4.2.2.1 Химическая схема производства аммиака

Основная стадия получения аммиака из азотоводородной смеси описывается уравнением:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Однако, так как преобладающим методом получения АВС является конверсия метана воздухом и водяным паром, химическая схема производства аммиака помимо этой реакции включает несколько реакций воздушной и паровой конверсии, а также ряд других физико-химических операций.

Первая стадия - приготовление АВС.

Вторая стадия – синтез аммиака из АВС.

В свою очередь, каждая стадия состоит из нескольких операций.

4.2.2.2 Принципиальная схема производства аммиака

На рисунке 4.4 представлена принципиальная схема производства аммиака.

Рисунок 4.4 – принципиальная схема производства аммиака.

1. очистка природного газа от серосодержащих соединений;

2. конверсия метана;

3. конверсия оксида углерода;

4. очистка водорода от оксидов углерода, добавление азота к водороду;

5. синтез аммиака

Рассмотрим подробнее каждый из этапов синтеза.

Основными химическими синтеза аммиака являются:

1. Очистка природного газа от серосодержащих соединений.

Поскольку конверсия природного газа – каталитический процесс, перед проведением конверсии проводят очистку природного газа от соединений серы, являющихся каталитическими ядами. Кроме того, наличие в природном газе соединений серы вызывает коррозию аппаратуры. Природный газ содержит примеси серосодержащих соединений - меркаптаны (RSH), тиофен (гетероциклическое соединение C₄H₄S), сероуглерод (CS₂), сульфиды (R₂S), сероводород (H₂S) и др. Кроме того, природный газ перед транспортировкой ОДОРИРУЮТ - добавляют этилмеркаптан, обладающий сильным запахом. Одорирование придает специфический запах природному газу (метан - газ без запаха). Это делается в целях безопасности - утечка взрывоопасного газа должна ощущаться окружающими. Содержание серы невелико, в среднем - несколько десятков мг/м³. Но сера в любом виде отравляет катализаторы, используемые в производстве аммиака. Ее содержание не должно превышать 0,5 мг S/m³.

Для очистки от малых количеств примесей эффективны сорбционные методы, но различные компоненты удаляются разными, специфичными сорбентами. Чтобы избежать многоступенчатой сорбционной сероочистки, все серосодержащие соединения сначала "приводят" в одно состояние - их гидрируют до сероводорода:

RSH + Н₂ = H₂S + R;

C₄H₄S + 4Н₂ = H₂S + C₄H₁₀;

CS₂ + 4H₂ = H₂S + СН₄ и т. д.

Водород для гидрирования в виде азотоводородной смеси имеется в производстве аммиака. Его добавляют до 15%. Кобальт-молибденовый катализатор активен в этих реакциях при 670 К. Выходящий из реактора гидрирования газ содержит серу только в виде H₂S и направляется в абсорбер, в котором и происходит собственно очистка газа. Технологическая схема очистки природного газа от серы показана на рис. 4.5.

Рис. 4.5 – Технологическая схема очистки природного газа от серусодержащих соединений. 1 – огневой подогреватель; 2 – реактор гидрирования; 3 – абсорберы; ABC - азотоводородная смесь

В качестве поглотителя сероводорода используется оксид цинка ZnO:

ZnO + H₂S = ZnS + H₂O.