Цех фосфорной кислоты.

Производство фосфорной кислоты ( H₃PO₄) начато в 1961 году по французской технологии. Сначала это был дигидратный способ производства, а затем технологами завода ,путём изменения технологических параметров производства, был переделан в полугидратный способ производства, что позволило увеличить объём производства в 1,7 раза, но единственным существенным недостатком является то, что отходом этого производства являетсяCaSO₄0,5H₂Oкоторый стремится насытится до 2 молекулH₂O.

Поэтому должно соблюдаться строгое соблюдение параметров, особенно содержание воды. Если показатель содержания воды превышает норму, то происходит интенсивное забивание труб и аппаратов CaSO₄2H₂O, так какCaSO₄0,5H₂Oявляется вяжущим соединением. Очистку от загрязнения надо проводить механическим путём, что может привести к повреждению оборудованию и выхода его из строя.

Сырьём для получения фосфорной кислоты является апатит ( Ca₅(PO₄)₃F). Из сырья нам нужно выделитьP₂O₅, который извлекают с помощьюH₂SO₄. При этом химическую реакцию можно представить в таком виде :

Ca₅(PO₄)₃F+H₂SO₄=H₃PO₄+CaSO₄+HF+SiF₄(H₂SiF₆ =HF+SiF₄ )

При обработке апатита серной кислотой получается пульпа, которую направляют на разделение. Разделение проводят на карусельном вакуумном фильтре. После разделения выходят 2 потока. Первый поток: это экстракционная фосфорная кислота, т.е. не выпаренная. Второй поток: влажный осадок CaSO₄, который подвергается 4 – ёх кратной промывке и далее на свалку. УлавливаниеHFиSiF₄ ,уходящих в атмосферу, проводят абсорбцией в скрубберах. Так как уходящие газы агрессивны, то технологическое оборудование должно быть хорошо защищено. Для этого применяется спецлегированная сталь или обычная чёрная сталь + гуммировка + графитовая защита.

На заводе имеется 2 установки по производству фосфорной кислоты с мощностью производства каждой – 230 т/сут.

Типичная схема цеха:

Цех аммиака.

Функциональная схема производства аммиака.

Сырье: природный газ,водяной пар,кислородо-воздушная смесь.

Химическая схема включает реакции:

Паровая конверсия метана CH₄+H₂O=CO+3H₂

Конверсия оксида углерода CO+H₂O=CO₂+H₂

Синтез аммиака N₂+3H₂=2NH₃

Все реакции каталитические,поэтому необходима очистка природного газа от серосодержащих соединений,которые являются каталитическими ядами, и очистка от оксидов углерода.

H₂O Воздух

N₂

CH₄

S CO₂ NH₃

Очистка природного газа Конверсия Конверсия Очистка от Синтез аммиака

От серосодержащих Метана оксида углерода оксидов углерода

Соединений

Очистка природного газа от серосодержащих соединений

Природный газ содержит меркаптаны (RSH), тиофен, CS₂,сульфиды, H₂S и др. Все серосодержащие гидрируют до H₂S, который направляется в абсорбер .Абсорбер-однослойный реактор с неподвижным слоем зернистого поглотителя. Поглотитель H₂S-оксид цинка:

ZnO+H₂S=ZnS+H₂O

Конверсия метана

Взаимодействие метана с водой протекает на никельсодержащем катализаторе и представлено двумя обратимыми реакциями:CH₄+H₂OCO+3H₂ -Q₁(1)

CO+H₂O CO₂+H₁ +Q₂ (2)

1. экзотермическая, а (2) эндотермическая. Температура будет по-разному влиять на их равновесие: благоприятно – для первой и отрицательно - для второй. Поскольку сначала надо обеспечить наиболее полное превращение метана, то температуру повышают. При этом равновесие второй реакции сдвигается влево.Конверсия метана идет с ростом объема, а потому низкое давление способствует более полному превращению метана .

Итак, высокая температура и низкое давление термодинамически выгодны для конверсии метана. Но эти условия могут быть невыгодны для технологического процесса в целом. Конечная стадия – синтезаммиака - идет при высоком давлении (30 МПа). Затраты энергии А на сжатие газа от давленияP₁доP₂составляютA=a/(a-1) *nRT[1-(P₁/P₂)]^(a-1)/a,где а-показатель политропы. Затраты энергии пропорциональны объему газа - числу молейn. При полном превращении метана иCOобразуется 4 моля водорода, к которым добавляется 4/3 моля азота. Есликонверсию проводить при термодинамически выгодных условиях, при атмосферном давлении ,то далее необходимо сжать более 5 объемов азотоводородной смеси. Энергетические затраты будут тем меньше, если конверсию провести при промежуточном давлении, сжимая только метан (водяной пар поступает под давлением).Тогда уменьшится энергия сжатия пятикратного объема азотоводородной смеси. На стадии конверсии оптимальное давление 4 МПа.

Конверсия метана эндотермическая (Q1=-206.4 кДж/моль) и превалирует над экзотермическим этапом (Q2=41.0 кДж/моль). Необходимое тепло подводится через стенки обогреваемых труб ,в которых находится катализатор и протекает реакция, процесс осуществляется в трубчатом реакторе(печи).Обогрев осуществляют сжиганием природного газа в факельных инжекторных горелках. Дымовые газы с температурой 1200-1300 К отводят из нижней части реактора. Температура, необходимая для полного превращения метана ,1300 К, а металл, из которого сделаны трубки, допускает нагрев не выше 1200 К. Превращение метана не превышает 75%.

Необходима вторая ступень конверсии, осуществляемая в шахтном реакторе. Его стенки футерованы бетоном - для предохранении корпуса от перегрева. Необходимую температуру создают подачей воздуха в реактор .Часть метана сгорает в кислороде воздуха, и температурарастет до 1280 К.С воздухом вводится и необходимый для синтеза азот.

Конверсия CO

Это обратимая экзотермическая реакция

CO+H₂OCO₂+H₂+41 кДж

Проводят в реакторе со слоями катализатора и промежуточным охлаждением между ними, которое в некоторых схемах осуществляется впрыскиванием конденсата, и за счет испарения воды температура снижается.