Термодинамические основы метода синтеза аммиак из азота и водорода. Выбор условий проведения процесса

В 1904 г. Габбер и Нернст впервые определили основные характеристики процесса синтеза аммиака из азота и водорода. В 1913 г. в Германии был пущен первый завод синтеза аммиака. Возьмём один из основных показателей процесса – расход энергии, так как на современных заводах синтетического аммиака структура себестоимости продукта примерно следующая: стоимость энергии – 53%, стоимость сырья – 33-35%. При электродуговом методе удельный расход энергии составляет 32 т условного топлива. Затем азот стали связывать цианамидными способом, расходуя кокс и электроэнергию в количестве 8 т условного топлива на тонну связанного азота. Использование самого современного метода – получение водорода из природного газа методом конверсии метана с водяным паром на установках повышенной мощности снизило расход условного топлива до 1,5 т на тонну азота. Эволюционным путем удалось уменьшить расход энергии почти в 20 раз. Синтез аммиака идет без образования побочных продуктов по уравнению: N₂ +3H₂ = 2NH₃ + Q. Синтез аммиака – процесс обратимый и протекает со значительным уменьшением объёма и выделением тепла. С повышением давления и снижением температуры происходит смещение равновесия вправо. Однако синтез аммиака без применения катализаторов даже при высокой температуре протекает очень медленно. В производственных условиях для получения требуемой скорости реакции синтеза аммиака ведут при температуре не ниже 400-500оС и в присутствии твердых катализаторов. Синтез аммиака – это типичный гетерогенно-каталитический процесс, протекающий через ряд стадий:1.Диффузия азота и водорода из газового объёма к поверхности зёрен катализатора и внутри пор зерна 2. Активированная адсорбция газов на катализаторе. 3. Взаимодействие азота с водородом на поверхности катализатора. 4. Десорбция аммиака и его диффузия в объем газовой фазы. Лимитирующей стадией процесса является активированная адсорбция азота.

Вопрос № 15