Получение аммиака

В организме человека и животных аммиак образуется при нормальных условиях (P=1 атм, t=36, 6°С). А вот промышленное получение аммиака далеко не такое простое. Аммиак получают методом термохимического синтеза (соединение азота и водорода), протекающего при очень высоких параметрах. Процесс синтеза аммиака, с одной стороны, является примером наиболее совершенной химической технологии, а с другой стороны – наиболее сложный технически и аппаратурно.

Синтез аммиака предложен еще в начале прошлого века Габером.

Реакция обратима, протекает с уменьшением объема и выделением теплоты. Из этого следует, что более полно реакция проходит при высоких давлениях и низких температурах. При этом равновесный выход продукта невелик, поэтому процесс осуществляют по циклической схеме, которая предусматривает многократное возвращение в один и тот же аппарат реагирующих масс.

Принципиальная схема циклической установки (а) и параметров синтеза аммиака (б)

Т.о, чем выше давление и ниже температура, тем больший выход продукта – аммиака. Добиться 100% синтеза практически невозможно, т.к. нужны сверхмощные компрессоры, газоохладители и др. оборудование. В промышленных целях сегодня реакцию ведут при 400-500 °С, давлениях 200-320 атм. При этом выход продукта составляет 20-40%.Уже много лет ведутся поиски путей – как снизить давление синтеза, т.к. очень сложное и дорогое оборудование, и прежде всего компрессорное оборудование.

Синтез аммиака идет только в присутствии катализатора. Катализатор должен быть активным в течении длительного периода времени, при температурах до 500 °С, не быть чувствительным к различным примесям в азотоводородной смеси, иметь достаточную механическую прочность. Этим условиям удовлетворяет железный катализатор F22O4 – магнетит с добавками.

Часть азотоводородной смеси (60-80 %), которая не прореагировала, т.е. не вступила в реакцию синтеза с получением аммиака, возвращается опять на вход в реактор, т.е. процесс носит циркуляционный характер.

На процесс образования аммиака существенное влияние оказывает время нахождения смеси газов в зоне контактирования в реакторе, чем медленнее процесс, тем больше выход аммиака.

Процесс получения аммиака состоит из 3 составляющих процессов: получение азота, получение водорода и собственно синтез аммиака.