26 CHỈÅNG III CÄNG NGHÃÛ TÄØNG HÅÜP AMONIAC I. Khại niãûm chung: - ÅÍ nhiãût âäü thỉåìng amoniac l khê khäng mu, cọ mi mảnh gáy ngảt thåí. Amoniac dãù ho tan trong nỉåïc, åí nhiãût âäü v ạp sút thỉåìng 1 lêt nỉåïc ho tan âỉåüc khong 750 lêt khê amoniac. - Amoniac bãưn åí nhiãût âäü thỉåìng, cọ kh nàng phn ỉïng mảnh åí nhiãût âäü cao, âàûc biãût khi cọ xục tạc s bë oxy hoạ tảo thnh NO. 2NH 3 ⎯⎯⎯→⎯ > C 0 1200 3H 2 + N 2 4NH 3 + 5O 2 ⎯⎯⎯⎯⎯→⎯ −− CRhPt 0 850750( 4NO + 6H 2 O (âiãưu chãú HNO 3 ) - Häùn håüp amoniac trong khäng khê åí mäüt näưng âäü v nhiãût âäü nháút âënh cọ thãø gáy näø (giåïi hản näø dỉåïi 16% thãø têch hồûc 111.2 g/l) - Amoniac dng âãø sn xút phán âảm, acid HNO 3 , xä âa v cháút lm lảnh. Amoniac cọ 2 loải: loải 1 dng cho mạy lảnh; loải 2 dng lm ngun liãûu trong cäng nghiãûp hoạ cháút. - Amoniac âỉåüc täøng håüp theo phn ỉïng sau: 3H 2 + N 2 ⎯→⎯ Fe 2NH 3 + Q (phn ỉïng to nhiãût v gim thãø têch) II. Âiãưu chãú häùn håüp khê nitå-hydro âãø täøng håüp amoniac: Âiãưu chãú ngun liãûu täøng håüp amoniac tỉì khê thiãn nhiãn (ch úu l khê CH 4 ). Quạ trçnh chuøn hoạ khê thiãn nhoiãn qua hai giai âoản: - Âiãưu chãú khê täøng håüp - Lm sảch khê täøng håüp 1/ Âiãưu chãú khê täøng håüp: Khê thiãn nhiãn âỉåüc chuøn hoạ bàòng håi nỉåïc hồûc oxy theo phn ỉïng: CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2 - Q (1) 2CH 4 + O 2 ↔ 2 CO + 4H 2 + Q (2) CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 - Q (3) Phn ỉïng (1)(3) l cạc phn ỉïng thu nhiãût, phn ỉïng chè cọ hiãûu qu khi nhiãût âäü låïn hån 1350 o C. ÅÍ nhiãût âäü ny ráút khọ duy trç, do âọ, phi dng xục tạc v dỉ håi nỉåïc. Báy giåì xẹt lỉu trçnh chuøn hoạ khê thiãn nhiãn bàòng håi nỉåïc våïi xục tạc Ni. (Hçnh 3.1. Så âäư cäng nghãû chuøn hoạ metan bàòng håi nỉåïc cọ xục tạc) - Khê thiãn nhiãn âỉa vo thiãút bë trao âäøi nhiãût (1), náng nhiãût âäü lãn 380-400 o C. sau âọ sang thiãút bë lm sảch khê så bäü (2), dng ZnO âãø háúp phủ håüp cháút lỉu hunh (H 2 S, cạc håüp cháút hỉỵu cå chỉïa S) âãø chụng khi lm nhiãùm âäüc xục tạc (ra khi thạp cạc håüp cháút ny phi < 2÷3mg/m 3 ). - Håi nỉåïc dng âãø chuøn hoạ cng âỉåüc gia nhiãût åí thạp (3) våïi nhiãût âäü 380- 400 o C. Sau âọ âỉåüc ho vo khê våïi häùn håüp khê-håi åí t lãû 1/2.5 (thãø têch). Häùn håüp khê håi vo l äúng (4), tải âáy khê âi trong äúng cọ âỉûng xục tạc Ni, sỉû chuøn hoạ xy ra theo 27 phaớn ổùng (1). ỏy laỡ phaớn ổùng thu nhióỷt nón õóứ cung chap nhióỷt cho phaớn ổùng, ngổồỡi ta õọỳt khờ ồớ ngoaỡi ọỳng. Taỷi õỏy, họựn hồỹp khờ-hồi õổồỹc chuyóứn hoaù õóỳn 75% mótan vaỡ nhióỷt õọỹ õaỷt õóỳn 700-750 o C. laỡ ra, họựn hồỹp khờ õi vaỡo thaùp chuyóứn hoaù mótan thổù 2 (5) õóứ tióỳp tuỷc chuyóứn hoaù mótan coỡn laỷi. taùp naỡy, ngổồỡi ta cho thóm khọng khờ vaỡo õóứ nhũm muỷc õờch õổa N 2 vaỡo họựn hồỹp. Lổồỹng khọng khờ cho vaỡo õaớm baớo tyớ lóỷ: H 2 /N 2 = 3/1 (tố lóỷ cỏửn thióỳt õóứ tọứng hồỹp NH 3 ). Oxy trong khọng khờ oxy hoaù mótan theo phaớn ổùng (2) ồớ trón thaùp, phaớn ổùng naỡy toaớ nhióỷt laỡm tng nhióỷt õọỹ cuớa họựn hồỹp khờ lón 950-1000 o C. Do õoù, ồớ cuọỳi thaùp tióỳp tuỷc phaớn ổùng thu nhióỷt (1) vaỡ mọỹt phỏửn phaớn ổùng (3). - thióỳt bở (5) ra họựn hồỹp õi vaỡo nọửi hồi thu họửi (6), õổồỹc laỡm laỷnh xuọỳng nhióỷt õọỹ khoaớng 400 o C. óứ õióửu chốnh quaù trỗnh õổồỹc chờnh xaùc mọỹt phỏửn khờ õổồỹc õổa vaỡo thaùp tng ỏứm (7) maỡ khọng qua nọửi hồi. Thaùp naỡy õổồỹc phun nổồùc õóứ haỷ nhióỷt õọỹ họựn hồỹp khờ, õọửng thồỡi laỡm họựn hồỹp baợo hoaỡ hồi nổồùc. Lổồỹng nổồùc phun phaới laỡm sao cho khờ õaỷt nhióỷt õọỹ 380-400 o C laỡ nhióỷt õọỹ cỏửn thióỳt õóứ chuyóứn hoaù CO theo phaớn ổùng (3). - Trổồùc khi vaỡo thióỳt bở chuyóứn hoaù CO họựn hồỹp khờ qua thióỳt bở trọỹn (8). Taỷi õỏy, ngổồỡi ta bọứ sung hồi nổồùc vồùi tố lóỷ hồi/khờ = 0.35/1. - Thióỳt bở (9) gọửm 2 tỏửng xuùc taùc FE-Cr thổỷc hióỷn chuyóứn hoaù hai cỏỳp. Lỏửn õỏửu thổỷc hióỷn ồớ nhióỷt õọỹ 400 o C, phaớn ổùng toaớ nhióỷt tng nhióỷt õọỹ họựn hồỹp khờ lón 500 o C. Trổồùc khi vaỡo lồùp xuùc taùc tióỳp theo họựn hồỹp khờ qua lồùp õóỷm õổồỹc tổồùi nổồùc trổỷc tióỳp õóứ haỷ nhióỷt õọỹ xuọỳng 420-440 o C (nhióỷt õọỹ tọỳi ổu õóứ chuyóứn hoaù lỏửn hai). Khờ ra khoới thaùp (9) õổồỹc chia laỡm hai õi qua thióỳt bở (1) vaỡ (3). - Kóỳt thuùc quaù trỗnh chuyóứn hoaù họựn hồỹp khờ gọửm N 2 , H 2 , CO 2 , mọỹt ờt CO, CH 4 vồùi thaỡnh phỏửn (%thóứ tờch) nhổ sau: N 2 = 20.6; H 2 = 59.8; CO 2 = 15.2 CO = 4; CH 4 = 0.4 Họựn hồỹp naỡy õổa õi laỡm saỷch. 2/ Laỡm saỷch khờ tọứng hồỹp: muỷc õich loaỷi H 2 S, CO, CO 2 a/ Taùch khờ CO 2 vaỡ H 2 S: CO 2 vaỡ H 2 S õóửu tan nhióửu trong nổồùc khi tng aùp suỏỳt vaỡ haỷ nhióỷt õọỹ, nón họựn hồỹp khờ õổồỹc rổợa bũng nổồùc ồớ aùp suỏỳt cao laỡ phổồng phaùp tọỳt nhỏỳt õóứ taùch hai khờ naỡy. Trong cọng nghióỷp thióỳt bở laỡm saỷch khờ laỡ mọỹt thaùp õóỷm. Khờ õi tổỡ dổồùi lón, nổồùc bồm tổỡ trón xuọỳng vồùi aùp suỏỳt hồi lồùn hồn aùp suỏỳt khờ. Phổồng phaùp naỡy coù thóứ taùch tổỡ 80ữ95% CO 2 , vaỡ õổồỹc duỡng õóứ saớn xuỏỳt xọ õa, ure', Hióỷn nay, ngổồỡi ta sổớ duỷng dung dởch monoetanolamin (CH 2 CH 2 (OH)NH 2 ) õóứ taùch CO 2 vaỡ H 2 S. Dung dởch naỡy hỏỳp phuỷ tọỳt hai khờ trón ồớ nhióỷt õọỹ 25ữ35 o C. 2CH 2 CH 2 (OH)NH 2 + H 2 O + CO 2 (CH 2 CH 2 (OH)NH 3 ) 2 CO 3 CH 2 CH 2 (OH)NH 2 + H 2 O + CO 2 (CH 2 CH 2 (OH)NH 3 )HCO 3 2CH 2 CH 2 (OH)NH 2 + H 2 S (CH 2 CH 2 (OH)NH 3 ) 2 S CH 2 CH 2 (OH)NH 2 + H 2 S (CH 2 CH 2 (OH)NH 3 )HS 28 Tàng nhiãût âäü dung dëch â háúp thủ CO 2 , H 2 S lãn 105÷125 o C, thç quạ trçnh nh xy ra, sau âọ lm lảnh dung dëch v dung dëch monoetanolamin âỉåüc dng tråí lải. Phỉång phạp ny tạch CO 2 lãn âãún 99%. b/ Tạch khê CO: hm lỉåüng CO trong khê täøng håüp phi < 0.001÷0.002%. Phỉång phạp tạch CO l phỉång phạp Cu-NH 3 . Tỉïc dng múi âäưng acetat trong nỉåïc amoniac âãø háúp thủ. Quạ trçnh âỉåüc tiãún hnh åí P = 120-320atm, t o < 25 o C v sỉí dủng thạp âãûm âãø háúp thủ: Cu(NH 3 ) n OOH + CO = [Cu(NH 3 ) n CO]OOH Phỉïc ra khi thạp tàng nhiãût âäü lãn 80 o C v gim ạp sút xúng cn 1atm âãø tạch khê v tại sinh dung dëch háúp thủ. Khê thoạt ra trong quạ trçnh tại sinh chỉïa 62% CO, 25- 27% CO 2 , 12-13% (N 2 + H 2 ) âỉåüc âỉa qua thiãút bë chuøn hoạ CO. Khê täøng håüp sau khi rỉỵa bàòng dung dëch âäưng amoniac váùn cn chỉïa 0.01-0.05% CO 2 , nãn váùn lm hải xục tạc trong quạ trçnh täøng håüp NH 3 . Do âọ, phi rỉỵa tiãúp häùn håüp khê bàòng dung dëch NaOH 7% hay nỉåïc amoniac 20% åí P = 120-320 atm. Sau khi rỉỵa CO2 chè cn 0.0005-0.0001%. III. Cäng nghãû täøng håüp amoniac: (Hinh 3.2. Så âäư lỉu trçnh cäng nghãû täøng håüp amoniac åí ạp sút trung bçnh) - Khê täøng håüp âỉa vo pháưn trãn ca thạp täøng håüp (1). Tu theo âiãưu kiãûn chuøn hoạ v âäü sảch ca khê täøng håüp m hiãûu sút chuøn hoạ khạc nhau, nhỉng thỉåìng khê ra khi thạp cọ thnh pháưn (% thãø têch) nhỉ sau: H 2 : 52-57; N 2 : 17.5-19; NH 3 : 12-18; CH 4 : 6.6; Ar: 5.5 - Khê â chuøn hoạ âi vo thiãút bë ngỉng tủ (2) âỉåüc lm sảch bàòng nỉåïc, hả nhiãût âäü tỉì 120-200 o C xúng cn 25-35 o C. Pháưn låïn amoniac bë hoạ lng tải âáy. Sau âọ ton bäü khê âi vo thạp phán li (3) âãø tạch amoniac bë hoạ lng. Trong trỉåìng håüp khê trå nhỉ CH 4 , Ar vỉåüt quạ näưng âäü trãn cng âỉåüc thi ra tỉì thiãút bë ny, lm cho ạp sút gim âi. Vç váûy, khi âỉåüc âỉa qua båm tưn hon (4) âãø náng ạp ạp sút lãn 300-320 atm. - ÅÍ båm (4) ra khê âỉåüc âỉa qua thiãút bë lc (5) âãø tạch dáưu ca båm. Tải âáy khê täøng håüp måïi âỉåüc bäø sung mäüt lỉåüng bàòng lỉåüng khê â chuøn hoạ thnh amoniac â thi ra theo khê trå v â bë r rè. - Tỉì thiãút bë lc ra khê âi vo thạp ngỉng tủ (6) gäưm hai bäü pháûn truưn nhiãût v phán li. Trong bäü pháûn truưn nhiãût khê âỉåüc lm lảnh âãún 5-15 o C, sau âọ sang thạp bäúc håi (7) lm bay håi amoniac lng âãø lm lảnh khê. Tải âáy amoniac cn lải trong khê tiãúp tủc ngỉng tủ, kẹo theo nỉåïc, dáưu láùn trong khê. Häùn håüp tiãúp tủc âỉa qua bäü pháûn phán li ca thạp (6) âãø tạch amoniac lng cọ trong nỉåïc v dáưu ho tan. Khê cn lải âỉa lãn bäü pháûn truưn nhiãût ca thạp âãø lm lảnh khê tỉì thiãút bë (5) sang. - Ra khi thiãút bë (6) khê âỉåüc âỉa vo thạp (1) tảo thnh mäüt quạ trçnh tưn hon khẹp kên. Mä t thạp täøng håüp amoniac: (Hçnh 3.3.) 29 - Âáy l thiãút bë quan trng nháút trong hãû thäúng täøng håüp amoniac. Thạp cọ hai bäü pháûn chênh: åí trãn l häüp xục tạc våïi cạc äúng truưn nhiãût v pháưn dỉåïi l thiãút bë truưn nhiãût. - Âãø táûn dủng nhiãût ca phn ỉïng täøng håüp, âãø tàng nhiãût âäü cho khê täøng håüp, nãn quạ trçnh khê âi trong thạp tỉång âäúi phỉïc tảp. Häùn håüp khê âi vo phêa trãn thạp, qua khäng gian giỉỵa thán thạp (1) v häüp xục tạc (2) vng qua thiãút bë truưn nhiãût (3) vo giỉỵa cạc äúng ca thiãút bë ny tỉì dỉåïi lãn trãn. Ra khi thiãút bë truưn nhiãût, nhiãût âäü khê tàng lãn 350-370 o C. Sau âọ khê âi theo äúng trung tám (4) lãn phêa trãn ca häüp xục tạc v âi vo cạc äúng kẹp (5) âàût trong låïp xục tạc. Âáưu tiãn, khê âi theo äúng trong theo chiãưu tỉì trãn xúng dỉåïi, sau âọ âi vng lãn theo khäng gian giỉỵa hai äúng. Trong quạ trçnh âọ, trong äúng kẹp khê nháûn nhiãût phn ỉïng, lm tàng nhiãût âäü lãn 450-470 o C v âi vo phêa trãn ca häüp xục tạc. Khê âi qua bäü pháûn xục tạc theo chiãưu tỉì trãn xúng räưi qua cạc äúng ca thiãút bë truưn nhiãût, truưn nhiãût cho khê chỉa chuøn hoạ, hả nhiãût âäü räưi ra khi thạp. - Âãø giỉỵ nhiãût âäü xục tạc äøn âënh khong 500 o C, ngàn ngỉìa hiãûn tỉåüng quạ nhiãût trong trỉåìng håüp cáưn thiãút, ngỉåìi ta cho khê âi vo phêa dỉåïi ca thiãút bë täøng håüp theo äúng trung tám (6) lãn thàóng häüp xục tạc. . 26 CHỈÅNG III CÄNG NGHÃÛ TÄØNG HÅÜP AMONIAC I. Khại niãûm chung: - ÅÍ nhiãût âäü thỉåìng amoniac l khê khäng mu, cọ mi mảnh gáy ngảt thåí. Amoniac dãù ho tan trong nỉåïc,. 120-320 atm. Sau khi rỉỵa CO2 chè cn 0.0005-0.0001%. III. Cäng nghãû täøng håüp amoniac: (Hinh 3.2. Så âäư lỉu trçnh cäng nghãû täøng håüp amoniac åí ạp sút trung bçnh) - Khê täøng håüp âỉa. håi amoniac lng âãø lm lảnh khê. Tải âáy amoniac cn lải trong khê tiãúp tủc ngỉng tủ, kẹo theo nỉåïc, dáưu láùn trong khê. Häùn håüp tiãúp tủc âỉa qua bäü pháûn phán li ca thạp (6) âãø tạch amoniac