Mavzu: Аммиак ишлаб чиқариш технологияси
Reja:
Аммиак ишлаб чиқариш технологияси ва унинг муаммолари
Аммиакнинг физик ва ҳимиявий хоссалари
Аммиакдан фойдаланиш соҳалари
Аммиак ишлаб чиқариш технологияси
Xulosa
Фойдаланилган адабиётлар
Аммиак ишлаб чиқариш технологияси ва унинг муаммолари
Аммиак азот ва водород элементларининг бирикмасидан ташкил топган модда ҳисобланиб, бунда уларнинг нисбатлари мос равишда 1:3 ни ташкил этади. Аммиакнинг ҳимиявий формуласи - NH3 , яъни у бир молекула азот ва уч молекула водороддан иборат.
Табиий газ аммиак ишлаб чиқариш учун асосий ҳом ашё бўлиб, у қуйидаги таркибдан иборат:
CH4 – метан – 94,47%
C2H6 – этан – 0,15-5,0%
C3H8 – пропан – 0,06-1,5%
C4H10 – бутан – 0,02-0,7%
C5H12 – пентан – 0,5% гача
CO2 – карбонат ангидрид – 0,08-3,5%
H2 – водород – 0,56% гача
N2 – азот – 5,0% гача
H2S – водород сульфид – 2,0 мг/м3 гача
C2H5HS – бошқа олтинггугуртли бирикмалар (меркаптан) – 25 мг/м3 гача
Техник аммиак учун ГОСТ 6221-82 халқаро стандарти нормалари мавжуд бўлиб, бунга кўра аммиакнинг A, Aк ва Б маркалари қуйидаги жадвалда кўрсатилган талабларга мос бўлиши керак:
(1.3.1-жадвал)
Т/р
|
Кўрсаткич номлари
|
Аммак маркаларига тўғри келадиган меъёрлар
|
А
|
Ак
|
Б
|
1
|
Аммиакнинг массавий улуши, % дан кам эмас
|
99,9
|
99,6
|
99,6
|
2
|
Азотнинг массавий улуши, % дан кам эмас
|
-
|
82
|
82
|
3
|
Сувнинг массавий улуши (буғлантирилгандан кейин қолган улуши), %
|
-
|
0,2 - 0,4
|
0,2 - 0,4
|
4
|
Сувнинг массавий улуши (Фишер методи бўйича), %
|
0,1
|
|
|
5
|
Ёғнинг массавий консентрацияси, мг/дм3 дан юқори эмас
|
2
|
2
|
8
|
6
|
Темирнинг массавий консентрацияси, мг/дм3 дан юқори эмас
|
1
|
1
|
2
|
7
|
Жами хлорнинг массавий консентрацияси, мг/кг дан юқори эмас
|
-
|
0,5
|
-
|
8
|
Углерод икки оксидининг массавий консентрацияси улушиб, мг/кг дан юқори эмас
|
-
|
30 ± 10
|
-
|
Изоҳ: Цистерналарда ташиладиган аммиакнинг Ак маркаси ва Б маркаси учун унинг таркибидаги сувнинг миқдори 0.2% гача бўлишига ва порт заводларда бу миқдорни 0.2-0.4% гача оширишга рухсат этилади.[5]
Аммиакнинг физик ва ҳимиявий хоссалари
Аммиак қуйидаги физик ва ҳимиявий ҳосса ҳамда константаларга эга:
Суюқ ҳолдаги аммиак – рангсиз, шаффоф суюқликдир, газ ҳолдаги аммиак эса рангсиз, шаффоф газдир. Ҳар икки ҳолда аммиак ўткир, нохуш(захарли) ҳидга эга.
Ҳажмий оғирлиги:
Суюқ ҳолдаги аммиакнинг минус 12oC ҳарорат ва 0.1732 МПа босим шароити остидаги ҳажмий оғирлиги 0.654 кг/л ни ташкил этади, газсимон аммиакнинг худди шу шароитдаги ҳажмий оғирлиги 2.21 кг/м3 ни ташкил этади.
Молекуляр массаси 17.0304 м.а.б. га тенг.
Модда миқдоридаги ҳажми 22049 см3 га тенг.
Аммакнинг нормал шароитда, яъни 0.1 МПа(760 мм.сим.уст) босим остидаги қайнаш ҳарорати минус 33.5oC ни ташкил этади.
Аммакнинг нормал шароитда, яъни 0.1 МПа(760 мм.сим.уст) босим остидаги суюқланиш ҳарорати минус 77.8oC га тенг.
Аммиак учун ҳароратнинг критик қиймати 132.4oC га тенг.
Аммиак учун критик босим қиймати 11.15 МПа га тенг.
Нормал шароитда аммиак оксидлаш ҳусусиятига эга.
Суюқ ҳолдаги аммиак қийин ёнувчи моддалар сирасига, газ кўринишидаги аммиак эса ёнувчи моддалар сирасига киради.
Кислород мавжуд бўлганда аммиакнинг ёниши қуйидаги ҳимиявий реакция натижасида амалга ошади:
Аммиак катализатор таъсири остида оксидланиши жараёнида азот оксиди ва сув ҳосил бўлади ва реакция қуйидаги кўринишга эга:
Аммиак сувда яҳши эрувчи бўлиб, бу жараёнда аммоний гидрат оксидини ҳосил қилади:
20оС ҳарорат ва 0.1МПа(760 мм.сим.уст) босим шароитида 1 бирлик ҳажмдаги сувда 760 бирлик ҳажмдаги аммиак эрийди.
Суюқ ҳолдаги аммиак тез ва осон буғланувчи модда ҳисобланади.
Суюқ ҳолдаги аммиак кўплаб органик ва ноорганик моддалар учун яҳши эритувчи модда бўлиб ҳизмат қилади. Юқори босим остида водород, азот, метан, аргон газларининг эриши кузатилади.
Аммиак токсикологик ҳусусиятга эга бўлиб, нафас олиш органларини бўғиб, куйдиради ва ўта қаттиқ ноҳушликни келтириб чиқаради. Бундан ташқари аммиак ёнғин ва портлаш ҳавфини солувчи ҳоссаларига ҳам эга модда ҳисобланади.
Qo‘llaniladigan bosimga muvofiq holda ammiak sintezi ishlab chiqarish qurilmalari quyi bosimli (100-200 atm), o‘rtacha bosimli (200-600 atm) va yuqori bosimli (600-1000 atm) tizimlarga bo‘linadi. Ulardan o‘rtacha bosim ostida ishlaydigan tizim keng tarqalgandir, chunki bu sharoitda kontakt jihozida jarayon tezligi yetarlicha ta’minlangani holda ammiak ajratib olish masalasi nisbatan oson hal etiladi. Sintez minorasida azot-vodorod aralashmasi to‘la ammiakka aylanmaydi (2.5-rasm). Kontakt jihozidan chiqadigan gazda ammiak miqdori 14-20%ni tashkil etadi. Bu aralashma sovutiladi, ammiak kondensatsiyalanadi va gazdan ajratiladi, ta’sirlashmagan azot-vodorod aralashmasi esa sirkulyatsiya kompressorlari yordamida kontakt jihoziga qaytariladi. Kontakt jihozida ammiak hosil bo‘lishiga to‘g‘ri keladigan tarkibdagi yangi azot-vodorod aralashmasi aylanuvchi aralashmaga qo‘shiladi. Shunday qilib, bu holatda texnologik jarayonni amalga oshirish uchun sirkulyatsiya sxemasidan foydalaniladi. Madomiki aylanuvchi gazda inert qo‘shimchalar to‘planib borar ekan, ishlab chiqarish amaliyotida qo‘shimchalar miqdorini bir maromda 142 ushlab turish uchun aylanuvchi gazlar aralashmasining bir qismini atmosferaga chiqarib yuboriladi. O‘rtacha bosimda ammiak sintezi qurilmasi 2.10-rasmda tasvirlangan.
Sintez uchun tayyorlangan azot-vodorod aralashmasi minora 1 ning yuqori qismidan beriladi, u yerda ammiak sintezi sodir bo‘ladi. Ta’sirlashgan azot-vodorod-ammiak aralashmasi minoradan 400OC haroratda chiqadi va yuttirgich qozon 2 ga beriladi, so‘ngra minoraga qaytariladi, issiqlik almashtirgichdan o‘tadi va 90-100OC haroratda suvli sovutgich 3 va separator 4 ga yuboriladi. Suvli sovutgichda 300 atm bosimida bir qism ammiak kondensatsiyalanadi. Shundan keyin gaz quvurli sirkulyatsiya kompressor 5 bilan kondensatsiya kolonnasi 6 ga va undan bug‘latgich 7 ga uzatiladi. Bug‘latgichda suyuq ammiakning bug‘lanishi hisobiga gaz aralashmasidan ammiakning yetarlicha to‘la ajralishi uchun sovuq hosil qilinadi. Yangi azot-vodorod aralashmasi, qoidaga muvofiq, kondensatsiya minorasining quyi qismiga beriladi, u yerda ammiak bilan yuvilish orqali namlik, moy va CO2 dan tozalanadi.
Havo yerning gaz holatdagi qobig‘i – atmosferasida bo‘ladigan gazlarning mexanik aralashmasidir. yer sirti quruq havosining tarkibiga 78% azot, 21% kislorod va 1% argon kiradi. Havodagi suv bug‘ining miqdori 0,% dan 2% gacha o‘zgaradi. Bundan tashqari, havoda iz 143 miqdorda karbonat angidrid, vodorod, neon, kripton va boshqalar bo‘ladi. Havo tarkibiga kiruvchi gazlar xalq xo‘jaligida keng ko‘lamda ishlatiladi. Masalan, azot inert atmosfera hosil qilish uchun, kalsiy sianamid olish uchun va shunga o‘xshash ishlarda ishlatiladi. Kisloroddan ko‘pgina sanoatlar oksidlash jarayonlarida, payvandlashda, metallurgiya sanoati va xokazolarda foydalaniladi. Inert gazlar elektrolampalarda to‘ldirgich sifatida va boshqa sohalarda ishlatiladi. Havoni tarkibiy qismlarga ajratish havo tarkibiga kiruvchi alohida olingan gazlar qaynash haroratlarining farqlanishiga asoslangandir. Masalan, kislorod –182,9OCda, argon –185,7OCda, azot –195,7OCda qaynaydi. Havoni ajratish uchun dastlab qisiladi, ya’ni azotning qaynash haroratidan past haroratgacha sovutish orqali suyuq holatga o‘tkaziladi, so‘ngra rektifikatsiya minoralarida bug‘latiladi, u yerda havoni ajratish amalga oshiriladi. Havoni azot va kislorodga ajratish uchta asosiy bosqichdan iboratdir: tozalash va quritish, qisish va rektifikatsiya. Havoni tozalash va quritish. Qisish va ajratishga beriladigan havo sovutilganda hosil bo‘ladigan qattiq zarrachalar (muz, qattiq karbonat kislota, chang) issiqlik almashtirgichlarda tiqilib qolmasligi uchun oldindan chang, suv bug‘lari va CO2 dan tozalanadi. Havo changdan moyli filtr orqali o‘tkazish yo‘li bilan tozalanadi. Moyli filtr kolonka ko‘rinishida bo‘lib, unga sirti mineral moylar bilan qoplangan metall halqalar to‘ldirilgan bo‘ladi. Havoni karbonat angidriddan tozalash uchun o‘yuvchi natriy eritmasiga yuttiriladi: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Havo suv bug‘idan qattiq adsorbentlar (silikagel, alyumogel kabilar) yoki o‘yuvchi natriy to‘ldirilgan adsorberlarda tozalanadi. Qattiq sovutish bilan havoni siqish. Qattiq sovutish bilan havoni siqish sanoatda ikki yo‘l bilan amalga oshiriladi: – Tor tirqishdan katta hajmga o‘tkazish orqali qisilgan havoni o‘zo‘zicha kengayishi yo‘li bilan amalga oshiriladi, bu drossellash deb ataladi. Drossellash asosan ventillar yordamida amalga oshiriladi; Drossellashda havoni sovushi real gazlar kengayishida bir qism ichki energiyaning molekulalar orasidagi tortilish kuchlarini yengishga sarflanishi tufayli yuzaga keladi va bunda gaz soviydi. Agar qisilgan havo ozgina sovutilsa, so‘ngra bosimi pasaytirilsa, uning harorati yanada pasayadi. Masalan, agar havo 50 atm gacha qisilgan va oldindan –50OC gacha sovutilgan bo‘lsa, uning o‘z-o‘zicha kengayishidan termohimoya 144 hajmdagi havo harorati –72OC gacha pasayadi. Drossellash qurilmasining prinsipial sxemasi 2.11-rasmda ko‘rsatilgan. Havo kompressor 1 bilan qisiladi, so‘ngra sovutgich 2 da sovutiladi. Qisilgan havo qarama-qarshi oqimli issiqlik almashtirgich 3 orqali o‘tadi, ventil 4 bilan drossellanadi, buning natijasida havoning bosimi pasayadi va u soviydi. Bunda bir qism havo qisiladi, qisilgan havo qismi esa qaramaqarshi oqimli issiqlik almashtirgichga yuboriladi, u yerda kelayotgan qisilgan havoning sovishi sodir bo‘ladi. Suyuq havo separator 5 da yig‘iladi. – Tashqi ish bajarish bilan qisilgan gazning kengayishida sovush effektidan foydalanishga asoslangan usulda qisligan havo bug‘ mashinasiga o‘xshash mashinaga beriladi. Unda havo bir vaqtda kengayish va sovish bilan porshenni surish yoki trubinani aylantirish kabi ishlarni bajaradi.
Suyuq havoni rektifikatsiyalash. Havoni rektifikatsiyalashdan maqsad, yuqoridagi usullardan biri biri bo‘yicha olingan suyuq havoni komponentlarga ajratishdir. Suyuq azot va suyuq kislorod har qanday nisbatda aralashadi. Suyuqliklar aralashmasining qaynash harorati va gaz fazasining tarkibi aralashma tarkibiga bog‘liqdir. Aralashmada past qaynash haroratli komponent azot qanchalik ko‘p bo‘lsa, aralashmaning qaynash harorati ham shunchalik past bo‘ladi. Suyuq aralashma bilan muvozanatda bo‘lgan bug‘da bu komponentning miqdori ko‘p bo‘ladi. 2.12-rasmda 1 atm (760 mm sim. ust.) bosimdagi azot-kislorod aralashmasining muvozanatli qaynash egri chiziqlari tasvirlangan. Tarkibida 20,9% kislorod va 79,1% azot bo‘lgan suyuq havo (soddalashtirish uchun ikki 145 komponent olingan) t1= –194,3OC (nuqta 1) da qaynaydi. Suyuqlik ustidagi gaz fazasi azot bilan boyigan bo‘ladi, nuqta 2 uning tarkibiga to‘g‘ri keladi. Bunda suyuqlik kislorod bilan boyiydi va uning qaynash harorati ortadi. Agar t2 haroratda yuqori qaynash haroratli fraksiya kondensatsiyalansa, hosil bo‘ladigan suyuqlik tarkibi nuqta 4 ga muvofiq keladi, ya’ni suyuqlik kislorod bilan boyiydi, gaz fazasi tarkibi esa nuqta 3 ga muvofiq keladi. Shunday qilib, gaz fazasi azot bilan boyitiladi.
Havoni ajratish uchun bir va ikki marta rektifikatsiyalashli jihozlar ishlatiladi. Bir marta rektifikatsiyalashli minoralarda tarkibida 7% O2 bo‘lgan azot olinadi. Ikki marta rektifikatsiyalashli jihoz yuqori va quyi minoralardan tuzilgan (2.13-rasm). Quyi minora 2 havoni azot va havokislorod aralashmasiga dastlabki ajratish uchun xizmat qiladi. Yuqori kolonna 4 da gazlar aralashmasini azot va kislorodga oxirgi ajratish sodir bo‘ladi. Quyi minorada yuqori bosim (5,5-6,5 atm), yuqori minorada esa atmosfera bosimiga yaqin bosim ushlab turiladi. Yuqori va quyi minoralar orasida bug‘latgich-kondensator 3 joylashgan bo‘ladi. U yuqori minora uchun kislorodni bug‘latgich, quyi minora uchun esa azot kondensatori vazifasini o‘taydi. Ikki qaytali rektifikatsiya jihozi quyidagicha ishlaydi. Issiqlik almashtirgichda oldindan 145-150OK gacha sovutilgan va 120-200 atm bosimgacha siqilgan havo quyi minorada joylashgan o‘ramli quvurga beriladi. Siqilgan havo u yerda qaynovchi havo-kislorod aralashmasi hisobiga 110OK haroratgacha soviydi. So‘ngra havo drossellanadi va mazkur minora o‘rta tokchalariga beriladi. Azot bilan boyigan bug‘ yuqoriga ko‘tariladi, bug‘latgichda kondensatsiyalanadi. Kislorod bilan boyigan suyuqlik pastga oqib tushadi. Quyi kolonnaning cho‘ntaklari 8 146 da suyuqlik yig‘iladi, undagi azot miqdori 98-99,5% ga yetadi. Shu yerdan suyuq azotning bir qismi pastga oqib tushadi, bir qismi esa yuqori minorani sug‘orishga beriladi. Tarkibida taxminan 40% kislorod bo‘lgan havo-kislorod aralashmasi quyi minoradan yuqori minoraning o‘rta qismiga beriladi. Pastga oqib tushishi hisobiga suyuqlik kislorod bilan boyiydi, ko‘tarilayotgan azot bug‘lari esa yuqoridan oqib tushayotgan suyuq azot bilan kisloroddan tozalanadi. Toza azot yuqori minoradan ajratib olinadi, gaz holatdagi kislorod bug‘latgich ustidan ajratib olinadi.
Metan konversiyasidan olingan konversiya gazi, shuningdek generator gazi tarkibida 20 dan 40% gacha CO bo‘ladi. Is gazining suv bug‘i bilan ta’sirlashishidan ham vodorod olinishi mumkin. Binobarin, is gazi konversiyasida gazlarning umumiy hajmi o‘zgarmay qoladi, bosimning ortishi reaksiya tezligini bir necha marta oshirsa ham is gazi konversiyasi muvozanatini o‘zgartirmaydi. Suv bug‘i miqdorining ortishi konversiya jarayonining deyarli to‘la sodir bo‘lishiga olib keladi. Konversiya jarayoni ekzotermik bo‘lishiga qaramay konvertor gazidagi qoldiq CO miqdorini oshiradi. Ammo past haroratda mazkur reaksiya xatto katalizator ishtirokida ham sekin 128 boradi. Ilgarilari CO konversiyasida katalizator sifatida xrom, aluminiy, kaliy va kalsiy oksidlari kabi promotor qo‘shimchalar qo‘shilgan temir(III)-oksid ishlatilgan. Bu katalizatorlar faqat 450-500OC haroratda konversiya jarayonini yetarli tezlikda o‘tkazish imkonini beradi, ya’ni gazlar aralashmasidagi qoldiq CO miqdorini 2-4% bo‘lishini ta’minlaydi. Qoldiq CO miqdorining yuqori bo‘lishi ammiak sintezidagi katalizatorni zaharlaydi, gazni tozalash uchun esa yirik va murakkab tozalash tizimini talab etadi. Keyingi paytlarda CO konversiyasi uchun past haroratli katalizator (rux-xrom-misli) ishlatilmoqda, bunda CO konversiyasini 250-300oC haroratda amalga oshirilishi mumkin. Haroratning pasayishi is gazi konversiya reaksiyasi muvozanatini vodorod hosil bo‘lish tomonga siljitadi va shu tufayli gazdagi qoldiq CO miqdorini 0,2-0,4% gacha yetkazishga erishiladi. Gazda qoldiq CO miqdori kam bo‘lishi, gazning CO2 dan tozalangandan so‘ng, metan olish yo‘li bilan CO ni katalitik gidrogenlash (metanlash) amalga oshirilishi mumkin bo‘ladi. Past haroratli katalizator oltingugurt tutgan birikmalarga ta’sirchan bo‘ladi, bu esa gazni sulfidli birikmalardan tozalashga alohida ahamiyat berilishini talab qiladi. Sanoat sharoitida is gazi konversiyasini metan konversiya usuliga bog‘liq holda atmosfera bosimida yoki yuqori bosimda o‘tkaziladi. CO konversiya jarayoni gazning radial harakati va taxmonlar bo‘yicha kondensatning bug‘lanishi hisobiga haroratning pasaytirilishi orqali taxmonli konvertorlarda o‘tkaziladi. 2.3-rasmda atmosfera bosimida metanning ikki bosqichli konversiyasi va is gazini ikki bosqichli konversiyasi usullari bilan azotvodorod aralashmasi olish uchun qurilma sxemasi tasvirlangan. Tarkibida metan bo‘lgan tabiiy gaz atmosfera bosimiga yaqin bosimda issiqlik almashtirgich 1 ga beriladi, u yerda is gazi konvertori 9 dan chiqadigan konvertor gazi bilan 380oC haroratgacha qiziydi. So‘ngra u oltingugurtli gazdan tozalash uchun rux asosidagi yutdirgich to‘ldirilgan jihoz 2 ga yuboriladi. 380oC haroratda gazning oltingugurt birikmalaridan yetarlicha to‘la tozalanishiga erishiladi. Tozalangan gaz oldindan bug‘qizdirgich 10 da 380oC haroratgacha qizdirilgan suv bug‘i bilan bug‘-gaz aralashtirgich 3 da aralashadi. Bug‘:gaz = 2,5:1 hajmiy nisbatda olingan bug‘-gaz aralashmasi metan konversiyasining birinchi bosqichini o‘tkazish uchun quvurli kontakt jihozi 4 yuboriladi. Nikel katalizator xrom-nikelli issiqlikbardosh po‘latdan tayyorlangan vertikal quvurlarga joylashtirilgan, u tashqi tomonidan o‘txona gazlari bilan 129 qizdiriladi. Bug‘-gazli aralashma quvurlar bo‘yicha yuqoridan pastga harakatlanadi, bunda harorat kirishda 380oC dan quvurdan chiqishda 700oC gacha oshadi. Quvurli pechda metan taxminan 70%ga konversiyalanadi.
Metanning keyingi konversiyasi nikel katalizator to‘ldirilgan ikkinchi bosqich konvertori 5 da o‘tkaziladi. Bu konvertorga havo beriladi, metanning qolgan qismining oksidlanishi hisobiga unda harorat 1000oC gacha yetadi. Ikkinchi bosqich konvertoriga beriladigan havo to‘g‘rilagich yordamida shunday ushlab turiladiki, konversiyalangan oxirgi gazda azot:vodorod = 1:3 hajmiy nisbat ta’minlanadi. Konvertor 5 da qoldiq metan suv bug‘i bilan ta’sirlashadi va konversiyalangan gaz 850oC haroratda yuttirgich qozon 7 ga beriladi, u yerda uning harorati 400oC gacha pasayadi. So‘ngra gaz is gazi konversiyasiga uzatiladi. Haroratni boshqarib turish uchun CO konvertoridan oldin namlagich 6 o‘rnatiladi, u orqali kerak bo‘lganda ikkinchi bosqich kondensatordan keladigan gazning bir qismi o‘tkaziladi. Namlagichda suvli kondensat qaynaydi va uning bug‘lanishi hisobiga gazning bug‘ bilan qo‘shimcha to‘yinishi sodir bo‘ladi, bunda gaz harorati pasayadi. Yuttirgich qozon va namlagichdan chiqadigan bug‘-gazli aralashma bug‘-gazli aralashtirgich 8 ga yuboriladi, u yerga shuningdek kerak bo‘lsa aralashmadagi bug‘:gaz nisbatini ta’minlash uchun suv bug‘i ham berilishi mumkin. 400oC haroratdagi bug‘-gazli aralashma temir-xromli katalizator to‘ldirilgan is gazining ikki bosqichli konvertori 9 ga keladi. Konvertor 9 dan chiqishda doimiy harorat 410oC atrofida ushlab turiladi, bunda haroratni boshqarish ikkala bosqich konversiya orasiga kondensat 130 berish bilan amalga oshiriladi. So‘ngra gaz bug‘qizdirgich 10, issiqlik almashtirgich 1, namlagich 11 orqali o‘tadi va past haroratli katalizator joylangan ikkinchi bosqich konvertori 12 ga keladi. U yerda 250oC harorat va bug‘:gaz=1,0:1,1 nisbatda konvertor gazida ~0,3% CO qolguncha is gazi konversiyasi sodir bo‘ladi. Ikkinchi bosqich konvertoridan chiqadigan konversiya gazining issiqligi suvni qizdirish uchun ishlatiladi. Sovutilgan gaz CO2 dan tozalash va metanlashtirishga yuboriladi.
Do'stlaringiz bilan baham: |