(RNH3)2CO3;

(RNH3)2CO3+CO2+H2O=2RNH3HCO3.

  1. Какие методы очистки от оксида углерода применяют в современных технологических установках производства синтез-газа?

Очистка газа от оксида углерода СО. После конверсии СО небольшое количество СО остается, и он мешает дальнейшим превращениям. Освобождаются от него, превращая в метан:

СО + ЗН2= СН4+ Н2О.

  1. Как осуществляется тонкая очистка конвертированного газа от оксидов углерода?

Селективными являются железо-хромовый и медьсодержащий катализаторы: первый обеспечивает достаточную скорость реакции при температуре 450-500 °С, второй активно работает при 250-300°С. Остаточная концентрация СО составляет 0,3-0,5%.

После очистки газа от оксидов углерода он поступает на синтез аммиака.

  1. Назовите важнейшие области применения аммиака.

Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство достигает 150 млн тонн. В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя.

В холодильной технике используется в качестве холодильного агента (R717)

В медицине 10 % раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях (для возбуждения дыхания), для стимуляции рвоты, а также наружно — невралгии, миозиты, укусах насекомых, для обработки рук хирурга. При неправильном применении может вызвать ожоги пищевода и желудка (в случае приёма неразведённого раствора), рефлекторную остановку дыхания (при вдыхании в высокой концентрации).

Применяют местно, ингаляционно и внутрь. Для возбуждения дыхания и выведения больного из обморочного состояния осторожно подносят небольшой кусок марли или ваты, смоченный нашатырным спиртом, к носу больного (на 0,5-1 с). Внутрь (только в разведении) для индукции рвоты; также, в составе нашатырно-анисовых капель - в качестве муколитического (отхаркивающего) средства. При укусах насекомых — в виде примочек; при невралгиях и миозитах — растирания аммиачным линиментом. В хирургической практике разводят в тёплой кипяченой воде и моют руки.

Поскольку аммиак является слабым основанием, при взаимодействии с кислотами он их нейтрализует.

Физиологическое действие нашатырного спирта обусловлено резким запахом аммиака, который раздражает специфические рецепторы слизистой оболочки носа и способствует возбуждению дыхательного и сосудодвигательного центров мозга, вызывая учащение дыхания и повышение артериального давления.

Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка — 2…8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения. Аммиачная вода — продукт (NH3*H2O), представляющий собой газообразный аммиак NН3, растворенный в воде.

  1. Составьте функциональную схему синтеза аммиака.

Агрегат синтеза аммиака (технологическая схема).

  1. Каковы основные физико-химические особенности реакции синтеза аммиака из азота и водорода, влияющие на выбор технологического режима процесса? Учитывая эти особенности, обоснуйте выбор давления, температурного режима процесса, тип технологической схемы.

  2. Какими соображениями руководствуются при выборе объемной скорости газа в колоннах синтеза аммиака?

  3. Объясните механизм гетерогенно-каталитического процесса синтеза аммиака. Какими стадиями он может быть описан?

  4. Какие катализаторы применяют при синтезе аммиака?

При синтезе аммиака из простых веществ - азота и водорода - используют в качестве катализатора используют пористое железо с примесями Al2O3 и K2O

  1. Какие методы выделения аммиака из циркуляционного газа применяют в установках среднего давления?

Циркуляционный газ при температуре 50°С поступает в систему вторичной конденсации, включающую конденсационную колонну и испарители жидкого аммиака. В конденсационной колонне газ охлаждается до 18°С и в испарителя за счет кипения аммиака в межтрубном пространстве до - 5°С. Из трубного пространства испарителей смесь охлажденного циркуляционного газа и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной колонны, где происходит отделение жидкого аммиака от газа и смешение свежей азотоводородной смеси с циркуляционным газом. Далее газовая смесь проходит корзину с фарфоровыми кольцами Рашига, где отделяется от капель жидкого аммиака, поднимается по трубкам теплообменника и направляется в выносной теплообменник, а затем в колонну синтеза.

  1. Что собой представляют продувочные и танковые газы? Какое применение они находят?

  2. Объясните устройство колонны синтеза. Проанализируйте режим ее работы.

Принципиальная технологическая схема синтеза аммиака в агрегате мощность 1360 т/сут на отечественном оборудовании.

Свежая азотоводородная смесь после очистки метанированием сжимается в центробежном компрессоре до давления 32 Мпа и после охлаждения в воздушном холодильнике поступает в нижнюю часть конденсационной колонны для очистки от остаточных примесей СО3, Н2О и следов масла. Свежий газ барботирует через слой сконденсировавшегося жидкого аммиака, освобождается при этом от водяных паров и следов СО2. и масла, насыщается аммиаком до 3-5% и смешивается с циркуляционным газом. Полученная смесь проходит по трубкам теплообменника конденсационной колонны и направляется в межтрубное пространство выносного теплообменника, где нагревается до 185-1950°С за счет теплоты газа, выходящего из колонны синтеза. Затем циркуляционный газ поступает в колонны синтеза.

  1. Сформулируйте основные требования к колоннам синтеза аммиака.

  2. Какие технологические мероприятия способствуют охране окружающей среды в производстве аммиака?

Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду:

1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси

2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения;

3) низко потенциальную теплоту.

Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока, но когда происходит восстановление оксидов азота до элементного азота, для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия. Полное исключение токсичных выбросов возможно при использовании каталитической очистки в присутствии газа-восстановителя.

Соседние файлы в папке ответы на вопросы