Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

7. 3 Аммиак сентези учун азот водородли
apaлaшманинг олиниши ва toзaлаш усуллари
Аммиак синтези учун 1:3 нисбатда азот водородли аралашма керак бўлади. Азот саноатда суюк хаводан ажратиш йули билан олинади. Хаво таркиби хажм жихатдан улчанганда 78 % aзoт, 21 % кислород ва 0,94 % аргондан иборатдир. Яна хаво таркибида оз микдорда CО₂ , H₂, Ne, He, Kr, Xe лар учрайди.
Хаво аввал катта босимда сикилиб совутилади, суюлтирилади, сунгpa суюк хаво таркибидан компонентларнинг кайнаш ҳароратларининг хар хиллигидан фойдаланиб (Қ.t: N₂ -105.80, O₂ -1830, Ar-185,7°С). Ректификация минораларида Фракцияларга ажратилиб тоза холда N₂, O₂ ва Ar олинади.
Водород саноатида турли йўллар билан олинади:
1. Метан ва уни гомологларини конверцияси;
2. Каттик ёкилгини газга айлантирганда ҳосил булган СО ни конверцияси;
3. Кокс газларини ажратиш;
4. Сувни ёки NaCl эритмасини электролиз килиш оркали олинади.
Иктисодий курсаткичлари жихатидан энг арзон ва асосий саноат усули биринчи усулдир. Метан конверциясининг (конверция лотинча conversio сузидан олинган бўлиб, узгариш,айланиш маъносини англатади) биринчи махсулоти синтез газ (mCO+nH₂) деб аталади. У водород олишдан ташкари метанол синтези, юқори молекуляр огирликка эга булган спиртлар синтези, синтетик бензин синтези ва бошкалар (сунгги пайтларда СО гази темир рудаларидан, темирни қайтариб тоза темир олишда хам ишлатила бошланди). синтезида хам кўп ишлатилади.
Конверсия усули метанни сув буғи ёки кислород билан оксидланишига асосланган:


Кейин ҳосил булган СО ни сув буғи билан конверсия килинади.

Метанни сув буғи билан конверсияси реакциясини умумий xолда куйидагича ёзиш мумкин:
(эндотермик реакция)
Метан ва СО конверсиялари каттализатop иштарокида (СН₄ учун никел,СО учун темир, хром, рух хром мисли каттализаторлар кулланилади) боради.
Рух хром мисли каттализатор кулланганда СО конверцияси паст ҳароратда(250-300⁰ С) боради. Конверцияланган газ таркибида колган СО нинг микдори 0,2 -0,4 % дан (хажм буйича) ошмайди. Бундай холларда кўпинча СОдан тозалаш учун абсорбсион усул урнига факат метанлаш-гидрогенлашдан фойдаланиш мумкин.
Юқорида келтирилган реакциялардан маълумки олинган водород гази тоза эмас, таркибида 30 % гача СО₂ 0,5-4 % гача СО саклайди. Озрок микдор О₂ бирикмалари билан ифлосланган бўлади. Бу аралашмалар аммиак синтезида ишлатиладиган каттализаторни захарлайди. Шунинг учун уларни тозалаш керак бўлади.
Водородни бегона аралашмалардан тозалашнинг турли усуллари кулланилади: а) каттик сорбентлар билан аралашмаларни адсорбцияси; б) суюк сорбентлар билан абсорбцияланиш; в) чукур совутиш билан аралаштирмаларни конденсациялаш; г) катталик гидрогенлаш ва бошкалар. а) Усул билан бегона қўшимчалар кам булганда ( S сакловчи бирикмаларда) кулланилади; б) усул СО2 ва СО лардан тозалашда ишлатилади; в) усул кимматга тушганлиги учун хозирги пайтларда аммиак ишлаб чикаришда кулланилмайди (азотнинг бошка бирикмалари саноатида кулланилмокда); г) усул СО₂ , СО ва О₂ нинг микдори кам булганда кулланилади.
Конверция газини олтингуруртли бирикмалардан тозалаш . Табиий газ таркибида турли S ли бирикмалар саклайди: H₂S, CS₂, COS меркаптанлар (асосан этил меркаптан C₂H₅SH 5-30 мг/м³ гача) ва бошкалар. Барча S бирикмаларни 350-450 ⁰С ҳароратда кобалть - молибденли каттализатор иштирокида H₂S гача гидрогенланади:
CS₂ +4H₂ = 2H₂S+CH₄
RSH +H₂ = H₂S+RH
COS +4H₂ = H₂S+CH₄ +H₂O
Ҳосил булган H₂S каттик ёки суюк адсорбентлар ёрдамида адсорбцияланади. Каттик адсорбент сифатида активланган кумир, темир гидроксиди, рух оксиди ва суюк абсорбент сифатида: аммиакли сув этаноламинлар, мишьяк содали эритма, карбонатлар эритмалари ва бошкалар ишлатилади. Айникса, рух оксиди кўп ишлатилади. –(ГИАП – 10 адсорбенти).
ZnO+H₂ S =ZnS +H₂O
Тозаланган H₂ S нинг микдори I мг/м3 дан ортик булмайди. Бу реакция 400-500 ⁰С да боради.
К о н в е р ц и я газини СО₂ дан тозалаш. Конверция гази таркибида 17-30 % гача СО₂ саклайди. Уни суюк сорбентлар ёрдамида: сув, этаноламин, ишкор, эритмалари билан тозалайдилар. СО₂ бошка қўшимчаларга нисбатан босим oстида совук сувда яхши эрийди. Мана шу хоссасига асосланиб СО₂ сув билан юттириб ажратиб олинади. Бунинг учун ичи насадкали минораларда газ, сув сачратиш билан (2-3 мПа босимда) ювилади. Минорадан окиб тушувчи сув турбинани айлантиради, кайсики у на­сос билан бирга махкамланган бўлади. Насос сувни кутариб яна минорани сугоришга беради. Натижада унга берилувчи энергия тежалади. Турбинада босим пасаяди атмосфера босимига тенглашади, Haтижада сувда эриган СО₂ ва водород газлари (80 % СО₂, II Н₂ ) десорбцияланиб ажралиб чикади. Бy газ (СО₂) йигиб олинади, турли максадларда ишлатилади. масалан, карбамид синтезида, курук муз тайёрлашда ва бошка махсулотлар олишда ишлатилади. Бу усулнинг камчилиги кўп электр энергияси сарфланиши ва анча водороднинг йукотилишидадир. Шунинг учун хам кейинги йилларда бу усул кўп кулланилмайди, балки сорбсион ва селективлик хоссаси сувдан анча юқори булган этаноламин билан тозалаш кенг кулланилмокда. Бунда моно- ва ди- этаноламиннинг(НО-CH₂ - CH₂- NH₂ ва NН (CH₂ - CH₂ OH)₂
cувдаги 15 % ли эритмасига СО₂ юттирилади.
СО₂ +RNH₂ + H₂O =(RNH₃ )₂СО₃
СО₂ +(RNH₃) 2 СО₃+ H₂O =2RNH₃ HCО₃
(R-радикал НО-CH₂ - CH₂-)
Юттириш жараёни 40-45 ⁰С да олиб борилади. Абсорбцияланиш натижасида ҳосил булган карбонат ва гидрокарбанатлар 120⁰С да десорбентда СО₂ ажратиб парчаланадилар. Юттирувчи сифатида метанол, пропилен карбонат, сульфолон каби моддалар хам ишлатилиши мумкин. (С4Н6О3 - пропилен карбонат, С₄Н₈SO₂-cульфолан).
Газни СО дан тозалаш. Мис аммиаклиэритма билан юттириш, суюк азот билан катталитик гидрогенлаш каби усуллар билан амалга оширилади.
Кенг кулланиладигани суюк азот билан ювиш усулидир. Бунда газ каттализатор захарларидан (СО, Н₂S), кисман СН₄ ва ароматик углеводородлардан инерт аралашмалардан тозаланади. Бу қўшимчалар хаммаси суюк азотнинг ҳароратсидан кура юқори ҳароратда кайнайди, шунинг учун конденцияланади ва суюк азотда эрийди. Ювиш колоннасида шундай ҳарорат сакланадики бунда N₂ : H₂ нисбати тахминан 3:1 бўлиб водород гази N₂ билан туйинади.
Катталитик гидрогенлаш (метанлаш), СО ва СО2 микдори I % гача булганда кулланилади. Бунда никель каттализатори (алюминий оксидига шимдирилган бўлади) ва 200-400 0С ҳароратда куйидагича реакция асосида боради:
СО+3Н₂=СН₄ +Н₂О;
СО₂+Н₂=СН₄ +2Н₂О;
О₂ +Н₂=2Н₂О.
Газни СО дан тозалаш мис газининг (СО) мисаммиакли эритмага абсорциялаш деганда мисс аммиакли комплекс ҳосил булишига асосланган. Оддий шароитда мис аммиакли эритманинг ютиш кобилияти пacт, аммо ҳароратни пасайтириб босим оширилса, у кучаяди. Шунинг учун хам СО ни тозалаш юқори босим (10-32 МПа) ва паст ҳароратда (0-10 ⁰С) бундан паст булса эритма кристалланиб колиши мумкин) олиб борилади. Oдатда кучсиз кислоталар; сирка, чумоли, карбонат кислоталарининг мис аммиакли эритмалари кулланилади. Масалан, мис ацетатининг мис аммиакли эритмасига СО ни абсорбцияланиш реакцияси куйидагича боради:

Реакция қайтар реакциядир. Абсорбентни perенерациялаш учун босимни атмосфера босимигача камайтирилиб, 80 ⁰С гача киздирилади.
Тозалашнинг абсорбцион усулида конверцияланган газ таркибида I % гача (хажм буйича) СО₂ ва СО колади. Сўнгра у факат катталитик гидрогенлаш йули билан тозаланади.