Průmysl dusíku. amoniak - kyselina dusičná - dusičnan amonný - močovina - chloramin - hydrazin. NaClO NaOH CO(NH 2 ) 2.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Průmysl dusíku. amoniak - kyselina dusičná - dusičnan amonný - močovina - chloramin - hydrazin. NaClO NaOH CO(NH 2 ) 2."

Věra Svobodová
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Průmysl dusíku amoniak - kyselina dusičná - dusičnan amonný - močovina - chloramin - hydrazin CO(NH 2 ) 2 NaClO NaOH NH 2 Cl N 2 H 4 methan CO 2 (uhlí, ropa) H 2 NH 3 NO 2 HNO 3 O 2 vzduch voda vzduch N 2 NH 4 NO 3

Amoniak Výroba: přímá syntéza N 2 + 3 H 2 2 NH 3 syntézní plyn (N 2 + H 2 1:3) Použití: kyselina dusičná močovina fosforečnany

2 Amoniak Výroba: přímá syntéza N H 2 2 NH 3 syntézní plyn (N 2 + H 2 1:3) Použití: kyselina dusičná močovina fosforečnany amonné polotovary pro výrobu vláken a plastů náplň do chladících zařízení metalurgie detergenty Roční produkce: 180 mil tun NH 3

3 směs dusíku a vodíku v poměru 1:3 dusík vyráběn destilací vzduchu CH Ni 4 H2O CO H o C Syntézní plyn vodík vyráběn parním reformingem uhlíkatých sloučenin zemní plyn (nejčastěji) uhlí (alternativní zdroj) nafta Parní reforming methanu endotermní reakce (nutno dodávat teplo) částečné spalování methanu (spaluje se vzduchem, či čistým kyslíkem) spalování probíhá buď v trubkové peci, nebo přímo v reaktoru více stupňů výroby předreforming (700 C) převedení vyšších uhlovodíků na CH 4 reforming (820 C), výstupní směs cca 8 % CH 4 vysokoteplotní reforming (1200 C) spálení části SP kyslíkem, odstranění CH 4

Syntézní plyn reakce je katalyzována kovovým niklem na keramickém nosiči Raschigovy kroužky impregnace koncentrovaným roztokem Ni(NO 3 ) 2 kalcinace (450 C) Ni(NO 3 ) 2 NiO + 2 NO 2 + ½ O 2 redukce

4 Syntézní plyn reakce je katalyzována kovovým niklem na keramickém nosiči Raschigovy kroužky impregnace koncentrovaným roztokem Ni(NO 3 ) 2 kalcinace (450 C) Ni(NO 3 ) 2 NiO + 2 NO 2 + ½ O 2 redukce vodíkem NiO + H 2 Ni + H 2 O katalyzátor je velmi citlivý na přítomnost S odsíření (převedení na H 2 S, absorpce H 2 S) Konverze CO na CO 2 [CuO, ZnO] CO + H 2 O CO 2 + H C přídavek vodní páry (potřebný přebytek 250 %) exotermní reakce chladí se přímým přístřikem vody do reakční směsi voda se odstraní kondenzací, výsledná směs obsahuje cca % H 2, % CO 2 a 0,1 0,5% CO

5 Čištění plynu Syntézní plyn CO 2 odstraněn absorpcí fyzikální absorpce do methanolu (-30 C), systém Rectisol chemická absorpce do triethanolaminu, systém Shell zbylý CO 2 a CO převeden na CH 4 (methanizace) CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O CO H 2 CH H 2 O methan a stopová množství CO a CO 2 je možné odstranit absorpcí do tekutého dusíku Absorpce CO 2 do triethanolaminu

6 kat. N2 3H 2NH 2 3 katalyzátor α železo Amoniak Haber-Boschova syntéza samozápalné na vzduchu vyráběno přímo v reaktoru Fe3O4 4H2 3Fe 4H2O exotermní reakce změna objemu reakční směsi LeChatelierův princip: konverzi reakce podpoří vyšší tlak (vlivem reakce klesá objem směsi) nižší teplota Provozní podmínky: teplota C (při nízkých teplotách je reakce příliš pomalá) tlak MPa Závislost konverze při výrobě amoniaku na tlaku a teplotě

Amoniak Haber-Boschova syntéza konverze reakce 20 80 % (dle teploty a tlaku) z reakční směsi nutné odebírat vzniklý NH 3 metody oddělení NH 3 dle použitého tlaku: nízkotlaké (do 10 MPa) NH 3

7 Amoniak Haber-Boschova syntéza konverze reakce % (dle teploty a tlaku) z reakční směsi nutné odebírat vzniklý NH 3 metody oddělení NH 3 dle použitého tlaku: nízkotlaké (do 10 MPa) NH 3 absorbován do vody středotlaké (15 30 MPa) amoniak kondenzován při 25 C (strojní chlazení) vysokotlaké ( MPa) amoniak kondenzován při 20 C (chlazení vodou) po oddělení amoniaku jsou plyny vedeny zpět do reaktoru

8 Amoniak Haber-Boschova syntéza recykl inerty syntézní plyn kompresor odlučovač NH 3 reaktor odlučovač NH 3 filtr filtr chladič chladič zásobník NH 3 skladován a přepravován: vodný roztok (čpavková voda), hm. % kapalný bod varu 33 C

9 Kyselina dusičná Výroba: katalytická oxidace amoniaku Použití: výroba dusíkatých hnojiv (cca 70 %) dusičnan amonný,vápenatý, draselný a sodný výroba výbušnin (cca 10 %) dusičnan amonný - bezpečnostní trhavina (nízká teplota exploze) ostatní aplikace dusičnan sodný - oxidovadlo pro sklářský a smaltařský průmysl kyselina adipová - výchozí surovina pro vlákna a plasty nitrobenzen - výroba anilínu dinitrotoluén výroba diisokyanatu (polyuretany) ocelářský průmysl - moření ušlechtilých ocelí Produkce: 70 mil. tun/rok

Kyselina dusičná 3 stupně výroby: katalytická oxidace amoniaku vzduchem 4 NH 3 + 5 O 2 4 NO + 6 H 2 O katalyzátor Pt+Rh síta (90 97 % Pt, 3 10 % Rh) směs amoniak + vzduch (do 13 obj.

10 Kyselina dusičná 3 stupně výroby: katalytická oxidace amoniaku vzduchem 4 NH O 2 4 NO + 6 H 2 O katalyzátor Pt+Rh síta (90 97 % Pt, 3 10 % Rh) směs amoniak + vzduch (do 13 obj. %) mez výbušnosti NH 3 15 % exotermní, C chlazení výrobou páry konverze % na NO, zbytek N 2 oxidace NO na NO 2 přebytkem vzduchu NO + O 2 NO 2 rychlost reakce klesá s teplotou chlazení na C oxidace probíhá samovolně v potrubí 1 - přívod reakční směsi 2 - odvod reakční směsi 3 - usměrňovač toku 4 - platinorhodiová síta 5 - parní kotel

11 Kyselina dusičná 3 stupně výroby: absorpce NO 2 do vody NO 2 + H 2 O HNO 3 + NO NO veden zpět k oxidaci a absorpci absorpce ve více stupních samovolně v potrubí do kondenzátu v absorpční koloně produkční kys. dusičná (s rozpuštěnými NO x ) - dýmavá, rezavá odbarvení desorpcí NO x do vzduchu nízkotlaká (do 200 kpa), nebo vysokotlaká (do 1,2 MPa) výroba produkce HNO 3 o koncentraci hm. % (68,5 hm.% azeotrop)

12 Kyselina dusičná

13 Koncentrovaná HNO 3 : Kyselina dusičná absorpce NO 2 do azeotropické HNO 3 (69 %) výroba kyseliny o koncentraci 80 hm %. destilace: nástřik 80 % destilát 99 % + zbytek 69 % přímá syntéza v autoklávu NO 2 se zkapalní pří -10 C za vzniku N 2 O 4 reaguje v autoklávu s vodou (z 62 % HNO 3 ) a kyslíkem (75 C, 0,5 MPa) výroba 98 % HNO 3 destilace s 98 % H 2 SO 4 Odstranění NO x z odplynu plyn po absorpci obsahuje cca %N 2, 2-4 % O 2, ppm NO x NO x redukovány amoniakem: 6 NO NH 3 7 N H 2 O bez katalyzátoru ( C) s katalyzátorem (V 2 O 5, WO 3 nebo MoO 3 při C)

14 Kyselina dusičná Výroba koncentrované kys. dusičné reakcí N2O4 s vodou a kyslíkem

15 Kyselina dusičná Výroba koncentrované kys. dusičné destilací nadazeotropické kyseliny

16 Použití: hnojivo Výroba: přímá syntéza amoniaku a CO 2 2 NH 3 + CO 2 CO(NH 2 ) 2 + H 2 O probíhá ve dvou krocích Močovina CO(NH 2 ) 2 plasty a lepidla močovino-formaldehydové pryskyřice náplně hasicích zařízení redukce NO x u dieslových motorů roční produkce cca 100 mil. tun vznik karbaminanu (2 NH 3 + CO 2 NH 2 COONH 4 ) rozklad karbamaminanu (NH 2 COONH 4 CO(NH 2 ) 2 + H 2 O) MPa, C reakce probíhá ve velmi zahuštěném roztoku karbaminanu (prakticky tavenina)

17 tři kroky výroby: Močovina CO(NH 2 ) 2 konverze karbaminanu v reaktoru (rovnovážná směs) - exotermní odstranění nepřeměněného karaminanu stripováním do CO 2, rozklad na CO 2 a NH 3 endotermní, provádí se v odparkách syntéza karbaminanu v kondenzátoru exotermní vznik páry pro stripovací kolonu vakuové odpaření vody z roztoku močoviny snížení teploty brání hydrolýze močoviny

18 Použití: Výroba: Dusičnan amonný dusíkaté hnojivo obsah dusíku 35 % v amonné i dusičnanové formě dezinfekce vody pyrotechnika (oxidační činidlo) DAP (dusičnan amonný+palivo) významná průmyslová trhavina NH 4 NO 3 N 2 + ½ O H 2 O (samovolné, explozivní rozklad od 400 C) absorpce NH 3 do HNO 3 silně exotermní (uvolněné teplo slouží k odparu vody) výsledný roztok (70 85 %) se zahušťuje na odparce na 98 99,5 % teplota max 170 C (od 180 C dochází k rozkladu na NH 3 a HNO 3 ) poslední stupěň odparky je vakuový (snížení teploty odpařování) stabilizace CaCO 3 (vápenec, dolomit) Produkce: 6,5 mil. tun ročně

19 Dusičnan amonný

Použití: Výroba Anilin výroba methylen-difenyldiisokyanátu surovina pro výrobu polyuretanu zpracování gumy barviva herbicidy léčiva Produkce: 6,2 mil. tun/rok 1.

20 Použití: Výroba Anilin výroba methylen-difenyldiisokyanátu surovina pro výrobu polyuretanu zpracování gumy barviva herbicidy léčiva Produkce: 6,2 mil. tun/rok 1. výroba nitrobenzenu (97 % použito k výrobě anilinu) nitrační směs: HNO 3 + H 2 SO 4 NO 2+ + HSO 4- + H 2 O (30 % HNO % H 2 SO % H 2 O) nitrace: ( C)

21 Anilin Výroba nitrobenzenu

22 Anilin Výroba 2. hydrogenace nitrobenzenu nitrobenzen rozprašován do přebytku vodíku (páry a vodík v poměru 1:100 1:200) hydrogenace na katalytickém loži exotermní Lonza: Cu na pemze, C Bayer: Pd na alumině C BASF: fluidní Cu na oxidu křemičitém, C kondenzace par recyklace vodíku, oddělení anilinu a vody generování vysokotlaké páry destilace produkce 99,9 % anilinu

23 Anilin Hydrogenace nitrobenzenu

24 Použití: ochrana proti korozi N 2 H 4 + O 2 N H 2 O odstranění kyslíku z vody Výroba Raschigův proces: výroba chloraminu NH 2 Cl Hydrazin N 2 H 4 raketové palivo jednosložkové N 2 H 4 N H 2 (kat. Ir, C, exotermní) dvojsložkové 2 N 2 H 4 + N 2 O 4 3 N H 2 O (samozápalné, exotermní) alternativa k vodíku v palivových článcích NaClO + NH 3 NH 2 Cl + NaOH 5 C, rychlá reakce konverze na hydrazin NH 2 Cl + NH 3 + NaOH N 2 H 4 + NaCl + H 2 O vysoký přebytek NH 3, 3 MPa, C výstupní směs cca 1 % hydrazinu

25 Hydrazin N2H4

Podobné dokumenty

Kyselina dusičná. jedna z nejdůležitějších chemikálií

Kyselina dusičná. jedna z nejdůležitějších chemikálií Kyselina dusičná jedna z nejdůležitějších chemikálií Výroba: minulost - surovinou pro průmyslovou výrobu dusičnan sodný (ledek sodný, guano) současnost - katalytické spalování amoniaku (první výrobní jednotka