TEHNOLOGIA AMONIACULUI

8/13/2019 TEHNOLOGIA AMONIACULUI

http://slidepdf.com/reader/full/tehnologia-amoniacului 1/29

UNIVERSITATEA TEHINCĂ DIN CLUJ-NAPOCA

CENTRUL UNIVERSITAR NORD DIN BAIA MARE

FACULTATEA DE ŞTIINȚESPECIALIZAREA CHIMIE

TEHNOLOGIA AMONIACULUI

Coordonator: Șef lucr ări.dr. MIHALI CRISTINA



- I ntr oducere-

-Prezentarea generală a materialului-

• Amoniacul este unul dintre cele mai importante produse industriei chimice de bază, datorită multiplelor saleîntrebuinţări, atât ca produs finit cât şi ca produsintermediar. Amoniacul se găseşte în aer numai în urmerezultând prin putrezirea substanţelor organice care conţazot. Sub formă de săruri de amoniu se află în pământ; sacţiunea bacteriilor şi a oxigenului din aer, sărurile deamoniu sunt oxidate la azotaţi.



-Istoricul cunoașterii materialului -

• În 1795 Hildebrand a încercat fărăsuccess, să obţinăamoniac prin sinteză directă din azot şi hidrogen,deoarecefără catalizator reacţia era prea lentă. Prima fabrică de

amoniac a fost construită în 1906, în Italia pe baza procedeului Frank-Caro de fixare a azotului de către carbude calciu,care prin hidroliză, duce la amoniac, potrivitreacţiilor:

• CaO +3C→CaC 2+CO • Ca 2C+N 2 →CaCN 2+C • CaCN 2+3H 2O→CaCO 3+2NH 3



• Au urmat alte fabrici similare în Germania, Canada S.U.A. pentru producerea amoniacului necesar la obţineexplozivilor,dar odată cu sfârşitul primului război mondiacest procedeu foarte costisitor a fost abandonat. La 9septembrie 1913 se dădea în funcţiune prima fabrică de

obţinere a amoniacului prin sinteză, laOppau, în Germania cu o producţie de 30 t/zi. Instalaţia a fost construită decatrefirma B.A.S.F. pe baza cercetărilor efectuate de către Ha Nernst, Le Chatelier, Le Rossignol, van Ort, Mittasch. C

Bosch, de la B.A.S.F., a înfiinţat şi încurajat cercetărilecoordonatede către Haber, de aceea procedeul a rămas înistoria industriei chimice sub numele de procedeul Haber-

Bosch .



• Procedeul a fost preluat şi perfecţionat de mai multefirme (Claude, Frauser, N.E.C., etc.),dar până prin anii 195 progresele tehnologice au fost lente. O generaţie nouă defabrici de amoniac sintetic este inaugurată de cătreAmerican OilCompany care construiește în 1963, în Tex

o instalaţie de 600t/zi, cu un singur reactor. Apoi s-a trecutla linii de 1000-1500t/zi, cu compensoare centrifugale.• Sinteza este singura metodă utilizată astăzi pentru

obţinerea industrială a amoniacului, cu excepţia unorcantităţi reduse rezultate în cocserii.



-Producţia şi tendinţele pieţii -

- Producţia şi tendinţele pieţii în România-•

S-a constatatcă producţia de amoniac din ţara noastră acrescut intr-un ritm înalt, în special după anul 1965, cândînceput să se construiască instalaţii mari, de înaltătehnicitate.

-Producţia şi tendinţele pieţii mondiale • Creşterea consumului de îngrăşăminte a determinat şi

sporirea producţiei de amoniac. În ,,Analiza proiectului studiu mondial asupra industriei de îngrăşăminte din anu1975 până în anul 2000 “, document elaborat în cadrulOrganizaţiei Naţiunilor Unite, se arată că este de presupcă toate îngrăşămintele azotoase vor fi derivate din amoşi că toate uzinele ce se vor construi vor avea capacităţi peste 1000t/zi.



- Metode de obţinere -

• Amoniacul se găseşte în cantitate mică în natură, ca rezultat alfermentaţiei unor substanţe organice cu azot.

•

În laborator amoniacul poate fi preparat uşor: Din săruri de amoniu şi baze tari, la încălzire uşoară: NH4Cl + NaOH→ NH3 + NaCl + H2ODin azoturi ale metalelor alcalino - pământoase cu apă:

Mg3 N2 + 6H2O → 2NH3 + 3 Mg(OH)2 • Industrial amoniacul se obţine prin:

Valorificarea apelor amoniacale rezultate de la cocsificareacărbunilor. Cărbunii de pământ conţin 0,5 – 1,5% azot, sub formăde combinaţii organice. Circa 25% din acest azot se transform ladistilarea uscată în amoniac şi trece în gaz, restul se transformazot molecular. Amoniacul din gaz se regăseşte dizolvat în „apamoniacale”, împreună cu H2S, HCN şi alte impurităţi de care aptrebuie separat;Descompunerea cianamidei de calciu.



• Carbura de calciu (obţinută într -un cuptor electric prinîncălzirea unui amestec de var şi cocs) se combină cu azo800 – 900oC, în reacţie exotermă, sub influenţa catalitică a

clorurii de calciu, dând naştere la cianamida de calciu: CaO +3C→CaC 2+CO Ca 2C+N 2 →CaCN 2+C

• Cianamida sehidrolizează cu vapori de apă sub presiune dânamoniac şi carbonat de calciu:CaCN 2+3H 2O→2NH 3 + CaCO 3

• Principala metodă de producere industrială a amoniacului

poartă numele de proces Haber şi constă în combinarea dia azotului cu hidrogenul la presiuni mari (sute de atmosfeîn prezenţa unui catalizator (de obicei Fe, care poate conţimolibden pentru creşterea activităţii catalitice).



• Gazele reactante trebuie să fie foarte pure pentru preveni „otrăvirea” catalizatorului.

• Reacţia dintre azot şi hidrogen decurge dupăurmătoarea ecuaţie: N2 + 3H2 2 NH3 + 22 kcal (la 20oC)

•

Studiul acestei reacţii reversibile arată cărandamentele cele mai mari în amoniac (11%) seobţin la presiuni mari (300atm) şi temperaturi câtmai scăzute. Cum însă viteză de reacţie este mulredusă prin scăderea temperaturii reacţia necesităcatalizatori şi o temperatură de lucru între 200-500oC pentru ca procedeul să devină aplicabil şieconomic.



• Echilibrul descompunerii termice a amoniacului a fostudiat de chimistul german Fritz Haber care, pe bazcalculului termodinamic al variaţiei constantei deechilibru cu temperatura şi presiunea, a stabilitcondiţiile optime de reacţie (Premiul Nobel în 1919 pentru sinteza amoniacului).

• Materiile prime folosite sunt azotul şi hidrogenul,amestecate în proporţia cerută de reacţie. Aceste gazobţin pe căi diferite:

• Azotul se obţine din aerul lichid, prin distilarefracţionată, sau prin consumarea oxigenului cu uncombustibil oarecare (ardere cu metan);

•

Hidrogenul poate fi obţinut pe cale electrolitică (prielectroliza soluţiilor de clorură de sodiu sau a apei) mai frecvent din metan, a cărui oxidare parţială se facu vapori de apă, cu amestec vapori de apă + oxigen

cu oxigen tehnic.



• Procesul tehnologic de fabricare a amoniacului cuprindedouă etape şi anume: -obţinerea amestecului gazos de azot şi hidrogen, care s

poate face:indirect – cele două componente individuale rezultadin diferite procese se amestecă în raportul 1:3;

direct – prin prelucrarea unor materii prime ca: gazenaturale, hidrocarburi lichide, gaze reziduale dinindustria chimică şi petrochimică, gaze de cocseriecărbuni.

-sinteza propriu-zisă, conform reacţiei: N2 + 3H2 2 NH3

• Randamentul este favorizat de creşterea presiunii şi

scăderea temperaturii.



• Sunt cunoscute şi se aplică industrial mai multe procede

care se deosebesc prin parametri de lucru ai coloanei desinteză.

• După presiunea de lucru se deosebesc: - procedee care lucrează la presiuni joase, 80 – 100 atm; sunt

foarte puţin răspândite; - procedee la presiuni medii: 150 – 300 atm; procedeul Haber – Bosch – Germania, Montecatini – Italia, Kellog – SUA;

- procedee la presiuni înalte, 700 – 1000 atm: Casale – SUA,Claude – Franţa.



- Procedee de obţinere - • Fabricarea amoniacului • Industrial, amoniacul se obţine prin sinteză directă din

elemente, în prezenţă de catalizatori: N2 + 3H2 2 NH3 ΔH= -46,1KJ/mol

• Pentru obţinerea hidrogenului necesar sintezei amoniacu

se utilizează, de regulă, hidrocarburi lichide şi gazoase; asemenea, se mai pot utiliza gaze de cocserie şi gaze derafinărie.

• Pe plan mondial cea mai importantă sursă de hidrogen oconstituie gazul metan. În ţara noastră, acesta constituiesingura materie primă utilizată pentru sinteza amoniacu

• Azotul se obţine din aer prin consumarea oxigenului înt-un

proces de ardere.

P l l i î d b i ii l i d



• Prelucrarea metanului în vederea obţinerii amestecului dehidrogen şi azot se realizează în mai multe faze şi anume:

1) Purificarea gazului metan.2) Obţinerea amestecului brut de gaze conţinând hidrogen şi

azot.3) Purificarea amestecului brut de gaze.4) Sinteza amoniacului.• Purificarea gazului metan constă în eliminarea compuşilo

sulf, care constituie o otravă pentru majoritatea catalizatoutilizaţi în diversele faze ale procesului de obţinere aamoniacului.

• Amestecul brut de gaze se obţine prin oxidarea parţială ametanului cu diverşi agenţi de oxidare (vapori de apă, oxidioxid de carbon). În acest amestec de gaze se introducecantitatea necesară de aer, astfel încât după consumareaoxigenului (în procesul de ardere a unei părţi din hidrogenrămâne azotul necesar sintezei amoniacului. În continuare

oxidul de carbon este convertit în dioxidde carbon şi hidrogecu ajutorul vaporilor de apă.



• Purificarea amestecului brut de gaze are drept scop

eliminarea oxidului şi bioxidului de carbon. Oxidul decarbon constituie o otravă pentru catalizatorii utilizaţi însinteza amoniacului, în timp ce acumularea bioxidului decarbon duce la scăderea presiunii parţiale a reactanţilor, provocând astfel micşorarea randamentului procesului dsinteză a amoniacului.

• În figura1 este prezentată schema generală, cuprinzândfazele procesului de obţinere a amoniacului. Pentru

obţinerea amestecului pur de hidrogen şi azot sunt necesareo serie de operaţii preliminare, care complică procesul şmăresc totodată şi consumul de utilităţi (apă, reactivi,energie).



• Fazele procesului de obţinere a amoniacului(Fig.1)

F i i fl ă l h l i



-Factori care influentează procesul tehnologic -

• a) Factori economici: scopul final al analizei unui proces estealegerea variantei care necesită cheltuieli minime de investiţii

materiale,astfel încât să rezulte un beneficiu maxim. Pentru acetrebuie luaţi în considerare foarte mulţi factori. Presupunând cgazul de sinteză purificat este disponibil cu o anumită compozşi presiune, factori care determină eficienţa unui ciclu de sintesunt: presiunea de la sinteză, numărul de trepte de răcire,

recuperarea căldurii de reacţie la sinteză, viaţa catalizatorului dsinteză şi temperatura de livrare a produsului. • b) Alegerea presiunii de sinteză este problema cea mai

controversată a instalaţiilor mari de amoniac actuală. Cercetăridemonstrat că presiunea de lucru depinde mult de capacitateainstalaţiei, tipul de compresor, etc. astfel pentru instalaţii de 60-1000 t/zi presiunea optimă este de 205-220 atm.

• c) Efectul termic al procesului Qp, este funcţie de capacitatea de producţie, gradul de transformare într -o trecere, presiune şitemperatură.

f



• d) Temperatura de livrare influenţează de asemenea costtotal. La instalaţiile mari este avantajos să se producăamoniac la – 33 oC, atâta timp cât există mijloacele de

stocare atmosferică. În această variantă este necesar doamic compresor pentru a manipula amoniacul evaporatdatorită pierderilor de căldură în sistemul de depozitare,când fabrica nu funcţionează. Furnizarea la temperaturaambiantă necesită un compresor cu piston, pentrumanipularea gazelor de tanc, deci costuri suplimentare.

• e) Viaţa catalizatorului de sinteză influenţează directcheltuielile, în funcţie de capacitatea reactorului. Lainstalaţiile mici reactorul era proiectat pe baza unuicatalizator cu o viaţă de 2 ani. La instalaţiile mari, uncatalizator cu viaţă scurtă (2 ani) permite utilizarea unui

reactor mai mic dar timpul pierdut cu înlocuirea sa este

f) N ă l l d ă i i fl ă fi i



• f) Numărul treptelor de răcire influenţează eficienţainstalaţiei şi este funcţie de presiunea de lucru, debitde recirculare, temperatura apei de răcire, costul

utilităţilor. În cazul în care presiunea de ciclu este mmare şi temperatura apei de răcire este coborâtă nu enecesar un sistem de refrigerare pentru condensareaamoniacului. Când presiunea este joasă sau medie (-

200 atm) iar temperatura de livrare a amoniacului – 33oC, trebuie ales un sistem de refrigerare în mai multetrepte. Pe măsura creşterii numărului de trepteconsumul de energie al compresorului de refrigerare

scade dar cresc investiţiile. De aceea la instalaţiile d peste 1000 t/zi cu presiunea de lucru de 190 atmşitemperatura de livrare de – 33oC, temperatura apei derăcire 32oC, mai mult de 3 trepte de răcire nu se justifică economic.



-Consumuri specifice-• În tabelul 1 sunt prezentate consumurile de energie, abu

apă de răcire, pentru o tonă de amoniac, obţinut din difematerii prime, pe baza tehnologiilor actuale. În anumitecondiţii locale, pot deveni rentabile şi celelalte surse dehidrogen.



-Structura moleculară -

• Molecula de amoniac areformă de piramidă turtită, nucleecelor trei atomi de hidrogen găsindu-se în vârfurile unuitriunghi echilateral, iar nucleul atomului de azot fiind aşdeasupra centrului planului format de aceste nuclee; ungH-N-H este ≈107,8o (fig.2).



- Proprietăţi -

• Amoniacul este ușor solubil în apă la temperatura de 0°C, în

100 ml de apă se dizolvă 90,7 g amoniac, soluție cu un mirosînțepător.• Amoniacul sub formă de gaz într-un amestec între 15,5 - 30 %

cu aerul este exploziv.• La contactul cu suprafețe cu o temperatură de peste 630 °C se

descompune în apă și azot, reacție de descompunere care estcatalizată prin prezența unui metal, care coboară tempratura dedescompunere de la 630°C la 300°C.

• Gazul de amoniac are acțiune caustică în contact cu suprafețumede, fiind iritant al pielii, mucoaselor căilor respiratorii,digestive sau ochilor.

•

O concentrație de amoniac de 0,5% în aerul inspirat producetimp de 30-60 de minute moartea.

• A i l î diţii l t g i l i



• Amoniacul în condiţii normale este un gaz incolor, cu mircaracteristic, puternic, înţepător.

• Amoniacul anhidru-lichid este amoniac gazos comprimat şilichefiat. Amoniacul lichid are la 20oC, o presiune de vaporide 8,5 at. El se conservă în cilindri de oţel. • Amoniacul lichid fierbe la – 33,5oC la presiune normală şi sesolidifică la – 77,7oC. Conţine 82% azot şi 18% hidrogen îngreutate; volumul molecular la 0oC şi 760 mmHg este 22,081masa moleculară 17,032; rezistenţa electrică specifică la 2oCeste 0,05·10-8 /cm.

• Limitele de explozie, pentru amestecurile de amoniac şi asunt: între limitele 15,5 până la 28% vol la 1 at şi temperaturaobişnuită; între limitele 14,5 până la 29,5%vol la 1 at şi

100o

C; între limitele 14 până la 30%vol la 1 at şi 250o

C.• Temperatura de aprindere a amoniacului fiind destul de în917-1000oC, după compoziţia de NH3 -aer (23-57% vol),amoniacul anhidru, în condiţii de lucru poate fi consideratcomprimat neinflamabil.

b l ă l



-Acţiune biologică. Toxicitate. Poluare -

• Amoniacul este un gaz incolor, cu miros înţepător, care irită

pielea, ochii şi căile respiratorii. Este toxic şi exploziv. Miro puternic îl face detectabil însă la concentraţii foarte mici, de ppm, avertizând astfel organismul care poate rezista destul dmult timp la concentraţii de 200-300 ppm. Peste aceste

concentraţii se irită puternic nasul, ochii, cavitatea bucală, asalivaţia, transpiraţia. La peste 700 ppm poate produce orbirea,dacă nu se tratează imediat, la 2000 ppm produce arsuri şi iritaţiale pielii şi chiar edem pulmonar la 3000 ppmşi moartea prin

sufocare în scurt timp.• În cazul leziunilor la ochi, fenomenele de inflamare şi ir

apar abia după 24 ore, putând provoca pierderea parţialătotală a vederii.

P t ţi t g l d i f ă ti t filt



• Protecţia contra gazelor de amoniac se face cu măşti cu cartuş filtsau cu măşti izolante, în cazul unor concentraţii mai mari.

• Amoniacul arde în aer la concentraţii de 16-25%,iar în oxigendomeniul este 15-79%. Asemenea amestecuri pot da explozii, deşiamestecul amoniac-aer se aprinde greu, la peste 600oC. Contra focului provocat de amoniac, se utilizează dioxid de carbon, extinctorul cspumă sau cu apă.

• Amoniacul este depozitat şi transportat în stare lichidă, obţinut as prin comprimarea şi răcirea gazului. Deoarece amoniacul lichid a presiune de vapori mare, chiar la temperatură obișnuită (P NH3=10,485atm la 300 K) containerele de înaltă presiune se utilizează numai cantităţi mici saumedii.Lacantităţi mari, amoniacul se transportă şi

depozitează la temperatura de-30oC la presiune atmosferică, vaporiifiind readuşi în lichid.

• Amoniacul uscat, lichid sau gaz, nu este coroziv pentrumajoritatea materialelor. Umiditatea îl face agresiv faţă de metale ca:

argint, zinc, cupru. Cu mercurul poate forma compuși explozivi.

Utiliz ări



-Utiliz ări-

• Amoniacul este unul dintre cele mai importante produse aleindustriei chimice de bază, datorită multiplelor sale întrebuiatât ca produs finit cât şi ca produs intermediar.

• Cea mai mare parte din producţia de amoniac (circa 85%) seutilizează în industria fertilizanţilor, fie direct, fie ca materie primă pentru alte produse cum sunt: ureea, azotatul de amonfosfaţii de amoniu, sulfatul de amoniu, îngrăşăminte lichide compuse, etc.

• În cantităţi mai mici, amoniacul se utilizează la obţinereaacidului azotic, a acrilonitilului, explozivilor, hidrazinei,amidelor, cianurii de sodiu, a unor coloranţi şi medicamente precum şi în industria petrochimică, industria hârtiei, industmetalurgică şi cea frigorifică.

• În ultimul timp utilizarea amoniacului s-a extins şi în domeniul pilelor de combustie, la cercetările meteorologice, geologiceoceanografice, precum şi la obţinerea unor gaze bogate înhidrogen, folosite la recoacerea oţelurilor aliate, sintetizarea pulberilor de fier, etc.



• Amoniacul sintetic reprezintă produsul intermediar prin

azotul atmosferic este legat într-o formă reactivă,produs din

care se obţin apoi toţi compuşii cu azot, inclusiv protein(peste 90% din producţia compuşilor cu azot). • Amoniacul lichefiat se întrebuinţează în fabricile de ghe

artificială, deoarece amoniacul lichid se evaporă cu răci puternică.

• Soluţiile diluate dehidroxid de amoniu sunt folosite înlaboratoare chimice şi în industrie ca unul dintre cei ma

importanţi reactivi, în medicină ca activator al sistemulunervos şi contra intoxicaţiilor alcoolice, iar în gospodărispălarea rufelor şi la curăţatul petelor de grăsime.

Bibli g fi



-Bibliografie-

• C. Hagiu, C. Calistru,Tehnologia produselor şi

îngrăşămintelor cu azot , partea I – Tehnologia amoniacului ,Iaşi, 1977. • C. Calistru, C. Leonte, C. Hagiu, I. Siminiceanu,Tehnologia

îngrăşămintelor minerale. Îngrăşăminte azotoase, vol. III,

Iasi 1979.• N. Ionescu, Fabricarea amoniacului, a acidului azotic şi a

îngrăşămintelor cu azot , Editura Tehnică, Bucureşti, 1955 • C. Calistru, C. Leonte,Tehnologia îngrăşămintelor

minerale , vol. I – Îngrăşăminte azotoase, Editura Tehnică,Bucureşti, 1984. • M. Macoveanu, I. Curievici, Bazele tehnologiei chimice , vol

IV, Iaşi, 1983.



• Realizator:UNGUR SORIN GABRIEL

Date post:	04-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	sorin-gabriel
View:	241 times
Download:	0 times

TEHNOLOGIA AMONIACULUI

Documents