Производство синильной кислоты из аммиака и метана

Воздух, метан и аммиак смешивают и подают в реактор с ката­лизатором, изготовленным в виде платиновой сетки. За счет выделения теплоты реакции температура в реакторе поднимается до 980-1000 ?С: Горячие газы сразу попадают в котел -утилизатор. Из охлажден­ной смеси водным раствором пентаэритрита и борной кислоты из­влекают синильную кислоту, аммиак и большую часть воды. При нагревании раствора до 88°С и вакууме происходит отгонка синиль­ной кислоты. Из кубовой жидкости выделяют аммиак и абсорбент.

Исходные данные:

Производительность по синильной кислоте, т/сут    50

Состав природного газа, % об.:

метан                                                                                 99,5 

Этан                                                                                    0,5

Условия реакции: 

температура, °С                                                              1127 

давление,атм 1 Степень достижения равновесия 0,9aр 

Температурная зависимость                            LgKp=3,3268

Концентрация аммиака, % об                                      100 

Мольное соотношение «метан: аммиак»                 1:1,2

Потери синильной кислоты, % мас.                             1

Работа выполнена по следующему плану

 1. Составлена технологическая, функциональная и операторная схему производства в виде эскизов, а также схема реатора

2. Составилен материальный баланс процесса (пояснения к расчету и таблица материального баланса приход/расход)

3. Рассчитаны технико-экономические параметры процесса

а) производительность и пропускную способность

б) выход продукта на поданное сырье.

в) теоретический и фактический расходные коэффциенты по сырью.

г) конверсия и селективность

Файл помощи оформления заказа и порядок (инструкция) его получения 

 Краткая теория процесса

Применяемые в данном процессе контактные аппараты по кон­струкции имеют много общего с конверторами для окисления ам­миака в азотную кислоту (рис. 2). Катализаторную сетку изго­товляют из платинородиевого сплава (10% родия). В аппарате помещают несколько расположенных друг над другом сеток из про­волоки разной толщины, причем нижнюю опорную сетку изготов­ляют из наиболее толстой проволоки. Скорость газов в свободном сечении сетки (в расчете на холодный газ) составляет 0,8-1,0 м/сек, т. е. превышает скорость газов при окислении аммиака. Срок службы катализатора более 400 ч; потери платины вследствие испарения отсутствуют.

При пропускании смеси окиси углерода и аммиака в мольном отношении 20:1 над окисью алюминия при 700°С степень превра­щения аммиака в синильную кислоту составляет 65%.

По второму варианту (с образованием и последующей дегидра­тацией формамида) процесс проводят в паровой фазе при 350-370°С над катализатором (фосфат алюминия и др.). Для сниже­ния парциального давления формамида, что благоприятствует об­разованию НСN, берут большой избыток аммиака или создают ва­куум (остаточное давление 3 мм. рт. ст.).

Формамид может быть получен также действием аммиака на метилформиат. При 60-70°С и 10-15 ат достигается высокий выход формамида (90-95%). Требуемый метилформиат получают взаимодействием метилового спирта с окисью углерода.

Вследствие протекания побочных реакций увеличивается рас-од аммиака и метана; в контактных газах, кроме синильной кислоты и непрореагировавших исходных газов (NНз, О2, N2), содержатся СО, СО₂ и Н₂.

Суммарный процесс протекает на платиновом катализаторе аутотермически. Требуемую температуру реакции (1000°С) под­держивают путем регулирования состава реакционной смеси, ко­торая чаще всего имеет примерно следующий состав (в %):

СН₄   ....... .12-13

NН₃               11-12

Воздух   72-75

При выборе состава исходной смеси необходимо учитывать пре­делы ее взрываемости. Метано-воздушная смесь взрывоопасна при содержании метана 4,9-16,0%, аммиачно-воздушная смесь - при содержании аммиака 15-28%. Таким образом, газовая смесь, со­держащая 12-13% СН₄, Н-12% NН₃ и, следовательно, 75-77% воздуха, уже невзрывоопасна; тем не менее для полной безопас­ности к исходной газовой смеси добавляют азот.

Чтобы предотвратить разложение образующейся синильной кислоты при высокой температуре, газы, выходящие из контактного аппарата, нужно возможно быстрее охлаждать. Охлаждение происходит в трубчатом котле-утилизаторе 5, присоединенном непосредственно к контактному аппарату. Таким образом, предотвращается нежелательная полимериза­ция синильной кислоты.

Процесс проводят при 1315-1650°С и давлении, близком к атмосферному, в аппарате с псевдоожиженным теплоноси­телем; в качестве теплоносителя используют электропроводные угольные зерна, через которые пропускают электрический ток (электроды располагают в слое угля). Реактор футерован изну­три огнеупорным кирпичом. В ап­парате такой конструкции можно поддерживать постоянную высо­кую температуру по всей реак­ционной зоне.