Technologia syntezy amoniaku. Od Habera i Boscha do nowoczesnych procesów niskociśnieniowych



Podobne dokumenty
Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

Technologia chemiczna. Zajęcia 1

Projektowanie Biznesu Ekologicznego Wykład 2 Adriana Zaleska-Medynska Katedra Technologii Środowiska, p. G202

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

ZADANIE 1 W temperaturze 700 K gazowa mieszanina dwutlenku węgla i wodoru reaguje z wytworzeniem pary wodnej i tlenku węgla. Stała równowagi reakcji

CZĘŚĆ II OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Przemysł azotowy. Materiały pomocnicze do zajęć poprzedzających wycieczkę techniczną do Z.A. Puławy. Oprac.: dr Bogusław Chmiel dr Wiesław Grzegorczyk

Wykład 10 Równowaga chemiczna

TECHNOLOGIA CHEMICZNA

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/JP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Katalityczny proces metanizacji tlenku węgla

57 Zjazd PTChem i SITPChem Częstochowa, Promotowany miedzią niklowy katalizator do uwodornienia benzenu

Tabele danych technicznych Współczynniki korygujące 135 Rysunki techniczne Warunki prawidłowego montażu 143

(54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

APARATURA W OCHRONIE ŚRODOWISKA - 1. WPROWADZENIE

Katalityczne spalanie jako metoda oczyszczania gazów przemysłowych Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 18

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) Sposób wytwarzania gazu syntezowego

Katalityczny proces metanizacji tlenku węgla

! OSTROŻ NIE! Możliwe uszkodzenie maszyny / urządzenia.

Odwracalność przemiany chemicznej

VarioDry SPN

UFK-W UFK-W Z

Pilotowa instalacja zgazowania węgla w reaktorze CFB z wykorzystaniem CO 2 jako czynnika zgazowującego

2

Otrzymywanie paliw płynnych z węgla

Przegląd technologii produkcji tlenu dla bloku węglowego typu oxy

Wytwarzanie amoniaku, kwasu azotowego(v) i nawozów azotowych 311[31].Z5.04

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

1. Określ, w którą stronę przesunie się równowaga reakcji syntezy pary wodnej z pierwiastków przy zwiększeniu objętości zbiornika reakcyjnego:

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

34;)/0/0<97=869>07* NOPQRSPTUVWX QYZ[O\O]^OU_QRYR`O /986/984:* %*+&'((, -1.*+&'((,

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr letni, rok akademicki 2012/2013

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Ćwiczenia rachunkowe z termodynamiki technicznej i chemicznej Zalecane zadania kolokwium 1. (2014/15)

PRODUKCJA I ZASTOSOWANIE NAWOZÓW MINERALNYCH W KONTEKŚCIE OCHRONY KLIMATU

Zestaw instalacyjny Zestaw do automatycznego przełączania Zestaw regulatora ciśnienia

Krzysztof Stańczyk. CZYSTE TECHNOLOGIE UśYTKOWANIA WĘGLA

wymagania techniczne dla zaworów do podłączenia sygnału ciśnienia w regulatorach stosowanych w w.s.c. Spis treści

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

1,90 0,50 0,10 0,17 1,15 2,90. Dobrano grupę pompową GPS 120 prod. SUNEX. Grupa została wyposaŝona w elektroniczną pompę Wilo Stratos Para.

Proponowane tematy prac dyplomowych jakie mogłyby być realizowane we współpracy z Grupą Azoty S.A. z siedzibą w Tarnowie.

STACJE DO PRZYGOTOWANIA C.W.U. FWPS FWPC FWP FWPS. Wytwarzanie dużych ilości c.w.u. bez Legionelli Małe zużycie energii elektrycznej

Typowe konstrukcje kotłów parowych. Maszyny i urządzenia Klasa II TD

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

Technika 200 bar Tlen CONST ANT 2000

KONWRESJA WĘGLOWODORÓW Z PARĄ WODNĄ.

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

2. Oblicz gęstość pary wodnej w normalnej temperaturze wrzenia wody. (Odp. 0,588 kg/m 3 )

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

a) 1 mol b) 0,5 mola c) 1,7 mola d) potrzebna jest znajomość objętości zbiornika, aby można było przeprowadzić obliczenia

ZBIORNIK BUFOROWY SVS SVWS. Instrukcja montażu i obsługi. Zbiornik Buforowy Z Wężownicą Ze Stali Nierdzewnej

Rewolucja w chłodzeniu gazu. Nowa oferta płytowych wymienników ciepła typu gaz-ciecz firmy Alfa Laval

PL B1. Sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr zimowy, rok akademicki 2018//2019 Część II Gazy.

Równowaga to stan w którym nie obserwuje się zmian wraz z upływem czasu

OSUSZACZE PRZEMYSŁOWE

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Mechaniczny. KONSPEKT do przedmiotu:

Czynnik chłodniczy R134a

Kryteria oceniania z chemii kl VII

OBLICZENIA WĘZŁA CIEPLNEGO

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

Przemysłowe procesy katalityczne Gaz syntezowy

Chłodnica pary zasilającej

KOMFORT GRZANIA I CHŁODZENIA

LIDER WYKONAWCY. PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

I. KATALITYCZNE PROCESY CHEMICZNE...

Wymiennik ciepła wysokiej wydajności. Technologia E.S.P (liniowa kontrola ciśnienia dyspozycyjnego) Praca w trybie obejścia (Bypass)

Katalizatory syntezy amoniaku. Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej, Zakład Technologii Nieorganicznej i Ceramiki

Zadania pochodzą ze zbioru zadań P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta, CHEMIA FIZYCZNA Zbiór zadań z rozwiązaniami, PWN, Warszawa 2001

Zad 1. Destylacja mieszaniny alkoholi

Katalityczne spalanie jako metoda oczyszczania gazów przemysłowych Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 18

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

AGB AGC APARAT GRZEWCZY APARAT GRZEWCZO-CHŁODZĄCY. do ogrzewania powietrza w pomieszczeniach o średniej i dużej kubaturze

ZESPÓŁ CHŁODZĄCY TYPU LOC Z SILNIKIEM PRĄDU ZMIENNEGO

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

PL B1. ZAWADA HENRYK, Siemianowice Śląskie, PL ZAWADA MARCIN, Siemianowice Śląskie, PL BUP 09/13

(73) Uprawniony z patentu: (72) (74) Pełnomocnik:

Analiza efektów technologicznych po uruchomieniu nowego - drugiego ciągu absorpcji i desorpcji benzolu w Koksowni Przyjaźń JSW KOKS SA

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Dobór urządzeń węzła Q = 75,3 + 16,0 [kw]

Czynnik chłodniczy R410A

SPRĘŻARKI ŚRUBOWE Wydajność 0,43 43,7 m³/min

Instytut Nawozów Sztucznych Puławy. Wyposażenie Laboratorium Wysokich Ciśnień w nowoczesną infrastrukturę badawczą

KOMFORT GRZANIA I CHŁODZENIA

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

SPECYFIKACJA ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

ADQ. Osuszacze ziębnicze ADQ

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ. Laboratorium LABORATORIUM Z TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Transkrypt:

Technologia syntezy amoniaku Od Habera i Boscha do nowoczesnych procesów niskociśnieniowych

Plan Historia syntezy amoniaku równowaga w układzie H 2 -N 2 -NH 3 doświadczalna instalacja Habera pierwsze instalacje techniczne Współczesny proces syntezy NH 3 schemat typowej instalacji parametry procesu typy reaktorów Tendencje w rozwoju technologii

Początki syntezy NH 3 Główne źródła związanego azotu do końca XIX wieku: saletra chilijska guano (na przybrzeżnych wyspach Chincha - Peru) siarczan amonu uzyskiwany jako produkt uboczny w procesie koksowania węgla 1878 rok - William Crookes - wizja głodu w wyniku wyczerpania się złóż saletry chilijskiej

Sposoby wiązania azotu wiązanie azotu z tlenem z powietrza w wysokiej temperaturze łuku elektrycznego (prof. Ignacy Mościcki) wiązanie azotu przez węglik wapnia (karbid) CaC 2 + N 2 = CaCN 2 + C azotniak (cyjanoamidek wapniowy) wiązanie azotu z wodorem synteza amoniaku

Badania nad równowagą w układzie H 2 -N 2 -NH 3 r. 1795: C.L. Berthollet ustalił budowę cząsteczki amoniaku r. 1905: F. Haber, G. Van Oordt (Z. Znorg. Chemie 44 (1905) 341) układ przepływowy p = 1 bar T = 1020 o C x NH3 = 0,012% r. 1907: W. Nerst (Z. Elektrochem. 13 (1907) 521) układ zamknięty p = 30-75 bar T = 700-1000 o C T = 620 o C x NH3 = 0,012% ( p = 1bar)

Badania nad równowagą w układzie H 2 -N 2 -NH 3 c.d. r. 1907: F. Haber, R. Le Rossignol (Ber.Bunsengas.Phys. Chem, 40 (1907) 2144) p = 1 bar T = 1000 o C x NH3 = 0,0048% r. 1908: F. Haber, R. Le Rossignol (Z. Elektrochem. 14 (1908) 181) p = 30 bar potwierdzenie wcześniejszych rezultatów Wartości ekstrapolowane: p = 200 bar T = 700 o C x NH3 = 8%

Prace nad wdrożeniem technologii Prace Fritza Habera 2 lipca 1909 rok prezentacja pierwszej instalacji laboratoryjnej do syntezy amoniaku reaktor zawierał 98 g osmu i pracował pod ciśnieniem 175 barów (17,5 MPa) instalacja wytwarzała 80g NH 3 /h

Schemat syntezy Habera

Prace nad wdrożeniem technologii WARUNKI WDROŻENIA Opracowanie efektywnego katalizatora Skonstruowanie wysokociśnieniowego reaktora przemysłowego (200 barów) Otrzymanie czystego gazu syntezowego

Prace nad wdrożeniem technologii r. 1910:- pierwsze próby reaktora (p=100bar, T=600 o C) i pierwsze niepowodzenia zniszczenie reaktora na skutek odwęglania stali i korozji wodorowej! r. 1911:- rozwiązanie problemu, zastosowanie podwójnego płaszcza reaktora Carl Bosch r.1913:- w Oppau (Niemcy) uruchomienie pierwszej instalacji średnica reaktora 0,3 m katalizator żelazowy 300 kg produkcja 3-5 ton/dobę Około 10 reaktorow, łaczna produkcja 30 ton/dobę

Prace nad wdrożeniem technologii r.1917: - druga instalacja w Leuna k. Lipska 230 ton/dobę r.1937: -światowa produkcja amoniaku 755 000 ton/rok (72% produkuje Oppau i Leuna) r.1968: - 370 instalacji syntezy NH 3 na świecie produkujących 15 000 000 ton/rok Stan obecny około 150 000 000 ton/rok

Postęp w wielkości instalacji przemysłowych syntezy NH 3 rok 1926 1932 1938 1955 1965 1968 1973 1985 1998 2008 wydajność [ton/dobę] 3 30 100 200 325 600 1360 1500 2000 3000 rozmiary reaktora [m] średnica wysokość 0,45 6,5 0,70 13,0 0,85 14,0 1,20 12,0 1,20 18,0 1,65 15,0 2,40 24,7 3,00 30,0

Proces Habera-Boscha Fritz Haber (1868 1934) 1911r. dyrektor Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii im. Cesarza Wilhelma 1918r. Nagroda Nobla za badania nad syntezą amoniaku Carl Bosch (1874-1940) 1919r. stanowisko prezesa zarządu BASF 1931r. Nagroda Nobla za osiągnięcia w technologii wysokich ciśnień

Równowaga w układzie H 2 -N 2 -NH 3 3H 2 + N 2 = 2NH 3 H 298 = - 46 kj/mol K = a *2 a NH 3 *3 * H a 2 N 2 a * i aktywność ciśnieniowa składnika i w mieszaninie równowagowej * * ai = xi ϕi p x * i równowagowy ułamek molowy składnika i p ciśnienie ogólne w układzie ϕ i współczynnik aktywności składnika i, zależny od ciśnienia i składu mieszaniny K = K p K ϕ

Charakterystyka termodynamiczna układu H 2 -N 2 -NH 3 x p 1 >p 2 >p 3 1 p 3 p 2 p 1 0 T

Zależność równowagowej zawartości amoniaku od ciśnienia w różnych temperaturach dla H 2 :N 2 = 3:1

Równowagowa zawartość amoniaku w funkcji temperatury 75% H 2, 25 % N 2, 0% inertów 67,5% H 2, 22,5 % N 2, 10% inertów 60% H 2, 20 % N 2, 20% inertów

Równowagowa zawartość NH 3 od γ = H 2 :N 2 T = 500 o C

Schemat wysokociśnieniowej instalacji syntezy amoniaku Strumień gazu wydmuchowego NH 3 NH 3 NH 3

Ważniejsze parametry technologiczne Wydajność Ciśnienie starsze instalacje nowsze instalacje Temperatura w reaktorze - do 1500 ton/dobę - 200-300 bar - 130-150 bar - 400-500 o C Zawartość NH 3 na wylocie z reaktora - ok. 15%

Istotne elementy jednostki syntezy NH 3 doprowadzanie świeżego gazy syntezowego wydzielanie amoniaku purge gas reaktory

Wprowadzanie gazu świeżego do obiegu Schemat węzła syntezy amoniaku - gaz świeży wprowadzany jest bezpośrednio przed reaktorem; 1 - reaktor, 2 - pompa obiegowa, 3 - chłodnica wodna, 4 - wymiennik ciepła, 5 - chłodnica amoniakalna, 6 separatory

Wprowadzanie gazu świeżego do obiegu Schemat węzła syntezy amoniaku - gaz świeży wprowadzany jest za reaktorem; 1 - reaktor, 2 - pompa obiegowa, 3 - chłodnica wodna, 4 - wymiennik ciepła, 5 - chłodnica amoniakalna, 6 separatory

Wprowadzanie gazu świeżego do obiegu Schemat węzła syntezy amoniaku - gaz świeży wprowadzany jest za pompą obiegową; 1 - reaktor, 2 - pompa obiegowa, 3 - chłodnica wodna, 4 - wymiennik ciepła, 5 - chłodnica amoniakalna, 6 separatory

Wydzielanie amoniaku z układu Chłodnice wodne Chłodnice amoniakalne

Purge gas Gaz wydmuchowy (resztkowy) Składniki inertne w gazie syntezowym Ar, CH 4 < 1% Kumulacja gazów inertnych dziura w instalacji - (10% uchylenia zaworu w stosunku do gazu doprowadzanego do instalacji) Odzysk purge gazu Woda amoniakalna Gaz opałowy Odzysk wodoru

Reaktory do syntezy amoniaku Odprowadzanie ciepła z miejsca reakcji: przez wbudowanie w złoże katalizatora wymiennika ciepła w postaci rurek, którymi płynie gaz świeży przed dojściem do miejsca reakcji, ogrzewając się, a tym samym chłodząc złoże przez dostrzyk chłodnego świeżego gazu do złoża katalizatora przez umieszczenie w złożu katalizatora przeponowych chłodnic wodnych lub powietrznych

Reaktory do syntezy amoniaku Reaktor do syntezy amoniaku, o osiowym kierunku przepływu, według projektu TVA (Tennessee Valley Authority USA)

Reaktory do syntezy amoniaku S x I II III III II E I M P T z T

Reaktory do syntezy amoniaku Półkowy konwertor firmy Kellogg z przeponowym chłodzeniem międzystopniowym

Reaktory do syntezy amoniaku szybkość reakcji syntezy NH 3 [jedn. umowne] 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 przeciętna średnica ziarna katalizatora [mm]

Reaktory do syntezy amoniaku Horyzontalny reaktor Kellogga

Reaktory do syntezy amoniaku Reaktor radialny (Topsoe)

Reaktory syntezy amoniaku Wylot gazu Wlot gazu zimnego Reaktor Hennela Wymiennik ciepła Naczynie ciśnieniowe Katalizator Wlot gazu zimnego Główny strumień gazu syntezowego

Ważniejsze modyfikacje we współczesnej technologii oczyszczanie gazu syntezowego na sorbentach odzysk argonu i wodoru z gazu resztkowego (purge gas) zastosowanie turbosprężarek zamiast kompresorów tłokowych zastosowanie wydajnych reaktorów katalitycznych pracujących na drobnym ziarnie

Tendencje Zmniejszenie energochłonności procesu poprzez: Obniżenie ciśnienia w instalacji do poziomu 6 9 MPa Zastosowanie nowego katalizatora Zmiana sposobu separacji amoniaku