6.2.Технологические свойства аммиака

Аммиак NH₃ – бесцветный газ с резким запахом с температурой кипения – 33,35⁰С и температурой плавления – 77,75⁰С. Аномально высокие температуры кипения и плавления аммиака объясняются ассоциацией его молекул вследствие высокой полярности их и образования водородных связей. Критическая температура аммиака равна 132,4⁰С. Аммиак хорошо растворим в воде (750 литров в литре), ограниченно растворим в органических растворителях.

В водных растворах аммиака содержится его гидраты состава NH₃∙H₂O и 2NH₃∙H₂O, образующие эвтектики, а также незначительное количество ионизированных молекул в результате реакции:

N H₃+H₂O NH₄⁺ + OH^-.

Константа равновесия этой реакции равна 1,75∙10^-5, что соответствует степени диссоциации 0,004. Жидкий аммиак растворяет щелочные и щелочно-земельные металлы, фосфор, серу, иод и многие неорганические и органические соединения. При температурах выше 1300⁰ С аммиак диссоциирует на азот и водород:

2NH₃=N₂+3H₂+∆H.

Сухой аммиак образует с воздухом взрывчатые смеси, пределы взрываемости которых зависят от температуры и при 18⁰ С ограничены интервалом содержания аммиака в газовой смеси от 0,155 до 0,270 об.долей. Эта особенность системы «аммиак-воздух» учитывается при производстве азотной кислоты окислением аммиака, в котором сырьем является аммиачно-воздушная смесь.

При содержании в воздухе 0,5% по объёму аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути, при хронических отравлениях наблюдаются расстройство пищеварения, катар верхних дыхательных путей, ослабление слуха, хронический бронхит. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги кожи. ПДК по аммиаку в рабочей зоне составляет 20 мг/м³, в атмосферном воздухе: ПДК_м·р=0,2мг/м³, ПДК _с.с=0,04мг/м³. Относится к 4-му классу опасности.

6.3. Краткий исторический очерк производства

До XX века источниками усвояемого азота были природные нитраты: нитрат натрия (Чили) и нитрат калия (Индия). С конца XIX столетия началось промышленное извлечение аммиака из продуктов коксохимического производства (прямой коксовый газ), сохранившее свое значение до настоящего времени. Выход аммиака при этом составляет около 4 кг на тонну производимого кокса. Так, в 1978 году при мировом производстве кокса 310 млн. тонн, это соответствовало 1,3 млн. тонн аммиака.

Промышленные методы связывания атмосферного азота появились в начале XX века и опирались на лабораторные исследования химиков XVIII-XIX вв. При этом, практически одновременно изучались все три варианта фиксации азота атмосферы.

Теоретические основы аммиачного метода фиксации азота были разработаны В.Рамзаем и С.Юнгом (1884-1886), установившими обратимость реакции синтеза и А.Ле-Шателье (1901), изучившим влияние давления на эту систему и взявшему патент на получение аммиака путем взрыва сжатой смеси азота и водорода. В период 1903-1910 гг. состояние системы «азот-водород» при различных давлениях и температурах было обстоятельно изучено Ф.Габером, В.Нернстом, Г.Иостом и Р.Ле-Россиньолем. На основе этих исследований в 1910 году был пущен первый опытный реактор производительность 1 тонна аммиака в сутки, а в 1913 году первый завод производительностью 25 т/сутки.

Дальнейшее развитие производства аммиака по этому методу шло по пути укрупнения установок и поисков оптимального давления и новых эффективных катализаторов. В результате производительность установок возросла до 800-1000 т/сутки, а общепринятыми системами стали системы среднего давления.

Разработки отечественного аммиачного производства опирались на теоретические экспериментальные исследования А.И.Горбова и В.Ф.Миткевича (1907-1909) по разработке дугового метода, В.Н. Ипатьева (1918-1919) по подбору катализаторов для синтеза аммиака и др. В 1928 году на Чернореченском химическом заводе была пущена первая установка по производству аммиака синтезом из азота и водорода на железном катализаторе под высоким давлением (76 МПа) мощностью 7,5·10³ т/год.

В период 1932-1940 гг. на Березниковском химическом заводе было освоено производство аммиака при среднем давлении (30 МПа), причем производительность завода за эти годы выросло с 4900 до 100 000 т/год. В 1933 году был введен в строй Горловский завод производительностью 52 000 т/год, а в 1938 году заводы в Днепродзерджинске и Кемерово производительностью 75000 т/год каждый. К 1941 году на территории СССР действовало семь азотно-туковых заводов общей производительностью более 500 000 тонн аммиака в год.

В послевоенное время, наряду с восстановлением предприятий азотной промышленности, шло интенсивное строительство новых заводов (Кировокан, Лисичанск, Рустави, Ново-Кемерово),совершенствование технологических процессов синтеза, переориентация аммиачного производства на новые виды сырья. Одновременно, непрерывно возрастала мощность колонн синтеза аммиака (табл.14.2). Современные установки имеют мощность, достигнутую в 1973 году.

Таблица 6.2

Мощность колонн синтеза аммиака

Год	1928 1940 1950 1961 1965 1973
Мощность, т/сутки	8 50 200 300 600 1360