अमोनिया उत्पादन के मुख्य चरण। रासायनिक उत्पादन के सामान्य वैज्ञानिक सिद्धांत (अमोनिया, सल्फ्यूरिक एसिड, मेथनॉल के औद्योगिक उत्पादन के उदाहरण पर)

प्रतिक्रियाओं और रासायनिक संतुलन की दर पर तापमान, दबाव और उत्प्रेरक का प्रभाव रासायनिक उद्योग में कई रासायनिक उत्पादों के उत्पादन में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। इस खंड में, हम अमोनिया के औद्योगिक उत्पादन से परिचित होंगे और विस्तार से बताएंगे कि ये सभी कारक इसके उत्पादन को कैसे प्रभावित करते हैं। फिर हम सल्फ्यूरिक एसिड के औद्योगिक उत्पादन से परिचित होंगे।

औद्योगिक अमोनिया उत्पादन

यूके में अमोनिया के आठ प्लांट हैं। उनकी संयुक्त उत्पादकता प्रति वर्ष 2 मिलियन टन से अधिक है। वर्तमान में दुनिया भर में सालाना लगभग 5 मिलियन टन अमोनिया का उत्पादन होता है। अंजीर पर। 7.1 अमोनिया उत्पादन की वृद्धि की तुलना विश्व की जनसंख्या की वृद्धि से की जाती है। उत्पादन करना क्यों आवश्यक है एक बड़ी संख्या कीअमोनिया?

चावल। 7.1 विश्व जनसंख्या में वृद्धि और अमोनिया का विश्व उत्पादन।

तालिका 7.2। अमोनिया और संबंधित उत्पादों के अनुप्रयोग

यह मुख्य रूप से नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों के उत्पादन के लिए आवश्यक है। उर्वरकों के निर्माण में उत्पादित सभी अमोनिया का लगभग 80% खपत होता है] नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों के साथ, इसे मिट्टी में घुलनशील रूप में लगाया जाता है जिसकी अधिकांश पौधों को आवश्यकता होती है। उत्पादित अमोनिया का शेष 20% पॉलिमर, विस्फोटक और अन्य उत्पादों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है! अमोनिया के विभिन्न अनुप्रयोगों को तालिका में सूचीबद्ध किया गया है। 7.2.

अमोनिया उत्पादन

अमोनिया का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली पहली औद्योगिक प्रक्रिया साइनामाइड प्रक्रिया थी। कैल्शियम कार्बाइड को चूने और कार्बन को गर्म करके प्राप्त किया गया था। कैल्शियम साइनामाइड प्राप्त करने के लिए कैल्शियम कार्बाइड को नाइट्रोजन के तहत गर्म किया गया था। कैल्शियम साइनामाइड के हाइड्रोलिसिस द्वारा अमोनिया प्राप्त किया गया था:

इस प्रक्रिया में बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह गैर-आर्थिक था।

1911 में, एफ. हैबर ने पता लगाया कि लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करके अमोनिया को सीधे नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से संश्लेषित किया जा सकता है। इस विधि का उपयोग करके अमोनिया का उत्पादन करने वाले पहले संयंत्र में हाइड्रोजन का उपयोग किया गया था, जिसे पानी में इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया गया था। इसके बाद, कोक के साथ पानी से हाइड्रोजन प्राप्त करना शुरू हुआ। हाइड्रोजन के उत्पादन की यह विधि कहीं अधिक किफायती है।

फ़्रिट्ज़ हैबर (1868 1934)

1908 में, जर्मन रसायनज्ञ हैबर ने पाया कि लोहे के उत्प्रेरक पर हाइड्रोजन और वायुमंडलीय नाइट्रोजन द्वारा अमोनिया का उत्पादन किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में उच्च दबाव और मध्यम उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। हैबर की खोज ने जर्मनी को प्रथम विश्व युद्ध के दौरान विस्फोटकों का उत्पादन जारी रखने की अनुमति दी। इस समय, एंटेंटे की नाकाबंदी ने जर्मनी में पोटेशियम नाइट्रेट (चिली साल्टपीटर) के प्राकृतिक भंडार के आयात को रोक दिया, जिसे पहले विस्फोटकों के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया गया था।

हैबर द्वारा अमोनिया संश्लेषण की प्रक्रिया विकसित करने के एक साल बाद, उसने विलयनों के पीएच (एसिड-बेस गुण) को मापने के लिए एक ग्लास इलेक्ट्रोड बनाया (अध्याय 10 देखें)।

हैबर को 1918 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला। हिटलर के सत्ता में आने के बाद, हैबर को 1933 में जर्मनी से पलायन करने के लिए मजबूर होना पड़ा।

(अमोनिया से नाइट्रिक एसिड और नाइट्रेट का उत्पादन खंड 1 में वर्णित है)

आधुनिक अमोनिया उत्पादन प्रक्रिया

अमोनिया प्राप्त करने की आधुनिक प्रक्रिया 380-450 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से इसके संश्लेषण और लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करके 250 एटीएम के दबाव पर आधारित है:

नाइट्रोजन वायु से प्राप्त होती है। प्राकृतिक गैस से या नेफ्था से मीथेन की मदद से पानी (भाप) की कमी से हाइड्रोजन का उत्पादन होता है। नेफ्था (नेफ्था) स्निग्ध हाइड्रोकार्बन का एक तरल मिश्रण है, जो कच्चे तेल के प्रसंस्करण के दौरान प्राप्त होता है (देखें अध्याय 18)।

आधुनिक अमोनिया संयंत्र का कार्य बहुत जटिल है। अंजीर पर। चित्र 7.2 प्राकृतिक गैस पर चल रहे अमोनिया संयंत्र का सरलीकृत आरेख दिखाता है। कार्रवाई की इस योजना में आठ चरण शामिल हैं।

पहला चरण। प्राकृतिक गैस से सल्फर को हटाना। यह आवश्यक है क्योंकि सल्फर एक उत्प्रेरक विष है (देखें धारा 9.2)।

दूसरा चरण। 750 डिग्री सेल्सियस पर भाप में कमी और निकेल उत्प्रेरक का उपयोग करके 30 एटीएम के दबाव से हाइड्रोजन का उत्पादन:

तीसरा चरण। हवा का सेवन और इंजेक्शन वाली हवा के ऑक्सीजन में हाइड्रोजन के हिस्से का दहन:

परिणाम जल वाष्प, कार्बन मोनोऑक्साइड और नाइट्रोजन का मिश्रण है। जलवाष्प हाइड्रोजन के निर्माण के साथ कम हो जाता है, जैसा कि दूसरे चरण में होता है।

चौथा चरण। निम्नलिखित "शिफ्ट" प्रतिक्रिया द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड के चरण 2 और 3 में गठित कार्बन मोनोऑक्साइड का ऑक्सीकरण:

यह प्रक्रिया दो "कतरनी रिएक्टरों" में की जाती है। पहले वाले में, एक आयरन ऑक्साइड उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है और प्रक्रिया को 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर किया जाता है। दूसरा कॉपर उत्प्रेरक का उपयोग करता है और प्रक्रिया 220 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जाती है।

चावल। 7.2. अमोनिया प्राप्त करने के लिए औद्योगिक प्रक्रिया के चरण।

5 वां चरण। पोटेशियम कार्बोनेट के बफर्ड क्षारीय घोल या एथेनॉलमाइन जैसे कुछ अमीन के घोल का उपयोग करके गैस मिश्रण से कार्बन डाइऑक्साइड को धोना। कार्बन डाइऑक्साइड को अंततः तरलीकृत किया जाता है और यूरिया बनाने के लिए उपयोग किया जाता है या वातावरण में छोड़ा जाता है।

छठा चरण। चौथे चरण के बाद गैस मिश्रण में लगभग 0.3% कार्बन मोनोऑक्साइड रहता है। चूंकि यह अमोनिया के संश्लेषण (8वें चरण में) के दौरान लोहे के उत्प्रेरक को जहर दे सकता है, कार्बन मोनोऑक्साइड को हाइड्रोजन के साथ निकेल उत्प्रेरक पर 325 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर मीथेन में परिवर्तित करके हटा दिया जाता है।

7 वां चरण। गैस मिश्रण, जिसमें अब लगभग 74% हाइड्रोजन और 25% नाइट्रोजन होता है, संपीड़ित होता है; जबकि इसका प्रेशर 25-30 एटीएम से बढ़कर 200 एटीएम हो जाता है। चूंकि इससे मिश्रण के तापमान में वृद्धि होती है, इसे संपीड़न के तुरंत बाद ठंडा किया जाता है।

8 वां चरण। कंप्रेसर से गैस अब "अमोनिया संश्लेषण चक्र" में प्रवेश करती है। अंजीर में दिखाया गया योजना। 7.2 इस चरण का सरलीकृत दृश्य प्रस्तुत करता है। सबसे पहले, गैस मिश्रण उत्प्रेरक कनवर्टर में प्रवेश करता है, जो लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करता है और 380-450 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाए रखता है। इस कनवर्टर को छोड़ने वाले गैस मिश्रण में 15% से अधिक अमोनिया नहीं होता है। फिर अमोनिया को द्रवीभूत किया जाता है और प्राप्त करने वाले हॉपर को भेजा जाता है, और अप्राप्य गैसों को कनवर्टर में वापस कर दिया जाता है।

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया के लिए इष्टतम स्थितियों का चयन

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया यथासंभव कुशल और किफायती होने के लिए, इसके कार्यान्वयन के लिए शर्तों का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है। इस मामले में ध्यान में रखे जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण संकेतक हैं: 1) आउटपुट, 2) गति और 3) प्रक्रिया की ऊर्जा तीव्रता। आइए हम प्रक्रिया के 8वें चरण की ओर मुड़ें, अर्थात सीधे अमोनिया के संश्लेषण की ओर, और इस प्रक्रिया की दक्षता पर दबाव, तापमान और उत्प्रेरक के प्रभाव का अध्ययन करें।

दबाव का प्रभाव। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, अमोनिया के उत्पादन को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

इस प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक द्वारा दिया गया है

यदि हम इस व्यंजक में शामिल गैसों के आंशिक दाबों को उनके मोल भिन्नों और निकाय के कुल दाब P के रूप में व्यक्त करते हैं, तो हमें निम्नलिखित व्यंजक प्राप्त होता है:

इस व्यंजक को रूप देकर सरल बनाया जा सकता है

किसी दिए गए तापमान पर, मान स्थिर रहना चाहिए। यदि सिस्टम में कुल दबाव P बढ़ता है, तो उपरोक्त अभिव्यक्ति में पद कम होना चाहिए। यह इस प्रकार है कि चूंकि परिमाण स्थिर रहना चाहिए, इसलिए अनुपात में वृद्धि होनी चाहिए। इस प्रकार, कुल दबाव में वृद्धि से वृद्धि और कमी होनी चाहिए। इसलिए, दबाव में वृद्धि आगे की प्रतिक्रिया का पक्ष लेती है, अर्थात अमोनिया की उपज में वृद्धि।

तापमान और उत्प्रेरक का प्रभाव। अमोनिया का संश्लेषण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है (देखें तालिका 7.1, क)। इसलिए, तापमान में वृद्धि को विपरीत प्रतिक्रिया का पक्ष लेना चाहिए (पिछला भाग देखें)। इसका मतलब है कि तापमान कम करने से अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया की उपज बढ़नी चाहिए (चित्र। 7.3)। दुर्भाग्य से, हालांकि, कम तापमान पर इस प्रतिक्रिया की दर, और इसलिए अमोनिया के उत्पादन की दर बहुत धीमी हो जाती है। दूसरे शब्दों में, कम तापमान पर, प्रक्रिया में कम उत्पादकता होनी चाहिए, और इसलिए कम दक्षता होनी चाहिए। इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, आपको दो चरम सीमाओं के बीच एक समझौता चुनना होगा:

1) उच्च उपज और कम प्रतिक्रिया दर (कम तापमान पर) और

2) कम उपज और उच्च प्रतिक्रिया दर (उच्च तापमान पर)।

चावल। 7.3. हैबर प्रक्रिया में अमोनिया की उपज पर तापमान और दबाव का प्रभाव ("सापेक्ष उपज" शब्द खंड 4.2 में समझाया गया है)।

बेशक, उत्प्रेरक का उपयोग करके प्रतिक्रिया दर में वृद्धि की जाती है। इस प्रकार, उत्प्रेरक कम तापमान पर प्रक्रिया को अधिक कुशलता से करने की अनुमति देता है। अमोनिया के संश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले लौह उत्प्रेरक की दक्षता बढ़ जाती है यदि इसमें तथाकथित प्रमोटर जोड़े जाते हैं। लौह उत्प्रेरक की दक्षता को बढ़ावा देने के लिए पोटेशियम और एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उपयोग किया जाता है।

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया के अर्थशास्त्र की एक विस्तृत समीक्षा से पता चलता है कि इष्टतम उपज और उत्पादकता प्राप्त करने के लिए, तापमान लगभग 400 डिग्री सेल्सियस और दबाव 250 एटीएम पर बनाए रखा जाना चाहिए।

ऊर्जा संतुलन

एक विशिष्ट अमोनिया संयंत्र प्रतिदिन लगभग 1000 टन अमोनिया का उत्पादन करता है। उसी समय, भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए जल वाष्प की आवश्यकता 6000 टन / दिन होती है, जिससे कम्प्रेसर संचालित होते हैं। सौभाग्य से, अमोनिया के उत्पादन में शामिल रासायनिक प्रक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं। सभी ऊर्जा जो जारी की जाती है प्रारंभिक चरणअमोनिया उत्पादन प्रक्रिया, अत्यधिक संपीड़ित भाप का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। अमोनिया संश्लेषण से सीधे निकलने वाली ऊर्जा (चरण 8) का उपयोग उत्प्रेरक कनवर्टर के तापमान को 400 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखने के लिए किया जाता है। अमोनिया संयंत्र की कुल तापीय क्षमता लगभग 60% है। दूसरे शब्दों में, लगभग 40% ऊर्जा की खपत होती है, जो प्राकृतिक गैस द्वारा प्रदान की जाती है, गर्मी की कमी है।

अमोनिया संयंत्र की डिजाइन विशेषताएं

एक आधुनिक अमोनिया संयंत्र के डिजाइन, उसके स्टाफिंग और संचालन के लिए योग्य विशेषज्ञों की भागीदारी और जटिल इंजीनियरिंग उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, हवा को संपीड़ित करने के लिए प्रक्रिया के तीसरे चरण में और संश्लेषण गैस (नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का मिश्रण) को संपीड़ित करने के लिए 7 वें चरण में उपयोग किए जाने वाले कंप्रेशर्स को बहुत अधिक दबावों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए - कुछ मामलों में 350 एटीएम तक। ये कम्प्रेसर स्टीम टर्बाइन द्वारा संचालित होते हैं, जो 100 एटीएम के दबाव और 400 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर भाप प्राप्त करते हैं। इस तरह के टर्बाइन प्रति मिनट कई हजार क्रांतियों की गति से घूमते हैं।

जिन रिएक्टरों में अमोनिया संश्लेषण किया जाता है, उन्हें भी बहुत अधिक आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। ऊंचे दबाव और तापमान पर, जिस पर ये रिएक्टर काम करते हैं, हाइड्रोजन धातु में फैलकर स्टील पर हमला कर सकता है। नतीजतन, हाइड्रोजन मीथेन बनाने के लिए स्टील में निहित कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है। इससे धातु में छिद्र बन जाते हैं और स्टील भंगुर हो जाता है। इसे रोकने के लिए, क्रोमियम, मोलिब्डेनम और निकल युक्त विशेष मिश्र धातुओं से रिएक्टरों का निर्माण किया जाता है।

अमोनिया संयंत्र का स्थान भी बहुत आर्थिक महत्व का है। आदर्श रूप से, ऐसा संयंत्र 1) ऊर्जा स्रोतों के करीब स्थित होना चाहिए;

2) पानी के स्रोत जिनका उपयोग बड़ी मात्रा में किया जा सकता है;

3) परिवहन मार्ग: राजमार्ग, रेलवे, नदियाँ या समुद्र।

चार यूके अमोनिया संयंत्र नदी पर बिलिंगम के पास स्थित हैं। ताई (स्कॉटलैंड में)। डरहम में कोयले के भंडार के निकट होने के कारण इस स्थान को एक समय में चुना गया था। उत्तरी सागर महाद्वीपीय शेल्फ पर तेल और गैस जमा के निकट होने के कारण यह आज भी सुविधाजनक साबित हुआ है।

नाइट्रोजन हाइड्रोजन के साथ कई यौगिक बनाती है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण अमोनिया NH3 है। अमोनिया अणु में हाइड्रोजन और नाइट्रोजन परमाणुओं के बीच का बंधन सहसंयोजक होता है, और ऑक्सीकरण अवस्था निम्नानुसार वितरित की जाती है: (एन -3 एच + 3) 0।

स्वयं के द्वारा भौतिक गुणअमोनिया एक रंगहीन गैस है जिसमें तीखी गंध होती है। यह हवा से हल्का और अन्य गैसों की तुलना में पानी में अधिक घुलनशील है। तो, 1.2 हजार मात्रा में अमोनिया पानी की एक मात्रा में घुल सकता है।

ठंडा होने पर, दबाव में वृद्धि के साथ, अमोनिया आसानी से एक रंगहीन तरल में बदल जाता है। तरल अमोनिया के वाष्प में संक्रमण की विपरीत प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है, और बहुत अधिक गर्मी अवशोषित होती है। अमोनिया का क्वथनांक 34 o C होता है।

उद्योग में अमोनिया का उत्पादन

उत्पादन में, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से इसे संश्लेषित करके अमोनिया का उत्पादन किया जाता है:

एन 2 + 3एच 2 2एनएच 3 + क्यू,

जहां (+Q) का मतलब है कि प्रतिक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ होती है, यानी। ऊष्माक्षेपी है।

इस तथ्य के कारण कि यह प्रतिक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ होती है, इसकी आवश्यकता होती है:

मामूली हीटिंग (400 - 500 डिग्री सेल्सियस);
उच्च दबाव (200 - 1000 एटीएम);
उत्प्रेरकों की उपस्थिति (धातु रूप में Pt या Fe, Al 2 O 3 और K 2 O के योग के साथ)।

यह सब इस प्रतिक्रिया के रासायनिक संतुलन को इसके उत्पादों के निर्माण की ओर स्थानांतरित करने में मदद करता है।

अमोनिया निकालने की दूसरी औद्योगिक विधि कोयले की कोकिंग है, क्योंकि इसमें 2% नाइट्रोजन होता है। यहाँ, शुष्क आसवन के उपोत्पाद के रूप में अमोनिया बनता है।

अमोनिया प्राप्त करने के लिए प्रयोगशाला के तरीके

प्रयोगशाला में अमोनिया दो प्रकार से प्राप्त किया जा सकता है:

बुझे हुए चूने के साथ अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण का कमजोर तापन:
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O;
शुष्क अमोनियम क्लोराइड को कास्टिक क्षार के सांद्र विलयन के साथ गर्म करके:
एनएच 4 सीएल + केओएच → एनएच 3 + केसीएल + एच 2 ओ।

अमोनियायह एक हल्की रंगहीन गैस है जिसमें एक अप्रिय तीखी गंध होती है। यह रासायनिक उद्योग के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसमें एक नाइट्रोजन परमाणु और तीन हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। अमोनिया का उपयोग मुख्य रूप से नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों, अमोनियम सल्फेट और यूरिया के उत्पादन के लिए, विस्फोटक, पॉलिमर और अन्य उत्पादों के उत्पादन के लिए किया जाता है, और अमोनिया का उपयोग दवा में भी किया जाता है।

उद्योग में अमोनिया का उत्पादनउत्प्रेरक, उच्च तापमान और दबाव का उपयोग करके हाइड्रोजन और नाइट्रोजन से इसके संश्लेषण पर आधारित एक सरल, समय लेने वाली और महंगी प्रक्रिया नहीं है। ऑक्साइड द्वारा सक्रियपोटेशियम और एल्युमिनियम स्पंज आयरन उत्प्रेरक के रूप में प्रयोग किया जाता है। अमोनिया के संश्लेषण के लिए औद्योगिक संयंत्र गैसों के संचलन पर आधारित हैं। यह इस तरह दिखता है: गैसों का प्रतिक्रिया मिश्रण, जिसमें अमोनिया होता है, ठंडा हो जाता है और अमोनिया का संघनन और पृथक्करण होता है, और नाइट्रोजन और हाइड्रोजन जो प्रतिक्रिया नहीं करते हैं उन्हें गैसों के एक नए हिस्से के साथ मिश्रित किया जाता है और उत्प्रेरक को वापस खिलाया जाता है।

आइए हम अमोनिया के औद्योगिक संश्लेषण की इस प्रक्रिया पर विचार करें, जो कई चरणों में होती है, और अधिक विस्तार से। पहले चरण में, प्राकृतिक गैस का उपयोग करके सल्फर को हटा दिया जाता है तकनीकी उपकरणडिसल्फराइजर। दूसरे चरण में, निकेल उत्प्रेरक पर मीथेन रूपांतरण प्रक्रिया 800 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जाती है: हाइड्रोजन प्रतिक्रिया उपयुक्त हैअमोनिया के संश्लेषण के लिए और रिएक्टर को नाइट्रोजन युक्त हवा की आपूर्ति की जाती है। इस स्तर परकार्बन का आंशिक दहन भी ऑक्सीजन के साथ बातचीत के बाद होता है, जो हवा में भी निहित है: 2 एच 2 ओ + ओ 2-> एच 2 ओ (भाप)।

इस चरण का परिणामउत्पादन जल वाष्प और कार्बन (द्वितीयक) और नाइट्रोजन के ऑक्साइड का मिश्रण प्राप्त करना है। तीसरा चरण दो प्रक्रियाओं में जाता है। तथाकथित "शिफ्ट" प्रक्रिया दो "शिफ्ट" रिएक्टरों में होती है। पहले एक में, Fe3O4 उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है और प्रतिक्रिया उच्च तापमान पर के क्रम पर आगे बढ़ती है 400 डिग्री सेल्सियस. दूसरा रिएक्टर अधिक कुशल कॉपर उत्प्रेरक का उपयोग करता है और कम तापमान पर चलता है। चौथे चरण में कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) से गैस मिश्रण का शुद्धिकरण शामिल है।

ऑक्साइड को अवशोषित करने वाले क्षारीय घोल से गैस मिश्रण को धोकर यह सफाई की जाती है। प्रतिक्रिया 2 H2O + O2H2O (भाप) प्रतिवर्ती है, और तीसरे चरण के बाद, लगभग 0.5% कार्बन मोनोऑक्साइड गैस मिश्रण में रहता है। यह राशि लौह उत्प्रेरक को खराब करने के लिए पर्याप्त है। चौथे चरण में, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर निकल उत्प्रेरक पर हाइड्रोजन को मीथेन में बदलने से समाप्त हो जाता है: CO + 3H2 -> CH4 + H2O

गैस मिश्रण, जिसमें मोटे तौर पर शामिल है? 74.5% हाइड्रोजन और 25.5% नाइट्रोजन, संपीड़न के अधीन। संपीड़न से मिश्रण के तापमान में तेजी से वृद्धि होती है। संपीड़न के बाद, मिश्रण को 350 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है। इस प्रक्रिया को प्रतिक्रिया के साथ वर्णित किया गया है: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45.9 kJ। (गेरबर प्रक्रिया)

अमोनिया उत्पादन तकनीक + वीडियो कैसे प्राप्त करें

इस दिशा के हिस्से के रूप में, आज कई कंपनियों ने निम्नलिखित तकनीकों का विकास और डिजाइन करना शुरू कर दिया है:

अतिरिक्त अमोनिया का मेथनॉल उत्पादन में रूपांतरण।
विकास आधारित उत्पादन आधुनिक तकनीकसक्रिय इकाइयों को बदलने के लिए।
एकीकृत उत्पादन और आधुनिकीकरण का निर्माण।

रूस में एक टन अमोनिया के उत्पादन के लिए औसतन 1200 एनएम³ प्राकृतिक गैस की खपत होती है, यूरोप में - 900 एनएम³। बेलारूसी "ग्रोडनो एज़ोट" 1200 एनएम³ की खपत करता है, आधुनिकीकरण के बाद खपत 876 एनएम³ तक घटने की उम्मीद है। यूक्रेनी उत्पादक 750 एनएम³ से 1170 एनएम³ तक खपत करते हैं। यूएचडीई प्रौद्योगिकी के अनुसार, प्रति टन ऊर्जा संसाधनों की 6.7 - 7.4 Gcal की खपत घोषित की गई है।

अमोनिया के उत्पादन की औद्योगिक विधि हाइड्रोजन और नाइट्रोजन के सीधे संपर्क पर आधारित है:

एन 2 + 3एच 2 2एनएच 3 + + 91.84 केजे

यह तथाकथित हैबर प्रक्रिया है (जर्मन भौतिक विज्ञानी, विधि की भौतिक-रासायनिक नींव विकसित की)। प्रतिक्रिया गर्मी की रिहाई और मात्रा में कमी के साथ होती है। इसलिए, ले चेटेलियर सिद्धांत के आधार पर, प्रतिक्रिया को न्यूनतम संभव तापमान और उच्च दबाव पर किया जाना चाहिए - फिर संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाएगा। हालांकि, कम तापमान पर प्रतिक्रिया दर नगण्य है, और उच्च तापमान पर, रिवर्स प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। बहुत अधिक दबाव पर प्रतिक्रिया करने के लिए विशेष उपकरणों के निर्माण की आवश्यकता होती है जो उच्च दबाव का सामना कर सकते हैं, और इसलिए एक बड़ा निवेश। इसके अलावा, प्रतिक्रिया का संतुलन, 700 डिग्री सेल्सियस पर भी, इसके व्यावहारिक उपयोग के लिए बहुत धीमी गति से स्थापित होता है। हैबर प्रक्रिया में अमोनिया की उपज (मात्रा प्रतिशत में) विभिन्न तापमानऔर दबाव के निम्नलिखित अर्थ हैं:

उत्प्रेरक (Al2O3 और K2O अशुद्धियों के साथ झरझरा लोहा) के उपयोग ने संतुलन की स्थिति की उपलब्धि में तेजी लाना संभव बना दिया। दिलचस्प बात यह है कि इस भूमिका के लिए उत्प्रेरक की तलाश में 20 हजार से अधिक विभिन्न पदार्थों की कोशिश की गई।

उपरोक्त सभी कारकों को ध्यान में रखते हुए, उत्पादन प्रक्रिया निम्नलिखित परिस्थितियों में की जाती है:

तापमान 500 डिग्री सेल्सियस;
दबाव 350 वायुमंडल;
उत्प्रेरक

ऐसी परिस्थितियों में अमोनिया की उपज लगभग 30% है। औद्योगिक परिस्थितियों में, संचलन के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है - अमोनिया को ठंडा करके हटा दिया जाता है, और प्रतिक्रिया न किए गए नाइट्रोजन और हाइड्रोजन को संश्लेषण स्तंभ में वापस कर दिया जाता है। यह दबाव बढ़ाकर उच्च प्रतिक्रिया उपज प्राप्त करने की तुलना में अधिक किफायती साबित होता है। इसे प्रयोगशाला में प्राप्त करने के लिए अमोनियम लवण पर प्रबल क्षार की क्रिया का प्रयोग किया जाता है:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

अमोनिया आमतौर पर प्रयोगशाला में अमोनियम क्लोराइड और बुझे हुए चूने के मिश्रण के कमजोर ताप से प्राप्त किया जाता है।

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

अमोनिया को सुखाने के लिए इसे चूने और कास्टिक सोडा के मिश्रण से गुजारा जाता है। इसमें धात्विक सोडियम को घोलकर और बाद में आसवन करके बहुत शुष्क प्राप्त किया जा सकता है। यह वैक्यूम के तहत धातु से बने सिस्टम में सबसे अच्छा किया जाता है। सिस्टम को उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है (कमरे के तापमान पर, संतृप्त वाष्प दबाव लगभग 10 वायुमंडल होता है)। औद्योगिक उत्पादन में, अवशोषण कॉलम आमतौर पर सुखाने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

वीडियो यह कैसे करें:

अमोनिया उत्पादन तकनीकी प्रगति को दरकिनार नहीं करना चाहिए। यह मुख्य रूप से ऊर्जा की बचत के बारे में है। आधुनिक तकनीकों के विकास के दौरान बहुत महत्वसौंपा गया सॉफ़्टवेयररासायनिक और तकनीकी प्रक्रियाओं के मॉडलिंग के लिए आवश्यक है।

आधुनिक रासायनिक उद्योग में नाइट्रोजन उत्पादन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि नाइट्रोजन यौगिकों का उपयोग कार्बनिक और अकार्बनिक दोनों पदार्थों के उत्पादन में किया जाता है। नाइट्रोजन उद्योग में एक विशेष लेख अमोनिया का उत्पादन है। यह इस सबसे मूल्यवान घटक की "भागीदारी" के साथ है कि उर्वरक, नाइट्रिक एसिड, विस्फोटक, रेफ्रिजरेंट और बहुत कुछ उत्पादित किया जाता है। इसकी सभी उपयोगिता के लिए, अमोनिया एक मजबूत जहर है, इस तथ्य के बावजूद कि इसका उपयोग अमोनिया के रूप में दवा में किया जाता है।

एक पदार्थ के रूप में अमोनिया की खोज पहली बार 18वीं शताब्दी के अंत में की गई थी। इसे अंग्रेज जोसेफ प्रीस्टली ने एक अलग पदार्थ के रूप में वर्णित किया था। 11 वर्षों के बाद, फ्रांसीसी क्लाउड लुई बर्थोलेट ने अध्ययन किया रासायनिक संरचनायह पदार्थ। औद्योगिक मात्रा में अमोनिया प्राप्त करने की आवश्यकता 19 वीं शताब्दी के अंत में तेजी से उठने लगी, जब चिली नाइट्रेट के भंडार, जिसमें से मुख्य रूप से नाइट्रोजन यौगिक प्राप्त किए गए थे, समाप्त होने लगे। यह "क्षारीय वायु" थी जो विभिन्न प्रकार के उत्पादन के लिए सबसे आशाजनक घटक बन गई रासायनिक यौगिक, जिसका मानव जीवन के विभिन्न पहलुओं पर व्यापक प्रभाव पड़ा: सैन्य मामलों से लेकर कृषि तक।

लेकिन यह समस्या 20वीं शताब्दी की शुरुआत में ही हल हो गई, जब नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से सीधे संश्लेषण द्वारा अमोनिया के उत्पादन की एक विधि दिखाई दी। इस प्रकार, जब से समस्या इसके समाधान के लिए उठी, एक लंबी अवधि बीत गई, जिसके दौरान कई खोजें की गईं जिससे "एक परी कथा सच हो सके।"

उत्पादन प्रक्रिया की विशेषताएं और चरण

अमोनिया उत्पादन प्रक्रिया को उच्च ऊर्जा तीव्रता की विशेषता है, जो इसका मुख्य नुकसान है। यही कारण है कि लगातार वैज्ञानिक विकास किए जा रहे हैं, जो ऊर्जा की बचत की समस्याओं को हल करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। विशेष रूप से, जारी ऊर्जा के उपयोग के साथ-साथ संयोजन, उदाहरण के लिए, अमोनिया और यूरिया के उत्पादन के तरीकों का विकास किया जा रहा है। यह सब उद्यमों की लागत को कम करने और उनके उपयोगी रिटर्न को बढ़ाने में मदद करता है।

अमोनिया का उत्पादन परिसंचरण के सिद्धांत पर आधारित है, जिसके अनुसार प्रक्रिया निरंतर होती है, और प्रारंभिक घटकों के अवशेषों को अंतिम उत्पाद से अलग किया जाता है और फिर से उपयोग किया जाता है, निरंतरता: संश्लेषण प्रक्रिया बिना रुके होती है, गर्मी का सिद्धांत स्थानांतरण, और चक्रीयता का सिद्धांत भी। जैसा कि आप देख सकते हैं, ये सभी सिद्धांत आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं।

अमोनिया उत्पादन की तकनीकी योजना सबसे पहले कच्चे माल पर निर्भर करती है जिससे अंतिम उत्पाद प्राप्त होता है। तथ्य यह है कि, नाइट्रोजन के विपरीत, जो हवा में बड़ी मात्रा में निहित है, हाइड्रोजन अपने शुद्ध रूप में व्यावहारिक रूप से प्रकृति में मौजूद नहीं है, और इसे पानी से निकालना एक श्रमसाध्य और ऊर्जा-खपत प्रक्रिया है।

इसलिए, प्राकृतिक गैस में निहित हाइड्रोकार्बन मुख्य रूप से अमोनिया के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में उपयोग किए जाते हैं। वर्तमान में यह है प्राकृतिक गैसअमोनिया उद्योग की नींव में से एक है। संश्लेषण स्तंभ में प्रवेश करने से पहले, गैस प्रसंस्करण के कई चरणों से गुजरती है। प्रक्रिया एक डिसल्फराइज़र का उपयोग करके सल्फर से फीडस्टॉक के शुद्धिकरण के साथ शुरू होती है।

इसके बाद तथाकथित सुधार प्रक्रिया आती है, जिसमें यह तथ्य शामिल होता है कि इसके पाठ्यक्रम के दौरान हाइड्रोकार्बन को पहले मीथेन में परिवर्तित किया जाता है, फिर मीथेन को जल वाष्प, कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन के मिश्रण में परिवर्तित करने की एक जटिल प्रक्रिया होती है। इसी समय, मिश्रण को कार्बन डाइऑक्साइड से भी साफ किया जाता है, जिसके बाद हाइड्रोजन नाइट्रोजन के साथ उच्च दबाव में संश्लेषण स्तंभ में प्रवेश करता है। इस प्रकार, सीधे अमोनिया उत्पादन शुरू करने से पहले, प्रौद्योगिकी में कच्चे माल की प्रारंभिक प्रसंस्करण शामिल है।

सभी सुधार प्रक्रियाएं, साथ ही अंतिम उत्पाद का संश्लेषण, उच्च दबाव और उच्च तापमान पर होता है। यही कारण है कि उनकी उच्च ऊर्जा खपत होती है। इसी समय, ये पैरामीटर उत्पादन के सभी चरणों में बदलते हैं।

स्तंभ स्वयं आमतौर पर स्टील से बना होता है। इसमें एक उत्प्रेरक होता है, जिसकी संरचना भिन्न हो सकती है। संश्लेषण चक्र से गुजरने के बाद, मिश्रण रेफ्रिजरेटर में प्रवेश करता है, जहां अमोनिया को तरल रूप में इससे अलग किया जाता है, और प्रतिक्रिया के बाद शेष घटक उत्पादन में वापस चले जाते हैं। तकनीकी प्रक्रिया की यह विशेषता इस तथ्य के कारण है कि अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है और तकनीकी प्रक्रिया के दौरान अंतिम उत्पाद का हिस्सा मूल घटकों में विघटित हो जाता है।

इस प्रकार, उद्योग में अमोनिया का उत्पादन, प्रतिक्रिया की स्पष्ट सादगी के बावजूद, जो प्रक्रिया को रेखांकित करता है, वास्तव में एक जटिल तकनीकी कार्य है।

एकीकृत उद्योगों का निर्माण और नई प्रौद्योगिकियों के विकास का विशेष महत्व है

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, प्रौद्योगिकी में लगातार सुधार किया जा रहा है और इसे सुधारने के उपायों की मुख्य दिशा प्रक्रिया की ऊर्जा तीव्रता को कम करना है। और जहां विभिन्न कारणों से ऐसा करना मुश्किल होता है, वहां गर्मी वसूली के तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है, जो फायदेमंद भी हो सकता है। इसके अलावा, कुछ अमोनिया संयंत्र अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए उप-उत्पादों का उपयोग करते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, मेथनॉल और अमोनिया के उत्पादन को जोड़ा जा सकता है। इस पद्धति में यह तथ्य शामिल है कि मेथनॉल को कार्बन मोनोऑक्साइड और सुधार के दौरान बनने वाले पानी से संश्लेषित किया जाता है।

अमोनिया और यूरिया के संयुक्त उत्पादन के बारे में भी कहा गया है। यह संयोजन संभव है, उदाहरण के लिए, उत्पादित अमोनिया के साथ सुधार करके उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड पर प्रतिक्रिया करके। इस पद्धति के लिए, निश्चित रूप से, अतिरिक्त उपकरणों की स्थापना की आवश्यकता होती है। हालांकि, यह आपको किसी विशेष उद्यम के उपयोगी रिटर्न को बढ़ाने की अनुमति देता है।

उद्योग में अमोनिया उत्पादन की एक अन्य विशेषता यह है कि इसकी चक्रीयता भी व्यर्थता में योगदान करती है। इसके अलावा, प्राप्त ऊर्जा और उप-उत्पादों दोनों का उपयोग किया जाता है। यहां तक कि कच्चे माल के शुद्धिकरण से प्राप्त सल्फर अन्य रासायनिक उद्योगों में भी प्रयोग होता है। इन उपायों के अलावा, दबाव और तापमान के इष्टतम संयोजन की निरंतर खोज भी होती है जिस पर प्रक्रिया होती है। आखिरकार, मुख्य उत्पाद का अंतिम आउटपुट इन मापदंडों के संयोजन पर निर्भर करता है।

उपरोक्त सभी को ध्यान में रखते हुए, हम पूरी जिम्मेदारी के साथ निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि एक आधुनिक अमोनिया संयंत्र संरचनाओं का एक जटिल जटिल परिसर है। लेकिन ऐसा परिसर हमेशा 1909 में जर्मन वैज्ञानिक फ्रिट्ज हैबर द्वारा विकसित एक इंस्टॉलेशन पर आधारित होता है, जो इस आविष्कार के अलावा, "के पिता" बनने के लिए प्रसिद्ध हुआ। रसायनिक शस्त्र". विडंबना यह है कि इस वैज्ञानिक को नोबेल शांति पुरस्कार मिला। फिर भी, यह स्पष्ट है कि आधुनिक रासायनिक उद्योग के विकास में उनके योगदान का मूल्य संदेह से परे है।

इस प्रकार, अमोनिया के औद्योगिक उत्पादन के उदाहरण का उपयोग करते हुए, कोई यह देख सकता है कि पिछले कुछ वर्षों में एक अपरिवर्तित प्रक्रिया को कैसे सुधारा जा सकता है। यह पता लगाना भी संभव है कि कैसे एक आविष्कार कई वर्षों तक आधुनिक उत्पादन की उत्पादन की एक पूरी शाखा (और, इसके अलावा, एक महत्वपूर्ण एक) के विकास की नींव रख सकता है।

वर्तमान में, अमोनिया संयंत्र पूरी दुनिया में स्थित हैं। इसके अलावा, नए उद्यम लगातार बनाए जा रहे हैं। यह तथ्य एक बार फिर इस प्रकार के रासायनिक उत्पादन के महत्व पर जोर देता है। दरअसल, दुनिया के कई क्षेत्रों में, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन उर्वरकों की उपलब्धता एक महत्वपूर्ण आवश्यकता बन गई है। कई अन्य उदाहरणों का हवाला दिया जा सकता है, लेकिन तथ्य यह है। इसके अलावा, अमोनिया के उत्पादन में गैस उद्योग के उत्पादों का एक बड़ा हिस्सा मांग में है, जो इसे लगातार विकसित करने की अनुमति देता है। ये कुछ उदाहरण स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि अमोनिया उत्पादन की भूमिका को कम करके आंका जाना मुश्किल है। इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि नाइट्रोजन उद्योग लंबे समय तक मौजूद रहेगा, और इसके उत्पाद हमेशा स्थिर मांग में रहेंगे।

इस प्रकार, अमोनिया के उत्पादन के बारे में बोलते हुए, यह समझा जाना चाहिए कि हम एक बहुत ही गंभीर उत्पादन के बारे में बात कर रहे हैं, जिसका विभिन्न क्षेत्रों के कामकाज पर भारी प्रभाव पड़ता है, जैसे कि आर्थिक गतिविधिऔर सिर्फ लोगों का जीवन। और यह बहुत संभव है कि भविष्य में इस उद्योग का महत्व बढ़ेगा।

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