Способ синтеза аммиака
Изобретение относится к синтезу аммиака и может быть использовано в химической промышленности. Способ включает синтез аммиака из азота и водорода в присутствии интерметаллического соединения, в котором с целью снижения энергозатрат и повышения выхода аммиака с единицы массы интерметаллического соединения, процесс ведут путем контактирования водорода с интерметаллическим соединением, затем реакционный объем заполняют азотом под давлением 30 - 200 атм и нагревают реакционную смесь до 150 - 400°С. В качестве интерметаллического соединения (ИМС) используют соединение типа LANI<SB POS="POST">5</SB> или TIFE. Способ позволяет снизить энергозатраты за счет исключения необходимости сжатия водорода и использования тепла реакции аммиака, а также увеличить съем аммиака с единицы массы интерметаллического соединения с 1,8-2,5 до 30 - 60 г/кг ИМС. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (S1)4 С 01 С 1 04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
М АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ческого соединения, в котором с целью снижения энергозатрат и повьппения выхода аммиака с единицы массы интерметаллического соединения процесс ведут путем контактирования водорода с интерметаллическим соединением, затем реакционный объем заполняют азотом под давлением 30 †2 атм и нагревают реакционную смесь до 150400 С. В качестве интерметаллического соединения (ИИС 1 используют соединение типа LaNi> или TiFe. Способ позволяет снизить энергозатраты эа счет исключения необходимости сжатия водорода и использования тепла реакции аммиака, а также увеличить съем
- аммиака с единицы массы интерметаллического соединения с 1,8-2,5 до
30-60 r/Kã ИИС. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 43007 57/23-26 (22) 24,08.87 (46) 07.12,89, Бюл. Ф 45 (4 1) Государственный научно-исследовательскчй и проектный институт азотной промьппленности и продуктов органического синтеза (72) В,3, Мордкович и Н,Н. Коростышевский (53) 661,53(088.8) (56) Патент США У 4623532, кл. 423 †3, 1986. (54) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА (57) Изобретение относится к синтезу аммиака и может быть использовано в химической промышленности. Способ включает синтез аммиака из азота и водорода в присутствии интерметаллиИзобретение относится к области синтеза аммиака и может быть использовано в химической промышленности.
Цель изобретения — снижение энергозатрат и повышение выхода аммиака с единицы массы интерметаллического соединения.
Сущность изобретения заключается в том, что несжатый водород приводят в контакт с интерметаллическим соединением (HMC) типа LaNi или типа TiFe при температуре окружающей среды — при этом образуется гидрид ИИС, Затем азот сжимают до давления в интервале 30-200 атм и вдувают в реактор с гидридом. Затем реактор нагревают до температуры 1504000С в зависимости от степени пред„„SU„„1527155 А1 м >ь варительного сжатия азота и выбран- (,Д ного ИИС, Ю
При этом гицрид разлагается с по- е 1 глощением тепла и выделением водо- > рода, Водород при вьщелении вступает р-и в реакцию с азотом, образуя аммиак. е
Выделяющееся при образовании аммиака тепло поддерживает эндотермическую реакцию вьщеления водорода (тепло-. та реакции синтеза аммиака составляет 7,5-10 ккал/моль Н, на вьщеление водорода из гидрида требуется 710 ккал/моль H ) что позволяет практически полностью использовать теплоту образования аммиака непосредственно в зоне реакции и покрыть эа счет этого значительную часть потребности в тепле для вьщеления водорода.
152715$
Содержвнне Выход вмвммивкв в мнвкв, г/xr продукте,Х ИИС
Давление вэо
Пример
ТеипеВремя нвгревв мин рвтурв нагрева, С тв, втм
СЗН15
Cl o g La о,> Ni< s Ala, TiFe
0,9 о>1
LaNi5
TiFe
Ti„Fe
100 200 4 30
70 150 5 27
200 400 3 40
100 300 1 l0
20 120 5 I
30 100 6 1
Условия продувки АВС нвд Близко катализатором: Т275- 30-50Z
-325 С, Р ЭО-100 атм, время контвктироввния 1,4.—
4,8 мин
1
1 к 0,3505 эв
1 мнн контвктнровання
l,8-2,5 эв
5 мнн контвктнроввння
П р н м е ч а н н е, Значения примеров процесса. по примерам 6 и 7 эапредельные; пример 8 осуществляют но известному способу.
По окончании реакции (через 16 мин) продукты удаляются иэ реактора и цикл начинают сначала.
Минимальное значение предваритель5 ного сжатия азота 30 атм определяется тем, что при более низких величинах потребуется очень большой реактор и ие будет достигаться практически значимый выход аммиака. Сжатие азота до давления свыше 200 атм нецелесообразно, так как требует применения специальных сосудов, выдерживающих развивающиеся в ходе реакции давления свыше 300 атм, а выход продукта увеличится несущественно.
Экспериментально определенное минимальное значение температуры реако ции 150 С определяется тем, что при более низких температурах слишком мала скорость реакции. При температурах выше верхнего предела (400 С) применяемые ИМС подвергаются необратимому распаду на смесь металлов и бинарных гидридов и теряют, таким об- 25 разом, свои свойства.
Пример 1, В стальной реактор объемом 20 смЭ, содержащий 10 г порошка ИМС-LaNi+ впускают при комнатной температуре водород под давлением 30
2 атм, При этом проходит реакция образования гидрида, которая заканчивается через 0,5-1 мин. Затем реакЮ тор заполняют азотом под давлением
30 атм и нагревают до 200 С в течение 4 MHH. В образовавшейся газовой
35 смеси 33Х аммиака, давление 90 атм.
Выход аммиака составляет 42 r на
I кг ИМС.
Пример ы 2-8. Все операции аналогичны примеру 1, параметры процесса даны в таблице, Во всех примерах внешний нагрев необходим практически только для доведения температуры до заданного значения. Далее реакция проходит почти полностью автотермически, т.е. теплообразование аммиака используются полностью внутри реактора.
Преимущество предлагаемого способа заключается в снижении энергозатрат, так как отпадает необходимость в предварительном. сжатии водорода, а также в использовании тепла реакции синтеза аммиака. Кроме того, предлагаемый способ позволяет увеличить съем аммиака с единицы массы интерметаллического соединения с 1,82 5 до 30-60 г/кг ИМС.
Формула изобретения
1, Способ синтеза аммиака из азота и водорода в присутствии интерметаллического соединения, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, повышения выхода аммиака с единицы массы интерметаллического соединения, процесс ведут пу-тем контактирования водорода с интерметаллическим соединением, затем реакционный объем заполняют азотом под давлением 30-200 атм и нагревают реакционную смесь до 150-400 С.
2, Способ по п. I, о т л и ч а— ю шийся тем, что в качестве интерметаллического соединения используют соединение типа LaNi> или TiFe.
