Сырье для синтеза аммиака.

В качестве исходной смеси в процессе синтеза аммиака используется азото-водородная смесь. Водород получают конверсией метана

Обе реакции протекают совместно, при этом в целях значительного связывания метана процесс ведут при высоких температурах 1080-1100 К, обеспечивающих практическое смещение равновесия (2) в правую сторону. Процесс ведут в трубчатом реакторе, через межтрубное пространство которого циркулируют горячие топочные газы, образующиеся при горении природного газа в факельных горелках, расположенных в верхней части реактора. С целью форсирования процесса до образования водорода и связывания СО (контактный яд) выходящий из реактора газ поступает на 2-ю ступень конверсии в реактор адиабатического типа. Здесь для поддержания необходимой температуры в реакционной зоне (1230 – 1280 К) в реактор подается воздух. Необходимое тепло аккумулируется за счет частичного сжигания природного газа.

С другой стороны, последняя реакция является источником образования необходимых для реакции (2) и (3) водяных паров. Поскольку вместе с воздухом в реактор подается азот, конвертор 2-ой ступени выполняет одновременно функцию выделения азота из воздуха. Чтобы сформировать стехиометрическую смесь Н₂ : N₂ = 3 : 1 воздуха подается столько, сколько требует стехиометрия процесса синтеза аммиака.

Конвертированный газ содержит СО₂ (17 – 18 об.%) и СО (0,3 – 0,5 об. %). Первая примесь является балластом для синтеза аммиака. Многократный рецикл азотоводородной смеси содержащий СО₂ может привести к прогрессирующему накоплению СО₂ в рециркуляте. Это приведет к снижению скорости реакции и смещению равновесия (1) в нежелательную левую сторону. Вторая примесь, СО, является катализаторным ядом. В этой связи, водород, поступающий на синтез, подлежит очистке от СО₂ и СО. От диоксида углерода освобождаются абсорбцией 19 – 21% раствором моноэтаноламина (NH₂CH₂CH₂OH).

Абсорбцию ведут при низких температурах обеспечивающих смещение равновесия (5) в сторону продукта карбонизации. Полученный абсорбат подвергают десорбции при более высокой температуре смещая равновесие (5) в левую сторону. Образующийся в результате чистый СО₂ является товарным продуктом и может использоваться как реагент (синтез мочевины), хладоагент и растворитель для извлечения ценных компонентов из лекарственных трав. Моноэтаноламин после десорбции возвращается на процесс абсорбции.

СО крайне трудно извлечь количественно сорбционными методами. Поэтому очищенный от СО₂ водород подвергают метанизации, превращая СО в безвредный для процесса метан. Газ после моноэтаноламинной очистки подогревают и направляют в реактор, содержащий никелевый катализатор. На нем гидрируется СО и остатки СО₂.

Содержание СО мало и адиабатический разогрев составляет несколько десятков градусов. Это позволяет использовать однослойный реактор. В очищенном газе, поступающем на синтез аммиака содержание СО не должно превышать 2010^-6 об. долей. Суммарное содержание метана в исходном газе составляет около 1 об. %.