1-AMONIAK, Azot___N2


Azot N2

Waciwoci fizyczne:

Azot w postaci gazowej jest:

bezbarwny

bezwonny

bez smaku

nietoksycznym

obojtnym

nieznacznie rozpuszczalny w wodzie lub innych cieczach

Azot zawarty w powietrzu mona zwiza w postaci nastpujcych zwizków:

1. Tlenku azotu (II) otrzymywanego w wyniku bezporedniej syntezy azotu i tlenu w uku elektrycznym

N2 + O2 ! 2NO + 179 kJ

2. Cyjanoamidu wapniowego w wyniku dziaania azotu na karbid:

CaC2 + N2 ! CaCN2 + C - 302 kJ

3. Amoniaku w wyniku syntezy z wodorem (najwiksze zastosowanie)

N2 + 3H2 ! 2NH3 -112 kJ

inne zastosowania:

cieky azot wykorzystywany jest jako czynnik chodzcy

_ do gbokiego zamraania krwi i organów w medycynie

_ do mroenia ywnoci w magazynach i transporcie

_ przy montau maszyn.

Synteza amoniaku:

Zagadnienia

1. Przygotowanie surowców wyjciowych do syntezy (azot, wodór).

2. Dobór optymalnych warunków fizykochemicznych, zapewniajcych najlepsz wydajno procesu syntezy.

3. Wydzielenie produktu syntezy z gazów poreakcyjnych.

ad1. Azot _ skraplanie i rektyfikacj powietrza

Gówne skadniki powietrza N2 i O2 tworz prosty ukad zeotropowy tj. taki, który wykazuje odchylenia od prawa Raoulta bez wystpowania ekstremum.

Wykres równowagi ciecz - para w ukadzie N2 i O2 pozwala przewidzie moliwoci rozdziau powietrza na azot i tlen przy pomocy kolumny rektyfikacyjnej.

Zaleno analogiczna dla szeregu cinie wskazuje, e rozdzielenie azotu od tlenu pod wyszym cinieniem jest moliwe (prowadzi si je przy znacznie wyszych temperaturach)

Oczyszczanie powietrza:

• usunicie pyów ! na filtrach

pary wodnej ! adsorpcja na glinokrzemianach lub staym ugu sodowym

dwutlenku wgla ! pochonicie w roztworze ugu sodowego

• skraplanie (temperatura gazu obnia si przy rozpraniu adiabatycznym)

Proces rektyfikacji powietrza jest realizowany najczciej w jedno- lub dwukolumnowym aparacie do destylacji.

Aparat jednokolumnowy (gównie do produkcji tlenu w hutach):

sprone powietrze do okoo 200 atmosfer

gór odbierany jest azot o czystoci 93 %

Aparat dwukolumnowy:

uzyskuje si azot o czystoci 98 %, tlen o czystoci 99.3 %

w kolumnie dolnej cinienie powyej 3.6 bara, temperatura -175°C

w kolumnie górnej cinienie ok. 1.4 bara, temperatura -180°C

Wodór _ z gazu generatorowego (wysoki koszt produkcji oraz

energochonno produkcji)

_ z gazu ziemnego

1. Kraking metanu w temperaturze kooo 1750 K (1480°C) zgodnie z reakcj:

CH4 ! C + 2H2 + 88 kJ

- do otrzymywania sadzy, nie znajduje zastosowania jako ródo uzyskiwania wodoru do syntezy amoniaku.

Jeeli kraking w tej samej temperaturze, ale

• czas przebywania w strefie reakcji  = (0.1 - 0.01) s

• produkty reakcji natychmiast ozibiane

2CH4 ! CH=CH + 3H2 + 381 kJ

- acetylen do syntezy organicznej

- wodór do syntezy amoniaku

Obie reakcje s reakcjami nieodwracalnymi (temperatura wpywa jedynie na szybko reakcji - nie na równowag reakcji)

2. Póspalanie metanu - niecakowite utlenienie metanu

2CH4 + O2 ! 2CO + 4H2 - 51 kJ

3. Konwersja metanu z par wodn:

CH4 + H2O ! CO + 3H2 + 207 kJ

Q z reakcji póspalania pozwala przeprowadzi endotermiczn reakcj konwersji

Reakcja odwracalna - regua przekory

Wystarczajca szybko w temperaturze ok. 1350°C (1600 K) lecz nastpuje niepodana reakcja krakingu metanu

• niezbdne katalizatory: Ni aktywowany Al2O3, MgO, Cr2O3

zastosowanie katalizatora pozwala obniy temperatur do ok. 1150°C (1400 K)

cinienie ok. 20 - 30 bar (obnienie gabarytów reaktora)

W gazie po konwersji oprócz H2 i N2 znajduj si:

CO2, CH4, CO, H2S <_ zatruwanie katalizatorów

Metody oczyszczania gazów po konwersji metanu:

1. Adsorpcja zanieczyszcze na adsorbentach staych (rzadko - trudnoci przy regeneracji adsorbentów)

2. Absorpcja. Najbardziej rozpowszechniona metoda Rectisol.

Jednoczenie usuwa CO2 , H2S , wglowodory oraz wilgo przez absorpcj metanolem w niskiej temperaturze (-20 do -75°) pod cinieniem ponad 10 at.

Absorpcja dwustopniowa

mae zapotrzebowanie ciepa (nasycony metanol chodzony jest poprzez zmniejszenie cinienia w czasie regeneracji)

wada: skomplikowany schemat, due straty rozpuszczalnika

W uproszczonych ukadach CO2 usuwa si przez rozpuszczenie w wodzie

CO amoniakalnym roztworem octanu miedzi (1) w temperaturze 0 - 25 °C i p = 100 - 300 bar. Regeneracja przebiega w podwyszonej temperaturze (ok. 80 °C i przy obnionym cinieniu. W takim roztworze ulegaj absorpcji take resztki dwutlenku wgla:

CO2 + 2NH4OH ! (NH4)2CO3 + H2O

Przebieg syntezy amoniaku

1904 - 1908 Haber i Nernst okrelili warunki prowadzenia procesu.

1913 pierwsza fabryka syntetycznego amoniaku.

Reakcja odwracalna, w warunkach 500 °C i cinieniu 300 at - maa wydajno

Wielofazowy proces katalityczny przebiegajcy w czterech etapach:

1. dyfuzja azotu i wodoru z gównej masy gazu do powierzchni katalizatora

Katalizatory: Fe, Pt, Mn, Os, najbardziej ekonomiczne - elazo aktywowane Al2O3 , K2O , CaO , SiO2

Charakteryzuje si du odpornoci na podgrzanie i odpornoci na zatrucie zanieczyszczeniami.

Oczyszczanie zanieczyszcze ladowych w temp. 300 - 450°C metod katalityczn (zuyty katalizator z syntezy amoniaku)

CO + 3H2 ! CH4 + H2O

CO2 + 4H2 ! CH4 + 2H2O

H2S + Fe ! FeS + H2

O2 + 2H2 ! 2H2O

2. Adsorpcja aktywowana reagujcych gazów na powierzchni katalizatora z utworzeniem zespoów N. Kat i H . Kat

3. Reakcja azotu z wodorem na powierzchni katalizatora. imidek NH(ads), amidek NH2(ads) i amoniaku NH3(ads)

4. Desorpcja utworzonego amoniaku i jego dyfuzja w kierunku gównej masy gazu przepywajcego przez zoe katalizatora.

Zwizki S zatruwaj katalizator nieodwracalnie.

Np 0.1 % S w katalizatorze, jeg aktywno wynosi 50 % aktywnoci wyjciowej

przy zawartoci 1% aktywno spada do zera.

Wany jest czas kontaktu reagujcej mieszaniny z powierzchni katalizatora

wydajno objtociowa [ m3 reagujcej mieszaniny w warunkach roboczych przypadajcych na 1 m3 katalizatora w jednostce czasu]

Wpyw temperatury i prdkoci objtociowej przepywu gazu na stenie NH3 w gazach poreakcyjnych

Prdko przepywu

Stenie NH3 [% obj.]

[m3/(m3 kat . h)]

450°C

475°C

500°C

525°C

15 000

30 000

45 000

19.6

14.6

12.7

21.6

17.7

15.2

23.0

18.2

16.5

19.3

16.7

15.7

Instalacje przemysowe pracuj przy szybkociach rzdu 4.2 - 8.4 s-1 w temperaturach rzdu ok. 500 °C

Wydajno syntezy amoniaku zaley od:

1. stopnia czystoci reagujcych gazów i stosunku objtociowego N2/ H2 = 1:3,

2. aktywnoci stosowanego katalizatora,

3. utrzymywania optymalnej temperatury,

4. utrzymywania moliwie wysokiego cinienia,

5. utrzymywania moliwie duej prdkoci objtociowej przepywu reagujcych gazów przy jednoczesnym utrzymaniu autotermicznoci procesu,

6. takiego rozwizania aparaturowego, które pozwalaoby te postulaty uwzgldni.

Technologie syntezy amoniaku:

niskocinieniowe (8 - 10 MPa) - rzadko stosowane

redniocinieniowe (20 - 30 MPa) !

wysokocinieniowe (70 - 100 MPa)



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2001 t7 n2 s157 160
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2002 t8 n2 s109 114
Amoniaczki, Przepisy kulinarne
Amoniak można oznaczyć z krwi i moczu produkt rozkładu białek
polska radiostacja polowa n2
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1998 t4 n2 s167 170
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n2 s203 207
Obróbka cieplno chemiczna węgl azot
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n2 s218 220
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n2 s161 170
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2002 t8 n2 s183 192
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n2 s149 159
AZOT AZOTANOWY
FML 2013 t40 n2 spis tresci streszczenia
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n2 s55 63
In N2
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2002 t8 n2 s193 201
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2002 t8 n2 s125 136
Mech plyn n2

więcej podobnych podstron