KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH3

KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 1 KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH 3 2 I.Khái niệm chung 2 II. Các tính chất hóa lý chính 2 III. Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng 4 IV. Nguyên liệu sản xuất NH 3 5 V. Tổng hợp NH 3 13 5.1. Cơ sở lý thuyết tổng hợp NH 3 13 5.2. Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH 3 14 VI. Phương hướng phát triển công nghiệp NH 3 18 NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NH 3 I.Khái niệm chung: NH 3 là một sản phẩm công nghiệp quan trọng, cho tới nay (5/2008) đây vẫn là sản phẩm duy nhất mà ngành CN hữu cơ hóa dầu Việt Nam có thể tổng hợp được.Ở nhiệt độ thường, NH 3 là khí không màu, có mùi mạnh gây ngạt thở. NH 3 dễ tan trong nước, ở nhiệt độ thường và áp suất thường, 1 lít nước hòa tan được 750l NH 3 . NH 3 là một chất bền ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng mạnh. 2NH 3 N 2 + 3H 2 t°= 1200°C NH 3 được dùng nhiều để sản xuất phân đạm, HNO 3 và nhiều hợp chất khác, nó cũng được dùng làm chất làm lạnh. NH 3 có 2 loại: loại 1 dùng trong các máy lạnh, loại 2 dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất. Hàm lượng các chất Ðơn vị Loại 1 Loại 2 Amôniac Hơi ẩm Dầu Sắt % % mg/l mg/l 99,9 0,1 10 2 99,6 0,4 35 không qui định NH 3 được tổng hợp theo phản ứng: N 2 + 3H 2 2 NH 3 (1) Ðây là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt và giảm thể tích. Chiều thuận cần nhiệt độ thấp áp suất cao có xúc tác sắt. Nguyên liệu tổng hợp amôniac là hỗn hợp khí nitơ và hydro. II. Các tính chất hóa lý chính Nitơ nằm trong n hóm các nguyên tố hóa học đóng vai trò đặc biệt trong thiên nhiên và cuộc sống con người. Tuy nhiên khí tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong động thực vật thì nitơ tham gia không phải ở dạng nguyên tố mà ở dạnghợp chất NH 3 . 2.1.Tính chất vật lý NH 3 Amoniac là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng riêng D = 0,76g/l. NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 3 Amoniac hoá lỏng ở -34 0 C và hoá rắn ở -78 0 C. Trong số các khí, amoniac tan được nhiều nhất trong nước.1 lít nước ở 200C hoà tan được 800 lít NH 3 . Hiện tượng tan được nhiều giải thích do có tương tác giữa NH 3 và H 2 O, là những chất đều có phân tử phân cực 2.2.Tính chất hóa học NH 3 2.2.1Sự phân huỷ: Như đã biết, phản ứng tổng hợp NH 3 là thuận nghịch. Điều này có nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N 2 và H 2 . Amôniăc phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700 0 C và áp suất thường. Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch. 2NH 3 → 3 H 2 + N 2 2.2.2.Tác dụng với axit Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HCl đặc và dung dịch NH 3 đặc sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau thì sẽ thấy khói màu trắng. Khói màu trắng là những hạt nhỏ của tinh thể muối amoni clorua . Chất này được tạo do hai khí HCl và NH 3 hoá hợp với nhau theo phương trình phản ứng: NH 3 + HCl → NH 4 Cl 2.2.3.Tác dụng với chất oxi hoá a) Tác dụng với O 2 Đốt amôniăc trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi. NH 3 bị oxi hoá bởi oxi tạo ra N 2 và H 2 O. 4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O + Q Trong thí nghiệm hỗn hợp NH 3 và O 2 được dẫn đi qua ống đựng chất xúc tác Pt nung nóng. Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thường, thì hoá hợp với trong không khí tạo ra khí NO 2 màu nâu đỏ. NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 ⇔ NO 2 b) Tác dụng với khí Clor Dẫn khí NH 3 vào bình khí Cl 2 , hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói trắng. Phương trình phản ứng: 2NH 3 + 3HCl = 6HCl + N 2 Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH 4 Cl được tạo nên do HCl sau khi sinh ra lại hoá hợp ngay với NH 3 NH 3 + HCl → NH 4 Cl 2.2.4.Tính acid Như ta đã biết NH3 là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid yếu ví dụ như khi lithium nitride được thêm vào dung dịch ammonia, phản ứng tạo thànhdung dịch lithium amide : NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 4 Li 3 N(s)+ 2NH 3 (l) → 3 Li+(am) + 3 NH 2 −(am) NH3 như là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ , có màu xanh dương đậm khi thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II). Diamminesilver(I), [Ag(NH 3 ) 2 ] + , được gọi là tác chất Tollens' reagent. III.Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng Hợp chất của nitơ được ứng dụng rộng rải dể sản xuất thuốc thuốc nhuộm, chất dẻo, thuốc chữa bệnh.v.v ngoài ra hợp chất nitơ còn dùng để sản xuất chất cháy, chất nổ. Từ NH 3 người ta diều chế axit HNO 3 và phân đạm. 3.1.Làm phân bón  NH 3 được xem như là thành phần của phân bón. NH 3 có thể được bón trực tiếp lên ruộng đồng bằng cách trộn với nước tưới mà không cần thêm một quá trình hoá học nào.  NH 3 tác dụng với acid (HCl, HNO 3 …) tạo muối là thành phần chính của phân bón hoá học. Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt. Amôni Nitrat cũng được sử dụng như một loại phân bón và còn như một dạng thuốc nổ 3.2.Điều chế acid nitrit 3.2.1. Nguyên lý chung - Ðiều chế acid nitric bằng phương pháp oxi hóa khí amôniăc ,được tiến hành qua 2 giai đoạn: a) Oxi hóa amôniăc thành NO 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O - xúc tác là hợp kim Pt - Rh (5 - 10% Rh) b) Ðiều chế acid nitric 2NO + O 2 ⇔ NO 2 -Hấp thụ NO 2 bằng nước tạo thành acid nitric : 3NO 2 + H 2 O ⇔ 2HNO 3 + NO 3.3.Kỹ nghệ làm lạnh NH 3 là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì chúng kém độc và ít bắt cháy 3.3.1.Trong phòng thí nghiệm và phân tích NH 3 được xem như là hỗn hợp khí chuẩn cho việc kiểm soát phát thải môi trường, kiểm soát vệ sinh môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết. 3.3.2.Kỹ nghệ điện tử NH 3 được sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao cấp khác thông qua sự ngưng tụ silicon nitride (Si 3 N 4 ) bằng phương pháp ngưng tự bốc hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD) 3.3.3.Một số ứng dụng khác NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 5 NH 4 Cl được sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học… được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp. IV.Nguyên liệu sản xuất NH 3 4.1.Điều chế nitơ Nguồn hợp chất nitơ có giá trị công nghiệp trong tư nhiên rất ít, ở Chile và Nam Phi tìm thấy các mỏ nitrat natri rất lớn. Tổng hợp hợp chất nitơ từ khí quyển được tiến hành bằng 3 phương pháp: 4.1.1.Phương pháp hồ quang Ở nhiệt độ cao nitơ kết hơpj với oxi không khí theo phản ứng N 2 + O 2 2NO – 179,2kJ Oxit nitơ oxi hóa đến NO 2 . Sau đó NO 2 hấp thụ nước để tạo hành HNO 3 Phương pháp này ngày nay không dùng vì năng xuất NO thấp mà lại tiêu tốn nhiều điện năng. Tuuy nhiên hiện nay một phuong pháp tương tự oxi hóa nito băng oxi không khí ở nhiệt độ cao lại xuất hiện dụa trên cở sở các quá trình plazma. 4.1.2.Phương pháp xianamit Cacbua canxi đã ngiền nhỏ, ở t 0 ≈ 1000 0 C tác dụng với n 2 yheo phương trình CaC 2 +N 2 CaCN 2 +C +301.5kJ Phương pháp này ngày nay ít được sử dụng 4.1.3.Phương pháp amoniac Phương pháp này ưu việt hơn hai phương pháp trên về tính kinh tế. Tiêu tốn điện năng cho một tấn NH 3 nhỏ hơn sơ với hai phương pháp trên. Quá trình tổng hợp xảy ra N 2 + 3H 2 2NH 3 + Q Như vậy để tổng hợp NH 3 cần phải có N 2 , H 2 theo tỷ lệ N 2 :H 2 = 1:3. 4.2.Tổng hợp N 2 trong công nghiệp Trong sản xuất NH 3 , N 2 đượ c điều bằng hai phương pháp 4.2.1.Phân chia vật lý không khí thành N 2 và O 2 Trong thành phần không khí chứa (% thể tích): N 2 77%, O 2 21%, Ar 0,94 %. Ngoài ra trong không khí còn chứa lượng không đáng kể CO 2 , H 2 , Ne, He, Kr, Xe. Phân tích không khí thành những chất riêng biệt được tiến hành bằng cách chưng cất không khí lỏng và dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của từng khí riêng biệt. Sự phức tạp của quá trình này là hóa lỏng không khí. Để hóa lỏng không khí cần phải làm lạnh sân sắc và nén áp suất cao. 4.2.2.Nhân N 2 cùng với H 2 NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 6 Cách liên kết tất cả O 2 không khí ở dạng CO 2 sau đó tách CO 2 ra khỏi hỗn hợp N 2 và H 2 . 4.3.Điều chế hydro Nguồn hydro là khí metan, hơi nước, khí than cốc, nước. Hydro trong công nghiệp được chế biến bằng một trong những phương pháp sau: - Chuyển hóa metan của khí tự nhiên hay các đồng đẳng và sau đó chuyển hóa CO. - Chuyển hóa oxit cacbon bằng hơi nước khi tiến hành khí hóa nhiên liệu lỏng hay rắn. - Phân chia khí cốc bằng phương pháp hóa lỏng tất cả các cấu tử của hỗn hợp khí trừ H 2 . - Điện phân nước hay dung dịch muối ăn NaCl. 4.3.1.Điều chế H 2 bằng phương pháp chuyển hóa metan Tác dụng của metan với hơi nước và oxi xảy ra theo những phản ứng chính sau. CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 – 206kJ CH 4 + ½ O 2 CO + 2H 2 + 35kJ Phản ứng giữa các đồng đẳng của metan với các chất oxi hóa đã nêu cũng xảy ra tương tự. Sau đó sẽ xảy ra chuyển hóa oxit cacbon với hơi nước theo phản ứng: CO + H 2 O CO 2 +H 2 +41 kJ Quá trình tổng quát cùa chuyển hóa metan với hơi nước sẽ xảy ra sự thu nhiệt. CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 4H 2 – 165 kJ Quá trình chuyển hóa metan để nhận CO và H 2 tiến hành ở điều kiện: - Áp suất khí quyển hoặc áp suất cao. - Có sử dụng chất xúc tác (gọi là chuyển hóa xúc tác) hoặc không dùng chất xúc tác (chuyển hóa ở nhiệt độ cao). Để tổng hợp NH 3 theo yêu cầu của hỗn hợp khí nguyên liệu (N 2 +H 2 ) chứa không quá 0,5 % CH 4 . Nếu vượt quá tỉ lệ này thì CH 4 sẽ dư gây hại cho quá trình tổng hợp NH 3 . Hàm lượng còn lại CH 4 được quyết định bởi nhiệt độ quá trình và phụ thuộc tỉ lệ hơi: khí trong nguyên liệu và vào áp suất của quá trình. Mặc dù ở nhiệt độ 800 – 1000 0 C đã được độ cân bằng cần thiết của metan nhưng tốc độ quá trình trong khoảng nhiệt độ này nếu không có chất xúc tác vẫn nhỏ. Có thể dùng các chất xúc tác Ni phủ lên oxit nhôm hay là phủ lên oxit mangan. NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 7 Mặc dù đây là phản ứng thuận nghịch, có thể tích V tăng, nên khi tăng áp suất thì nồng độ CH 4 sẽ tăng lên trong hỗn hợp khí, nhưng quá trình chuyển hóa vẫn diễn ra thuận lợi khi nâng áp suất vì tốc độ phản ứng sẽ tăng lên. Thường tận dụng áp suất của khí tự nhiên nhằm tiết kiệm điện năng để nén khí. Mặt khác áp suất tăng sẽ làm giảm thể tích thiết bị và thể tích đường ống dẫn. Quá trình chuyển hóa không xúc tác nhiệt độ cao khí metan đượ thực hiện theo phản ứng: CH 4 + ½ O 2 CO + 2 H 2 + 35 kJ Khi nhiệt độ ≈ 1250 0 C. Khí nhận được theo phương pháp này có chứa mồ hóng. Mồ hóng có thể rửa sạch bằng nước nóng khi áp suất cao. 4.3.2.Điều chế H 2 bằng phương pháp chuyển hóa cacbon Khí thu được sau khi chuyển hóa metan chứa 20 – 40 % oxit cacbon. Tác dụng giữa CO và hơi nước tiến hành theo phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt: CO + H 2 O CO + H 2 + 36,6 kJ ( 500 0 C ) Phản ứng chuyển đổi CO không kèm theo sự thay đổi thể tích nên khi tăng áp suất sẽ tăng tốc độ phản ứng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất cân bằng H 2 . Tăng hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thì quá trình chuyển hóa CO hoàn toàn hơn. Khi tăng nhiệt độ sẽ chuyển dịch cân bằng về phía trái (không mong muốn). Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp phản ứng xảy ra chậm ngay cả khi có mặt chất xúc tác. Gần đây để chuyển hóa CO người ta sử dụng chất xúc tác Fe – Cr cho thêm oxit Al , K, Ca là những chất kích hoạt. Những chất xúc tác này cho phép quá trình chuyển hóa với tốc độ đủ lớn t 0 = 450 – 500 0 C, lượng dư CO trong hỗn hợp khí là 2 – 4%. Lượng dư lớn như vậy đòi hỏi quá trình rửa rất phức tạp. Ngày nay đã tìm ra phương pháp chuyển hóa xúc tác Sn – Cr – Cu (thiếc, crom, đồng) ở nhiệt độ thấp. Chất xúc tác cho phép tiến hành quá trình ở 200 – 300 0 C và lượng dư CO trong khí ra khoảng 0,2 – 0,4%. Tuy nhiên chất xúc tác nhiệt độ thấp rất nhạy với lưu huỳnh vì vậy đòi hỏi phải làm sạch khí nguyên liệu rất cẩn thận. Đối với quá trình thuận nghịch, tỏa nhiệt như chuyển hóa CO, nhiệt độ tối ưu hạ xuống theo độ tăng mức chuyển hóa. Nhưng nhiệt độ thực trong vùng xúc NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 8 tác sẽ tăng lên nếu không dẫn nhiệt ra ngoài. Để tránh điều mâu thuẫn này có thể chuyển hóa 2 bậc trong thiết bị tầng với sự giảm nhiệt độ nhờ hiện tượng bay hơi nước giữ các tầng. 4.3.3.Làm sạch khí Quá trình xúc tác sản xuất NH 3 đòi hỏi những yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ sạch của khí nguyên liệu đi qua lớp xúc tác. Ví dụ khí tự nhiên không được chứa lưu huỳnh quá 2mg/m 3 khi đưa vào chuyển hóa metan có sử dụng chất xúx tác. Chất xúc tác trong quá trình tổng hợp NH 3 sẽ giảm hoạt độ xuống khi trong nhiên liệu có mặt vết của hợp chất chứa lưu huỳnh và oxi. Có thể dùng những phương pháp sau đây để làm sạch khí khỏi tạp chất: Hấp phụ các tạp chất bằng các chất hấp phụ rắn: phương pháp được dùng khi hàm lượng tạp chất nhỏ. Hấp thụ bằng các chất hấp phụ lỏng. Phương pháp được dùng để làm sạch khỏi CO 2 và CO. Ngưng tụ tạp chất bằng cách làm sạch sâu sắc. Phương pháp này hiện nay được dùng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất acid HNO 3 . Tuy nhiên phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng nên đang bị hạn chế dần. Hydro hóa xúc tác, sau đó tách nước tạo thành. Phương pháp được sử dụng khi hàm lượng CO 2 , CO và O 2 trong khí chuyển hóa thấp. a) Làm sạch khỏi những hợp chất chứa S. Khí tự nhiên thường chứa S dưới dạng sunfua hydro H 2 S, sunfua cacbon CS 2 , lưu huỳnh – oxit cacbon COS, etymerkaptan C 2 H 5 SH. Các hợp chất này có hàm lượng chung khoảng 5 – 30 mg/m 3 . Trước khi làm sạch, các hợp chất chứa lưu huỳnh được hydro hóa đến sufua hydro H 2 S trên các chất xúc tác Co-Mo ở t = 350 – 450 0 C. Phương trình phản ứng CS 2 + 4H 2 2H 2 S + CH 4 RSH +H 2 H 2 S + CH 4 COS + 4 H 2 H 2 +CH 4 + H 2 O Sunfua hydro tạo thành sẽ hấp phụ bằng bằng các chất hấp phụ rắn hay lỏng. b) Làm sạch khí quyển chuyển hóa khỏi CO 2 Sau khi chuyển hóa CO trong khí còn chứ độ 17 – 30 % CO 2 NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 9 Khí CO 2 có thể làm sạch bằng các chất hấp phụ lỏng: nước, etanolamin, các dung dịch kiềm Khi áp suất cao CO 2 hoà tan trong nước tốt hơn các cấu tử khác của khí chuyển hóa. Dựa trên cơ sở này, đưa ra phương pháp rửa nước để làm sạch CO 2 trong các tháp có áp suất 2.10 6- - 3.10 6 N/m 2 . Nhược diềm của chính phương pháp rửa nước này là tốn nhiểu điện năng và tổn thất H 2 rất lớn. Vì vậy ngày nay trong những sơ đồ hiện đại thường dùng các chất hấp phụ có dung tích hấp phụ và độ chọn lọc lớn hơn nước. Rửa etanolamin được tiến hành bằng các dung dịch hỗn hợp mono- và dietanoiamin CH 2 CH 2 OHNH 2 và (CH 2 CH 2 OH) 2 NH. Quá trình tách CO 2 dựa trên phản ứng thuận nghịch sau: CO 2 + 2RNH 2 + H 2 O (RNH 3 )CO 3 CO 2 +(RNH 3 )CO 3 + H 2 O 2RNH 3 HCO 3 Rửa bẳng các dung dịch nóng bồ tạt dược tiến hành dưới áp suất 1.10 6 – 2.10 6 N ở t 0 =110 – 120 0 C thường dùng dung dịch 25% K 2 CO 3 được kích hoạt bẳng asen (As 2 O 3 ) Một số chất khác cũng hấp phụ CO 2 như các hợp chất hữu cơ : metanol,propilen cacbonat, sunfotan Làm sạch khí khỏi CO Trong công nghiệp sản xuất amiac NH 3 , để làm sạch khí khỏi CO có thể tiến hành một trong các phương pháp sau : Hấp phụ bẳng dung dịch amiac - đồng Rửa khí bằng nitơ hóa lỏng Hydro hóa xúc tác (khi hàm lượng co thấp). Rửa bằng dung dịch amoniac – đồng dựa trên cơ sở :oxitcacbon được hấp thụ bằng dung dịch để tạo thành hợp chất phức đồng – amoniac khả năng hấp phụ của dung dịch đồng – amoniac trong điểu kiện thường không cao. Nhưng khi tăng áp suất hạ nhiệt độ, khả năng hấp phụ tăng cao . Như vậy điều kiện để làm sạch khí CO là p =(1 – 3 ).10 7 n/m 2 , t = 0 – 25 0 c(nhiệt độ thấp hơn dễ xảy ra hiện tượng kết tinh dung dịch) . Thường sử dụng dung dịch đồng – amniac của các aicd yếu :axetic (axetat), cacbonic (cacbonat) và muravic Ngưng tụ tạp chất bằng phương pháp làm lạnh sâu Biện pháp ngưng tụ phân đoạn bằng cách làm lạnh sạu dùng để phân chia khí cốc hóa là một hỗn hợp có thành phần phức tạp Các cấu tử khí cốc (trử h 2 ) đều có nhiệt độ sôi cao hơn – 200 0 c. Vì vậy khi làm lạnh sâu sắc có thề chuyển hóa tất cả về dạng lỏng Phương pháp hyro hóa NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 10 Hydro hóa lượng co và co 2 còn lại (dưới 1%)tiến hành theo phản ứng CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O CO 2 +4 H 2 CH 4 + 2H 2 O Quá trình được tiến hành trong các thiết bị có sử dụng xúc tác niken (phủ lên oxit nhôm ) ở t= 200 – 400 0 c Ngoài ra hidro còn được điều chế bằng các cách sau đây Hydrogen từ khí đốt thiên nhiên: Điều chế hydrogen từ các nguồn nguyên liệu thiên nhiên như khí đốt được thực hiện dễ dàng nhất, và không cần phải sản xuất một nguồn nguyên liệu trung gian khác. Lợi điểm thứ hai, là phương pháp nầy đưa đến một công nghệ không phức tạp và có tỷ lệ hydrogen-carbon cao; do đó, hạn chế được tối đa lượng khí carbonic phát thải vào không khí. Phương pháp nầy thích hợp với những quốc gia có nguồn dự trữ khí đốt lớn như LB Nga, nhưng lại khó thích hợp cho Hoa Kỳ và Tây Âu, vì cần phải nhập cảng nguyên liệu khí đốt. Nguyên lý chuyển đổi từ khí đốt methane CH4 ra hydrogen gồm các phương cách sau đây: 1- phản ứng chuyển hóa hơi methane và oxid hóa từng phần; 2- hoặc kết hợp chung hai giai đoạn với nhau. Nhưng trên thực tế, hỗn hợp khí vẫn còn chứa carbon monoxide CO, carbon dioxide CO2 và một phần nhỏ khí methane còn sót lại. Do đó cần phải qua một quy trình chuyển hóa thứ hai với hơi nước dưới những hóa chất xúc tác với nhau để tạo ra hydrogen như sau: CO + H 2 0(hơi) -> CO 2 + H 2 CH 4 + 2 H 2 0 (hơi) -> CO 2 + H 2 Và sau cùng khi tinh chế lại, quy trình sản xuất sẽ cho ra hydrogen có độ tinh khiết rất cao. Phương pháp chuyển đổi khí đốt ra hydrogen trong giai đoạn chuyển tiếp hiện tại có thể là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao nhất vì nguồn vốn đầu tư và sản xuất tương đối thấp so với các phương pháp khác. Đặc điểm của phương pháp nầy là dễ thực hiện và khi sản xuất ở quy mô lớn sẽ làm giảm giá thành. Đặc điểm thứ hai, là ở các hệ thống phân phối, ở các điểm bán lẽ không cần nhân viên có trình độ cao để chuyển khí hydrogen từ hệ thống phân phối qua tế bào tiếp nhận của xe. Theo ước tính, một hệ thống sản xuất 480 Kg hydrogen/ngày sẽ giảm từ 3.847 $/Kg/ngày còn 2.000 $/kg/ngày và giá hydrogen sẽ giảm xuống từ 3,51 còn 2,33 Mỹ kim/Kg. Phương pháp nầy có thể áp dụng với quy mô kỹ nghệ vào năm 2011. Hydrogen từ than đá: Phương pháp nầy được áp dụng ở các nhà máy nhiệt điện dùng than và quy trình tổng hợp hóa khí trong than (IGCC). Đây là một phương pháp sạch biến than NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH [...]... giảm xuống còn $2,86/Kg Hydrogen V.Tổng hợp NH3 5.1.Cơ sở lý thuyết tổng hợp NH3 Trong tổng hợp NH3 tiến hành không kèm theo sản phẩm phụ theo phản ứng N2 +3H2 2NH3 + Q Giá trị hiệu ứng nhiệt ở 5000C ứng với các giá tri áp suất khác nhau thì sẽ có giá trị khác nhau NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 13 Phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng giảm thể tích Theo Le – Shatelia... THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 17 Năng suất của tháp tổng hợp NH3 được tính: ở đây: G – năng suất tháp, kg/h V – vận tốc thể tích khí, m3/s V – thể tích xúc tác, m3 C1 – nồng độ NH3 trong hỗn hợp N2,H2 ở cửa vào,% C2 - nồng độ NH3 ở của ra,% 0.771 – tỉ trọng của NH3, kg/ m3 Thời gian làm việc của lớp xúc tác phụ thuộc vào mức độ làm sạch không khí, thông thường là gần 2 năm Các sơ đồ hiện đại sản. .. chất ra với NH 3 sản phẩm không thể triệt tiêu hết lượng tạp chất vào cùng hỗn hợp N2,H2 mới, và trong thực tế sản xuất định kì phải xả một phần hỗn hợp khí hồi lưu để giảm nồng độ tạp chất trong chu trình Giải thích sơ đồ: Hỗn hợp khí N2,H2 đã được làm sạch đưa vào phía trên tháp tổng hợp tại đây xảy ra sự tạo thành amoniac NH3 NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e |... chuyển hóa cân bằng ở thấp tổng hợp (2) tăng Hàm lượng NH3 cũng có thể tính bằng công thức thục nghiệm sau: ở đây, C’-hàm lượng NH3 trong hỗn hợp khí N2,H2 tính % thể tích Thiết bị- tháp tổng hợp NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 16 Tháp tổng hợp là thiết bị chính và quan trọng nhất trong dây chuyên tổng hợp NH3 Cơ cấu của tháp phải bền vững, tin cậy, an toàn và...KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 11 thành năng lượng đang ngày càng phát triển ở Hoa kỳ Do đó, việc phối hợp vừa sản xuất điện và khí hydrogen trong các nhà máy phát điện dùng than sẽ giảm giá thành của hydrogen và phương pháp nầy có hiệu quả kinh tế rất cao Đây là một phương pháp biến than thành khí (gasification) dựa theo nguyên lý oxid hóa than đá với hơi nước ở nhiệt độ và áp xuất cao Trong... lượng NH3 ở cửa vào thiếi bị tiếp xúc Hoàn thiện cơ cấu của thiết bị tiếp xúc 5.2 Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH3 Trong công nghiệp sản xuất NH3, thường dùng áp suất từ 1.107 đến 1.108N/m2 Phụ thuộc vào áp suất chia thành các hệ: + áp suất thấp 1.106 ÷ 15.106 N/m3 + áp suất trung bình (25÷60).106 N/m3 +áp suất cao (60÷100) 106 N/m3 Hệ áp suất trung bình NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS LÊ THANH THANH KỸ... vào năm 2015 Hydrogen từ năng lượng hạch nhân: Sản xuất H2 từ nguồn năng lượng nầy có hai điểm lợi: 1- Nguồn nguyên liệu chính là uranium có trữ lượng lớn ở HK, Canada, và Úc Châụ Do đó đây là một nguồn nguyên liệu ổn định và an toàn; 2- Nguồn năng lượng hạch nhân không tạo ra khí carbonic vào bầu khí quyển cũng như các khí thải độc hại khác Quá trình sản xuất H2 trong các lò phản ứng hạch nhân có thể... NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 14 Đây là hệ được áp dụng rộng rãi nhất bởi vì trong những điều kiện này có thể giải quyết thành công các vấn đề tách NH 3 với tốc độ quá trình đủ lớn trong thiết bị tiếp xúc Hỗn hợp N2,H2 khi đi qua lớp xúc tác sẽ không chuyển hoàn toàn về NH 3 Trong khí ra thiết bị tiếp xúc hàm lượng NH3 là 14÷20% Hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị... H2 Phản ứng nầy chiếm ưu thế hơn vì không cần sự hiện diện của các chất xúc tác và cho hiệu suất cao hơn phản ứng nhiệt hóa Tuy nhiên, vì cùng sản xuất đồng loạt điện năng và hydrogen, cho nên cần có sự hiện diện của hai lò phản ứng ở trong cùng một phạm vi sản xuất Điều nầy đòi hỏi mức an toàn vận hành rất cao Mọi sơ suất có thể biến thành một tai nạn thảm khốc cho cư dân trong vùng Hydrogen từ phương... thiết bị hóa hơi (7) do hiện tượng hóa hơi NH3 lỏng nên hỗn hợp khí thu được độ lạnh cẩn thiết để NH3 tách ra được hoàn toàn hơn Từ tháp ngưng tụ (7) hỗn hợp khí thêm một lần nữa quay về tháp tổng hợp (2) Hỗn hợp N2,H2 mới được đưa vào phía dưới tháp ngưng tụ (6), ở đó nó được làm sạch bằng cách rửa bằng NH3 lỏng để tách hơi ẩm, mở và CO2 Sự phụ thuộc hàm lượng NH3 trong hỗn hợp N2,H2 hồi lưu vào nhiệt . KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 1 KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH 3 2 I .Khái niệm chung 2 II. Các tính chất hóa lý chính 2 III. Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng 4 IV. Nguyên. HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NH 3 I .Khái niệm chung: NH 3 là một sản phẩm công nghiệp quan trọng, cho tới nay (5/2008) đây vẫn là sản. như một loại phân bón và còn như một dạng thuốc nổ 3.2.Điều chế acid nitrit 3.2.1. Nguyên lý chung - Ðiều chế acid nitric bằng phương pháp oxi hóa khí amôniăc ,được tiến hành qua 2 giai đoạn: