Производство аммиака

ВВЕДЕНИЕ
Аммиак один из важнейших продуктов химической промышленности. Ежегодное мировое производство аммиака достигает 150 млн. тонн. Россия входит в десятку лидеров по производству аммиака.
Большая часть получаемого в промышленности аммиака идёт на приготовление азотной кислоты, азотных удобрений, красителей. Применяется аммиак и для получения взрывчатых веществ. Широко используются водные растворы аммиака. Как слабое летучее основание, он применяются в химических лабораториях и производствах. С помощью аммиака получают пищевую соду.
В медицине 10% водный раствор аммиака известен как нашатырный спирт.
При пайке металлов используют хлорид аммония - нашатырь - NH4Сl. При высокой температуре нашатырь разлагается с образованием аммиака, который очищает поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов.
Как было сказано выше, аммиак используется для производства азотных удобрений, таких как:
-аммиачная селитра,
- сульфат аммония,
- мочевина/карбмид.
В качестве сырья для производства аммиака может быть использован кокс, уголь (технология более затратная, менее экологична), коксовый газ, природный газ. В основном в странах-производителях, аммиак производят из природного газа.
Жидкий аммиак хранят только в наземных складах:
- в горизонтальных и шаровых резервуарах под избыточным давлением,
-в зависимости от температуры окружающего воздуха,
- без отвода испаряющегося аммиака;
- в шаровых изолированных резервуарах под избыточным давлением, в которых заданное рабочее давление поддерживается посредством конденсации испарившегося аммиака или отвода потребителям испаряющегося аммиака;
-в вертикальных изолированных резервуарах при температуре минус 33°С под избыточным давлением, поддерживаемым посредством конденсации испаряющегося аммиака (изотермический способ хранения);
- в прирельсовых складах аммиак хранят в цилиндрических хранилищах под давлением.
Технологической схемой предусмотрена возможность передачи жидкого аммиака из одного резервуара в любой другой. Все резервуары соединены друг с другом. Резервуары оснащены предохранительными клапанами. Также для повышения безопасности резервуары окапывают по отдельности или группой, устанавливают дополнительные поддоны, делают дополнительные стенки, а также другие меры предосторожности для безопасного хранения перед транспортировкой.
При хранении больших объемов углеводородных газов наиболее эффективны подземные газохранилища. Широкое распространение получило хранение аммиака в изотермических газгольдерах.
На предприятии, где производится аммиак, вблизи складов с хранящимся полученным аммиаком, как правило, устанавливают два компрессора, основной и резервный. С их помощью, под давлением до 35 атмосфер в трубу, далее аммиакопровод, подается аммиак в жидком состоянии и транспортируется до конечного потребителя через промежуточные раздаточные станции, будь-то перерабатывающий завод или дальнейшее звено передачи аммиака. Например, железнодорожным сообщением в цистернах.
Аммиак – активное и "едкое" соединение (едкость кислот и щелочей проявляется в том, что большие количества ионов Н+ или ОН – разъедают живую ткань растений, животных и, естественно, человека; впрочем, неживую "ткань" они тоже разъедают). Однако если заменить в аммиаке один, два или все три атома водорода на органические радикалы, то "едкость" существенно снижается, а основные свойства остаются. Такие соединения выполняют в живой природе функции оснований.
Однако, как и многие другие яды, в малых дозах аммиак оказывает положительное влияние на организм: 10%-й раствор аммиака в воде используют в медицине для стимуляции дыхания (его не пьют, конечно, а просто дают понюхать), центральной нервной системы и т. п.
В больших количествах аммиак вреден и для растений. Но в небольших количествах он им необходим. Ведь без азота, и в частности без аммиака, не построить те органические соединения, которые потом превращаются в растительные белки, а в дальнейшем – в белки животных. Большим количествам газообразного аммиака растения противостоят по-разному. Некоторые стараются прекратить ему доступ внутрь (например, закрывают устьица на листьях). Другие растения перерабатывают аммиак с помощью соответствующих ферментов в нитрат-ионы, которые для растений не ядовиты, тем самым запасая ценный для своего развития элемент.
Аммиак NH3 – бесцветный газ с резким запахом. При нормальных условиях плотность газообразного аммиака составляет 0,771 кг/м3. При охлаждении до -33,40С (760мм рт.ст.) аммиак сжижается и при -780С затвердевает в виде кристаллов кубической формы. Жидкий аммиак - бесцветная жидкость плотностью 0,6814 т/м3 при температуре кипения. Критическая температура аммиака равна 132,40С.
Аммиак хорошо растворим в воде (700л в 1л), ограниченно растворим в органических растворителях. Жидкий аммиак растворяет щелочные и щелочноземельные металлы, фосфор, серу, йод и многие неорганические и органические соединения. При температуре выше 13000С аммиак диссоциирует на азот и водород:
2 NH3 = N2 + 3H2 + Н
Сухой аммиак образует с воздухом взрывоопасные смеси, пределы взрываемости которых зависят от температуры и при 180С ограничены интервалам содержания аммиака в газовой смеси от 0,155 до 0,27 объемных долей. Эта особенность системы аммиак – воздух учитывается при производстве азотной кислоты окислением аммиака, в котором сырьем является аммиачно-воздушная смесь.
Сырьем для производства аммиака является азотно-водородная смесь (АВС) стехиометрического состава N2 : Н2 = 1 : 3.

1Физико-химические основы процесса производства
Синтез аммиака описывается уравнением:
N2 + 3H2 = 2 NH3 + Н
Это обратимый гетерогенный каталитический процесс, протекающий с выделением теплоты и значительным уменьшением объема. По принципу Ле Шателье для увеличения выхода аммиака(смещения равновесия вправо) необходимо повышение давления и понижение температуры. При повышении давления и постоянной температуре равновесное содержание аммиака в смеси с азотом и водородом увеличивается.
При 4500С и 10МПа в равновесной газовой смеси содержится лишь около 16% NH3, при 30МПа равновесный выход аммиака уже составляет 36%, а при 100МПа – 70%. Оптимальные давления определяются не только выходом аммиака, но и затратами энергии на сжатие газа, стоимостью изготовления оборудования.
Синтез аммиака вследствие высокой прочности связи атомов азота даже при высоких температурах (до 8000С) протекает крайне медленно. В промышленных условиях для ускорения процесса синтез аммиака проводят