Аммиак және азот қышқылын өндіру

Азот тірі табиғаттаа адам өмірінде өте мәні роль атқаратын химиялық элементтер тобына жатады. Азот негізгі биохимиялық үдеріске қатысады. Ақ ауыз құрамында ол адамдардын және жануарлардың қажетті қорек заттарын құрайды. Өсімдіктер және жануарлар ағзасында ақ ауыз синтезінде элементарлы азот қатыспайды, онын химиялық қоспасы – аммиак қатысады. Аммиактан азот қышқылын және азот тынайтқыштарын алады. Азот қоспаларын аралық өнімдерді және бояуларды дайындауда қолданады, пастикалық массасын дайындауда (аминопластар), химиялық талшықтарды, фотографиялық препараттарын, медикаменттерді және бір қатар қажетті ауыл шаруашылық өнімдерін алуда. Азот қоспалары жану және жарылу заттарын дайындауда қолданады. Табиғаттағы байланыста болаты азоттын өнеркәсіптік мәні өте аз. Натрий нитраты түріндегі байланыстағы азот кен орындары Чмлмде және Он түстік Африкада табылған. Бір сыпыра байланыстағы азот (аммоний сульфат түрінде) кокс газын қайта өңдеуге пайда болады, бірақ бұл қореқ көзі өте аз. Атмосферадағы бос азоттан азот қоспаларының синтезі ХХ ғасырдың басында үш тәсілмен жүргізілген: доғалы, цианамидты және аммиакты.

Доғалы әдістін мәні – ол ауадағы оттегімен азоттын қосылуы жоғары температурада мына реакциямен жүруінен болады:

N₂+O₂ <=> 2NO-179,2 кДж.

Азот оксиді екі оксидіне дейін тотығып суды жұтыуынан азот қышқылы HNO₃ түзіледі. Бұл қолданудан қалған. Өйткені электр доғасын алу үшін өте көп электр энергиясы шығындалады және азот оксидінің шығуы өте аз болуынан. Бірақта осы күндері плазмалық үдерістері қолдану негізінде жоғары температуралы азотты ауа оттегімен тотықтыру әдісі қолға алына басталады.

Цианамид тәсілінде өте майда ұсатылған кальций карбиды 1000ºС – да азотпен реакцияға түседі:

CaC₂+N₂<=>CaCN₂+C+301,5 кДж

Осы уақытта бұл тәсілдін өнеркәсіптегі мәні төмен.

Аммиакты әдіс – атмосфералық азотты байланыстыру. Басқа әдістерге қарағанда экономикалық мәні зор. Бір тонна байланыстағы азотқа энергия шығыны доғалы және цианамидтікінен төмен.

Аммиак синтезі үшін азот және сутек қатынасы N₂/H₂=1/3 болуы тиіс. Азот сутекі қоспасын алу үшін аммиак өндірісінде азотты ауадан екі бір – біріне ұқсамайтын тәсілмен алады:

1)ауаны азот және оттегіне физикалық бөлу; 2)с тегін алу жолында ауа оттегін СО₂ түрінде байлап, содан кейін азот сутек қоспасынан СО₂ бөлу. Сутек көзі болып метан және онын гомологтары алынады, сулы және жарты сулы газдар, кокс газы, су.

Аммиак синтезі үшін қажетті сутегін өнеркәсіпте мына тәсілдердін бірімен алынады: 1)табиғи газ немесе онын гомологтарынан метанды конверсиялап одан СО-ны конверсиялау; 2)қатты немесе сұйық отынды газификациялау жолымен алынған сулы немесе жартылай сулы газдан конверсиеленген көмір тек оксиды; 3)кокс газын бөлуде қоспаларының барлық компоненттерін сұйылтыру жолымен, сутектен басқа; 4)су немесе натрий хлорид ерітіндісінің электролизы.

Метанды конверсиелеумен сутегін алу

Метаннын су буымен және оттегімен қатынасы мына негізгі реакциялармен жүреді:

CH₄+H₂<=>CO+3H₂-20ВкДж

CH₄+0,5O₂<=>CO+2H₂+35 кДж

Метан гомологтарының көрсетілген тотықтырғыштармен реакциясы да осылай өтеді. Әрі қарай көмір оксидінің су буымен конверсиясы жүреді:

СО+Н₂О<=>СО₂+Н₂+41 кДж

Метанның су буымен конверсия үдерісінің қосындысы жылу жұтумен жүреді:

CH₄+2H₂O<=>CO₂+4H₂-165 кДж

СО және Н₂ алуда метан конверсиясын атмосфералық немесе жоғарғы қысымда катализаторларды (СН₄-тін каталитикалық конверсиясы) қолданумен немесе катализаторсыз (СН₄-тін жоғарғы температуралы конверсиясы) өтеді.

Аммиак синтезі жүргізу үшін, СН₄ 0,5% жоғары болмайтын, азотсутекі: қоспасы қажет, осы талап орындалмаса синтез бөлімінде үрлеу нәтижесінде газ шығыны көп болады.