Химия

 


 

Производство

Сырье и энергия
Сера и серная кислота
Связанный азот
Удобрения и химикаты
Силикаты
Кислоты щелочи хлор
Металлы
Алюминий
Чугун и сталь
Полупроводники
Топливо
Органический синтез
Синтетические соединения



Яндекс.Метрика

Фиксация атмосферного азота

Попытка связывания атмосферного азота в промышленном масштабе впервые была осуществлена в конце XIX в. путем взаимодействия его с карбидом кальция, с образованием цианамида кальция (цианамидный метод):
CaCe-fNa=CaCN,-fC+70500 кал.
Реакция эта осуществляется в специальных печах при т = 1000— 1100°С. Для ускорения процесса азотирования в шихту добавляют CaF2 (до 2%) и СаС12 (до 2%).
При взаимодействии цианамида кальция с водяным паром (при Г>160°С и Р Ц 3 am) образуется аммиак:
CaCN2-f 3H20=CaC03-f 2N Н3.
Первые опытные заводы фиксации атмосферного азота по цианамидному способу начали строиться с 1901 г., а в 1905 г. в Италии было осуществлено производство CaCN2 по этому способу в крупном масштабе. Промышленное получение этим способом цианамида кальция для различных потребностей его в народном хозяйстве не утратило своего значения до настоящего времени.
Одновременно с цианамидным способом изыскивались методы синтеза окиси азота непосредственным связыванием азота с кислородом воздуха (дуговой метод):
N<H-Oa^2NO—43 200 кал.
Реакция эта осуществляется при высоких температурах (порядка 3000—4000°С) в дуге Петрова с выходом окиси азота всего лишь около 2%.
Первый опытный завод фиксации атмосферного азота по дуговому способу был построен в 1901 г. на Ниагаре (Северная Америка), а в 1905 г. в Норвегии было осуществлено производство окиси азота сжиганием воздуха в промышленном масштабе. Образующаяся при этом окись азота окисляется до N02, которая поглощается водой, а затем известковым молоком:
4N0+302+2Ca(0H)a->2Ca(N03)2+2H20.
Азотнокислый кальций под наименованием кальциевой или норвежской селитры применяется в качестве удобрений. Это наименование «норвежская селитра» сохраняется и до настоящего времени, хотя дуговой способ фиксации атмосферного азота в связи с развитием синтеза аммиака совершенно утратил свое значение.
Наряду с цианамидным и дуговым методами делались попытки осуществить реакцию непосредственного соединения азота с водородом (аммиачный метод фиксации атмосферного азота). Однако
эти попытки в течение длительного времени практических результатов не давали, так как было установлено, что уже при температуре 400°С и атмосферном давлении аммиак на 99,56% разлагается на азот и водород, а выше 500°С это разложение протекает практически полностью. Следовательно, если бы при синтезе NH3 из элементов при температуре 400°С и давлении 1 am и удалось достигнуть равновесия, то выход NH3 при этом (максимальный) оказался бы равным только 0,44%. Однако в 1884 г. французским ученым Ле Шателье было установлено, что сколь угодно больших выходов NH3 можно достичь за счет увеличения давления при синтезе, так как реакция образования аммиака из элементов протекает с уменьшением объема (см. табл. 5 и рис. 27).
В 1901 г. Шателье впервые была сделана попытка осуществить синтез аммиака под высоким давлением на полузаводской установке. Однако вследствие технического несовершенства произошел взрыв этой установки, после чего потребовалось свыше десяти лет для подбора катализаторов и освоения техники высоких давлений при осуществлении синтеза аммиака в заводских условиях. При этом из исследованных (свыше тысячи) Катализаторов наиболее эффективным оказалась закись-окись железа Fe80*, активированная (промотированная) окислами алюминия и калия (А1203 и К20), которая в контактном аппарате восстанавливается до железа.
Примечание. Более активными, чем промотированное железо, оказались уран и осмий. Однако вследствие дороговизны эти катализаторы промышленного применения не нашли. Другие изученные катализаторы (Pt, W, Mn, Ru, Mo, V и различные их сплавы) оказались менее активными, чем железо.
Первая промышленная установка по синтезу аммиака производительностью 20—25 т NH3 в сутки была построена в 1913 г. в Германии. Синтез на этой установке осуществлялся под давлением 200—225м. и при температуре около 550°С; время пребывания газов в зоне контактов составляло менее 1 сек., выход аммиака при этом равнялся 8—9%. В 1914—1916 гг. производительность этой установки была доведена до 400 т аммиака в сутки. В 1916 г. в Германии был построен второй завод синтетического аммиака с ежесуточной производительностью 1500 т NH3; режим работы контактных аппаратов на этом заводе был тот же, что и на первой установке.
Впоследствии в различных странах были построены установки по синтезу аммиака с низким (100ам) и высоким (700—800 и 1000ам) давлением.
В СССР первый завод по синтезу аммиака начал работать в 1927 г. со следующим режимом контактирования: давление 700— 750ам.; температура — около 500°С; выход аммиака — 30—35% от теоретического; продолжительность контактирования — десятые доли секунды. В дальнейшем в СССР аммиачные установки строились со средним давлением (250—300ам).
С разрешением вопроса о синтезе аммиака соотношение в использовании сырьевых ресурсов азота резко изменилось.



Меню раздела

Фиксация атмосферного азота
Производства аммиака синтетическим способом
Производство азота
Очистка воздуха
Устройство ректификационной колонны
Основы процесса синтеза аммиака
Промышленные установки синтеза аммиака
Синтез аммиака при среднем давлении
Синтез аммиака при высоком давлении
Производство азотной кислоты
Получения синтетической азотной кислоты
Переработка нитрозных газов в азотную кислоту
Взаимодействия двуокиси азота с водой
Производство синтетической азотной кислоты под атмосферным давлением
Производство синтетической азотной кислоты при давлении 6—8.
Прямой синтез концентрированной азотной кислоты
Концентрирование азотной кислоты


 

© 2011 Химическая промышленность
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.