Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska."— Zapis prezentacji:

1 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Janusz Sokołowski ZTNiC PW luty 2013r. Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska.

2 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Technologia produkcji kwasu siarkowego Kwas siarkowy jest jednym z najważniejszych produktów chemicznych nieorganicznych o bardzo szerokim zastosowaniu. Może być produkowany między innymi z takich surowców jak: siarka, siarczkowe rudy metali nieżelaznych (miedź, cynk, ołów), siarkowodór lub inne związki zawierające siarkę (piryty, kwasy odpadowe pochodzące z różnych procesów technologicznych czy siarczan(VI) żelaza(II)). Proces wytwarzania kwasu siarkowego przy użyciu siarki jako surowca można podzielić na trzy etapy: wytwarzania SO 2 utleniania SO 2 do SO 3 przemiany SO 3 w H 2 SO 4.

3 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Po co się produkuje? niezbędny jest w różnych gałęziach gospodarki, a przede wszystkim: w fabrykach chemicznych (produkcja nawozów fosforowych, procesy sulfonowania, nitrowania itp.) w przemyśle metalurgicznym (elektrochemiczne wytwarzanie i rafinacja metali) w przemyśle hutniczym (trawienie blach i innych wyrobów) w przetwórstwie paliw (koksownictwo, rafinacja ropy naftowej) w procesach uzdatniania wody przeznaczonej do celów przemysłowych, energetycznych i komunalnych oraz w wielu innych dziedzinach

4 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Procesy i techniki stosowane w Polsce i na świecie Krajowy przemysł kwasu siarkowego był systematycznie modernizowany między innymi poprzez zmianę metody produkcji kwasu z nitrozowej na kontaktową, zmiany technologii w metodzie kontaktowej z procesu jednostopniowego na procesy wielostopniowe.

5 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Metody wytwarzania kwasu siarkowego metoda nitrozowa – zwana też komorową lub wieżową (zależnie od rodzaju stosowanej aparatury) polegała na utlenianiu ditlenku siarki wobec wody do kwasu siarkowego za pośrednictwem tlenków azotu. Obecnie ma niewielkie znaczenie (przełom lat 60/70- przejście do metody kontaktowej) metoda kontaktowa – utlenianie ditlenku siarki w fazie gazowej w obecności stałego katalizatora (kontaktu)

6 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Zalety przejścia do metody kontaktowej nie obraca się ogromną ilością szkodliwych cieczy zmniejszenie emisji tlenków azotu do atmosfery podwyższenie stopnia przemiany SO 2 SO 3 (obniżenie emisji SO 2 do atmosfery)

7 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Schemat produkcji kwasu siarkowego metodą kontaktową z siarki

8 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 W krajowych instalacjach kwasu siarkowego i wytwórniach gazowego SO 3 stosuje się: procesy jednostopniowe PK/PA (pojedyncza kataliza/pojedyncza absorpcja) i wielostopniowe DK/DA (dwukrotna kataliza/dwukrotna absorpcja)

9 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Technologia PK/PA Proces ten może być realizowany w nowych instalacjach tylko wtedy, gdy gaz procesowy zawiera małe (3 ÷ 13%) i zmienne ilości SO2. W fabrykach nowego typu możliwy do uzyskania stopień przemiany wynosi około 96,5% i może wzrosnąć w dobrze zaprojektowanej fabryce z użyciem katalizatora modyfikowanego cezem. W przypadkach stosowania technologii PK/PA zastosowano akceptowaną przez BAT koncepcję ograniczenia emisji SO2 z fabryk kwasu siarkowego poprzez usuwanie dwutlenku z gazów odlotowych, np. poprzez działanie amoniakiem uzyskując odpadowy NH4SO4 stosowany jako nawóz.

10 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Technologia DK/DA Proces ten powinien być realizowany gdy stężenie SO 2 wynosi minimum 6%. Wydajność pierwszego stopnia utleniania powinien wynosić 80-93%. Wytworzony SO 3 jest absorbowany w stężonym roztworze kwasu siarkowego, co powoduje przesunięcie równowagi reakcji w kierunku tworzenia SO 3 i daje możliwość zwiększenia wydajności termodynamicznej procesu do około 99,6%.

11 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Najlepsze dostępne techniki ProcesStężenie SO 2 w gazach surowych (%) Wydajność przemiany (%) Stan emisji SO 3 PK/PA6 ÷ 10 3 ÷ 6 96,5% 96,5 0,4 kg/t MH DK/DA6 ÷ 1299,6%0,1 kg/t MH Zmodyfikowany proces komorowy 0,05 ÷ 798,0%< 10ppmv SO3 Proces oparty na NO x 0,05 ÷ 8blisko 100% Proces H 2 O 2 > 99,0%

12 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 W zakresie technologii utleniania SO 2 wszystkie krajowe instalacje stosują zgodne z wymogami BAT technologię preferowaną DK/DA, albo akceptowaną (PK/PA + absorpcja końcowa SO 2 ).

13 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Optymalizacja procesu kontaktowego utleniania SO 2 SO 3, polegająca na zastosowaniu coraz lepszych katalizatorów W krajowych instalacjach kwasu siarkowego stosuje się katalizatory wanadowe, które stanowią wysoko selektywne układy katalityczne pozwalające na większą elastyczność prowadzenia instalacji i stwarzają, możliwość stosowania niższej temperatury gazu. EFEKT: Uzyskanie wysokiego stopnia przemiany SO 2 SO 3 (96,5%), czyli zminimalizowanie emisji SO 2 do atmosfery.

14 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Linia operacyjna pięciopółkowego reaktora do utleniania SO 2 z adiabatycznymi warstwami katalizatora i chłodzeniem gazów między stopniami

15 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Podsumowanie W procesie produkcji kwasu głównymi związkami emitowanymi do środowiska są: ditlenek siarki (niższa wydajność termodynamiczna procesu utleniania), tritlenek siarki (niższa sprawności absorpcji), krople kwasu siarkowego (złe parametry prowadzenia procesu absorpcji), mgła kwasu siarkowego (złe parametry prowadzenia procesu absorpcji i mycia gazu). Inne zanieczyszczenia mogą być emitowane w śladowych ilościach w zależności od źródeł SO 2.

16 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Podsumowanie Ograniczanie wielkości emisji z fabryk kwasu siarkowego jest możliwe poprzez: optymalizację przebiegu procesu w całym cyklu produkcyjnym, odpowiednią konstrukcję aparatu kontaktowego, odpowiednią ilość półek, właściwy rozkład katalizatora. Wielkość emisji SO 3 można minimalizować poprzez: odpowiednią konstrukcję wieży absorpcyjnej, właściwą dystrybucję kwasu, wysoką sprawność wypełnienia, optymalne temperatury kwasu.

17 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Technologia produkcji amoniaku W przemyśle amoniak otrzymuje się bezpośrednio z pierwiastków metodą Habera i Boscha. Przed wynalezieniem metody Habera i Boscha do przemysłowego otrzymywania amoniaku stosowano reakcję hydrolizy cyjanamidu wapnia, suchą destylację niektórych roślin i produktów zwierzęcych oraz redukcję kwasu azotowego (III) (azotawego) i jego soli wodorem.

18 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Zastosowanie amoniaku Do produkcji: Sody produkcja szkła produkcja mydła przemysł włókienniczy przemysł papierniczy Kwasu azotowego saletra amonowa materiały wybuchowe barwniki Mocznika tworzywa sztuczne nawozy sztuczne środki lecznicze środki chwastobójcze

19 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Metody otrzymywania amoniaku 1.Metoda Habera i Bosha 2.Konwersję metanu z parą wodną 3.Konwersję tlenku węgla z parą wodną

20 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Metody Habera i Boscha 1. Wytwarzanie N 2 i H 2 2. Produkcja amoniaku 3. Produkcja NOx 4. Produkcja kwasu azotowego 5. Produkcja nawozów 6. Produkcja azotanu wapnia

21 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Konwersję metanu z parą wodną Wodór do syntezy amoniaku otrzymuje się poprzez konwersję metanu z parą wodną w wysokiej temperaturze ( ˚C) CH 4 + H 2 O CO + 2H 2 H>0 w warunkach procesu zachodzą również reakcje prowadzące do innych produktów, jak np.: CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 3H 2 A więc gaz po konwersji będzie zawierał: nieskonwertowane: CH 4 i H 2 O, produkty procesu: H 2, CO, CO 2. Katalizator: stosowany jest powszechnie nikiel osadzony na nośniku z tlenku glinu Ni/Al 2 O 3.

22 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Produkcja gazu syntezowego z gazu ziemnego Dopalanie Konwersja parowa gaz ziemny para wodna powietrze H 2, N 2, CO, CO 2 SUROWY GAZ SYNTEZOWY

23 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Konwersja tlenku węgla z parą wodną Jest drugim stopniem konwersji CH 4 do H 2 dostarczając dodatkowych ilości wodoru. Jest to też proces wstępnego oczyszczania gazów do syntezy NH 3 z tlenku węgla. CO + H 2 O CO 2 + H 2 H<0 Katalizator: żelazowy, zawierający ponad 80% Fe 2 O 3, aktywowany Cr 2 O 3 (ok. 5%), często z dodatkami MgO, Al 2 O 3 i K 2 O, (Fe 2 O 3 ×5%Cr 2 O 3 ×K 2 O) wysokotemperaturowy

24 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Głównym kryterium podziału metod syntezy NH 3 jest ciśnienie, przy którym prowadzony jest proces i w zależności od tego stosowane są odpowiednie temperatury pracy katalizatora. metody niskociśnieniowe ( at.) ºC metody średniociśnieniowe ( at.) ºC metody wysokociśnieniowe ( at.) ºC

25 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Synteza amoniaku – charakterystyka równowagowa Reakcja syntezy amoniaku jest reakcją odwracalną, egzotermiczną 3H 2 + N 2 2NH 3 H°(298)= - 92 kJ. Jej ciśnieniowa stała równowagi ma postać: Z powodu dużej energii aktywacji, która wynika z dużej energii wiązania w molekule N 2, proces ten można prowadzić tylko w podwyższonej temperaturze, podwyższonym ciśnieniu i na odpowiednio aktywnym katalizatorze.

26 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Synteza amoniaku – charakterystyka równowagowa T [˚C] Ciśnienie, atm ,6667,5674,3881,5488,9495,3798, ,7330,2539,4152,0470,9684,2192, ,8510,1515,2725,1547,0065,2079, ,115,899,1516,4335,8253,7169, ,213,495,5610,6126,4442,1557, ,762,183,456,8219,1331,6341, ,491,392,264,5313,7723,1031, ,330,961,533,119,9216,0220, ,230,681,052,187,2812,6012,87 Konsekwencją tej charakterystyki jest wybór parametrów prowadzenia procesu syntezy amoniaku.

27 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Synteza amoniaku – charakterystyka kinetyczna Ponieważ synteza amoniaku jest reakcją odwracalną egzotermiczną, istnieją optymalne warunki prowadzenia tego procesu. Można to przedstawić za pomocą optymalnej linii operacyjnej. W syntezie amoniaku wydzielają się znaczne ilości ciepła, wynoszące zależnie od temp. biegu procesu od 56 do 64 kJ/mol NH 3. Aby prowadzić proces z możliwie najwyższą szybkością, należy odbierać wydzielające się w procesie ciepło.

28 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Synteza amoniaku – katalizatory Stopowy katalizator żelazowy pierwszy historycznie katalizator do syntezy amoniaku faza aktywna: Fe promotorami są najczęściej Al 2 O 3, K 2 O, CaO, rzadziej MgO, SiO 2,TiO 2 aktywny w zakresie temperatur °C zalety: niska cena, wysoka stabilność ok. 10 lat pracy wady: niska aktywność w zakresie korzystnych termodynamicznie temperatur (<400°C) duża wrażliwość kinetyczna na zmianę stopnia konwersji oraz ciśnienia

29 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Synteza amoniaku – reaktory A. reaktory rurowe reaktory półkowe reaktory mieszane B. reaktory ze złożem stacjonarnym reaktory ze złożem fluidalnym reaktory mieszane (część złoża fluidyzuje, część jest stacjonarna) C. Reaktory na drobne ziarno katalizatora – w tej samej objętości reaktora mieści się dużo więcej katalizatora, jest większa powierzchnia wymiany masy, ale wzrastają również opory przepływu – stąd specjalna organizacja wnętrza reaktora.

30 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Reaktor kontaktowy

31 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Ogólna zasada w syntezie amoniaku Aby uzyskać rozsądną wydajność NH 3 przy zachowaniu zadawalającej szybkości procesu, należy prowadzić proces przy podwyższonym ciśnieniu, w podwyższonej temperaturze oraz starać się maksymalnie wykorzystać surowiec – wodór, który jest kosztowny.

32 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Co zrobić, żeby jednostka syntezy amoniaku była wydajniejsza, czyli koszt wytworzenia tony amoniaku był jak najniższy? 1.Opracowanie konstrukcji reaktorów efektywna wymiana ciepła – konstrukcja wymiennika ciepła, zamieszczenie w danej objętości reaktora jak najwięcej katalizatora. 2.Wydzielanie maksymalnej ilości produktu (NH 3 ) w separatorze. Jak można wydzielić amoniak z gazu syntezowego? rozpuścić w wodzie produkując wodę amoniakalną (15% roztwór), we wczesnych instalacjach systemu Habera – Boscha, które w dzisiejszych kategoriach były niskociśnieniowe zastosowano wykraplanie ciekłego amoniaku z gazów w chłodnicy wodnej, istotnym ulepszeniem, poprawiającym efektywność wykraplania amoniaku, było zastosowanie chłodnicy amoniakalnej do separacji NH 3 z chwilą przejścia na pracę jednostki przy wyliczeniu średnim ( lat). Wykroplenie polegało na gwałtownym rozprężaniu gazów po syntezie, tak jak to się dzieje w lodówkach.

33 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 Co zrobić, żeby jednostka syntezy amoniaku była wydajniejsza, czyli koszt wytworzenia tony amoniaku był jak najniższy? 1.Opracowanie aktywniejszych katalizatorów. 2.Odzyskiwanie wodoru i argonu z gazów resztkowych. 3.Normą są dzisiaj średniociśnieniowe jednostki syntezy pracujące na katalizatorze żelazowym, coraz częściej są to jednostki z katalizatorami na drobne ziarno. 4.Nowością są jednostki niskociśnieniowe z katalizatorem rutenowym firmy Kellog.

34 Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska. Gospodarka odpadami WYKŁAD 7 A gdzie tu jest ekologia? Przecież jednostka syntezy NH 3 z racji chociażby wysokiego ciśnienia jest szczelna a po dokładnym wykropleniu NH 3 z gazu obiegowego nie emituje żadnych szkodliwych gazów do atmosfery. Chodzi o zmniejszenie energochłonności procesu: Jedna średniociśnieniowa jednostka syntezy potrzebuje do napędu turbosprężarki około 20 tys. kilowatów, tyle, co zużywa średniej wielkości miasto. A wytworzenie tej energii to emisja CO 3. Jak zmniejszyć energochłonność procesu syntezy NH 3 ? Obniżyć ciśnienie w instalacji do poziomu 5-10 MPa, co wiąże się koniecznością opracowania nowego aktywniejszego katalizatora.


Pobierz ppt "Agnieszka Kelman Aleksandra Karczmarczyk Wpływ rozwoju technologii otrzymywania kwasu siarkowego(VI) i amoniaku na zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska."

Podobne prezentacje


Reklamy Google