Appunti ammoniaca

MAZZAROTTA:  

Secondo  uno  dei  possibili  processi  utilizzati  industrialmente,  l’ammoniaca,  NH3,  viene  prodotta  a  partire  

da  azoto  e  idrogeno  in  un  reattore  catalitico  che  lavora  ad  alta  temperatura  (400-­‐500°C)  e  ad  alta  

pressione  (circa  300  atm).  La  reazione  è  esotermica  e  la  conversione,  che  è  comunque  piuttosto  bassa,  si  

abbassa  ulteriormente  se  la  temperatura  supera  i  520  °C.    

Nella  configurazione  del  reattore  di  sintesi  di  tipo  Fauser  il  catalizzatore  è  suddiviso  in  strati  adiabatici,  e  

si  effettuato  un  raffreddamento  intermedio  tra  ogni  strato  ed  il  successivo,  in  modo  da  mantenere  la  

temperatura  più  vicina  possibile  ai  valori  ideali.  La  miscela  azoto-­‐idrogeno  entra  a  temperatura  di  circa  

20°C  dal  bocchello  13,  e  si  preriscalda  fino  a  360°C,  scambiando  calore  con  il  prodotto  uscente  dal  

reattore  nello  scambiatore  di  calore  7,  e  quindi  fino  a  400°C,  risalendo  nella  zona  anulare  che  circonda  gli  

strati  di  catalizzatore,  per  portarsi  all’ingresso  del  primo  strato  di  catalizzatore.  Nel  passaggio  attraverso  

il  catalizzatore  parte  della  miscela  si  converte  ad  ammoniaca,  con  sviluppo  di  calore,  per  cui  la  

temperatura  si  porta  intorno  a  500°C  all’uscita  dal  primo  strato  di  catalizzatore:  il  gas  viene  quindi  a  

contatto  con  un  dispositivo  di  scambio  termico,  costituito  da  spirali  di  acciaio  speciale  percorse  da  acqua  

pressurizzata,  che  vaporizzando  al  loro  interno,  raffredda  la  miscela  fino  a  circa  440°C.  Seguono  altri  5  

strati  di  catalizzatore,  tra  cui  sono  interposti  analoghi  dispositivi  di  raffreddamento,  di  modo  che  la  

temperatura  segue  l’andamento  a  denti  di  sega  riportato  sulla  destra  nella  figura:  si  nota  come  l’altezza  

degli  strati  di  catalizzatori  aumenti  (e  l’innalzamento  di  temperatura  diminuisca),  man  mano  che  la  

reazione  procede,  dato  che  la  conversione  si  riduce.  La  miscela  uscente  dall’ultimo  strato  di  catalizzatore  

si  trova  ad  una  temperatura  intorno  ai  420°C  e  contiene  circa  il  20%  di  ammoniaca,  che  va  separata  dai  

gas  reagenti.  Ciò  viene  effettuato  per  condensazione  (in  presenza  di  incondensabili):  per  ridurre  la  

percentuale  di  vapori  di  ammoniaca  nei  gas  in  uscita,  che  vengono  ricircolati  al  reattore,  si  mantiene  

elevata  la  pressione  di  condensazione  e  si  riduce  la  temperatura.  La  condensazione  viene  effettuata  in  

condensatori  refrigerati  con  acqua  e  con  ammoniaca  liquida.  Data  la  destinazione  della  corrente  uscente  

dal  reattore,  è  quindi  possibile  ed  opportuno  effettuare  dei  recuperi  termici,  come  viene  fatto  negli  

scambiatori  di  calore  7  ed  8.  Nel  primo  la  miscela  uscente  dal  reattore  si  raffredda  fino  a  circa  100°C,  

preriscaldando  i  reagenti,  mentre  nel  secondo  la  sua  temperatura  viene  ridotta  fino  a  70°C,  

preriscaldando  acqua  demineralizzata,  che  è  inviata  al  ribollitore  11  per  la  produzione  di  vapore.  L’acqua  

pressurizzata  utilizzata  per  la  refrigerazione  del  reattore  lavora  in  ciclo  chiuso:  essa  viene  prelevata  dal  

mantello  del  ribollitore  11  mediante  la  pompa  10  passa  nelle  spirali  di  raffreddamento,  in  cui  viene  

vaporizzata,  e  torna  al  ribollitore,  dove  condensa,  scambiando  calore  con  l’acqua  demineralizzata,  

proveniente  dal  preriscaldatore  8,  che  vaporizza  lato  tubi  ed  esce  dal  bocchello  15.    

za lato tubi ed esce dal bocchello 15.  

Figura 139 [14]

SEPARAZIONE  DELL’AMMONIACA  

Prima  di  effettuare  il  riciclo  dei  gas  uscenti  dal  reattore  si  deve  separare  ALMENO  parte  dell’MH3  in  essi  

contenuta,  allo  scopo  di  spostare  nuovamente  l’equilibrio.  

ng catalitico

L’ammoniaca  (vapore,  T  <  temperatura  critica)  si  separa  allo  stato  liquido  mediante  raffreddamento  della  

miscela   (gas  INCONDENSABILE  +  vapore)      condensazione  in  presenza  di  incondensabili.    

!

ng catalitico è il principale e più diffuso processo di conversione di

re pesanti in prodotti leggeri, soprattutto benzine [1]. Le alimentazioni

CICLI  DI  SINTESI   DELL’AMMONIACA  

I  gas  che  alimentano  l’impianto  di  sintesi  vengono  portati  alla  pressione  d’esercizio.  Negli  impianti  

tradizionali  si  utilizzano  compressori  a  pistoni.  Negli  impianti  moderni  ad  alta  potenzialità  vengono  

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utilizzati  compressori  centrifughi  che  possono  operare   fino  a  300  atm.  Va  d’altra  parte  osservato  che  il  

loro  impiego  è  conveniente  solo  per  impianti  ad  alta  potenzialità  (es.  >  500  t/g)  poiché  il  rendimento  di  

queste  macchine  aumenta  all’aumentare  della  portata.  Sono  inoltre  macchine  più  compatte  dei  

compressori  a  pistoni.  Non  danno  luogo  a  trascinamenti  di  olio  che,  con  i  compressori  a  pistoni,  deve  

essere  separato  dalla  miscela  reagente,  prima  che  questa  entri  nel  reattore.  

All’uscita  del  reattore  i  gas  passano  negli  scambiatori  e  nei  separatori,  nei  quali  viene  separata  

l’ammoniaca  liquida.  Questi  gas  subiscono  in  generale  almeno  due  raffreddamenti,  l’uno  con  acqua  e  

l’altro  ottenuto  per  vaporizzazione  dell’ammoniaca  liquida.  Si  è  già  osservato  che  i  gas  inerti  presenti  nei  

gas  di  alimentazione  tendono  ad  accumularsi  nel  ciclo  di  sintesi.  In  questi  impianti  sarà  quindi  necessario  

effettuare  anche  uno  spurgo  per  allontanare  parte  degli  inerti  e  ridurne  così  la  percentuale  nei  gas  

circolanti.  Questi  inerti  non  hanno  effetti  sul  chimismo  del  processo  globale,  ma  diminuiscono  la  

potenzialità  dell’impianto  poiché  la  loro  presenza  riduce  la  pressione  parziale  dei  reagenti.  Prima  di  

essere  rinviati  all’impia