Производство аммиака

.

Эта температура близка к принятой (300 °C) для расчета средней теплоемкости газа.

Температура газа на выходе из колонны определяют из теплового баланса теплообменника.

Теплота, уносимая газом, поступающим в колонну синтеза при 0 °C равна нулю, а теплота газа, уходящего из катализаторной коробки составляет 2508753,7 кДж. Теплота, уносимая газом, из теплообменника в катализаторную коробку составляет 1564063 кДж. Теплопотери в окружающую среду нижней частью колонны принимают равными 1 % от теплопотерь верхней частью колонны синтеза, то есть 25087,3 кДж.

Теплота, уносимая газом, покидающим колонну синтеза, составляет

2508753,7−1564063−25087,3=919603,4 кДж.

Средняя теплоемкость газа при температуре 200 °C

C=28,50,7132+29,90,2377+39,70,04+39,50,0091=29,38 кДж/(мольград).

Температура газа, выходящего из колонны синтеза

919603,4/(166,85730,89)=178,4 °C.

       2.5 Расчет колонны синтеза

 

           Аппарат представляет собой колонну высотой 14 м и внутренним диаметром 850 мм, принимая, что коэффициент использования внутреннего объема поковки колонны синтеза составляет 35 %, находят объем катализатора V, м³, загруженного в него по формуле

 

,

 

где d − диаметр колонны синтеза, м;

h − высота колонны синтеза, м;

0,785 − коэффициент пропорциональности;

0,38 − коэффициент использования внутреннего объема поковки колонны синтеза.

.

Производительность колонны синтеза G, т/ч, находят по формуле

 

,

 

где W − объемная скорость газа, м³/(м³ч);

V − вместимость колонны синтеза, м³;

 − содержание аммиака в смеси на входе в колонну, мас.д., %;

 − содержание аммиака в смеси на выходе из колонны, мас.д., %;

0,771 − плотность аммиака, кг/ м³.

 

или 190,2 т/сут.

Через два года работы выход аммиака в результате снижения активности катализатора составляет 80 % от исходного, следовательно

 

или 144,5 т/сут.

Таким образом, средняя производительность колонны синтеза аммиака составляет

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Экологическая часть

 

Аммиак – активное и едкое соединение (едкость кислот и щелочей проявляется в том, что большие количества ионов Н+ или ОН– разъедают

живую ткань растений, животных и, естественно, человека; впрочем, неживую

«ткань» они тоже разъедают). Однако если заменить в аммиаке один, два или все три атома водорода на органические радикалы, то «едкость» существенно

снижается, а основные свойства остаются. Такие соединения выполняют в живой природе функции оснований. Животные и человек используют уже приготовленные растениями азотсодержащие органические соединения, поэтому для нас с вами аммиак, безусловно, яд. При попадании на кожу концентрированный раствор аммиака вызывает химические ожоги, при вдыхании большого количества аммиака может наступить отек легких – реакция организма на вдыхание почти всех едких веществ. Однако, как и многие другие яды, в малых дозах аммиак оказывает положительное влияние на организм: 10 % раствор аммиака в воде используют в медицине для стимуляции дыхания (его не пьют, конечно, а просто дают понюхать), центральной нервной системы. В больших количествах аммиак вреден и для растений. Но в небольших количествах он им необходим. Ведь без азота, и в частности без аммиака, не построить те органические соединения, которые потом превращаются в растительные белки, а в дальнейшем – в белки животных. Большим количествам газообразного аммиака растения противостоят по-разному. Некоторые стараются прекратить ему доступ внутрь (например, закрывают устьица на листьях). Другие растения перерабатывают аммиак с помощью соответствующих ферментов в нитрат - ионы, которые для растений не ядовиты, тем самым запасая ценный для своего развития элемент.   

Характерными признаками аммиачного токсикоза является обычно повышение

возбудимости, развития судорог, угнетения дыхательного центра. Малые дозы

аммиака приводят к повышению условнорефлекторной возбудимости и ослаблению тормозного процесса. Большие дозы аммиака, наоборот, вызывают исчезновение условных рефлексов. В последнее время установлен интересный факт зависимости токсичности аммиака от величины рН среды. При низких значениях рН аммиак обычно токсичен лишь в больших количествах, тогда как при более высокой рН среды гораздо меньшие дозы аммиака могут быть летальными. Чем ниже рН окружающей среды по сравнению с рН клетки, тем меньше проникает аммиаки в клетку, и наоборот. Аммиак в организме может соединяться с солями магния и фосфора, образуя плохо растворимые соединения - трипельфосфат. Уменьшение концентрации ионов магния в тканях приводит к нарушению их функций. Содержание АТФ в мозговой ткани в условиях аммиачного отравления снижается. При нарушениях функций печени содержание аммиака в крови увеличивается.

 

3.1 Выброс СО и CO2

 

Производство аммиака – это крупный неэнергетический источник промышленных выбросов CO2. На тонну получаемого аммиака выбрасывается 1,694 тонны CO2.

Процессы, которые влияют на выбросы CO2 при производстве аммиака:

− конверсия СО при двух температурах в присутствии катализатора оксида железа, оксида меди и/или оксида хрома с образованием CO2. Конверсия оксида углерода частично осуществляется уже на стадии паровой конверсии метана, однако степень превращения оксида углерода при этом очень мала и в выходящем газе содержится до 11 % СО и более. Для получения дополнительных количеств водорода и снижения до минимума концентрации оксида углерода в конвертированном газе осуществляют самостоятельную стадию каталитической конверсии СО водяным паром;

− поглощение CO2 в скруббере горячим раствором карбоната калия, моноэтаноламина (МЭА) или других веществ; Абсорбционные методы очистки являются циклическими процессами. На стадии абсорбции СО2 поглощается растворителем в насадочных колоннах и газ направляется на дальнейшую переработку. Насыщенный СО2 раствор подается на регенерацию;

− конверсия остаточного CO2 в метан в присутствии никелевых катализаторов с целью очистки синтез-газа.

Основное количество выбросов CO2 на заводах, использующих каталитический паровой реформинг природного газа, происходит в процессе регенерации CO2 из промывного раствора скруббера, в меньшем количестве выбросы происходят при отгонке конденсата.

Монооксид углерода СО (угарный газ) чрезвычайно ядовит. СО вдыхается вместе с воздухом и поступает в кровь, где конкурирует с кислородом за молекулы гемоглобина. Нарушается способность крови доставлять кислород к тканям, вызываются спазмы сосудов, снижается иммунологическая активность человека, сопровождающиеся головной болью, потерей сознания и смертью. СО нарушает фосфорный обмен. Угарный газ влияет на углеводный обмен, усиливает распад гликогена в печени, нарушая утилизацию глюкозы, повышая уровень сахара в крови. Больше всего при отравлении страдает центральная нервная система. При вдыхании небольшой концентрации (до 1 мг/л) – тяжесть и ощущение сдавливания головы, сильная боль во лбу и висках, головокружение, дрожь, жажда, учащение пульса, тошнота, рвота. Слабость в ногах свидетельствует о распространении действия на спинной мозг.

Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углем обычного противогаза делают этот газ особенно опасным Допустимое содержание СО в производственных помещениях составляет 20 мг/м3 в течение рабочего дня, среднесуточная ПДК – 3 мг/м3.

Диоксид углерода СО2. Углекислый газ – важнейший источник климатических изменений, на долю которого приходится, по оценкам, около 64% глобального потепления. Углекислый газ и другие парниковые газы как невидимая пленка в верхних слоях атмосферы поглощает инфракрасное, или тепловое, излучение земли. Удвоение количества только СО2 в атмосфере может повысить среднюю планетарную температуру на 1,5−2 градуса.

Повышенная концентрация углекислого газа влияет на здоровье человека, поскольку под его воздействием снижается рН крови, что ведет к ацидозу, минимальным эффектом последствием ацидоза является состояние перевозбуждения и умеренная гипертензия. По мере возрастания степени ацидоза появляется сонливость и состояние беспокойства.

 

 

3.2 Дымовые газы

 

 

Очистка дымовых газов являются одной из важнейших экологических проблем производства аммиака. Поскольку производство аммиака включает процессы идущие при высокой температуре, то для ее поддержания необходимо использовать большое количество топлива, в результате чего образуются дымовые газы. 90-95 % дымовых газов производства аммиака составляет двуокись углерода. Кроме этого в дымовом газе содержится диоксид азота, оксид углерода, сернистый ангидрид.

Количество выбросов оксидов азота в атмосферу снижают путем регулирования  процесса горения:

− сжигание с низким коэффициентом избытка воздуха;

− рециркуляция части дымовых газов в зону горения;

− сжигание топлива в две и три ступени;

− применение горелок, позволяющих понизить выход NOх;

− подача  влаги в зону горения;

− интенсификация излучения в топочной камере;

− выбор профиля топочной камеры, которому отвечает наименьший выход  NOх.

Эти  способы могут той или иной мере подавить образование NOх из азота воздуха. Одними из наиболее простых и дешевых газофазных технологий денитрации газов являются термические (деструктивные) методы. Они основаны на термическом разложении оксидов азота, путем их перевода в соединения с низкой температурой разложения. Для очистки дымовых газом применяют гомогенное восстановление аммиаком. Суть этого метода заключается в том, что к газу, содержащему NО и NО2, добавляют газообразный аммиак, количество которого стехиометрически соответствует содержанию оксидов азота. При наличии водяных паров в газовой фазе протекает реакция избирательного взаимодействия аммиака с оксидами азота. Образующиеся при этом аэрозоли нитрита и нитрата аммония имеют температуру разложения в 5 раз ниже, чем у оксидов азота. Вместе с газом они направляются в камеру дожигания, где образуется молекулярный азот N2.

Такого же результата можно достичь другим хорошо освоенным промышленным способом очистки отходящих газов от оксидов азота, восстановлением на катализаторе до молекулярного азота. При использовании неселективного катализатора восстановитель расходуется не только на восстановление азота, но и вступает во взаимодействие с кислородом, обычно содержащимся в газовом потоке. В качестве восстановителя применяются водород, природный газ, оксид углерода. Катализаторами обычно служат элементы платиновой группы.

Содержание примесей в дымовых газах в различных узлах производства аммиака различно. Приведем данные одного из предприятий получения аммиака: дымовые газы после печи первичного реформинга,  содержат оксидов азота 112 мг/м3, оксидов углерода 38 мг/м3, аммиака 80 мг/м3.

 

3.3 Выбросы аммиака

Источники выбросов аммиака:

− на производстве, начиная от колонны синтеза и до налива жидкого аммиака в железнодорожные цистерны, возможны потери аммиака;

− наиболее значительные выбросы аммиака в атмосферу происходят при продувке оборудования инертными газами;

− аммиак попадает в атмосферу через различные неплотности оборудования, вентили.

В настоящее время на производствах синтеза аммиака образуется большое количество отдувочных газов, содержащих, как собственно сырье для производства аммиака, так и аргон, являющийся ликвидным продуктом. Отдувочные газы возникают при производстве аммиака из-за проведения процессов под большим давлением, что приводит к растворению инертных газов в аммиаке и накапливанию в системе. Для восстановления работоспособности установок их продувают аргоном.

Для их нейтрализации поток отдувочных газов направляют на сжигание в печи, при этом образуется существенное количество оксидов азота и азотнокислых соединений. Затем их соединяют с дымовыми газами и отправляют на очистку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В курсовой работе был рассмотрен процесс производства аммиака; дано описание технологического процесса производства аммиака; представлена технологическая схема процесса производства аммиака; рассчитан материальный и тепловой балансы процесса производства аммиака; а также произвели расчет основного аппарата колонны синтеза.

В экологической части рассмотрели описание выбросов, образующихся в процессе производства аммиака.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Днепровский, А. С. Теоретические  основы органической химии  [Текст] / А. С. Днепровский, Т. И. Темнекова – М. : Химия, 2001. −  601 с.

2. Протасов, В. Ф. Экология, здоровье  и охрана окружающей среды  в России [Текст] / В. Ф. Протасов −  М. : Финансы и статистика, 2001. − 672 с.

3. Орлов, Д. С. Экология и  охрана биосферы при химическом  загрязнении [Текст] / Д. С. Орлов, Л. К. Садовников, И. Н. Лозановская − М. : Высш. шк., 2002. − 325 с.

4. Родионов, А. И. Защита биосферы  от промышленных выбросов. Основы  проектирования технологических  процессов [Текст] / А. И. Родионов, Ю. П. Кузнецов, Г. С. Соловьев. − М. : Химия, КолосС, 2007. − 392 с.

5. Тимофеев, В. С. Принципы  технологии основного органического  и нефтехимического синтеза [Текст] : учеб пособие для вузов / В. С. Тимофеев,  Л. А. Серафимов. − М. : Высш. шк., 2003. − 536с.

6. Филимонова, О. Н. Технологические  расчеты производственных процессов [Текст] : учеб пособие / О.Н. Филимонова, М. В. Енютина. – Воро-неж : ВГУИТ, 2012. − 116 с.

7. Дикань, В. Л., Дейнека, Л. А., Михайлов, И. Д. Основы экологии и природопользования [Текст] : учеб пособие / В. Л. Дикарь, А. Г. Дейнека,        И. Д. Михайлив. − М. : ООО «Олант», 2002. − 384 с.

8. Власенко, В. М. Каталитическая  очистка газов [Текст] /  В. М. Вла-сенко. − М. : Техника, 2008. − 199 с.

9. Семенова, Т. А.,  Лейтес, И. Л. Очистка технологических газов    [Текст] / Т. А. Семенова, И. Л. Лейтес. − М. : Химия, 2009. − 488 с.