Производство аммиака

Содержание

Введение…………………………………………………………………….7

1 Процесс нанесения лакокрасочного покрытия на изделие промышленного назначения……………………………………………………………….8

1.1 Методы порошковой покраски…………………………………....8

1.2 Порошковые краски: виды и свойства…………………………..10

1.3 Преимущества порошковой  покраски перед окраской обычными  лакокрасочными материалами………………………………………………….13

1.3.1 Экономические  преимущества порошковой краски…….14

1.3.2 Экологические преимущества порошковой краски……..15

1.3.3 Основные  преимущества порошковых покрытий по сравнению с красками на растворителях……………………………………………15

1.3.4 Возможные недостатки  порошковой окраски…………16

1.4 Краткое описание  технологического процесса производства  огнетушителя «Буран-2,5» ………………………………………………………..16

1.5 Подготовительные операции, применяемые для подготовки процесса покраски……………………………………………………………….17

1.5.1 Химическое обезжиривание………………………………17

1.5.1.1 Лабомид…………………………………………...18

1.6 Оборудование, применяемое для подготовки процесса

покраски………………………………………………………………………….19

1.6.1 Ванна для  обезжиривания………………………………...19

1.6.2 Теплообменный аппарат…………………………… …….20

1.6.3 Калорифер………………………………………………….21

1.6.4  Газодувка  и вентиляторы………………………………...21

 

 

 

1.7 Оборудование, применяемое для процесса покраски…………..22

1.7.1 Камера напыления…………………………………………22

1.7.2 Пистолет – распылитель  марки «Старт -50»…………….23

1.8 Оборудование, применяемое для заключительного  этапа покраски………………………………………………………………………………...24

1.8.1 Камера термической  обработки…………………………..24

2 Локальная система очистки воздуха и воды………………………......27

2.1 Основные стадии  порошковой окраски…………………………27

2.2 Технология  покраски порошковой краской  металлоизделий….30

2.3 Окраска порошковыми  красками. Область применения……….31

2.4 Здоровье и безопасность………………………………………….31

2.5 Описание  технологического процесса…………………………..32

2.6  Оборудование, применяемое для локальной системы   очистки  воздуха и воды  в процессе покраски…………………………………………...33

2.6.1  Оборудование, применяемое для локальной очистки   воздуха в процессе покраски……………………………………………………….33

2.6.1.1 Циклон……………………………………………..33

2.6.1.2 Патронный  фильтр………………………………..35

2.6.1.3 Возврат порошка  в цикл………………………….37

2.6.2  Оборудование, применяемое для локальной очистки   воды в процессе покраски…………………………………………………………38

 2.6.2.1 Механический фильтр…………………………...38

2.6.2.2 Сепаратор………………………………………….40

3  Материальный  баланс процесса……………………………………….41

Заключение………………………………………………………………..46

Приложение  А (обязательное)…………………………………………...47

 

 

 

Введениe [1]

 

Во всех индустриально развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Такое бурное развитие азотной промышленности диктуется в первую очередь необходимостью удовлетворения неудержимо растущего населения земного шара продуктами земледелия. Без минеральных удобрений, и в первую очередь азотных, невозможно решить задачи интенсификации сельского хозяйства.

Производству азотных  удобрений и их основы, аммиака, в  нашей стране всегда уделялось первостепенное внимание. Среднегодовой прирост темпа аммиака за последние 20 лет составлял 10-19%.

Производство аммиака, как известно, отличается большой  энергоемкостью. Историю развития производства аммиака можно рассматривать как борьбу за повышение полезного использования электрической, тепловой, и механической энергии. На первых установках производства аммиака к. п. д. не превышал 10-11%. Использование природного газа в производстве аммиака увеличило общий энергетический к. п. д. до 40%. Современные энерготехнологические агрегаты аммиака практически автономны и имеют производительность 450-500 тыс. т. в год и общий энергетический к. п. д.50-52%. Это обеспечено достижениями химической технологии, химического и энергетического машиностроения, металлургической и приборостроительной промышленности.

Цель настоящего курсового  проекта: разработать схему производства аммиака, разработать малоотходную схему производства с утилизацией отходов.

Задачи: разработать основные стадии производства аммиака, разработать технологическую схему, рассчитать материальный баланс,  выбрать необходимое оборудование.

1 Краткое описание  технологического процесса 

1. Производство аммиака

 

Из нескольких способов связывания молекулярного азота воздуха  в виде азотсодержащих соединений основным стал аммиачный метод - получение аммиака из азота и водорода. В отличие от азота, водород в молекулярном виде почти не встречается в природе, тогда как в связанном виде его запасы велики.

Раньше водород извлекали  из воды через газификацию угля, недостатки традиционной технологии газификации угля - низкая теплота сгорания получаемого газа, за счет осуществления процесса на воздушном дутье, недостаточная стабильность и управляемость процесса, недостаточная экологическая чистота предприятий подземной газификации углей, прежде всего из-за неполного улавливания соответствующих продуктов; и электролизом воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде – кислород, следовательно, такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем [2].

Сейчас основным источником получения  водорода является природный газ, это  наиболее оптимальный вариант по технико-экономическим, энергетическим и экологическим показателям.

Функциональная схема производства аммиака показана на рисунке 1.

Опишем по стадиям процесс производства аммиака [3].

1.Очистка природного газа от серосодержащих соединений. Природный газ содержит примеси серосодержащих соединений, кроме того, на стадии извлечения газ одорируют – добавляют этилмеркаптан, обладающий сильным запахом. Одорирование придает специфический запах природному газу, так как в целях безопасности утечка взрывоопасного газа должна ощущаться окружающими. Несмотря на то, что содержание серы невелико, в целях избежания отравления катализаторов, используемых в производстве аммиака, ее содержание не должно превышать 0,5 мг/м³.

Для очистки от малых количеств  примесей эффективны сорбционные методы, в которых различные компоненты удаляются специфичными сорбентами. Чтобы избежать многоступенчатой сорбционной сероочистки, все серосодержащие соединения прежде «приводят» в одно состояние – их гидрируют до сероводорода:

RSH + H₂ = H₂S + RH,                                          (1)

C₄H₄S + 4H₂ = H₂S + C₄H₁₀,                                      (2)

CS₂ + 4H₂ = 2H₂S + CH₄.                                       (3)

Процесс проводят при  высоких температурах на кобальт-молибдено-вом катализаторе. Выходящий из реактора гидрирования газ содержит серу только в виде сероводорода и направляется в адсорбер, в котором происходит, собственно, очистка газа. Поглотителем сероводорода является оксид цинка:

ZnO + H₂S = ZnS  + H₂O.                                     (4)

2.Конверсия метана. Взаимодействие метана с водой протекает на никельсодержащем катализаторе и представлено двумя обратимыми реакциями:

CH₄ + H₂O ↔ CO + 3H₂ – Q₁,                             (5)

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂ + Q₂,                              (6)

первая из которых  – эндотермическая, вторая – экзотермическая. Влияние температуры на эти реакции  различно: ее повышение благоприятно скажется лишь на протекании первой. Поскольку сначала нужно обеспечить наиболее полное превращение метана, то температуру процесса целесообразно повышать. При этом равновесие второй реакции сдвинется влево. Конверсия метана протекает с увеличением объема, и, следовательно, низкое давление будет способствовать более полному превращению метана.

Необходима вторая ступень  конверсии для протекания экзотермической реакции.

3.Конверсия СО. Высокая температура на стадии конверсии метана не позволяет использовать потенциал СО для получения водорода. Избирательную конверсию СО при низких температурах, исключающую обратное протекание реакции (1.6), проводят, используя специфическое действие катализатора. Селективными катализаторами конверсии СО являются железохромовый  и медьсодержащий. Конверсия СО – обратимая экзотермическая реакция:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ + Q.                                   (7)

4.Очистка от оксидов  углерода. Конвертированный газ  содержит СО₂ и СО. Первая примесь – балласт для синтеза аммиака, вторая – яд катализатора. Эти примеси надо удалить. Удаление сорбцией требует специфичных сорбентов, необходимых в большом количестве, так как содержание достигает 20%. В настоящее время используется два специфических способа очистки от оксидов углерода.

Диоксид углерода абсорбируют  водным раствором моноэтаноламина NH₂CH₂CH₂OH:

2RNH₂ + H₂O + CO₂ ↔ (RNH₃)₂CO₃.                               (8)

Поглощение СО₂ – обратимый процесс. С повышением температуры равновесие сдвигается влево, то есть, возможна регенерация сорбента.

Так как раствор моноэтаноламина  не поглощает оксид углерода, выходящий газ содержит СО. Как примесь его не выделяют, а превращают в метан, безвредный для катализатора и инертный в процессе синтеза аммиака, путем реакции, обратной конверсии метана (1.5) – метанированием:

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О.                                   (9)

Процесс проводят при  низкой температуре с использованием никелевого катализатора.

5.Синтез аммиака. Синтез аммиака:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ + Q                                   (10)

протекает на катализаторе, в качестве которого используют пористое железо с добавками. Данная реакция  обратима, протекает с выделением теплоты и уменьшением объема. Понижение температуры и повышение  давления сдвигает равновесие реакции в сторону увеличения содержания аммиака.

6.Очистка дымовых газов.  Для осуществления процесса конверсии  метана требуется большое количества тепла, которое получается в процессе сжигания смеси природного газа и воздуха. Проведя сероочистку всего природного газа можно сказать, что дымовые газы будут состоять из оксидов углерода, оксидов азота и паров воды. Охладив смесь, будет возможно отделение жидкой фазы. Оксиды азота абсорбируются водой с получением азотной кислоты по реакциям:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂,                          (11)

N₂O₄ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.                          (12)

Таким образом, в ходе производства аммиака образуется целевой  продукт аммиак и побочные продукты – азотная кислота, диоксид углерода.

 

 

 

 

1.2 Выбор оптимального варианта утилизации диоксида углерода

 

Существует несколько способов утилизации диоксида углерода в описываемом производстве.

1. Производство соды аммиачным методом. Сырьем являются углекислый газ, насыщенный хлорид натрия и аммиак. Суммарную реакцию процесса можно записать в виде:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ + NH₄Cl.                     (13)

Важную роль в данном производстве играет гидроксид кальция, который необходим для регенерации аммиака по реакции:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃.               (14)

Достоинства данного  метода заключаются в том, что  получается питьевая сода, которая применяется для производства моющих средств.

Недостатки метода состоят  в том, что необходимо дополнительное сырье и получается отход производства – раствор хлорида кальция, который необходимо утилизировать каким-либо образом, что создает дополнительные технико-экономические и экологические трудности [2].

2. Производство аммиачной  селитры. Сырьем для данного производства является аммиак и азотная кислота. Реакция процесса выглядит следующим образом:

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃                                     (15)

Возможно также производство известковой аммиачной селитры - добавлением к нитрату аммония карбоната кальция. Добавление мела влияет на некоторые физические и химические свойства удобрения, тем самым, улучшая его качество.