2. 3 Производство азота

Мировая нефтегазовая, химическая, пищевая, металлургическая и многие другие отрасли промышленности не смогут существовать без использования азота. Этот инертный газ, благодаря своим свойствам, а также дешевизне и доступности, стал незаменим при пожаротушении, упаковке и хранении продуктов, бурении скважин, продувке трубопроводов и разработке угольных пластов. Для производства азота существует всего три основных технологии, и все они основаны на разложении воздуха.

1. Криогенная технология

Криогенные установки работают по принципу сжижения воздуха с последующим его разделением на кислород, азот и аргон. Воздух в такой установке сначала сжимается компрессором, проходит теплообменники, расширяется в детандере или дроссельном вентиле, из-за чего охлаждается до температуры 930°К и становится жидкостью. Далее происходит разделение жидкого воздуха большей частью на жидкий азот и жидкий кислород за счет разных температур кипения данных компонентов: азот начинает выпариваться при температуре 77,360°К, кислород при 90,180°К.

2. Производство азота методом адсорбции

Технология разделения газовых смесей с помощью адсорбентов незаменима на производствах, требующих газа высокой чистоты при большом объеме газового потока. Установка по производству азота, принцип работы которой основан на адсорбционном разделении газов и зависит от температуры и давления газа, конструктивно состоит из двух колонн, в каждой из которых содержится вещество для селективного поглощения газовой смеси. Поток сжа того воздуха проходит через одну колонну до тех пор, пока адсорбент способен поглощать определенный газ. Затем, до полной регенерации адсорбента, воздух направляется в другую колонну. Преимуществом данного метода производства азота является высокая чистота получаемого продукта.

3. Технология мембранного разделения газов

Современные установки по производству азота используют технологически совершенные мембраны пятого поколения, зарекомендовавшие себя как идеальное устройство, которое позволяет получать азот с чистотой от 90% до 99, 95%. Основной элемент установки – газоразделительная мембрана, представляющая полое волокно, на внешнюю поверхность которого нанесен специальный слой, обладающий селективными свойствами по отношению к различным компонентам газа. Подогретый, тщательно отфильтрованный воздух подается в мембранный модуль, состоящий из тысяч полых волокон, при этом кислород проходит сквозь стенку мембраны, а азот под давлением выходит из противоположного конца мембраны.

2.4 Производство аммиака

В основу производства аммиака положены принцип циркуляции, согласно которому процесс идет непрерывно, причем остатки исходных компонентов отделяются от конечного продукта и используются вновь. Процесс синтеза происходит без остановки. 

2.4.1 Сырьё

В отличие от азота, который содержится в воздухе в больших количествах, водород в чистом виде в природе практически не присутствует, а выделять его из воды - довольно трудоемкий и энергозатратный процесс. Поэтом у в качестве сырья для производства аммиака в основном используются углеводороды, содержащиеся в природном газе. В настоящее время именно природный газ является одной из основ аммиачной промышленности.

2.4.2 Технология

Прежде чем попасть в колонну синтеза, газ проходит несколько стадий обработки. Начинается процесс с того что производится очистка исходного сырья от серы при помощи десульфуратора.

Далее идет так называемый процесс риформинга, который заключается в том, что в его ходе углеводороды сначала превращаются в метан, потом происходит довольно сложный процесс превращения метана в смесь водяного пара, угарного газа, углекислого газа и водорода. При этом также происходит очистка смеси от углекислого газа, после чего водород попадает в колонну синтеза под большим давлением вместе с азотом. Таким образом, прежде чем начать непосредственно производство аммиака, технология предполагает предварительную обработку сырья. Все процессы риформинга, как и непосредственно сам синтез конечного продукта, происходят при высоком давлении и большой температуре.

После прохождения цикла синтеза смесь попадает в холодильник, где от нее оделяется аммиак в жидком виде, а оставшиеся после реакции  компоненты снова идут в производство.

 

2.5 Производство азотной кислоты

Процесс производства разбавленной азотной кислоты склады­вается из трех стадий:

• конверсии аммиака с целью получения оксида азота

4NH₃ + 5О₂ → 4NO + 6Н₂О;

• окисления оксида азота до диоксида азота

2NO + О₂ → 2NO₂;

• абсорбции оксидов азота водой

4NO₂ + О₂ + 2Н₂О → 4HNO₃;

Суммарная реакция образования азотной кислоты выражается:

NH₃ + 2О₂ → HNO₃ + Н₂О.

Принципиальная технологическая схема процесса приведена на рисунке [9]. Воздух забирают из атмосферы через трубу 25, очищают от пыли в фильтре 24, сжимают воздушным компрессором 23 и, разделив на два потока, подают в контактный аппарат и подогреватель аммиака. Жидкий аммиак (парожидкостная смесь) через ресивер 1 поступает в испаритель 2, где испаряется при 10–16 °С и давлении.

После испарителя газообразный аммиак очищают от масла и механических примесей в фильтре 3 и направляют в подогреватель аммиака 4, где он нагревается до 80–120 °С воздухом.

Очищенный воздух и аммиак поступают в смесительную камеру 22 контактного аппарата 20. Пройдя тонкую очистку в фильтре, встроенном в контактный аппарат, аммиачно-воздушная смесь поступает на двухступенчатый катализатор, состоящий из трех платиноидных сеток и слоя катализатора. Нитрозные газы при температуре 840–860 °С поступают в котел-утилизатор 19, расположенный под контактным аппаратом, где за счет их охлаждения получают пар давлением 40 МПа с температурой 440 °С. Котел питают химически очищенной водой в колонне 17. Вода проходит теплообменник 16, где нагревается нитрозными газами до 150 °С, экономайзер 18 и затем поступает в барабан котла-утилизатора 21.

Нитрозные газы после котла-утилизатора охлаждаются в экономайзере 18, отдают свою теплоту в подогревателе 15 и затем поступают в водяной холодильник 14 для дальнейшего охлаждения. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация паров воды с образованием 40–45%-ной азотной кислоты, которая подается в газовый промыватель 13. Сюда же поступают нитрозные газы.

В промывателе происходит одновременно с охлаждением промывка нитрозных газов от солей и дальнейшая конденсация азотной кислоты. Кислота из нижней части промывателя подается в абсорбционную колонну 10, а нитрозные газы сжимаются в компрессоре 12. После сжатия нитрозные газы охлаждают в холодильнике 16 до 155–165 °С. На тарелках абсорбционной колонны расположены змеевики для охлаждения кислоты. Сверху в колонну поступает паровой конденсат с температурой не выше 40 °С. Снизу колонны выводится 58–60%-ная азотная кислота; она поступает в продувочную колонну 9 для удаления растворенных в ней оксидов азота и далее направляется в хранилище.

Рисунок 9–Технологическая схема производства азотной кислоты АК-72

Заключение

Во время прохождения первой учебной практики можно сделать вывод о том, что на каждом из заводов производство несёт вред для здоровья человека. Асбестовая пыль, специфические запахи, углеродная пыль – всё это неблагоприятно отражается на организме. Поэтому для работников производства был сокращён пенсионный возраст. Трудовая пенсия по старости назначается женщинам по достижении возраста 45 лет, если они проработали 7 лет 6 месяцев на работах с вредными условиями труда.

Если говорить о дальнейших перспективах развития, то каждый завод стремится всё больше и больше усовершенствовать схему своего производства, закупая новейшее оборудование для облегчения процесса изготовления и т.д. Например, на АШК появилась установка «Квадроплекс», позволяющая производить протекторы одновременно из 4-х резиновых смесей. Всё производители устанавливают новые связи с различными поставщиками, тем самым, повышая свою значимость на рынке.

Создание экологически безопасного предприятия – одна из приоритетных целей любого предприятия. Уделяя внимание экологии, компании заботятся о будущем региона, в котором живут и работают ее сотрудники. Например,  около 138 миллионов рублей было направлено в течение 2013 года ОАО «Алтай-Кокс» на реализацию различных природоохранных мероприятий, нацеленных на снижение влияния производства на окружающую среду.

Что касается второй части практики, то она имеет лишь ознакомительный характер, а именно знакомство с подробным описанием производства кокса, азотной кислоты и т.д. Суть получения данных продуктов крайне сложна для понимания и требует внимательного изучения.

Источники информации

1. ОАО ПО «Алтайский шинный комбинат» http://ashkom.ru;

2. ООО «Конти» http://aconti.ru;

3. ООО «Martika» http://www.martika-home.ru;

4. ООО «РТИ Барнаул» http://www.rti-barnaul.ru;

5. ООО «Барнаул РТИ» http://barnaul-rti.ru;

6. ОАО «БзАТИ» http://www.barnaul-ati.ru.

7. Беушева О.С. Методические указания по учебной практике для студентов направления 18.03.01 «Химическая технология»/ О.С. Беушева, Н.Л. Пантелеева; Алт.гос.техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ , 2015.-39 с.

8. ОАО «Алтай-кокс» http://www.altai-koks.ru/production/coke

9. ОАО«Кучуксульфат» http://ru.kuchuk.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=19&Itemid=102

10. Производство сульфата натрия из рассолов озера Кучук / Под ред. Е.Е. Фролонского. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2001. – 444 с.

11. Технология связанного азота / В. И. Атрощенко, А. М. Алексеев, А. П. Засорин и др.; Под ред. акад. АН УССР В. И. Атрощенко. — К. : Вища шк. Головное изд-во, 1985. — 327 с.