Amonjaka ražošana
Slāpekļa nozare šodien ir viena no vadošajāmnozares. Amonjaka izmantošana ir izplatījusies saldēšanas iekārtās (R717, dzesētājs), medicīnā (amonjaka šķīdums vai amonjaka spirts), lauksaimniecībā (mēslošanas līdzekļi).
Galvenā uzmanība tiek pievērsta slāpekļa mēslošanas līdzekļu (un līdz ar to arī to bāzēm, ieskaitot amonjaku, kuras pieprasījums pēdējo divdesmit gadu laikā ir pieaudzis par 20%).
Bet amonjaka ražošana, pirmkārt, atšķiras ar lielu enerģijas intensitāti. Visa šīs ražošanas vēsture ir cīņa par izmantoto enerģiju (mehāniskā, siltuma, elektriskā) pazemināšanu.
Sintēze par amonjaku atklāj formulu:
N2 + 3H2 = 2NH3 + Q
Reakcija ir eksotermiska, atgriezeniska, samazināsapjoms. Tā kā reakcija ir eksotermiska, temperatūras pazemināšanās novirza līdzsvaru uz amonjaka veidošanos, tomēr reakcijas ātrums ievērojami samazināsies. Amonjaka ražošanai vajadzētu būt augstā temperatūrā (sintēze notiek pie 500 grādiem pēc Celsija). T palielinājums novedīs pie reversās reakcijas. Spiediens no 15 līdz 100 MPa ļauj novērst temperatūras ietekmi (zems spiediens - no 10 līdz 15 MPa, vidējais spiediens - no 25 līdz 30 MPa, augsts spiediens - virs 50 MPa). No tiem vidējais ir vēlams.
Katalizators ir dzelzs sūklis ar kalcija, silīcija, kālija, alumīnija oksīdu piedevām.
Kaitīgi piemaisījumi (oglekļa oksīds, ūdens,sērūdeņradis) negatīvi ietekmē reakcijas ātrumu, katalizatora saindēšanu, tādējādi samazinot tā aktivitāti un samazinot ekspluatācijas laiku. Tas nozīmē, ka sērūdeņraža maisījums obligāti jāveic rūpīgai tīrīšanai. Bet pat pēc attīrīšanas tikai daļa no šī maisījuma kļūst par amonjaku. Tādēļ atlikušo neiesaiņoto frakciju atkal nosūta reaktoram.
Kā ražo amonjaku?
Cauruļvads tiek piegādāts ar jau sagatavotu maisījumutrīs daļas ūdeņradis un viens slāpeklis. Tas iet caur turbokompresoru, kur tas saspiež līdz iepriekš norādītajam spiedienam un tiek nosūtīts uz sintēzes kolonnu ar katalizatoru uz iebūvētajiem plauktiem. Kā zināms, šis process ir ļoti eksotermisks. Slāpekļa-ūdeņraža maisījums tiek uzkarsēts, attīstoties siltumam. No kolonnas rodas apmēram 25 procenti amonjaka un nereģistrēta slāpekļa ar ūdeņradi. Visu sastāvu iepilda ledusskapī, kur maisījumu atdzesē. Amonija zem spiediena kļūst šķidra. Tagad darbā tiek atdalīts separators, kura uzdevums ir atdalīt amonjaku kolekcijā apakšā un nereaģētam maisījumam, ko cirkulācijas sūknis atdod atpakaļ uz kolonnu. Sakarā ar šo cirkulāciju slāpekļa-ūdeņraža maisījums tiek izmantots par 95 procentiem. Šķidrais amonjaks caur amonjaka cauruļvadu nonāk īpašā noliktavā.
Visas ierīces, ko izmanto ražošanā,maksimālais hermētisks, kas novērš noplūdi. Izmanto iekšpusē notiekošo eksotermisko reakciju enerģiju. Shēma ir slēgta, mazu atkritumu daudzums. Izmaksas tiek samazinātas nepārtraukti un automatizēti procesā.
Amonjaka ražošana nevar ietekmēt tikaivide. Gāzu emisijas ir neizbēgamas, tostarp amonjaks, oglekļa un slāpekļa oksīdi un citi piemaisījumi. Tiek atbrīvota zemas kvalitātes siltums. Pēc dzesēšanas sistēmu mazgāšanas un paša reaktora ūdens tiek atbrīvots.
Tāpēc amonjaka ražošana irietver katalītisku tīrīšanu ar gāzi samazinošu līdzekli. Samazināt notekūdeņu daudzumu var panākt, nomainot virzuļu kompresorus ar turbokompresoriem. Zemu potenciālo siltumu var izmantot, ieviešot augstu potenciālo siltumu. Tomēr tas palielinās piesārņojumu ar dūmgāzēm.
Enerģētikas tehnoloģiskā shēma, kas ietver kombinētā cikla ciklu, kurā izmanto gan tvaika siltumu, gan sadegšanas produktus, vienlaicīgi palielinās ražošanas efektivitāti un samazina emisijas.
