Produzione ammoniaca

NH₃ Produzione

N₂ + 3H₂ -> 2NH₃

• Feed: in rapporto stechiometrico
• Spendio energia per:
  • compressioni
  • produzione H₂

Termodinamica

• NON sono prodotti ma servono alte P

compressioni costativi

• Forte diminuzione volume

• Compromesso temperatura:
  • la reazione esotermica vuole basse T
  • N₂ vuole tanta energia per attivarsi (T alta)
  • Cinetica vuole alte T

Cinetica

• about ricircolo NH₃:
  • Reazione nucleo più veloce se metto 2-5% NH₃ nel reattore
  • Per basse P, deve tenere bassa quantità inerti

Processo influenzato allo stesso modo da T e PBassa conversione (20-30%) -> A_H con energia

• Alto ricircolo ad alte P

Consumi processo:

• alto Ear N₂ -> minimo di energia da fornire

Piu è pulito H₂ e meno energia spendi per NH₃!!

NH₃ Produzione

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

• Esotermica ΔH= -92 KJ/mole NH₃
• Reversibile

Feed: in rapporto stechiometrico

• Spendo energia per: compressioni, produzione H₂

Termodinamica

• Non ho sottoprodotti ma servono alte P
• All'inizio era 250-300 bar ora 100 bar
• (Preferisco spingere più N₂ e H₂ puri invece di comprimere e posso diminuire la conversione)
• Forte diminuzione volume
• Compromesso temperatura: la reazione esotermica vuole basse T (ΔG=0 a 200°)
• N₂ vuole tanta energia per attivarsi (T alta)
• Cinetica vuole alte T

Cinetica

• About ricircolo NH₃:
• Reagisce molto più veloce se metto 2-5% NH₃ nel reattore
• (un po' di NH₃ è "mantenuto")
• Per basse P, devo tenere bassa quantità inerte
• Perdo l'innaesco al parziale reagenti → conversione

About Temperatura

• Ftalato:
• Cinetica > ottima, N₂ devi posso la termodinamica
• T Bassa: _N2 difficile da attivare
• H₂ simila su catalizzatore
• R_Q H₂N₂ scomporsi
• Processo influenzato allo stesso modo da T E P

• Bassa conversione (20-30%) → alte costi energetica
• Alto ricircolo ad alte P
• Facile da gestire perché la reazione è semplice
• Consumi processo: alte ent N₂ = minimo di energia gasoline
• BAF: migliore knowledge da usare per ogni impianto (tabulate)
• Dipendente da cinetica da rapporto H₂/N₂
• Influenzato da adsorbimento di N₂ e H₂ sue catalizzazione
• Vogliono p part H₂ < p part N₂
• *** Più è puro H₂ e meno energia spendo per NH₃!!

CATALIZZATORE

• Base FERRO in MASSA
• No supportato
• HAUGENITZ (Economico, Durevole, Amico verso N₂)

• Promotore =
1. Al₂O₃
2. K₂O
3. MgO
4. CaO
• → (1) Fe e Al₂O₃ non si mischiano da soli:
• → PONDO a 1400 insieme a COMPOSTA FONDENTE
• → che mi fanno mischiare Al₂O₃ (che a 1400 è ancora solido)
• → Per così Al₂O₃ fa la parte Acida vs il K₂O che verrebbe Acidito
• (NH₃ è basico → senza K₂O diventerebbe Acidificatore
• → Non mi fa legare NH₃ al catalizzatore
• → sarebbe acido)
• AsO₃ avvelena con CO e CO₂ → coke

• Denso
• Piccolo (più facile da attivare)
• Vita Media 25 anni!
• Va riavviato:
• lo carico come OSSIDO
• Perché Fe puro è piroforico → miscela incendi pericoloso
• In genere si coibatti pre zeldelmi
• Ossidando solo in superficie
• Processera lenta → Riducendo aumento porosità ? più superficie
• Unica delicata ~4gg
• e/o lo attivo mantenendo concentro controllate con [H₂] crescente
• lo si RIDUCENDO con H₂ diventa Fe Metallico
• (rimuovo ossigeno from superficie)
• In generale presenza di H₂O in mix → Ossidano e Fe
• H₂O = INIBITORE
• → anche 20 ppm
• Reversibile con T Privata

(* Stanno sviluppando catalizzatori rutenio per T minori)

Tarivozione 450

Loop di sintesi NH₃ classica

• Perché ho basse conversioni

In generale:

La WGS esce gas umido!!

• Rendaggio makeup con inermi, li rimuovo nel loop 3, 4.2
• 3, 4: più usati
• Ho percoloso per catalizzatore
• Makeup gas sporco di ...
• Inermi

1

Makeup

Condensatore

Separò NH₃

1. Ciclo percoloso

Fluidò reingrezzo sempre NH₃

Và definita una specifica per concentrazione impura volo inerti accetto

Determina ricircolo

2

Quando Makeup Gas è Sporco

Condensatore

R

Sprugò

Inerti + NH₃ persa

più efficiente ma più costoso

Condenso meno NH₃ però’ vengo qui nel reattore (?) mi piace perché NH₃ bassa, profitto minore rispetto a 1

In pratica nel reattore vedo il Makeup Gas

Vemisco - ricircolo: NH₃, NH₂

3

Variante del E? (C&T later)

Condensatore

R

Sprugò

Inerti + NH₃ persa

Condensatore prima del reattore

Vantaggio: rinunò a monte le impurità del makeup (H₂O, CO₂ → H₂O+CO₂+NH₃ → carbonato di ammonio Δ)

4

Più usato

Condensatore (T basso)

R

Sporco

Perderò molta meno NH₃

Condensatore (T qualsiasi)

NH₃

L'condensatore:

• Tminore perché profitto NH₃ più bassa (devo essere più drastica)
• Rimuovo impurità
• NH₃ da questo ciclo posso usarla come fluido frigo dell'altra condensazione.

Schema Base Loop Sintesi

Percorso

• Compressore
• Condenser Precursora
• Ciclo Fluido NH₃
• NH₃ to Condenser

Batch

• Quench Bed con Vapori LP

Gas

• Off Gas H₂O + CO₂

SEF

Off Gas

NHTto

NH3 SCHEMA DOPPIA PRESSIONE

1. Comprimo make up in compressore a stadi interne fingr. esce a 110 bar.
2. Once through reactor 3 letti interne fingert (Produce 1/3 dell'NH3 TOT)
3. Cooling + separo 85% NH3 prodotto (viene liquida)
4. Resto parte non liquida viene compressa alle p di sin res. loop (T più bassa, p 210 bar)
5. Entro in loop di sintesi convenzionale e produce già alati 2/3 di NH3.

Doppo cooling seporo H2O

210 bar

Ricircolo

LIQ

1/3 NH3 TOT

CONDIZIONI DI PROCESSO

• REATTORE: tipicamente 2m Diametro 22 m altezza
• Pressione Panna = 300 atm ora 50 atm
• P _in < P _{all'ingresso del reattore}
• Tubazioni
• Reattore Tuberie basse
• III RADIALE
• II ASSIALE

• Sistema produttivo
• Cooling Systems
• Reazione _calamita

• Fauser 300 atm 400-500°
• Casale 600-100 450-550°
• Claude 900-1000 500-650°
• Haber Bosch 200-250 750°