Аммиак получение в промышленности: Получение аммиака в лабораторных условиях

Производство аммиака в ЕГЭ по химии

Тема кодификатора ЕГЭ по химии: Общие научные принципы химического производства на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола.

В этой статье мы рассмотрим принципы химического производства на примере получения аммиака в объеме, достаточном для решения заданий по этой теме в ЕГЭ по химии.

В промышленности аммиак получают по методу Габера – прямым взаимодействием азота и водорода в реакционной колонне:

N₂    +    3Н₂    ⇄    2NH₃

Реакция азота с водородом обратимая, экзотермическая, гомогенная (газофазная). Для увеличения выхода аммиака необходимо смещать равновесие в сторону продукта. Согласно принципу Ле-Шателье, для смещения равновесия вправо в данной реакции необходимо повышать давление и понижать температуру. Однако низкая температура уменьшит скорость реакции.

Поэтому для повышения скорости реакции температура в процессе поддерживается все-таки высокой, 500-550^оС и в присутствии катализатора.

А для смещения равновесия применяют очень высокие давления 15-30 МПа.

В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Рассмотрим процессы, протекающие на разных участках производства аммиака:

1 этап. Трубопровод. В трубопровод подается предварительно подготовленная азотно-водородная смесь (N₂:Н₂=1:3) в соотношении 1 к 3.

2 этап. Турбокомпрессор. Турбокомпрессор используется для сжатия исходной смеси газов с целью повышения давления. Синтез аммиака проводится при очень высоком давлении (15-30 МПа, или 150-300 атм).

3 этап. Колонна синтеза. В колонне синтеза (контактном аппарате) производится синтез аммиака. Азотно-водородная смесь продавливается через  полки с катализатором. Процесс синтеза протекает обратимо (т.е. частично) и является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла. Часть выделяющегося тепла расходуется на нагревание поступающей азотоводородной смеси с помощью теплообменников. Смесь, выходящая из колонны синтеза в холодильник, состоит из аммиака (20-30%) и не прорегировавших азота и водорода.

4 этап. Холодильник. В холодильнике реакционная смесь, которая выходит из колонны синтеза, охлаждается и направляется на дальнейшее разделение в сепаратор.

5 этап. Сепаратор. После прохождения холодильника температура реакционной смеси значительно снижается, и аммиак переходит в жидкую фазу. В сепараторе происходит разделение реакционной смеси, жидкий аммиак отделяют от азота и водорода и отправляют на склад.

6 этап. Циркуляционный насос. Циркуляционный насос возвращает не прореагировавшую смесь азота и водорода в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаѐтся довести использование азотводородной смеси  (конверсию) до 95%.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Как получают аммиак в промышленности и где используется, какой класс опасности. Читайте в блоге «ТАНТАЛ-Д»

Автор статьи Лебедев Юрий Агафонович

Дата публикации:

01.02.2022

Дата обновления:

18.01.2023

Заместитель директора

Работает в отрасли c 1999 г.

Вещество, распространенное в большей мере в форме резко пахнущего бесцветного газа, и представляющее собой нитрид водорода, широко известно как аммиак. Сферы его применения разнообразны. Химическое соединение используют для изготовления удобрений с азотом, соды, взрывчатых веществ, полимерных составов и иных промышленных продуктов. В жидкой форме вещество применяют как растворитель, в твердой оно представляет собой кубические кристаллы. В его составе один атом азота и три — водорода.

Синтетический аммиак незаменим в производстве азотных удобрений.

Вячеслав Жвирблис

Содержание статьи

1. Производство
2. К какому классу веществ относится аммиак
3. Области применения аммиака
   • в производстве
   • в холодильных установках
   • в медицине
4. Какая формула у аммиака
5. Свойства NH₃
6. Воздействие аммиака на физиологию
7. Некоторые факты об аммиаке

Длительное воздействие аммиачного газа представляет опасность для человека, потому что вызывает отек легких и угнетение нервной системы. Опасность повышает отсутствие запаха у вещества.

Из этой статьи вы подробнее узнаете о том, где используют аммиак, как его получают в промышленности, как выглядит химическая формула, где используется в медицине, в производстве, к какому классу опасности относится аммиак.

Производство

Ежегодно в мире химические предприятия выпускают порядка 180 миллионов тонн аммиака. Как образуется аммиак? В результате непосредственного соединения водорода и азота, при протекании химической реакции с выделением тепла:

N₂ + 3NH₃ + 91,84 кДж

Наибольший выход аммиака 30% достигается при температуре 500°C и давлении в 350 атмосфер, притом для протекания реакции используют катализатор — пористое железо с оксидом калия. Из чего делают аммиак на производстве, на заводе? Его синтезируют из азота и водорода при высокой температуре. К молекуле двухатомного азота добавляют три двухатомные молекулы водорода.

К какому классу веществ относится аммиак

Согласно классификации ГОСТ 12. 1.007, данное вещество относится к малоопасным веществам и принадлежит к четвертому классу опасности.

Оно хорошо растворяется в воде. В жидкой форме оно почти не проводит ток и сильно преломляет свет. Его запах ощутим, если концентрация аммиачных паров достигает 37 мг/м³.

Области применения аммиака

В производстве

Из аммиака изготавливают азотсодержащие удобрения, полимеры, соду. Его используют как противоморозный компонент строительной смеси, а также для придания аромата цветам без запаха или для изменения их окраски.

В холодильных установках

Где еще используется аммиак? В системах охлаждения. Он служит хладагентом. В том числе с его помощью охлаждают каналы энергоснабжения МКС.

В медицине

Используется для нанесения на поверхность кожи, ингаляций и приема внутрь, для приведения в сознание человека при обмороке. Аммиак применяют при укусах насекомых, невралгии, для повышения давления, для очищения поверхностей, в том числе рук хирурга.

Какая формула у аммиака

Формула вещества — NH₃. Его молекула представляет собой пирамиду, где в основании атомы водорода, а наверху — атом азота.

Свойства NH₃

Аммиак — комплексообразователь. Его раствор, известный как нашатырь, обладает слабощелочной реакцией. При взаимодействии с кислотами, производит соли аммония. Вещество также слабая кислота. Взаимодействуя с металлами, оно образует соли.

Аммиачные растворы амидов — проводники тока. Нагреваясь, аммиак разлагается. Вещество горит в атмосфере кислорода, продукты горения — вода и азот. Хлор и йод под воздействием аммиака формируют взрывчатые вещества. При температуре 1000°C NH₃ реагирует с углем, в результате образуется синильная кислота. Аммиак реагирует и с метаном, продукт реакции тот же.

Воздействие аммиака на физиологию

Для живого организма аммиак опасен своей токсичностью. Он действует удушающе, оказывает нейротропный эффект. При ингаляционном воздействии может провоцировать отек легких, угнетать нервную систему. У вещества местное и резорбтивное действие.

Воздействие паров NH₃ приводит к раздражению слизистой и кожи. Такое раздражение воспринимается рецепторами как резкий запах, проявляется слезотечением, потерей зрения вследствие химического ожога, кашлем, зудом. Если сжиженный аммиак касается кожи, ее обжигает, на ней могут появиться пузыри. Испаряясь, он поглощает тепло, а касаясь кожного покрова при испарении, вызывает обморожение.

На производстве допустима максимальная концентрация аммиака в воздушной массе 20 мг/м³. Предельная среднесуточная концентрация вещества в помещении — 0,04 мг/м³. Допустима разовая концентрация аммиака в воздухе — 0,2 мг/м³. Если нормы превышаются, то в воздухе ощущается запах аммиака.

Когда в воздухе содержится 280 мг/м³, то раздражается зев, 490 мг/м³ — глаза, от 7 г/м³ — кожный покров. Легкие отекают, если аммиак в концентрации 1,5 г/м³ воздействует на человека в течение часа. Если кратковременно воздействовать аммиаком с содержанием в воздухе от 3,5 г/м³, то неизбежны общетоксические поражения.

Хотите получить консультацию?

Позвоните нам по телефону!

+7 (495) 532 17 17 Пн.-Пт. с 9:00 до 18:00, обед с 13:00 до 14.00, Сб. с 9.00 до 15:00

Некоторые факты об аммиаке

• Пары нашатырного спирта (раствора аммиака в воде) могут менять окраску цветов. Лепестки синих оттенков они делают зелеными, насыщенно-красные — чернят.
• Аммиак наполняет облака над Юпитером.
• Не пахнущие в естественной среде цветы после воздействия на них аммиаком источают приятный аромат. К таким цветам относятся астры.
• Нашатырь, взаимодействуя с йодом, образует йодистый азот в виде кристаллов, таким образом проводят химические опыты с наглядными результатами.

Источники:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Аммиак
2. Общая и неорганическая химия. Н. С. Ахметов

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Как образуется аммиак?

При соединении водорода и азота.

Аммиак — это опасное вещество?

По классификации ГОСТ 12. 1.007 это вещество признается малоопасным.

Где применяют аммиак?

Для производства удобрений, полимеров, соды, в холодильных установках, медицине и других сферах.

Как аммиак действует на человека?

Пары аммиака раздражают слизистую и кожу, возможен химический ожог. При длительном вдыхании провоцируют отек легких и удушье.

Если вам понравилась статья, поделитесь ей в социальных сетях

Производство аммиака | CF Industries

Обзор

По своей сути CF Industries является производителем аммиака. Аммиак чаще всего используется как само удобрение или перерабатывается в другие азотные удобрения, такие как гранулированная мочевина и раствор карбамидоаммиачной селитры.

Как и другие производители аммиака, мы используем процесс Габера-Боша, считающийся одним из самых впечатляющих нововведений 20-го века, который синтезирует азот из воздуха с водородом. В дополнение к усовершенствованию семенного материала и совершенствованию методов ведения сельского хозяйства благодаря «зеленой революции» расширение использования азотных и других удобрений резко увеличило производство продуктов питания во второй половине XIX в. 00с. Ежегодный показатель смертности людей от голода во всем мире за десятилетие снизился почти на 99% с 1960-х по 2010-е годы.

Таким образом, наша команда и продукты, которые мы производим, играют непосредственную и огромную роль в обеспечении населения мира достаточным количеством еды. Наше удобрение также ограничивает уничтожение лесов, которые играют роль в компенсации выбросов парниковых газов за счет секвестрации или естественного улавливания углекислого газа (CO2). Аммиак и продукты его переработки также используются для контроля выбросов и других промышленных процессов.

Комплекс по производству аммиака в Дональдсонвилле 6

Завод по производству аммиака в комплексе Дональдсонвиль 6 является крупнейшим заводом по производству аммиака в мире. Завод был введен в эксплуатацию в 2016 году.

Процесс Габера-Боша

Процесс Габера-Боша, также называемый аммиачным процессом Габера, или процесс синтетического аммиака, метод прямого синтеза аммиака из водорода и азота, разработанный немецким физико-химиком Фрицем Габером. Он получил Нобелевскую премию по химии в 1918 году за этот метод, который сделал производство аммиака экономически целесообразным. Метод был преобразован в крупномасштабный процесс с использованием катализатора и методов высокого давления Карлом Бошем, химиком-промышленником, получившим Нобелевскую премию в 1919 г.31 совместно с Фридрихом Бергиусом для исследований высокого давления.

Haber-Bosch был первым промышленным химическим процессом, в котором использовалось высокое давление для химической реакции. Он напрямую соединяет азот из воздуха с водородом при чрезвычайно высоких давлениях и умеренно высоких температурах. Катализатор, изготовленный в основном из железа, позволяет проводить реакцию при более низкой температуре, чем это было бы возможно в противном случае, в то время как удаление аммиака из шихты, как только она образуется, обеспечивает поддержание равновесия, благоприятствующего образованию продукта. Чем ниже температура и выше используемое давление, тем больше доля аммиака в смеси. Для коммерческого производства реакцию проводят при давлении от 200 до 400 атмосфер и при температуре от 400° до 650° C (от 750° до 1200° F). Процесс Габера-Боша является наиболее экономичным для фиксации азота и с модификациями продолжает использоваться в качестве одного из основных процессов химической промышленности в мире.

Источник: Brittanica

CF Industries Среднегодовая валовая мощность по производству аммиака по местонахождению

• Дональдсонвиль (Луизиана) — 4 335 000 тонн (крупнейший комплекс по производству аммиака в мире)
• Medicine Hat (Альберта) — 1 230 000 тонн (крупнейший комплекс по производству аммиака в Канаде)
• Порт-Нил (Айова) – 1 230 000 тонн
• Verdigris (Оклахома) — 1 210 000 тонн
• Биллингем (Великобритания) — 590 000 тонн
• Язу-Сити (Миссисипи) — 570 000 тонн
• Кортрайт (Онтарио) — 500 000 тонн
• Вудворд (Оклахома) — 480 000 тонн
• Пойнт Лизас* (Тринидад) — 360 000 тонн

*Совместное предприятие

Для чего используется аммиак — Syzygy Plasmonics

Аммиак (NH ₃ ) — один из наиболее широко производимых промышленных химикатов. Хотя он существует в природе, спрос на аммиак в различных отраслях промышленности намного превышает предложение, которое может поддерживаться органическим разложением и естественными процессами. Между 80 и 90% произведенного аммиака, производимого во всем мире, используется в качестве удобрения. Он также широко используется в качестве экологически чистого хладагента и в системах очистки воды. NH ₃ является ключевым компонентом в производстве пластмасс, текстиля, пестицидов, красителей и многих других предметов домашнего обихода.

Как это делается — Haber-Bosch

Производство аммиака начинается с азота и водорода. Он объединяет два газа с металлическим катализатором при высокой температуре и давлении в так называемом процессе Габера-Боша, разработанном в начале 19 века.00с. Этот процесс сделал возможным промышленное производство аммиака и используется до сих пор.

Проблема в том, что этот процесс основан на тепле… тепле, выделяемом при сгорании. Таким образом, каждый галлон произведенного аммиака также производит вредные выбросы парниковых газов.

Обычные продукты, использующие аммиак

В сельском хозяйстве

Аммиак является важнейшим компонентом аммиачно-нитратных удобрений. Без удобрений, которые восстанавливают питательные вещества в почве, многие культуры, используемые для пропитания мира, пострадают или погибнут. Удобрения на основе аммиака необходимы для поддержания производства продуктов питания для населения мира, поскольку около 50% мирового производства продуктов питания зависит от этих продуктов. Без аммиака люди не только голодают, но и вынуждены платить гораздо больше за еду, которая все еще доступна.

В промышленности, производстве и фармацевтике

Газообразный аммиак поглощает тепло. И делает это очень эффективно. Это делает его эффективным хладагентом, который можно использовать в коммерческих системах охлаждения и кондиционерах. Поскольку это химическое вещество природного происхождения, NH ₃ оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие хладагенты, в случае утечки этих систем охлаждения.

Аммиак обычно используется в муниципальных системах очистки воды для улучшения и продления способности хлора дезинфицировать воду и обеспечивать ее безопасность. Он также снижает количество побочных продуктов хлорирования, которые могут быть канцерогенными.

NH ₃ является неотъемлемой частью производства пластика, взрывчатых веществ, тканей, пестицидов, красителей, резины, бумаги и фармацевтических препаратов. И он даже используется в пищевой промышленности и производстве напитков в качестве стабилизатора.

В качестве топлива

Несмотря на то, что он еще не получил широкого распространения, были достигнуты успехи, предполагающие, что аммиак можно использовать в качестве более чистого источника топлива. Это особенно актуально для морского транспорта, где ограниченное пространство для хранения топлива и дальние поездки без заправочных станций не позволяют использовать водород в качестве альтернативного источника топлива.