Нижний (нпв) и верхний (впв) пределы взрываемости смеси аммиак – кислород – азот

Содержание О2 в смеси кислород-азот, % об.	Содержание NH3 в смеси аммиак-кислород-азот, % об.
	НПВ	ВПВ
100 80 60 50 40 30 24	13,5 18 19 19 18 17 22	82 77 69 64 57 46 31

При повышении влажности газа пределы взрываемости сужаются, т.е. возможно применить парокислородную конверсию аммиака.

Смеси аммиака с кислородом воспламеняются со взрывом Т_воспл=700–800С. В этих температурных пределах самовоспламенение происходит при любом содержании аммиака в аммиачно-кислородной смеси.

Практически применяемые аммиачно-воздушные смеси (концентрация аммиака 9,5–11,5%) не взрывоопасны (табл. 10). Существуют зависимости пределов взрываемости авс от содержания аммиака и кислорода при различных давлениях, описанные в специальной литературе.

Однако следует заметить, что скорость распространения взрыва невелика и для авс составляет 0,3–0,5 м/с. Т.е. для устранения возможности распространения взрыва нужно создать скорость газа больше этого значения (0,5 м/с). Это как раз и достигается использованием в процессе активных платиноидных катализаторов, где время контакта составляет ~10^-4 c и, следовательно, линейная скорость более 1,5 м/с.

4.4. Зависимость степени конверсии аммиака от времени контакта

Нахождение кинетического уравнения реакции (1) данного процесса представляет большие трудности. Поэтому часто поступают таким образом: определяют лимитирующую стадию процесса и скорость стадии, считая, что скорость всего процесса и будет определяться скоростью этой стадии.

При атмосферном давлении скорость описывается уравнением первого порядка:

(8)

или

, (9)

где α – степень конверсии.

Таким образом, для решения практических задач пользуются чаще всего эмпирическими уравнениями зависимости степени конверсии от времени контакта.

При длительном контакте газа с катализатором окисление сопровождается выделением большого количества элементарного азота, образующегося при взаимодействии NO_х и NH₃. Уменьшая время контакта, мы увеличиваем степень конверсии NH₃, но только до определенного предела, т.к. при очень маленьком τ (линейная скорость велика и составляет > 10 м/с), может наблюдаться проскок непрореагировавшего аммиака, который частично превращается в элементарный азот. Это хорошо видно из графика (рис. 9).

Из рисунка 9 также видно, что степень конверсии от содержания аммиака в газе зависит слабо.

Время конверсии NH₃ на платинородиевом контакте при 900 С можно приближенно вычислить (при α=90–98 %) по уравнению 10:

, (10)

где τ – время конверсии, с;

α – степень конверсии, %.

Существует большое количество эмпирических уравнений для определения τ, количества прореагировавшего аммиака, напряженности катализатора и т.д., которые приведены в специальной литературе.

Таким образом, в заключении можно сказать, что степень конверсии NH₃ зависит от:

• температуры;

• давления;

• содержания NH₃ в газе;

• времени контактирования;

• применяемого катализатора.