Тепловой синтеза аммиака

Как уже отмечалось в предыдущей главе, реакторы с неподвижным слоем также могут быть адиабатическими. В других случаях тепло реакции может отводиться или подводиться через стенку реактора. В аппаратах с неподвижным слоем стенка не всегда соответствует стенке трубы. Например, в реакторе синтеза аммиака катализатор помещен между множеством узких трубок, параллельных оси большой трубы (диаметр 1,5 м) эта труба и является в данном случае трубчатым реактором . Такое устройство реактора дает возможность регулировать температуру по всему сечению аппарата, а не только по его периметру. При этом предположение об однородности условий но всему сечению реактора становится более оправданным. Мы будем исследовать только стационарные режимы такого рода одномерных реакторов, для которых единственной независимой переменной является расстояние от входа в реактор. Более сложные задачи связаны с чрезвычайными математическими трудностями и до сих пор изучены плохо. Действительно, в то время как реактор идеального смешения описывается алгебраическими или трансцендентными уравнениями в стационарном режиме и [c.255]

Синтез аммиака из составляющих элементов представляет собой экзотермический процесс стандартная энтальпия реакции (16-1) АЩд = = — 92,39 кДж на моль реакции в записанном виде, или — 46,19 кДж на моль аммиака. При повышении температуры газовой смеси реакция (16-1) затрудняется, а реакция (16-2), наоборот, облегчается, поскольку она протекает с поглощением тепла и частично противодействует повышению температуры. При добавлении в сосуд некоторого количества аммиака из внешнего источника реакция (16-1) также затрудняется, а реакция (16-2), наоборот, облегчается, поскольку последняя приводит к уменьшению количества добавляемого аммиака. Принцип Ле Шателье удобен тем, что позволяет делать качественные предсказания о поведении равновесной системы в условиях внешнего воздействия. [c.52]

Для работы при высоком дав.лении нередко используют аппараты, подобные применяемым при синтезе аммиака. Катализатор размещают в несколько слоев в специальной катализаторной коробке (рис. 151,6), которую монтируют вне реактора, вынимают из него и вставляют при замене катализатора. В кольцевое пространство между корпусом реактора и катализаторной коробкой подают холодный водород или реакционную смесь для снятия части тепла и предохранения корпуса от действия высоких температур. В несколько мест по высоте коробки вводят холодный водород, причем, чтобы не ослаблять корпус реактора, все трубы выведены не сбоку, а через массивную крышку и днище. [c.520]

Наиболее экономичны системы среднего давления с использованием тепла синтеза аммиака для получения пара. [c.8]

Устойчивость системы можно улучшить введением в схему теплообменника, в котором исходная смесь подогревается теплом отходящих газов. В этом случае наклон прямой Ь уменьшается, что облегчает проведение автотермического процесса. Применение теплообменника часто бывает необходимым, например, при синтезе аммиака или пароводяной конверсии окиси углерода. Положение и форма кривой а зависят от константы равновесия, ограничивающей степень превращения. В случае автотермической [c.298]

С переходом на кипящий слой задача отвода тепла, представляющая значительную трудность в реакторах с неподвижным слоем, упрощается ввиду высокого коэффициента теплообмена между слоем и стенкой охлаждающей рубашки. По данным различных исследователей при высоких давлениях эта величина составляет 100 ккал град) и более. Температуру в первой секции реактора с псевдоожиженным слоем (реакция синтеза аммиака) можно поднять до 535—545°С, если температура газа на входе не превышает 450°С. Для получения заданной степени превращения температуру в реакторе следует понижать, а тепловыделение использовать для подогрева свежего газа. По ориентировочным расчетам, производительность реактора синтеза аммиака можно повысить на 40—50% за счет приближения профиля температур к оптимальному. [c.354]

Из сказанного следует, что применение псевдоожиженного слоя при синтезе аммиака позволяет перейти на более мелкие зерна катализатора, улучшить отвод тепла, уменьшить поверхность [c.355]

Регулирование температуры в ходе первой из упомянутых реакций (гидрирование монооксида углерода в кислородсодержащие продукты) осуществляется различными способами. Основной метод состоит в ограничении скорости реакции путем уменьщения количества подаваемого монооксида углерода. В этом случае выделяющееся тепло поглощается водородом. При синтезе аммиака равновесие реакции с повышением температуры смещается в сторону исходных веществ, и поэтому по мере разогрева реакция самопроизвольно затухает. Образование метанола также термодинамически не благоприятно при высоких температурах, но в этих условиях реакция образования метана становится преобладающей. Вследствие ее экзотермичности увеличение температуры происходит даже быстрее, чем при синтезе метанола. Поэтому реакцию образования метана следует полностью подавить. [c.107]

Реакторы с твердым катализатором, предназначенные для катализа газов, называют также контактными аппаратами или конверторами. Реакторы, имеющие небольшой диаметр при значительной высоте, что характерно для конверторов, работающих под большим давлением, называют также колоннами, например, колонны синтеза аммиака, метанола и т. п. Реакторы для эндотермических процессов, внутри которых вырабатывается тепло (сжиганием топлива, электронагревом и т. п.), используемое для нагревания реагирующих газов, называют нередко печами. Те или иные названия реакторов, принятые в различных отраслях промышленности, будут встречаться при дальнейшем изложении в последующих главах. [c.108]

При производстве газа для синтеза аммиака конверсию метана, осуществляют двумя методами, различающимися способом подвода тепла. В двухступенчатом методе большую часть метана (65—70%) окисляют водяным паром в трубчатой печи с подводом тепла извне, а остальную конвертируют с кислородом воздуха. По одноступенчатому методу конверсию метана проводят сразу смесью водяного пара, и кислорода. [c.187]

Пример. Определить какое количество тепла выделяется при синтезе аммиака на 1 т продукта и насколько повысилась бы температура газа на выходе из слоя катализатора, если бы процесс проводился в адиабатических условиях. Синтез осуществляется при 300 атм, температура газа на входе 450° С, содержание аммиака в поступающей газовой смеси 4%, в выходящей — 16%. Потерями сиптез-газа на продувку и за счет растворения в жидком аммиаке, а также тепловыми потерями можно пренебречь. [c.218]

Для получения кинетических. данных наиболее простой путь — осуществление изотермической р аботы интегральных конверторов, так как это ограничивает число переменных и облегчает интегрирование. Однако на практике изотермическая работа редко осуществляется, особенно для реакций с высокими тепловыми эффектами,вследствие ограничений в отводе тепла. Эти ограничения имеют большое значение, потому что плохой контроль за потоком тепла, приводящий к небольшим температурным градиентам в слое, может вызвать очень сильный эффект, поскольку скорость реакции экспоненциально зависит от температуры. При исследовании экзотермических реакций обычно применяют адиабатические трубные реакторы. Система температурного режима осуществляется таким образом, чтобы предотвратить утечку тепла через стенки реактора. Следовательно, профиль температур развивается вдоль длины реактора, размеры последнего зависят от теплоты реакции, теплоемкости реакционной среды и кинетики реакции. Полномасштабные заводские конверторы вследствие низкого соотношения поверхности и объема обычно работают адиабатически, и поэтому адиабатические- конверторы небольшого размера могут быть полезны для испытания на длительность пробега или для моделирования промышленной производительности. Эти конверторы могут работать либо на уровне полупромышленного масштаба, либо как пилотные установки. Адиабатические реакторы в настоящее время применяются для моделирования полномасштабных промышленных условий таких реакций, как высокотемпературная и низкотемпературная конверсия окиси углерода, реакция метанирования и синтез аммиака. [c.56]

Так как количество тепла, которое необходимо подвести для реакции, относительно велико, то катализаторы риформинга (такие, как катализаторы 57-1 или 46-1) загружают в параллельные трубы, которые обогреваются извне в первичном риформере (в трубчатой печи). Температура газа на выходе из труб обычно находится в интервале 750—850° С, в зависимости от требуемого состава газа. Чтобы получить газ, подходящий по составу для синтеза аммиака, должна быть достигнута очень низкая остаточная концентрация метана, что вынуждает работать при более высоких температурах — около 1000° С. Из-за ограниченной прочности металла (особенно при давлениях, которые могут превышать 30 ат) применение этой температуры в трубах первичного риформинга затруднительно, но она может быть практически осуществима во вторичном риформере (шахтном реакторе с огнеупорной футеровкой). Тепло, необходимое для риформинга, получается за счет добавления воздуха, с которым к тому же вводится азот, требующийся для синтеза аммиака. Катализатор [c.83]

Если эндотермическая реакция осуществляется с помощью одного водорода, то требуется подвод тепла извне. Но если восстановление проводится синтез-газом, то при этом образуется аммиак как только будет восстановлена часть катализатора, и это уменьшает необходимость в подводе тепла. Реакция синтеза аммиака является экзотермической реакцией, выделяющееся тепло увеличивает температуру катализатора и ускоряет скорость восстановления. Как только на самописце обнаруживаются признаки возрастания температур в катализаторе, можно увеличить скорость газа в слое, чтобы передать тепло в нижние слои и способствовать восстановлению оставшейся части катализатора. Чем больше образуется аммиака, тем больше происходит саморазогревание слоя, при этом количество подводящегося тепла можно уменьшать, пока в конечном итоге не будет достигнута максимальная производительность по газу, проходящему через катализатор, и потребуется холодный байпас, чтобы регулировать температуру на входе и предотвратить чрезмерное увеличение температуры в горячей зоне. [c.207]

Поскольку реакция сильно экзотермична, необходимо принять меры для отвода тепла, С этой целью обычно применяют внутренний теплообменник типа, используемого при синтезе аммиака. Для синтеза метанола можно использовать такой же реактор, как и для синтеза аммиака, заменив лишь катализатор и синтез-газ. Однако при синтезе метанола в реакторе не должно быть углеродистой стали, иначе будет образовываться летучий карбонил железа и реактор будет разрушаться. Поэтому реакторы для синтеза метанола изготавливают из нержавеющих сплавов /7/. [c.228]

Сделать конструктивный расчет кожухотрубчатого теплообменника колонны синтеза аммиака для подогрева газовой смеси, поступающей на реакцию синтеза в катаЛизаторную коробку колонны, за счет тепла прореагировавшего газа. [c.48]

Влияние температуры. Влияние температуры на сдвиг равновесия рассмотрим на примере реакции синтеза аммиака. Эта реакция является экзотермической, т. е- идет с выделением тепла [c.68]

Если в аппарате идет процесс с больншм выделением тепла, то применяют различные конструктивные меры с целью ограждения корпуса от воздействия высоких температур, значительно ослабляющих его прочность. Наиболее часто это осуществляется за счет направления поступающего в аппарат холодного газа (или жидкости) вдоль внутренних стенок корпуса аппарата. Этот способ охлаждения стенок корпуса широко используют, например в колоннах синтеза аммиака. [c.128]

Реактор с внутренним теплообменом (рис. 4.27). Неустойчивые режимы [305, 306] возможны и в аппаратах с внутренним теплообменом, поскольку в них происходит обмен теплом между потоками, входящим и регулирующим в слое катализатора, т.е. имеется обратная положительная связь. Такие реакторы применяют для синтеза аммиака. Так же как и для реактора с внешним теплообменником, установим связь устойчивости и параметрической чувствительности. [c.228]

Газ после конверсии окиси углерода (рис. У1П-22) проходит сатуратор 1, где при 112 °С, давлении 1,08 10 Па (1,1 кгс/см ) и соотношении пар газ = 1 донасыщается водяным паром, затем поступает в теплообменник 2 и подогревается до 126—140 °С за счет тепла газа, выходящего из реактора. После смешения с воздухом до соотношения СО = 1,5 1 газ направляется в реактор 3 первой ступени. Здесь при 140—190 °С и объемной скорости 10 000—14 000 ч содержание СО снижается с 2,5 до 0,2—0,5%. Далее газ направляется через конденсатор 4 и абсорбер 5, орошаемый раствором амина для удаления двуокиси углерода. После смешения с воздухом до соотношения О2 СО = 1 1 и нагревания во втором теплообменнике 5 до 170 °С газ направляется в реактор 6 второй ступени. Очищенный газ проходит холодильник 4, абсорбер СОа и поступает на стадию синтеза аммиака. Содержание СО в очищенном газе менее 10 см /м . [c.416]

В свете этих решений перед азотной промышленностью, вырабатывающей эффективные виды удобрений, поставлены весьма важные и серьезные задачи. Для их выполнения необходимо строительство новых предприятий, расширение и реконструкция на основе прогрессивной технологии действующих заводов, оснащение их высокопроизводительным мощным оборудованием. В связи с этим в производстве аммиака разрабатываются и внедряются новые методы конверсии природного газа с применением повышенного давления создаются более активные катализаторы, работающие при сравнительно низких температурах и обеспечивающие более высокую степень превращения исходных веществ в получаемые продукты применяются более эффективные абсорбенты для удаления из газов двуокиси углерода глубоко используется тепло химических процессов (включая синтез аммиака) для получения водяного пара высокого давления (до 140 ат), перегреваемого до высоких температур (570 °С) в крупных агрегатах синтеза аммиака мощностью 1000—1500 т сутки и более. Энергию получаемого таким путем водяного пара высоких параметров можно использовать в паровых турбинах для привода основных машин аммиачного производства, в частности турбокомпрессоров высокого давления для сжатия азото-водородной смеси до давления процесса синтеза аммиака, воздушных турбокомпрессоров, турбокомпрессоров аммиачно-холодильной установки, центробежных циркуляционный компрессоров совместно с турбокомпрессорами высокого давления. Энергия пара рекуперируется также в турбогенераторе для выработки электроэнергии, потребляемой на приводе насосов. В пу)овых турбинах высокое давление части полученного пара понижается до давления, близкого к давлению процессов конверсии метана и окиси углерода, что позволяет использовать в этих процессах собственный технологический пар. [c.10]

Реакция синтеза аммиака из газообразных азота и водорода является обратимой н протекает по уравнению ЗH2 + N2ч=i 2NHз с выделением тепла. Для того чтобы эта реакция была сдвинута в сторону образования аммиака, промышленные установки для производства синтетического аммиака работают под давлением 30— 90 МПа и при температуре 450—500°С. [c.59]

Приведенные примеры относятся к гомогенным реакциям, которые осуществляют в реакторах вытеснения, представляющих собой трубу, заполненную лишь реагирующей средой. Реакторы вытеснения также широко используют для проведения гетерогенных каталитических реакций. В этом случае их заполняют частицами твердого катализатора, вследствие чего такие аппараты часто называют реакторами с неподвижным слоем твердых частиц. Эти реакторы используют для синтеза аммиака, метанола и для осуществления большого числа других важных гетерогенных реакций. Сам реактор обычно состоит из многих десятков или даже сотен трубок, соединенных параллельно и закрепленных между двумя трубными решетками, как это имеет место в кожухотрубном теплообменнике. Диаметр трубок, как правило, равен нескольким сантиметрам, а их длина достигает нескольких метров. На рис. 1 показана несколько устаревшая конструкция реактора для синтеза аммиакаСмесь азота и водорода поступает в реактор сверху, затем проходит вниз, внутрь стального кованого корпуса. Это сделано для предотвращения перегрева металла. Затем газ поднимается по пучку трубок, в которых его температура повышается за счет теплообмена с катализатором. В рассматриваемом реакторе катализатор укладывают на решетку в межтрубном пространстве. Газ, выходящий из трубок, сверху направляется вниз через слой катализатора, нагревается за счет тепла реакции и выходит из аппарата. [c.13]

Холод получают в абсорбционно-холодильных установках. Их работа основана на использовании низкопотенциального тепла конвертированной парогазовой смеси и отпарного газа разгонки газового конденсата. Предусмотрена тонкая очистка газа от СО и следов СО2. С этой целью устанавливается один агрегат метанирования 44. Он состоит из метанатора 44, двух подогревателей воды 43 и 42, аппарата воздушного охлаждения 41 и влагоотделителя. Очистка газа идет в присутствии катализатора. Агрегат синтеза аммиака при 32-10 Па работает с высокой степенью использования азотоводородной смеси при повышенной концентрации инертных газов в цикле, повышенной производительности катализатора, в нем происходит полная отмывка азотоводородной смеси от следов СО2. Последнее предотвращает опасность попадания твердых частиц аммиачно-кар-бонатных солей в аппаратуру высокого давления. Температура корпуса колонны синтеза 38 не должна превышать по расчету 250 °С. Колонна конструктивно выполняется из рулонированных и цельнокованных царг, сваренных между собой. Колонна синтеза 38 загружается гранулированным железным катализатором, который механически более прочен, чем кусковой, и создает меньшее гидравлическое сопротивление. [c.206]

Синтезы аммиака и метанола относятся к классу достаточно сложных, чрезвычайно дорогих, крупнотоннажных производств. Это обратимые экзотермические процессы, которые на современных катализаторах реализуются с заметной скоростью лишь при относительно высоких давлениях (5—30 МПа) и температурах (200— 500°С). В главе обсуждаются нестационарные методы реализации этпх процессов на практике [1]. Осуществление их в режимах периодически изменяющихся направлений подачи реакционной смеси в неподвижный слой катализатора позволит значительно упростить и удешевить конструкции реактора, а также полнее утилизировать тепло, выделяемое при химических превращениях. [c.210]

Влияние размеров зерен катализаторов. Первоначально изучалось влияние размеров зерен йз на характеристики стационарных режимов процесса синтеза аммиака. Расчеты выполнялись для первого слоя двухполочного аппарата со временем контакта 0,064 с. Скорость фильтрации реакционной смеси, пересчитанная на нормальные условия, 4,56 м/с. При увеличении размеров зерна катализатора с 5 до 10 мм степень превращения на выходе из первого слоя уменьшалась с 13,2 до 9,7%, что связано с уменьшением степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, обусловленного наличием диффузионного торможения. Температурные градиенты внутри зерна в стационарном режиме невелики и в зоне максимальных температур градиентов по слою не превышают 1 (для зерна 2 мм) и 3°С (для 5 мм зерна). Для зерна катализатора размером 10 мм температурный перепад в зерне достигает 6°С в стацпонарном режи.ме. Однако перенос тепла внутри зерна не оказывает заметного влияния на характеристики стационарного процесса. Например, были выполнены расчеты стационарного режима (для зерна 2 мм) и 3°С (для зерна 5 мм). Для зерна катализатора проводности Яз = 0,5-10 ккал/(м с град). При этих значениях параметров в зерне образуется перепад температур между поверхностью и центром 6° (если зерно находится в зоне максимальных температурных градиентов по длине слоя). На выходе из первого слоя двухполочного реактора оптимальная степень превращения достигала 2 = 9,7% аммиака, а температура Г = 474°С. Для изотермического зерна катализатора выходные характеристики первого слоя составляли соответственно 2 = 9,6% и Г = 472°С. Таким образом, при расчетах стационарных режимов зерна катализатора можно считать изотермическими. [c.212]

Таким образом, нестационарный способ синтеза аммиака можно оценить как весьма перспективный. Он позволяет повысить производительность единичного объема реактора, снизить капитальные затраты и увеличить степень использования тепла. Одним из способов повышения эффективности процесса в целом в настоящее время является синтез аммиака из продувочных газов в нестацнонар-ном режиме, что прежде всего связано с возможностью получения целевого продукта из ранее неутилизуемых газов. [c.217]

Выше было показано, что эффективная теплопроводность кипящего слоя в сотни и тысячи раз больше, чем неподвижного. Коэффициенты теплоотдачи от неподвижного слоя составляют обычно 5—20 ккал/(м ч град), а от кипящего 100— ООО ккал м -ч-град) [1, 65, 79, 80], т. е. повышаются в десятки раз. Благодаря применению жидких хладагентов вместо газовых в десятки и сотни раз повышаются коэффициенты теплоотдачи по другую сторону теплообменной стенки. Таким образом для сильно экзотермических реакций создаются условия для уменьшения теплообменных поверхностей в десятки раз по сравнению с теплообменниками для реакторов неподвижного слоя. Это, в частности, относится к синтезу аммиака и окислению концентрированного сернистого газа. В таких процессах, в которых тепло реакции полностью затрачивается на подогрев поступающего холодного газа, значения невелики и уменьшение теплообменпых поверхностей много меньше. [c.106]

Количоство тепла, выделяющегося в результате реакции синтеза аммиака [c.229]

OK, то для доведения реагирупцих веществ до звданной температуры требуется значительный расход высокопотенциального тепла /104/. Например, при производстве аммиака по схеме с двухступенчатой конверсией природного газа суммарный тепловой эффект паровой и паровоздушной конверсии метана, конверсии окиси углерода, метанирования и синтеза аммиака экзотермическими. Однако вследствие высокого температурного уровня паровой конверсии, превышающего уровень реакций конверсии СО и синтеза аммиака, ее осуществляют за счет высокопотенциального тепла сжигания топлива. [c.293]

Это важное уравнение, дающее зависимость константы равновесия от температуры, называется изобарой Вант-Гоффа. Оно показывает, что знак производной ё1пКр1 .Т определяется знаком энтальпии реакции. Если реакция сопровождается выделением тепла, т. е. величина АЯ° отрицательна, то производная также отрицательна, и, следовательно, константа равновесия уменьшается с ростом температуры. Это означает, что при увеличении температуры равновесные парциальные давления (концентрации) продуктов реакции уменьшаются, а исходных веществ — увеличиваются. Таким образом, выход продуктов при экзотермических реакциях уменьшается при увеличении температуры. Нап])имер, рассмотренная реакция синтеза аммиака идет с выделением тепла (ДЯ298 =—46,0 кДж/моль), и выход ЫНз уменьшается при высоких температурах. Поэтому в промышленности этот процесс осуществляют при сравнительно низкой температуре, а для ускорения реакции используют катализаторы. [c.53]

Двухступенчатая паровая и паровоздушная каталитическая конверсия углеводородных газов и конверсия СО под давлением являются первой стадией эиерготехнологической схемы производства. аммиака. Тепло химических процессов стадий конверсии СН4, СО, метанироваиия и синтеза аммиака кспользу- [c.91]

O HOBin.iM аппаратом агрегата япляется колонна синтеза. Она имеет катализаторную коробку, в которой размещен катализатор, и теплообменник, где азотоводородная смесь нагревается до температурь] синтеза аммиака за счет тепла газовой смеси, прошедшей катализатор. [c.118]

На рис. 5.6 приведена технологическая схема синтеза аммиака. Азотоводородная смесь поступает в реактор 1. Нафетая за счет теплоты экзотермической реакции прореагировавшая реакционная смесь охлаждается в трех теплообменниках. В первом из них 2 газ, состоящий из полученного аммиака и непрореагировавших азота и водорода, охлаждается водой. Во втором теплообменнике 3 газ отдает тепло для подофева исходной смеси, направляемой в реактор. Окончательное охлаждение происходит в воздушном холодильнике 4, после чего частично сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе 5 и собирается в сборнике 6 как продукт Но охлаждение до температуры окружающей среды недостаточно для полного вьщеления аммиака, и газ из сепаратора направляется в конденсационную колонну 8. Здесь газ охлаждается до -3 -2 фадусов, и полученный аммиак отделяют от газа, в котором его остается 3-5%, и направляют в сборник. Охлаждение осуществляют за счет испарения жидкого аммиака в испарителе 9 (подобно аммиачному холодильнику), причем испаритель может быть конструктивно совмещен с конденсационной колонной. Оставшийся холодный газ подогревают в теплообменнике 3 и возвращают в колонну синтеза 1. Обеспечивают циркуляцию потока циркуляционным компрессором 7, в который перед этим добавляют свежую азотоводородную смесь. На продемонстрированной схеме штриховыми линиями вьщелены элементы функциональной схемы. Отметим, что элемент В циркуляции газа встроен в элемент Б — выделение аммиака происходит перед и после циркуляционного компрессора. [c.241]

В технологической схеме синтеза аммиака для получения холода весьма эффективны абсорбционные холодильные машины [266]. Они позволяют использовать пизкопотспциальпоо тепло 1 опвсртировап- [c.276]

Каталитическая паро-воздушно-ки-слородная конверсия природного газа без давления среднетемпературная конверсия СО этанол-аминовая очистка от СОг медноаммиачная очистка от СО с тонкой доочисткой газа от СОа раствором каустической соды поршневая компрессия газа синтез аммиака под давлением 320 ат без использования тепла реакции (мощность агрегата 50 тыс. т [c.10]