Výroba amoniaku

Dusíkatý průmysl je dnes jedním z předních průmyslových odvětví. Použití amoniaku se rozšířilo do chlazení (R717, chladivo), lék (roztok amoniaku nebo alkoholový amoniak), zemědělství (hnojiva).

Hlavní pozornost je věnována výrobě dusíkatých hnojiv (a tedy i jejich základům, včetně amoniaku, jehož poptávka vzrostla za posledních dvacet let o 20%).

Produkce amoniaku se však nejprve liší vysokou energetickou náročností. Celá historie této výroby je boj o snížení energetických nároků (mechanické, tepelné, elektrické).

Syntéza amoniaku odhaluje vzorec:

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

Reakce je exotermní, reverzibilní, s poklesem objemu. Vzhledem k tomu, že reakce je exotermní, sníží se teplota v rovnovážném stavu na tvorbu amoniaku reakční rychlost výrazně sníží. Výroba amoniaku by měla probíhat při vysokých teplotách (syntéza probíhá při teplotě 500 stupňů Celsia). Zvýšení t vede k obrácené reakci. Tlak od 15 do 100 MPa umožňuje potlačit vliv teploty (nízký tlak - od 10 do 15 MPa, průměrný tlak - od 25 do 30 MPa, vysoký tlak - nad 50 MPa). Z nich je preferován průměr.

Katalyzátorem je houbovité železo s přísadami vápníku, křemíku, draslíku a oxidů hliníku.

Škodlivé nečistoty (oxid uhelnatý, voda, sirovodík) nepříznivě ovlivňují reakční rychlost reakce, otravují katalyzátor, čímž snižují jeho aktivitu a snižují životnost. To znamená, že směs sirovodíku musí nutně důkladně čistit. Ale i po čištění se jen část této směsi mění na amoniak. Zbylá nezreagovaná frakce je tedy znovu zaslána do reaktoru.

Jak se vyrábí čpavek?

Potrubí je dodáváno s již připravenou směsí tří částí vodíku a jednoho dusíku. Prochází turbodmychadlem, kde se stlačuje na výše uvedený tlak a je odeslán do syntetické kolony s katalyzátorem na vestavěných regálech. Postup, jak jsme zjistili, je vysoce exotermní. Směs dusík-vodík je ohřívána vyvíjejícím se teplem. Asi 25 procent amoniaku a nezreagovaného dusíku s vodíkem se vynoří ze sloupce. Celá kompozice se přivádí do chladničky, kde se směs ochladí. Amoniak pod tlakem se stává tekutý. Nyní odděluje dílo, jehož úkolem je oddělit amoniak ve sbírce ve spodní části a nezreagovaná směs, která se vrací cirkulačního čerpadla zpět do sloupce. Díky této cirkulaci je směs dusíku a vodíku použita o 95%. Kapalný amoniak přes potrubí čpavku vede do speciálního skladu.

Všechna zařízení používaná při výrobě jsou co nejpevnější, což eliminuje úniky. Používá se pouze energie exotermických reakcí probíhajících uvnitř. Schéma je uzavřeno, nízký odpad. Náklady se snižují nepřetržitým a automatizovaným procesem.

Výroba amoniaku nemůže ovlivnit životní prostředí. Emise plynů jsou nevyhnutelné, včetně amoniaku, oxidů uhlíku a dusíku a dalších nečistot. Nízké teplo se uvolní. Po umytí chladicích systémů a samotného reaktoru je voda zlikvidována.

Proto musí obsahovat amoniak katalytické čištění za přítomnosti činidla redukujícího plyn. Snížení množství odpadních vod může být dosaženo výměnou pístové kompresory k turbodmychadlům. Teplo s nízkým potenciálem může být využito zavedením tepla s vysokým potenciálem. To však zvýší znečištění spalinami.

Energeticky-technologická schéma, zahrnující cyklus kombinovaného cyklu, ve kterém se používají jak pára, tak spalovací produkty, současně zvýší účinnost výroby a sníží emise.