ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение водорода и азотоводородной смеси из "Общая химическая технология" Водород, необходимый для синтеза аммиака, в промышленности получают одним из следующих способов конверсией окиси углерода водяного или полуводяного газа, полученного газификацией твердого или жидкого топлива конверсией метана природного газа или других углеводородных газов с последующей конверсией СО разделением коксового газа путем сжижения всех компонентов газовой смеси, кроме водорода (методом глубокого охлаждения) электролитическими методами. [c.67] Конверсия окиси углерода. Для получения чистого водорода применяют водяной газ, получаемый при газификации твердого топлива, а для получения азотоводородной смеси — полуводяной газ или смесь воздушного и водяного генераторного газа. Так, для синтеза аммиака применяют полуводяной газ состава СО — 34%, Нг —37%, N2 — 22%, СО2 —6%, СН4 и HoS —около 1%. [c.68] Конверсия СО водяным паром протекает с выделением тепла и без изменения объема. Повышение температуры вызывает смещение равновесия этой реакции в сторону повышения концентрации исходных продуктов, увеличение содержания пара в парогазовой смеси способствует более глубокой конверсии СО, повышение давления ускоряет процессы конверсии. Процесс конверсии обычно проводят при температуре 500° (при более низкой температуре реакция протекает очень медленно). Установки для конверсии СО работают или при давлении, близком к атмосферному (1,2—1,3 ат), или при давлении 10—30ат. [c.68] Конверсия метана природного газа. Природные газы отдельных месторождений содержат высокий процент метана СН4. Так, в газе Ставропольского месторождения 98% СН4. [c.69] Поскольку реакция конверсии СН4 водяным паром происходит с поглощением тепла, а процесс конверсии протекает при высокой температуре, то для поддержания необходимой температуры тепло подводится извне. Потери тепла восполняются также за счет проведения одновременно с конверсией СН4 водяным паром реакции окисления СН4 кислородом, которая протекает с выделением тепла. Поэтому обычно при конверсии метана применяют смесь природного газа, водяного пара и кислорода (или точнее воздуха, обогащенного кислородом). Сравнительно высокая стоимость кислорода обуславливает применение также метода трубчатой двухступенчатой конверсии СН4. Конверсия метана этим методом протекает в трубах конвертора, в которые загружен катализатор, а потери тепла в процессе конверсии восполняются сжиганием природного газа в межтрубном пространстве конвертора. [c.70] При высокотемпературной конверсии метана соотношение пар газ кислород берется таким, чтобы поддерживать температуру процесса в пределах 1300—1400°. При более высокой температуре интенсивно проходит реакция термического разложения метана с образованием сажи (СН4- С-Ь2Н2). В процессе конверсии при температуре 1300° происходит некоторое выделение сажи. От сажи конвертированный газ очищают в сатурационных башнях перед конверсией СО. [c.70] Очистка конвертированного газа. В конвертированном газе, кроме азота и водорода, содержатся примеси. Например, газ, полученный парокислородной конверсией метана при атмосферном давлении, после добавления азота содержит 68% азота и водорода, около 28% СО2 и 3% СО, 0,4% СН4, 0,3% Аг, следы О2 и НгЗ. Кислородсодержащие примеси (СО, СО2, Н2О) и сероводород являются ядами для катализатора синтеза аммиака, метан и аргон — инертными примесями, которые накапливаются в агрегатах синтеза аммиака и снил ают их производительность. Особенно отрицательно на производительность колонн синтеза действуют каталитические яды. Поэтому требуется очень тщательная очистка конвертированного газа от этих примесей. [c.71] Применяют следующие методы очистки конвертированного газа конденсация примесей при глубоком охлаждении газа с промывкой жидким азотом сорбция примесей жидкими и твердыми сорбентами каталитическая очистка путем гидрирования. [c.71] Очистка конвертированного газа от окиси углерода производится в большинстве случаев при помощи аммиачных растворов закисных солей меди, муравьиной или уксусной кислот, которые связывают СО, образуя комплексные соединения. Очистку газа ведут при высоком давлении (100—300 ат) и при температуре О— 20°. Регенерируют медно-аммиачный раствор, нагревая его и снижая давление до атмосферного. В результате очистки в азотоводородной смеси содержание СО снижается до 0,004% и СОг до 0,003%. [c.72] Разделение коксового газа методом глубокого охлаждения. Метод очистки водорода конденсацией примеси при глубоком охлаждении, как и метод разделения воздуха, основан на различной температуре конденсации газов. Этот метод применяется для получения водорода из коксового газа и для очистки конвертированного газа от СО и инертных примесей после отмывки СОг. [c.72] В табл. 2 приведены составы коксового и конвертированного газов после отмывки от СОг и температура кипения отдельных газов, входящих в их состав. [c.72] Из приведенных данных видно, что все компоненты коксового и конвертированного газов, за исключением водорода, имеют температуру кипения выше —200°. [c.73] Для синтеза аммиака необходима смесь азота и водорода, поэтому удалять азот из газов, поступающих на очистку, нецелесообразно. Однако поскольку кипение азота и окиси углерода происходит при небольшой разнице температур, то обычным методом фракционной конденсации разделить их очень трудно. Поэтому СО удаляют методом промывки газа жидким азотом. Сущность этого метода состоит в том, что азотоводородная смесь в промывной колонне орошается жидким азотом. При этом газ практически полностью очищается от СО, а также от инертных примесей — метана и аргона. При промывке происходит насыщение газа азотом до отношения Нг Ыг=4 1. Путем добавки азота смесь доводят до необходимого для синтеза аммиака отношения Нг N2=3 1. [c.73] Разделение коксового и очистку конвертированного газа проводят под давлением 10—28 ат. Коксовый газ перед поступлением в блоки разделения тщательно очищается от H2S, СОг и влаги, так как они могут вызвать образование льда и коррозию аппаратуры. Как в блоках разделения коксового газа, так и в блоках очистки конвертированного газа строго контролируют содержание окислов азота, скопление которых в агрегатах может привести к взрыву. Блок разделения включает ряд теплообменных аппаратов, промывную башню, сепараторы и дроссельные устройства, тщательно теплоизолированные и заключенные в общий кожух. [c.73] Электролитический метод получения водорода и кислорода. [c.73] При пропускании через такие растворы постоянного электрического тока напряжением 1,9—2,5 в происходит разложение воды, на катоде выделяется водород, а на аноде — кислород. Электролитическим методом получают водород и кислород высокой степени чистоты. Расход электрической энергии на получение 1 водорода и 0,5 кислорода 4,5—6,0 кет ч. Значительный расход электрической энергии при электролизе воды ограничивает применение этого метода. Поэтому для синтеза аммиака этот метод получения водорода в настоящее время почти не применяется. [c.73] Вернуться к основной статье