1.1 Синтез-газ з твердих палив

Першим з основних джерел сировини для отримання синтез - газу стало тверде паливо, яке перероблялося в газогенераторах водяного газу за таких реакцій:

C + H₂O ↔ CO + H₂; ΔH> 0

C + O₂ ↔ CO₂; ΔH <0

Такий спосіб отримання полягає в поперемінної подачі через шар крупнокускової твердого палива (антрациту, коксу, напівкоксу) повітряного та парового дуття. Синтез - газ отримують на стадії парового дуття, а необхідна температура шару палива досягається протягом стадії повітряного дуття. Цикл роботи генератора становить 3-5 хв. Отриманий водяний газ містить 50-53% Н₂).

Для подальшого використання у виробництві водяний газ необхідно очистити від сірчистих сполук і провести конверсію оксиду вуглецю по реакції:

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂; ΔH <0

а потім видалити діоксид вуглецю повністю у разі його застосування для синтезу аміаку.

Недоліками процесу є його періодичність, низька одинична продуктивність газогенератора, а також високі вимоги до сировини за кількістю і температурі плавлення золи, його гранулометричному складу та іншим характеристикам.

Іншим напрямком є ​​газифікація палива у вигляді пилу. Цей процес дозволяє використовувати практично будь-які види палива. Його особливостями є висока турболізація в зоні реакції за рахунок подачі зустрічних потоків паливної суміші.

1.2 Синтез - газ з рідких вуглеводнів

За технологічними схемами переробки в синтез - газ рідкі палива можна розділити на дві групи. Перша група включає пальне, що переробляються високотемпературною кисневою конверсією. Сюди відносяться важкі рідкі палива - мазут, крекінг - залишки і т.п. Друга група - легкі прямоточні дистиляти (нафта), що мають кінцеву температуру кипіння не вище 200-220 ° С; вона включає бензин, нафта, суміші світлих дистилятів. Друга група рідких палив переробляється в синтез - газ каталітичної конверсією водяною парою в трубчастих печах.

Перевагою цього методу є можливість одержання синтез - газ під тиском, легкість регулювання складу синтез - газу, мала витрата електроенергії. До недоліків можна віднести високі вимоги до вуглеводневого складу вихідної сировини за вмістом у ньому неграничних і циклічних вуглеводнів, сірки та інших домішок, велику питому витрату вуглеводнів.

1.3 Синтез-газ з природного газу

Синтез - газ із вуглеводневих газів (природного, попутного, газів переробки інших палив) в даний час є основним джерелом отримання аміаку. Щодо використання окислювача і технологічному оформленню можна виділити наступні варіанти процесу отримання водородомістючих газів:

• високотемпературна киснева конверсія, каталітична парокиснева конверсія у шахтних реакторах, каталітична паро-вуглекислотна конверсія в трубчастих печах.

Окислення метану (основного компонента вуглеводорідних газів) при отриманні синтез - газу протікає за такими основними сумарним реакцій:

CH₄ +0,5 O₂ = CO +2 H₂; ΔH =- 35,6 кДж

CH₄ + H₂O = CO +3 H₂; ΔH = 206,4 кДж

CH₄ + CO₂ = 2CO +2 H₂; ΔH = 248,3 кДж

2 Каталізатори, застосовувані у виробництві аміаку

Для реакції синтезу аміаку каталізаторами є залізо, платина, осмій, марганець, вольфрам, уран, родій та інші метали. Особливо висока активність виявлена ​​при лабораторних дослідженнях у осмію і урану. Проте умови використання каталізатора в лабораторії і на заводі, переробному на добу сотні тисяч і мільйони кубічних метрів газу, різні. Знадобилося багато зусиль, щоб знайти каталізатори, що задовольняють виробничим вимогам.

Промисловий каталізатор повинен бути активним при відносно низьких температурах. Активність каталізатора повинна підтримуватися на постійному і досить високому рівні протягом тривалого часу. Присутність в газі деяких отрут, повне видалення яких є складним і дорогим процесом, не повинно робити істотного впливу на активність каталізатора. Нарешті, каталізатор повинен бути дешевий. Цим вимогам не задовольняють, наприклад, осмій, платина, уран, залізо, перші два металу - активні та стійкі каталізатори, але дорогі; уран - активний каталізатор, але легко отруюється водяними парами; відновлене металеве залізо - активний і дешевий, але нестійкий каталізатор.

У пошуках каталізатора, найбільш відповідного промисловим вимогам, були випробувані тисячі різноманітних матеріалів - майже всі метали, як самі по собі, так і в поєднанні по два і по три в різноманітних пропорціях. Ще раніше було відмічено, що каталізатори, які складаються з кількох речовин, часто більш активні, ніж окремі складові їх речовини. Досвід показав, що ця закономірність виявляється і при синтезі аміаку на залізних каталізаторах: каталізатори для синтезу аміаку, отримані відновленням заліза з руд різних родовищ, при майже однаковому хімічному складі відрізняються за активністю іноді у три-чотири рази. Ці спостереження лягли в основу подальших пошуків. Виявилося, що каталізатором, що задовольняє перерахованим вище вимогам, є металеве залізо з добавкою незначних кількостей оксидів алюмінію і калію. Такий каталізатор більш активний, ніж чисте залізо, і зберігає свою активність протягом багатьох місяців в умовах роботи на промисловому газі.

Для кожного каталізатора характерний певний оптимальний температурний режим. Каталізатори, приготовлені з заліза або залізної руди, дають можливість вести процес при температурах: не нижче 450 ° і не вище 600 °. Значно відрізняються від них у цьому відношенні залізні активовані каталізатори, отримані розкладанням комплексних ціаністих солей, наприклад железистосинеродистий калій-алюмінію. Ці каталізатори активні вже при 400 ° і нижче.

Підвищення активності каталізатора - ефективний спосіб збільшення продуктивності апарату. Завдяки удосконаленню методів одержання каталізаторів вдалося значно підвищити продуктивність колон синтезу.

При дуже високих тисках рівновага настільки значно зміщується в бік утворення аміаку, що представляється можливим підвищити температуру до 800 - 900 °, при якій (під тиском 500 атм.) реакція протікає у відсутність спеціально вносимих в апарат каталізаторів. За цих умов, мабуть, досить каталітичної дії стінок реакційного апарату, - в лабораторному апараті за відсутності каталізаторів реакція протікала з великою швидкістю і була досягнута висока ступінь перетворення вихідної суміші.