المراحل الرئيسية لإنتاج الأمونيا. المبادئ العلمية العامة للإنتاج الكيميائي (على سبيل المثال الإنتاج الصناعي للأمونيا وحمض الكبريتيك والميثانول)

يتم استخدام تأثير درجة الحرارة والضغط والمحفزات على معدل التفاعلات والتوازن الكيميائي بنشاط في الصناعة الكيميائية في إنتاج العديد من المنتجات الكيميائية. في هذا القسم ، سوف نتعرف على الإنتاج الصناعي للأمونيا ونتحدث بالتفصيل عن كيفية تأثير كل هذه العوامل على إنتاجها. ثم نتعرف على الإنتاج الصناعي لحمض الكبريتيك.

إنتاج الأمونيا الصناعية

هناك ثمانية مصانع للأمونيا في المملكة المتحدة. يتجاوز إنتاجهم المشترك 2 مليون طن في السنة. يتم إنتاج ما يقرب من 5 ملايين طن من الأمونيا سنويًا في جميع أنحاء العالم. على التين. 7.1 مقارنة نمو إنتاج الأمونيا مع نمو سكان العالم. لماذا من الضروري أن تنتج عدد كبير منالأمونيا؟

أرز. 7.1. نمو سكان العالم والإنتاج العالمي للأمونيا.

الجدول 7.2. تطبيقات الأمونيا والمنتجات ذات الصلة

إنها ضرورية بشكل أساسي لإنتاج الأسمدة المحتوية على النيتروجين. يستهلك إنتاج الأسمدة ما يقرب من 80٪ من إجمالي إنتاج الأمونيا] جنبًا إلى جنب مع الأسمدة المحتوية على النيتروجين ، يتم وضعها في التربة في صورة قابلة للذوبان تحتاجها معظم النباتات. يتم استخدام نسبة 20٪ المتبقية من الأمونيا المنتجة لإنتاج البوليمرات والمتفجرات ومنتجات أخرى! يتم سرد التطبيقات المختلفة للأمونيا في الجدول. 7.2

إنتاج الأمونيا

كانت أول عملية صناعية تستخدم لإنتاج الأمونيا هي عملية السياناميد. تم الحصول على كربيد الكالسيوم عن طريق تسخين الجير والكربون ، ثم تم تسخين كربيد الكالسيوم تحت تأثير النيتروجين للحصول على سياناميد الكالسيوم. تم الحصول على الأمونيا عن طريق التحلل المائي لسياناميد الكالسيوم:

تتطلب هذه العملية الكثير من الطاقة وكانت غير اقتصادية.

في عام 1911 ، اكتشف F.Haber أنه يمكن تصنيع الأمونيا مباشرة من النيتروجين والهيدروجين باستخدام محفز الحديد. كان أول مصنع لإنتاج الأمونيا بهذه الطريقة يستخدم الهيدروجين ، والذي تم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي في الماء ، وبعد ذلك بدأ الحصول على الهيدروجين من الماء عن طريق الاختزال بفحم الكوك. هذه الطريقة في إنتاج الهيدروجين أكثر اقتصادا.

فريتز هابر (1868 1934)

في عام 1908 ، اكتشف الكيميائي الألماني هابر أنه يمكن إنتاج الأمونيا بواسطة الهيدروجين والنيتروجين الجوي على محفز حديدي. تتطلب هذه العملية ضغطًا مرتفعًا ودرجة حرارة عالية بشكل معتدل. سمح اكتشاف هابر لألمانيا بمواصلة إنتاج المتفجرات خلال الحرب العالمية الأولى. في هذا الوقت ، منع الحصار المفروض على الوفاق استيراد الرواسب الطبيعية من نترات البوتاسيوم (الملح الصخري التشيلي) إلى ألمانيا ، والتي كانت تُستخدم سابقًا كمادة خام لإنتاج المتفجرات.

بعد عام من تطوير هابر لعملية تخليق الأمونيا ، ابتكر قطبًا زجاجيًا لقياس الأس الهيدروجيني (خصائص القاعدة الحمضية) للحلول (انظر الفصل 10).

حصل هابر على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1918. بعد وصول هتلر إلى السلطة ، أُجبر هابر على الهجرة من ألمانيا في عام 1933.

(تم وصف إنتاج حامض النيتريك والنترات من الأمونيا في القسم 1)

عملية إنتاج الأمونيا الحديثة

تعتمد العملية الحديثة للحصول على الأمونيا على تركيبها من النيتروجين والهيدروجين عند درجات حرارة 380-450 درجة مئوية وضغط 250 ضغط جوي باستخدام محفز الحديد:

يتم الحصول على النيتروجين من الهواء. ينتج الهيدروجين عن طريق تقليل الماء (البخار) بمساعدة غاز الميثان من الغاز الطبيعي أو من النفتا. النفثا (النفثا) عبارة عن خليط سائل من الهيدروكربونات الأليفاتية ، يتم الحصول عليه أثناء معالجة النفط الخام (انظر الفصل 18).

إن عمل مصنع الأمونيا الحديث معقد للغاية. على التين. يوضح الشكل 7.2 مخططًا مبسطًا لمصنع أمونيا يعمل بالغاز الطبيعي. يتضمن مخطط العمل هذا ثماني مراحل.

المرحلة الأولى. إزالة الكبريت من الغاز الطبيعي. يعد هذا ضروريًا لأن الكبريت مادة حفازة (انظر القسم 9.2).

المرحلة الثانية. إنتاج الهيدروجين عن طريق الاختزال بالبخار عند 750 درجة مئوية وضغط 30 ضغط جوي باستخدام محفز نيكل:

المرحلة الثالثة. كمية الهواء واحتراق جزء من الهيدروجين في أكسجين الهواء المحقون:

والنتيجة هي خليط من بخار الماء وأول أكسيد الكربون والنيتروجين. ينخفض بخار الماء بتكوين الهيدروجين كما في المرحلة الثانية.

المرحلة الرابعة. تشكلت أكسدة أول أكسيد الكربون في الخطوتين 2 و 3 إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال تفاعل "التحول" التالي:

يتم تنفيذ هذه العملية في "مفاعلات القص". في الحالة الأولى ، يتم استخدام محفز أكسيد الحديد ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية. الثاني يستخدم محفز نحاسي ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة 220 درجة مئوية.

أرز. 7.2 مراحل العملية الصناعية للحصول على الأمونيا.

المرحلة الخامسة. غسل ثاني أكسيد الكربون من خليط غازي باستخدام محلول قلوي مخزّن من كربونات البوتاسيوم أو محلول من بعض الأمين ، مثل إيثانولامين. يتم في النهاية تسييل ثاني أكسيد الكربون واستخدامه في صنع اليوريا أو إطلاقه في الغلاف الجوي.

المرحلة السادسة. بعد المرحلة الرابعة ، يتبقى حوالي 0.3٪ من أول أكسيد الكربون في خليط الغازات. نظرًا لأنه يمكن أن يسمم محفز الحديد أثناء تخليق الأمونيا (الخطوة الثامنة) ، تتم إزالة أول أكسيد الكربون عن طريق تحويل الهيدروجين إلى الميثان عبر محفز نيكل عند 325 درجة مئوية.

المرحلة السابعة. يتم ضغط خليط الغاز ، الذي يحتوي الآن على ما يقرب من 74٪ هيدروجين و 25٪ نيتروجين ؛ بينما يزيد ضغطها من 25-30 صراف آلي إلى 200 صراف آلي. نظرًا لأن هذا يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الخليط ، يتم تبريده فورًا بعد الضغط.

المرحلة الثامنة. يدخل الغاز من الضاغط الآن "دورة تصنيع الأمونيا". المخطط الموضح في الشكل. 7.2 يعطي نظرة مبسطة لهذه المرحلة. أولاً ، يدخل خليط الغاز إلى المحول الحفاز ، الذي يستخدم محفزًا حديديًا ويحافظ على درجة حرارة 380-450 درجة مئوية. خليط الغازات الخارج من هذا المحول لا يحتوي على أكثر من 15٪ أمونيا. ثم يتم تسييل الأمونيا وإرسالها إلى قادوس الاستقبال ، ويتم إرجاع الغازات غير المتفاعلة إلى المحول.

اختيار الظروف المثلى لعملية تصنيع الأمونيا

لكي تكون عملية تخليق الأمونيا فعالة واقتصادية قدر الإمكان ، من الضروري تحديد شروط تنفيذها بعناية. أهم المؤشرات التي يتم أخذها في الاعتبار في هذه الحالة هي: 1) الإخراج ، 2) السرعة و 3) كثافة الطاقة للعملية. دعونا ننتقل إلى المرحلة الثامنة من العملية ، أي مباشرة إلى تخليق الأمونيا ، ودراسة تأثير الضغط ودرجة الحرارة والعوامل الحفازة على كفاءة هذه العملية.

تأثير الضغط. كما ذكر أعلاه ، يمكن تمثيل إنتاج الأمونيا بالمعادلة التالية:

يتم إعطاء ثابت التوازن لهذا التفاعل بواسطة

إذا عبرنا عن الضغوط الجزئية للغازات المتضمنة في هذا التعبير من حيث الكسور الجزيئية والضغط الكلي P في النظام ، نحصل على التعبير التالي:

يمكن تبسيط هذا التعبير بإعطائه الصورة

عند درجة حرارة معينة ، يجب أن تظل القيمة ثابتة. إذا ارتفع الضغط الكلي P في النظام ، فيجب أن ينخفض المصطلح في التعبير أعلاه. ويترتب على ذلك أنه نظرًا لأن الحجم يجب أن يظل ثابتًا ، يجب زيادة النسبة. وبالتالي فإن الزيادة في الضغط الكلي يجب أن تؤدي إلى الزيادة والنقصان ، وبالتالي فإن زيادة الضغط تفضل التفاعل الأمامي ، أي زيادة محصول الأمونيا.

تأثير درجة الحرارة والعوامل الحفازة. يعتبر تخليق الأمونيا عملية طاردة للحرارة (انظر الجدول 7.1 ، أ). لذلك ، يجب أن تفضل الزيادة في درجة الحرارة التفاعل العكسي (انظر القسم السابق). هذا يعني أن خفض درجة الحرارة يجب أن يزيد من مردود تفاعل تخليق الأمونيا (الشكل 7.3). لسوء الحظ ، في درجات الحرارة المنخفضة ، يتباطأ معدل هذا التفاعل ، وبالتالي معدل إنتاج الأمونيا ، بشكل كبير. بمعنى آخر ، في درجات الحرارة المنخفضة ، يجب أن تكون العملية ذات إنتاجية منخفضة ، وبالتالي كفاءة منخفضة. لتحقيق الأداء الأمثل ، يجب عليك اختيار حل وسط بين طرفين:

1) إنتاجية عالية ومعدل تفاعل منخفض (عند درجات حرارة منخفضة) و

2) إنتاجية منخفضة ومعدل تفاعل مرتفع (عند درجات حرارة عالية).

أرز. 7.3. تأثير درجة الحرارة والضغط على إنتاج الأمونيا في عملية هابر (تم شرح مصطلح "العائد النسبي" في القسم 4.2).

بالطبع ، يتم زيادة معدل التفاعل باستخدام محفز. وبالتالي ، فإن المحفز يسمح بتنفيذ العملية بشكل أكثر كفاءة في درجات حرارة منخفضة. تزداد كفاءة محفز الحديد المستخدم في تصنيع الأمونيا إذا أضيف إليه ما يسمى بالمحفزات. يتم استخدام أكاسيد البوتاسيوم والألمنيوم لتعزيز كفاءة محفز الحديد.

توضح المراجعة التفصيلية لاقتصاديات عملية تصنيع الأمونيا أنه لتحقيق العائد والإنتاجية المثلى ، يجب الحفاظ على درجة الحرارة عند حوالي 400 درجة مئوية والضغط عند 250 ضغط جوي.

توازن الطاقة

ينتج مصنع الأمونيا النموذجي حوالي 1000 طن من الأمونيا يوميًا. في الوقت نفسه ، تبلغ الحاجة إلى بخار الماء 6000 طن / يوم لتشغيل التوربينات البخارية التي تعمل من خلالها الضواغط. لحسن الحظ ، فإن العمليات الكيميائية المتضمنة في إنتاج الأمونيا طاردة للحرارة. كل الطاقة التي يتم إطلاقها المراحل الأولىعملية إنتاج الأمونيا ، لإنتاج بخار مضغوط للغاية. يتم استخدام الطاقة المنبعثة مباشرة من تخليق الأمونيا نفسه (المرحلة 8) للحفاظ على درجة حرارة المحول الحفاز عند 400 درجة مئوية. تبلغ الكفاءة الحرارية الإجمالية لمصنع الأمونيا حوالي 60٪. بمعنى آخر ، ما يقرب من 40٪ من الطاقة المستهلكة ، والتي يوفرها الغاز الطبيعي ، هي فقدان الحرارة.

ميزات تصميم مصنع الأمونيا

يتطلب تصميم مصنع الأمونيا الحديث وموظفيه وتشغيله مشاركة متخصصين مؤهلين واستخدام معدات هندسية معقدة. على سبيل المثال ، يجب تصميم الضواغط المستخدمة في المرحلة الثالثة من عملية ضغط الهواء وفي المرحلة السابعة لضغط الغاز التخليقي (خليط من النيتروجين والهيدروجين) لتحمل ضغوط عالية جدًا - تصل في بعض الحالات إلى 350 ضغط جوي. يتم تشغيل هذه الضواغط بواسطة توربينات بخارية ، والتي تستقبل البخار عند ضغط 100 ضغط جوي وفي درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية. تدور هذه التوربينات بسرعات تصل إلى عدة آلاف من الدورات في الدقيقة.

يجب أن تلبي المفاعلات التي يتم فيها تصنيع الأمونيا أيضًا متطلبات عالية جدًا. في ظل الضغوط ودرجات الحرارة المرتفعة التي تعمل بها هذه المفاعلات ، يمكن للهيدروجين مهاجمة الفولاذ عن طريق الانتشار في المعدن. نتيجة لذلك ، يتفاعل الهيدروجين مع الكربون الموجود في الفولاذ لتكوين غاز الميثان. يؤدي هذا إلى تكوين ثقوب في المعدن ويجعل الفولاذ هشًا. لمنع ذلك ، تُصنع المفاعلات من سبائك خاصة تحتوي على الكروم والموليبدينوم والنيكل.

يعتبر موقع مصنع الأمونيا أيضًا ذا أهمية اقتصادية كبيرة. من الناحية المثالية ، يجب أن يقع مثل هذا المصنع بالقرب من 1) مصادر الطاقة ؛

2) مصادر المياه التي يمكن استخدامها بكميات كبيرة ؛

3) طرق النقل: الطرق السريعة ، السكك الحديديةأو الأنهار أو البحار.

توجد أربعة مصانع للأمونيا في المملكة المتحدة بالقرب من بيلينجهام على النهر. تاي (في اسكتلندا). تم اختيار هذا المكان في وقت واحد بسبب قربه من رواسب الفحم في دورهام. وقد ثبت أنها مريحة حتى اليوم بسبب قربها من رواسب النفط والغاز على الجرف القاري لبحر الشمال.

يشكل النيتروجين عدة مركبات مع الهيدروجين ، أهمها الأمونيا NH 3. الرابطة بين ذرات الهيدروجين والنيتروجين في جزيء الأمونيا تساهمية ، وتتوزع حالات الأكسدة على النحو التالي: (N -3 H + 3) 0.

من تلقاء نفسها الخصائص الفيزيائيةالأمونيا غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة. إنه أخف من الهواء وأكثر قابلية للذوبان في الماء من الغازات الأخرى. لذلك ، يمكن أن يذوب 1.2 ألف حجم من الأمونيا في حجم واحد من الماء.

عندما تبرد ، مصحوبة بزيادة في الضغط ، تتحول الأمونيا بسهولة إلى سائل عديم اللون. يكون التفاعل العكسي لانتقال الأمونيا السائلة إلى بخار ماصًا للحرارة ، ويتم امتصاص الكثير من الحرارة. تبلغ درجة غليان الأمونيا 34 درجة مئوية.

إنتاج الأمونيا في الصناعة

في الإنتاج ، يتم إنتاج الأمونيا عن طريق تصنيعها من النيتروجين والهيدروجين:

N 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 + Q ،

حيث (+ س) تعني أن التفاعل يحدث مع إطلاق الحرارة ، أي طارد للحرارة.

نظرًا لكون رد الفعل هذا مصحوبًا بإطلاق حرارة ، فإن مروره يتطلب:

تسخين طفيف (400-500 درجة مئوية) ؛
ضغط مرتفع (200-1000 ضغط جوي) ؛
وجود محفزات (Pt أو Fe في صورة معدنية ، مع إضافة Al 2 O 3 و K 2 O).

كل هذا يساعد على تحويل التوازن الكيميائي لهذا التفاعل نحو تكوين منتجاته.

الطريقة الصناعية الثانية لاستخراج الأمونيا هي فحم الكوك ، حيث يحتوي على 2٪ نيتروجين. هنا ، تتشكل الأمونيا كمنتج ثانوي للتقطير الجاف.

الطرق المعملية للحصول على الأمونيا

يمكن الحصول على الأمونيا في المختبر بطريقتين:

التسخين الضعيف لمزيج من كلوريد الأمونيوم مع الجير المطفأ:
2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O ؛
عن طريق تسخين كلوريد الأمونيوم الجاف بمحلول مركّز من القلويات الكاوية:
NH 4 Cl + KOH → NH 3 + KCl + H 2 O.

الأمونياإنه غاز خفيف عديم اللون ذو رائحة نفاذة كريهة. إنه مهم جدًا للصناعة الكيميائية ، حيث يحتوي على ذرة نيتروجين وثلاث ذرات هيدروجين. تستخدم الأمونيا بشكل أساسي لإنتاج الأسمدة المحتوية على النيتروجين وكبريتات الأمونيوم واليوريا لإنتاج المتفجرات والبوليمرات والمنتجات الأخرى ، كما تستخدم الأمونيا في الطب.

إنتاج الأمونيا في الصناعةليست عملية بسيطة وتستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة بناءً على توليفها من الهيدروجين والنيتروجين باستخدام محفز ودرجة حرارة عالية وضغط. ينشط بواسطة الأكاسيديستخدم الحديد الإسفنج البوتاسيوم والألومنيوم كعامل مساعد. تعتمد المنشآت الصناعية لتوليف الأمونيا على تداول الغازات. يبدو كالتالي: يتم تبريد خليط الغازات المتفاعلة ، والذي يحتوي على الأمونيا ، ويتم تكثيف وفصل الأمونيا ، ويتم خلط النيتروجين والهيدروجين غير المتفاعلين مع جزء جديد من الغازات وإعادة تلقيمهما إلى المحفز.

دعونا نفكر في عملية التوليف الصناعي للأمونيا ، والتي تحدث على عدة مراحل ، بمزيد من التفصيل. في المرحلة الأولى ، يتم إزالة الكبريت من الغاز الطبيعي باستخدام جهاز تقنيمزيل الكبريت. في المرحلة الثانية ، تتم عملية تحويل الميثان عند درجة حرارة 800 درجة مئوية على محفز نيكل: تفاعل الهيدروجين مناسبلتخليق الأمونيا ويتم توفير الهواء المحتوي على النيتروجين إلى المفاعل. في هذه المرحلةيحدث الاحتراق الجزئي للكربون أيضًا بعد تفاعله مع الأكسجين الموجود أيضًا في الهواء: 2 H2O + O2-> H2O (بخار).

نتيجة هذه المرحلةالإنتاج هو الحصول على خليط من بخار الماء وأكاسيد الكربون (ثانوي) والنيتروجين. المرحلة الثالثة تذهب في عمليتين. تحدث عملية "التحول" المزعومة في مفاعلين "وحيدين". في الحالة الأولى ، يتم استخدام محفز Fe3O4 ويستمر التفاعل عند درجات حرارة عالية ، بترتيب 400 درجة مئوية. يستخدم المفاعل الثاني محفزًا نحاسيًا أكثر كفاءة ويعمل بدرجة حرارة منخفضة. تتضمن المرحلة الرابعة تنقية خليط الغازات من أول أكسيد الكربون (IV).

يتم هذا التنظيف عن طريق غسل خليط الغاز بمحلول قلوي يمتص الأكسيد. يكون التفاعل 2 H2O + O2H2O (بخار) قابلاً للعكس ، وبعد المرحلة الثالثة ، يبقى حوالي 0.5٪ من أول أكسيد الكربون في خليط الغاز. هذه الكمية كافية لإفساد محفز الحديد. في المرحلة الرابعة ، يتم التخلص من أول أكسيد الكربون (II) عن طريق تحويل الهيدروجين إلى ميثان على محفز نيكل عند درجات حرارة 400 درجة مئوية: CO + 3H2 -> CH4 + H2O

خليط الغازالذي يحتوي تقريبا؟ 74.5٪ هيدروجين و 25.5٪ نيتروجين معرضة للضغط. يؤدي الضغط إلى زيادة سريعة في درجة حرارة الخليط. بعد الضغط ، يبرد الخليط إلى 350 درجة مئوية. توصف هذه العملية بالتفاعل: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45.9 kJ. (عملية جربر)

تكنولوجيا إنتاج الأمونيا + فيديو كيفية الحصول عليها

كجزء من هذا الاتجاه ، بدأت العديد من الشركات اليوم في تطوير وتصميم التقنيات التالية:

تحويل الأمونيا الزائدة إلى إنتاج الميثانول.
الإنتاج القائم على التنمية التقنيات الحديثةلتحل محل الوحدات النشطة.
ابتكار انتاج وتحديث متكامل.

لإنتاج طن واحد من الأمونيا في روسيا ، يتم استهلاك متوسط 1200 نانومتر مكعب من الغاز الطبيعي ، في أوروبا - 900 نانومتر مكعب. يستهلك "Grodno Azot" البيلاروسي 1200 نيوتن متر مكعب ، وبعد التحديث من المتوقع أن ينخفض الاستهلاك إلى 876 نيوتن متر مكعب. يستهلك المنتجون الأوكرانيون 750 نانومتر إلى 1170 نانومتر. وفقًا لتقنية UHDE ، تم الإعلان عن استهلاك 6.7 - 7.4 Gcal من موارد الطاقة لكل طن.

تعتمد الطريقة الصناعية لإنتاج الأمونيا على التفاعل المباشر للهيدروجين والنيتروجين:

N 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 + + 91.84 كيلوجول

هذه هي العملية المسماة بعملية هابر (طور الفيزيائي الألماني الأسس الفيزيائية والكيميائية للطريقة). يحدث التفاعل مع إطلاق حرارة وانخفاض في الحجم. لذلك ، بناءً على مبدأ Le Chatelier ، يجب إجراء التفاعل عند أدنى درجات حرارة ممكنة وعند ضغوط عالية - ثم يتم تحويل التوازن إلى اليمين. ومع ذلك ، فإن معدل التفاعل عند درجات الحرارة المنخفضة لا يكاد يذكر ، وفي درجات الحرارة العالية ، يزداد معدل التفاعل العكسي. يتطلب إجراء التفاعل عند ضغوط عالية جدًا إنشاء معدات خاصة يمكنها تحمل الضغط العالي ، وبالتالي استثمارًا كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنشاء توازن التفاعل ، حتى عند 700 درجة مئوية ، ببطء شديد لاستخدامه العملي. إنتاج الأمونيا (بالنسبة المئوية للحجم) في عملية هابر عند درجات حرارة مختلفةوالضغط له المعاني التالية:

إن استخدام المحفز (الحديد المسامي مع شوائب Al2O3 و K2O) جعل من الممكن تسريع تحقيق حالة التوازن. ومن المثير للاهتمام ، في البحث عن محفز لهذا الدور ، تمت تجربة أكثر من 20 ألف مادة مختلفة.

بالنظر إلى جميع العوامل المذكورة أعلاه ، تتم عملية الإنتاج وفقًا للشروط التالية:

درجة الحرارة 500 درجة مئوية ؛
ضغط 350 جوًا ؛
عامل حفاز.

يبلغ إنتاج الأمونيا في ظل هذه الظروف حوالي 30٪. في ظل الظروف الصناعية ، يتم استخدام مبدأ الدوران - تتم إزالة الأمونيا عن طريق التبريد ، ويتم إرجاع النيتروجين والهيدروجين غير المتفاعلين إلى عمود التوليف. تبين أن هذا أكثر اقتصادا من تحقيق عائد رد فعل أعلى عن طريق زيادة الضغط. للحصول عليه في المختبر ، يتم استخدام تأثير القلويات القوية على أملاح الأمونيوم:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

يتم الحصول على الأمونيا عادة في المختبر عن طريق التسخين الضعيف لمزيج من كلوريد الأمونيوم والجير المطفأ.

2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O

لتجفيف الأمونيا ، يتم تمريرها من خلال خليط من الجير والصودا الكاوية. يمكن الحصول على الجفاف الشديد عن طريق إذابة الصوديوم المعدني فيه ثم التقطير. من الأفضل القيام بذلك في نظام مصنوع من المعدن تحت فراغ. يجب أن يتحمل النظام الضغط العالي (في درجة حرارة الغرفة ، يكون ضغط البخار المشبع حوالي 10 أجواء). في الإنتاج الصناعي ، تستخدم أعمدة الامتصاص عادة للتجفيف.

فيديو كيف نفعل ذلك:

يجب ألا يتجاوز إنتاج الأمونيا التقدم التقني. هذا يتعلق بشكل أساسي بتوفير الطاقة. أثناء تطوير التقنيات الحديثة أهمية عظيمةمُكَلَّف البرمجياتضروري لنمذجة العمليات الكيميائية والتكنولوجية.

يلعب إنتاج النيتروجين دورًا مهمًا في الصناعة الكيميائية الحديثة. تجدر الإشارة إلى أن مركبات النيتروجين تستخدم في إنتاج المواد العضوية وغير العضوية. مادة خاصة في صناعة النيتروجين هي إنتاج الأمونيا. ومن خلال "مشاركة" هذا المكون الأكثر قيمة يتم إنتاج الأسمدة وحمض النيتريك والمتفجرات والمبردات وأكثر من ذلك بكثير. مع كل فائدتها ، تعتبر الأمونيا سمًا قويًا إلى حد ما ، على الرغم من حقيقة أنها تستخدم في الطب على شكل أمونيا.

تم اكتشاف الأمونيا نفسها كمادة لأول مرة في نهاية القرن الثامن عشر. وصفه الإنجليزي جوزيف بريستلي بأنه مادة منفصلة. بعد 11 عامًا ، درس الفرنسي كلود لويس بيرثوليت التركيب الكيميائيهذه المادة. بدأت الحاجة إلى الحصول على الأمونيا بكميات صناعية في الظهور بشكل حاد في نهاية القرن التاسع عشر ، عندما بدأت رواسب النترات التشيلية ، التي تم الحصول على مركبات النيتروجين منها بشكل أساسي ، في النفاد. لقد كان "الهواء القلوي" هو المكون الواعد للإنتاج المتنوع مركبات كيميائيةالتي كان لها تأثير كبير على مختلف جوانب الحياة البشرية: من الشؤون العسكرية إلى الزراعة.

لكن هذه المشكلة لم تحل إلا في بداية القرن العشرين ، عندما ظهرت طريقة لإنتاج الأمونيا عن طريق التوليف المباشر من النيتروجين والهيدروجين. وهكذا ، منذ ظهور المشكلة حتى حلها ، مرت فترة طويلة إلى حد ما ، تم خلالها إجراء العديد من الاكتشافات التي سمحت لـ "قصة خرافية بأن تتحقق".

ملامح ومراحل عملية الإنتاج

تتميز عملية إنتاج الأمونيا بكثافة عالية للطاقة ، وهو عيبها الرئيسي. هذا هو السبب في إجراء التطورات العلمية باستمرار ، والتي تهدف إلى حل مشاكل توفير الطاقة. على وجه الخصوص ، يتم تطوير طرق لاستخدام الطاقة المنبعثة ، وكذلك الجمع ، على سبيل المثال ، إنتاج الأمونيا واليوريا. كل هذا يساعد على تقليل تكلفة المؤسسات وزيادة عوائدها المفيدة.

يعتمد إنتاج الأمونيا على مبدأ الدوران ، والذي بموجبه تكون العملية مستمرة ، ويتم فصل بقايا المكونات الأولية عن المنتج النهائي واستخدامها مرة أخرى ، الاستمرارية: تحدث عملية التوليف دون توقف ، مبدأ الحرارة النقل ، وكذلك مبدأ الدورة. كما ترون ، كل هذه المبادئ مترابطة بشكل وثيق.

يعتمد المخطط التكنولوجي لإنتاج الأمونيا نفسه ، أولاً وقبل كل شيء ، على المواد الخام التي يتم الحصول منها على المنتج النهائي. الحقيقة هي أنه على عكس النيتروجين الموجود في الهواء بكميات كبيرة ، فإن الهيدروجين في شكله النقي غير موجود عمليًا في الطبيعة ، واستخراجه من الماء عملية شاقة إلى حد ما وتستهلك الطاقة.

لذلك ، تستخدم الهيدروكربونات الموجودة في الغاز الطبيعي بشكل أساسي كمواد خام لإنتاج الأمونيا. في الوقت الحاضر هو عليه غاز طبيعيهي أحد أسس صناعة الأمونيا. قبل الدخول في عمود التوليف ، يمر الغاز بعدة مراحل من المعالجة. تبدأ العملية بتنقية المواد الخام من الكبريت باستخدام مزيل الكبريت.

يأتي بعد ذلك ما يسمى بعملية الإصلاح ، والتي تتمثل في حقيقة أنه خلال مسارها يتم تحويل الهيدروكربونات أولاً إلى ميثان ، ثم تحدث عملية معقدة نوعًا ما لتحويل الميثان إلى خليط من بخار الماء وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين. في الوقت نفسه ، يتم تنظيف الخليط أيضًا من ثاني أكسيد الكربون ، وبعد ذلك يدخل الهيدروجين في عمود التوليف تحت ضغط عالٍ مع النيتروجين. وبالتالي ، قبل البدء في إنتاج الأمونيا مباشرة ، تتضمن التقنية المعالجة الأولية للمواد الخام.

تحدث جميع عمليات إعادة التشكيل ، بالإضافة إلى تخليق المنتج النهائي نفسه ، عند ضغط عالٍ ودرجة حرارة عالية. وهذا ما يؤدي إلى ارتفاع استهلاكهم للطاقة. في الوقت نفسه ، تتغير هذه المعلمات في جميع مراحل الإنتاج.

عادة ما يكون العمود نفسه مصنوعًا من الفولاذ. يحتوي على محفز ، قد يكون تكوينه مختلفًا. بعد المرور بدورة التوليف ، يدخل الخليط إلى الثلاجة ، حيث يتم فصل الأمونيا عنه في صورة سائلة ، وتعود المكونات المتبقية بعد التفاعل إلى الإنتاج. ترجع هذه الميزة للعملية التكنولوجية إلى حقيقة أن تفاعل تخليق الأمونيا قابل للعكس وخلال العملية التكنولوجية يتحلل جزء من المنتج النهائي إلى المكونات الأصلية.

وبالتالي ، فإن إنتاج الأمونيا في الصناعة ، على الرغم من البساطة الواضحة للتفاعل الذي تكمن وراء العملية ، هو في الواقع مهمة تكنولوجية معقدة نوعًا ما.

إن إنشاء صناعات متكاملة وتطوير تقنيات جديدة لهما أهمية خاصة

كما ذكر أعلاه ، يتم تحسين التكنولوجيا باستمرار والاتجاه الرئيسي لتدابير تحسينها هو تقليل كثافة الطاقة للعملية نفسها. وحيث يصعب القيام بذلك لأسباب مختلفة ، يتم استخدام طرق استرداد الحرارة ، والتي يمكن أن تكون مفيدة أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم بعض مصانع الأمونيا المنتجات الثانوية لعمليات كيميائية أخرى. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن الجمع بين إنتاج الميثانول والأمونيا. تتكون هذه الطريقة من حقيقة أن الميثانول يتم تصنيعه من أول أكسيد الكربون والماء المتكون أثناء إعادة التكوين.

لقد قيل أيضًا عن الإنتاج المشترك للأمونيا والكارباميد. هذا المزيج ممكن ، على سبيل المثال ، عن طريق تفاعل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن إعادة التشكيل مع الأمونيا المنتجة. تتطلب هذه الطريقة ، بالطبع ، تركيب معدات إضافية. ومع ذلك ، فإنه يسمح لك بزيادة العائد المفيد لمؤسسة معينة.

ميزة أخرى لإنتاج الأمونيا في الصناعة هي أن دوريتها تساهم أيضًا في انعدام الهدر. علاوة على ذلك ، يتم استخدام كل من الطاقة المستلمة والمنتجات الثانوية. حتى الكبريت الذي يتم الحصول عليه من تنقية المواد الخام يجد تطبيقًا في صناعات كيميائية أخرى. بالإضافة إلى هذه التدابير ، هناك أيضًا بحث مستمر عن التركيبة المثلى للضغط ودرجة الحرارة التي تتم فيها العملية. بعد كل شيء ، يعتمد الناتج النهائي للمنتج الرئيسي على مجموعة هذه المعلمات.

بالنظر إلى كل ما سبق ، يمكننا أن نستنتج بمسؤولية كاملة أن مصنع الأمونيا الحديث هو مجمع معقد إلى حد ما من الهياكل. لكن مثل هذا المجمع يعتمد دائمًا على التثبيت الذي طوره في عام 1909 العالم الألماني فريتز هابر ، والذي اشتهر ، بالإضافة إلى هذا الاختراع ، بأنه "والد أسلحة كيميائية". ومن المفارقات أن هذا العالم حصل على جائزة نوبل للسلام. ومع ذلك ، فمن الواضح أن قيمة مساهمته في تطوير الصناعة الكيميائية الحديثة لا شك فيها.

وهكذا ، باستخدام مثال الإنتاج الصناعي للأمونيا ، يمكن للمرء أن يرى كيف يمكن تحسين عملية على ما يبدو لم تتغير على مر السنين. يمكنك أيضًا أن ترى كيف يمكن للاختراع الواحد أن يضع الأساس لتطوير صناعة إنتاج كاملة (علاوة على ذلك ، صناعة مهمة) للإنتاج الحديث لسنوات عديدة.

حاليًا ، توجد مصانع الأمونيا في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك ، يتم بناء مؤسسات جديدة باستمرار. تؤكد هذه الحقيقة مرة أخرى على أهمية هذا النوع من الإنتاج الكيميائي. في الواقع ، في العديد من مناطق العالم ، أصبح توافر الأسمدة النيتروجينية ، على سبيل المثال ، ضرورة حيوية. يمكن الاستشهاد بالعديد من الأمثلة الأخرى ، لكن الحقيقة لا تزال قائمة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك طلب على جزء كبير من منتجات صناعة الغاز في إنتاج الأمونيا ، مما يسمح لها بالتطور بشكل مطرد. توضح هذه الأمثلة القليلة بوضوح أن دور إنتاج الأمونيا يصعب المبالغة فيه. لذلك ، يمكننا أن نستنتج أن صناعة النيتروجين ستظل موجودة لفترة طويلة ، وستظل منتجاتها دائمًا في طلب ثابت.

وبالتالي ، بالحديث عن إنتاج الأمونيا ، يجب أن نفهم أننا نتحدث عن إنتاج خطير للغاية ، له تأثير كبير على عمل مختلف المجالات ، مثل النشاط الاقتصاديوحياة الناس فقط. ومن الممكن أن تزداد أهمية هذه الصناعة في المستقبل.

	يتم إنتاج الجبس المكون من صخور جبسية كثيفة باستخدام ثلاث عمليات رئيسية. أولاً ، يتم تكسير حجر الجبس ، ثم يتم طحن المادة الخام الناتجة ، و ...
	النفايات الكيميائية هي نفايات الصناعة الكيميائية التي تحتوي على مواد ضارة تشكل خطراً على الإنسان بآثارها السامة على الجسم. الصناعة الكيميائية هي فرع من فروع الصناعة يتعامل مع ...