Технологическая схема производства аммиака

 

1 - фильтр, 2 - конденсационная колонна, 3 - испаритель, 4 - ловушка (брызгоуловитель), 5 - колонна синтеза аммиака, 6 - конденсатор, 7 - сепаратор, 8 - циркуляционный насос, 9 - резервуар.

Описание процесса производства аммиака

 

Свежий газ (азотоводородная смесь) и не прореагировавшие циркуляционные газы поступают сначала в фильтр 1, где они очищаются от посторонних примесей, затем в межтрубное пространство конденсационной колонны 2, где предварительно охлаждается до 5-10°С за счёт теплообмена с газом, идущим по трубкам теплообменника в колонну синтеза. Из колонны 2 газовая смесь поступает на дополнительное охлаждение в испаритель 3, где за счёт испарения жидкого аммиака в межтрубном пространстве происходит дальнейшее охлаждение газовой смеси до минус 10-15°С. При этом происходит дополнительная конденсация аммиака из газовой смеси. Смесь газа и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть колонны 2 для отделения жидкого аммиака от газов. Жидкий аммиак из конденсационной колонны 2 выводится в резервуар 9 и поступает на склад. Газообразный аммиак из испарителя 3 через ловушку 4 направляется для получения из него HNO₃, азотнокислых солей (NH₄NO₃ и др.) или идёт в холодильную установку для сжижения. Газовая смесь, пройдя трубки теплообменника колонны 2, поступает в колонну синтеза 5. Колонна синтеза внутри имеет катализаторную коробку с трубчатой или полочной насадкой и теплообменник. Газы, проходя через колонну синтеза, реагируют между собой. Выходящая из колонны газовая смесь содержит 15-20% аммиака. Далее эти газы поступают в конденсатор 6, где и происходит сжижение аммиака. Жидкий аммиак отделяется в сепараторе 7 и поступает в резервуар 9, а не прореагировавшие газы подаются циркуляционным насосом 8 в фильтр 1 для смешения со свежей азотоводородной смесью.

Производство аммиака в агрегатах мощностью 1360 т/год осуществляется в одной технологической линии и включает следующие стадии:

.   очистку природного газа от сернистых соединений

2. паровую конверсию природного газа под давлением 3,8 МПа на катализаторе Ni-Al в трубчатой печи (первичный риформинг)

.   паровоздушную конверсию остаточного метана в шахтном конверторе (вторичный риформинг) при температуре 1000°С и давлении 3,3 МПа на катализаторе Ni-A; на этом этапе водород обогащается азотом воздуха для получения смеси состава H₂: N₂=3, поступающей на синтез NH₃

.   конверсию СО до СО₂ и Н₂ на катализаторе Fe-Cr при 450°С и 3,1 МПа

.   очистку Н₂ от СО₂ абсорбцией раствором моноэтаноламина или горячим раствором K₂CO₃ при 2,8 МПа

.   очистку газа путём гидрирования от остаточных СО и СО₂ в присутствии Ni-Al при 280°С 2,6 МПа

Аммиак выпускается в жидком виде либо в виде водного раствора - аммиачной воды, чаще всего с содержанием 25% NH₃, а поставляемый на нужды промышленности, содержит не менее 96% по массе NH₃, до 0,04% Н₂О, до 2 мг/л машинного масла, до 1 мг/л Fe. В технический аммиак, транспортируемый по трубопроводу, добавляется до 0,2-0,4% Н₂О для ингибирования коррозии стали.

При промышленном производстве аммиака в окружающую среду поступают следующие загрязнители:

▪ Двуокись серы - SO₂

▪ Окись углерода - СО

▪ Двуокись углерода - СО₂

▪ Аммиак - NH₃

▪ Двуокись азота - NO₂

▪ Диамид угольной кислоты (мочевина) - NH₂CONH₂

▪ Моноэтаноламин - HOCH₂CH₂NH₂

 

Паспорта основных загрязнителей

 

Диоксид серы

 

. Наименование отхода: диоксид серы, двуокись серы, сернистый газ, сернистый ангидрид.

. Химическая и структурная формула, химическая активность: SO₂, O=S=O, бесцветный газ с резким запахом. При комнатной температуре и 4-5 кгс/см ²-бесцветная подвижная жидкость. Влажный SO₂ при обычной температуре реагирует с H₂S, выделяя серу. Абсолютно сухой SO₂ при комнатной температуре малореакционноспособен. Диоксид серы может восстанавливаться до S и производных S (II) и окисляться - до соединений S (VI). При высоких температурах в присутствии катализатора SO₂ восстанавливается водородом до H₂S.

. Происхождение: получается действием паров органического восстановителя на минерал алунит; обжигом сульфидов в токе кислорода; из отбросных газов.

. Применение: применяется как сырье для получения H₂SO₄ и NA₂S; для отбеливания соломы, целлюлозы, шерсти, шелка, кукурузной муки, сахара; как консервант; в качестве хладагента; в некоторых производствах органической химии; для дезинфекции.

. Характер опасности: У животных проявляется раздражение слизистых дыхательных путей, глаз, одышка, судороги смерть. Белые мыши погибают при вдыхании 3,5 мг/л в течение 10 мин. Концентрация 0,002 мг/л вызывает рефлекторное изменение дыхания. У человека порог восприятия запаха - 0,003 мг/л. Непосредственно раздражение глаз вызывают концентрации 0,05 мг/л.0,3 мг/л можно выдержать лишь минуту. Острые отравления со смертельным исходом редки. Обычно считают, что смерть наступает от удушья вследствие рефлекторного спазма голосовой щели. Смерть может наступить как вскоре после отравления, так и через несколько месяцев - от заболевания органов дыхания. Длительное воздействие сернистого ангидрида может вызвать хроническое отравление.

. Органолептические свойства: бесцветный газ с резким запахом; при комнатной температуре и 4-5 кгс/см² - бесцветная подвижная жидкость. Обладает раздражающим действием на слизистые дыхательные пути, вызывая спазм бронхов и увеличение сопротивления дыхательных путей. Раздражает кроветворные органы. Вызывает изменения в эндокринных органах. Имеются указания на эмбриотоксическое действие.

. Плотность: ρ_газа = 2,926 г/л; ρ_жид = 1,4619 (-10°C)

. Показатели токсичности: диоксид серы относится к умеренно опасным веществам - 3 класс опасности.

. ПДК, ПДС и другие: ПДК_{Р. З}=10,0 мг/м^3; класс опасности-3. Для атмосферного воздуха ПДК _{м. р.} =0,5 мг/м³. ПДК_{с. с.} =0,05 мг/м ³; класс опасности-2.

. Температура плавления, кипения: Т_плавл = - 75,5°C; Т_кип = - 10,1°C

. Основные показатели пожарной и взрывопожарной опасности: не горюч. Емкости могут взрываться при нагревании.

. Распространенность: встречается на предприятиях, где работают с расплавленными сернистыми рудами или другими материалами, загрязненными сульфидами, или сжигают содержащее серу топливо (каменный уголь, кокс, горючие сланцы, сернистые нефти и др.) Присутствует в атмосфере городов.

. Устойчивость и разлагаемость: сухой диоксид серы устойчив и малореакционноспособен. SO₂ заметно диссоциирует лишь около 2800°С.

. Растворимость в воде: растворимость в воде (г в 100 г): 22,8 (О°С), 11,5 (20°С), 2,1 (90°С). Водный р-р SO₂-сернистая к-та H₂SO₃.

. Описание методов определения загрязнителя: для определения в воздухе окисляют SO₂ до H₂SO₄ и определяют в виде PbSO₄ в водноспиртовом растворе. Возможно определение образующейся H₂SO₄ с BaCl₂. Оба метода нефелометрические. Колориметрическое определение основано на взаимодействии SO₂ с парарозанилином и формальдегидом в кислой среде. Возможно также определение с фуксиноформальдегидным реактивом.

Определение в крови проводят с фуксинформоловым реактивом и насыщенным раствором сулемы.

. Профилактика: должна быть направлена на уменьшение выделения газа и обеспечение достаточной вентиляции помещений для поддержания концентраций SO₂ вблизи рабочих мест на уровне ниже максимально допустимых доз. Эффективной мерой охраны здоровья является полная герметизация процесса.

. Первая помощь: пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух, освободить от стесняющей одежды. Ингаляция кислорода; промывание глаз, носа; полоскание 2% раствором соды. Тепло на область шеи. В более тяжёлых случаях для лечения пневмонии - вдыхание аэрозоля антибиотиков, лечение ими и сульфаниламидами. Глаза промыть проточной водой не менее 15 мин.

. Средства защиты: фильтрующие противогазы марок В или В с фильтром (длительность защитного действия - 90 и 45 мин соответственно). Возможно использование противогаза марки БКФ. Защита глаз и кожи. Изолирующий противогаз. Респиратор типа РПГ-67 В. Защитный костюм типа ЯжВнКк, резиновые сапоги и перчатки.

Оксид углерода

 

1. Наименование отхода: оксид углерода, угарный газ

. Химическая и структурная формула, химическая активность: CO, C≡O, ни с водой, ни со щелочами оксид углерода в обычных условиях не взаимодействует. Напротив, при повышенных температурах и высоких давлениях подобное взаимодействие имеет место: из СО и Н₂ может быть получена свободная муравьиная кислота, а из СО и NaOH - муравьинокислый натрий (HCOONa).

При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах (так, в растворах он восстанавливает соли Au, Pt, Pd и других до металлов уже при комнатной температуре).

. Происхождение: образуется в тех случаях, когда сгорание углерода или его соединений идет при недостатке кислорода. Получается совместно с водородом, двуокисью углерода, азотом, метаном и его гомологами, тяжелыми углеводородами и сероводородом, газификацией твердых топлив, а также при взаимодействии CO₂ с раскаленным углем и при конверсии метана в присутствии различных катализаторов.

. Применение: применяется как одно из исходных соединений, лежащих в основе современной промышленности органического синтеза. Используется для восстановление металлов из окислов, получения карбонилов металлов, фосгена, сероокиси углерода, ароматических альдегидов, формальдегида, муравьиной кислоты, гексаоксибензола, хлористого алюминия, метилового спирта, а также в реакциях карбонилирования, в которых СО взаимодействует с ненасыщенными органическими соединениями, гидроформилирования. Из смеси СО и Н₂ можно получать синтин (синтетический бензин), синтол (смесь карбоновых кислот, спиртов, альдегидов, кетонов и углеводородов). Как исходный продукт для синтезов, требующих совместного присутствия СО и Н_{2, п}рименяют водяной газ. Для синтеза муравьиной кислоты применяют воздушный газ. В составе генераторных газов СО используется как топливо в различных производствах, для бытовых нужд, в двигателях внутреннего сгорания, в газовых турбинах.

. Характер опасности: при очень высоких концентрациях животные погибают в течение 1 мин. При меньших концентрациях наблюдаются судороги, мышечные сокращения, потеря чувствительности. В течение нескольких минут или часов наступает гибель. При вдыхании небольших концентраций человеком проявляется тяжесть в голове, головокружение, шум в ушах, дрожь, чувство слабости, тошнота. Последствия различны, вплоть до летального исхода. СО способна оказывать непосредственное токсическое действие на клетки, нарушая тканевое дыхание и уменьшая потребление тканями О₂. СО вытесняет О₂ из оксигемоглобина (HbO) крови, образуя карбосигемоглобин (COHb), содержание кислорода может снижаться с 18-20% до 8 %.

При содержании 0,08% СО во вдыхаемом воздухе человек чувствует головную боль и удушье. При повышении концентрации СО до 0,32% возникает паралич и потеря сознания (смерть наступает через 30 минут). При концентрации выше 1,2% сознание теряется после 2-3 вдохов, человек умирает менее чем через 3 минуты.

Симптомы:

·         Потеря сознания, судороги, зрачки расширяются, резкий цианоз (посинение) слизистых оболочек и кожи лица. Смерть обычно наступает на месте происшествия в результате остановки дыхания и падения сердечной деятельности.

·         При меньшей концентрации окиси углерода появляются головная боль, стук в висках, головокружение, боли в груди, сухой кашель, слезотечение, тошнота, рвота.

·         Возможны зрительные и слуховые галлюцинации. Отмечаются покраснение кожных покровов, карминнокрасная окраска слизистых оболочек, тахикардия <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B0%D1%85%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%B8%D1%8F>, повышение артериального давления.

·         В дальнейшем развиваются сонливость, возможен двигательный паралич <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%87> при сохраненном сознании, затем потеря сознания и коматозное состояние с выраженными клонико-тоническими судорогами, непроизвольным отхождением мочи и кала.

·         Зрачки резко расширены с ослабленной реакцией на свет.

·         Нарастает нарушение дыхания, которое становится непрерывным, иногда типа Чейна-Стокса <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%8B%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%A7%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%B0_%E2%80%94_%D0%A1%D1%82%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B0>.

·         При выходе из коматозного состояния характерно появление резкого двигательного возбуждения. Возможно повторное развитие комы.

·         Часто отмечаются тяжелые осложнения:

o нарушение мозгового кровообращения <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%81%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82>

o субарахноидальные кровоизлияния

o полиневриты

o явления отека мозга

o нарушение зрения

o нарушение слуха

·         Возможно развитие инфаркта миокарда <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%84%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%82_%D0%BC%D0%B8%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%B0>

·         Часто наблюдаются кожно-трофические расстройства (пузыри, местные отеки с набуханием и последующим некрозом), миоглобинурийный нефроз.

·         При длительной коме постоянно отмечается тяжелая пневмония <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%8F>.

6. Органолептические свойства: бесцветный газ без вкуса и запаха

. Плотность: ρ = 0,97 кг/м³

8. Показатели токсичности: 4 класс опасности

. ПДК, ПДС и другие: ПДКр. з = 20 мг/м³; ПДКм. р = 5 мг/м³; ПДКс. с = 3 мг/м³

. Температура плавления, кипения: Т_плавл = - 205°C; Т_кип = - 191,5° C

. Основные показатели пожарной и взрывопожарной опасности: оксид углерода - горючий газ

Т_{самовоспл} = 605°C; НКПР = 12,5% (об.); ВКПР = 74,2 % (об.)

. Распространенность: различают природные и антропогенные источники поступления в атмосферу Земли. В естественных условиях, на поверхности Земли, CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. Монооксид углерода образуется в почве как биологическим путём (выделение живыми организмами), так и небиологическим. Экспериментально доказано выделение монооксида углерода за счёт обычных в почвах фенольных соединений, содержащих группы OCH₃ или OH в орто - или пара-положениях по отношению к первой гидроксильной группе.

. Устойчивость и разлагаемость: СО устойчив по отношению к щелочам, воде

14. Растворимость в воде: СО малорастворим в воде, химически с ней не взаимодействует. Растворимость <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> в воде 0.0026 г/100 мл.

. Описание методов определения загрязнителя: определение в воздухе основано на окислении СО иодноватым ангидридом до СО₂.

Колориметрические определения с применением нитрата серебра, диметил-n-фенилендиамина, бис-палладия.

Для определения СОHb в крови можно применять простой спектральный анализ.

. Приборы для измерения: газоанализаторы, тахометры, колориметры, спектроскоп

. Профилактика: профилактика отравлений: механизация и автоматизация основных производственных процессов, рационализация технологии, систематические анализы воздуха в производственных помещениях на содержание окиси углерода.

. Первая помощь:

·   Убрать пострадавшего из помещения с высоким содержанием угарного газа (заменить дыхательный аппарат).

·   При слабом поверхностном дыхании или его остановке начать искусственное дыхание.

·   Способствуют ликвидации последствий отравления: растирание тела, прикладывание грелки к ногам, кратковременное вдыхание нашатырного спирта. Больные с тяжёлым отравлением подлежат госпитализации, так как возможны осложнения со стороны лёгких и нервной системы в более поздние сроки.