KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH3

Vũng tàu, tháng 9/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU Khoa Hoá Học và CNTP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU Khoa Hoá Học và CNTP KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH 3 KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH 3 Nội dung Nội dung I. Tính chất hoá lý và ứng dụng I. Tính chất hoá lý và ứng dụng II. Nguyên liệu sản xuất NH 3 II. Nguyên liệu sản xuất NH 3 III. Tổng hợp NH 3 III. Tổng hợp NH 3 IV. Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH 3 IV. Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH 3 V. Phương hướng phát triển công nghiệp NH 3 V. Phương hướng phát triển công nghiệp NH 3 VI. Kết luận VI. Kết luận I.Tính chất hóa lý và ứng dụng I.Tính chất hóa lý và ứng dụng 1.Các tính chất hóa lý chính 1.Các tính chất hóa lý chính Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH3. Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, có mùi khai, tan nhiều trong nước. Amoniac là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí. Amoniac hoá lỏng ở -34 0 C và hoá rắn ở -78 0 C. Hiện tượng Nồng độ, ppm Phát hiện thấy có mùi 5 Dễ dàng phát hiện mùi 20-50 Gây khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe khi tiếp xúc lâu 50-100 Gây chảy nước mắt kể cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn 150-200 Kích thích mắt, mũi, khó thở kể cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn 400-700 Ho, co thắt cuống phổi 1.700 Nguy hiểm đến tính mạng kể cả tiếp xúc dưới 30 phút 2.000-3.000 Phù, ngẹt thở, ngạt và nhanh chóng tử vong 5.000-10.000 Chết lập tức Trên 10.000 Phân loại giới hạn nồng độ của NH 3 tác động đến sức khỏe con người 1. Sự phân huỷ: 2NH 3 → 3 H 2 + N 2 2. Tác dụng với axit: NH 3 + HCl → NH 4 Cl 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 Khi có xúc tác Pt: 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. 2NH 3 + 3Cl 2 = 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 4. NH 3 là một acid yếu: 2. Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng • Làm phân bón • Điều chế acid nitric • Kỹ nghệ làm lạnh • Kỹ nghệ điện tử Năm 2004 159,1 triệu tấn Năm 2005 162,3 triệu tấn Năm 2006 166,1 triệu tấn Năm 2007 176,6 triệu tấn Năm 2008 184,0 triệu tấn Năm 2010 Dự kiến khoảng 202 triệu tấn Sản lượng của amoniac thế giới II. Nguyên liệu sản xuất NH 3 II. Nguyên liệu sản xuất NH 3 2.1.1. Phương pháp Hồ Quang 2.1.2. Phương pháp Xianamit 2.1.3. Phương pháp Amoniac 2.1.4. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng 2.1. Điều chế Nitơ 2.2.1. Đi từ khí thiên nhiên 2.2.2. Phương pháp chuyển hóa Metan 2.2.3. Phương pháp chuyển hóa cacbon 2.2 Điều chế Hydro 2.2 Điều chế Hydro Phương pháp chuyển hóa Metan Tác dụng của metan với hơi nước và oxi: CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2 – 206kJ CH 4 + ½ O 2 ↔ CO + 2H 2 + 35kJ CO + H 2 O ↔ CO 2 +H 2 +41 kJ Phương trình tổng quát: CH 4 + 2H 2 O ↔ CO 2 + 4H 2 – 165 kJ Điều kiện: • Áp suất khí quyển hoặc áp suất cao; • Nhiệt độ T=800-900 o C, xúc tác Ni/Al 2 O 3 hoặc MnO, MgO; • Nhiệt độ T=1250 o C nếu không có xúc tác => Phản ứng tạo mồ hóng. Tăng vận tốc: ↑ áp suất: sử dụng áp suất khí tự nhiên nhằm tiết kiệm điện năng nén khí, => Giảm thể tích thiết bị, thể tích đường ống dẫn. [...]... sắt, oxyt kẽm…) hoặc hấp thụ ( nước amoniăc, etanolamin, dd asen-xođa, các dd cacbonat…) H2S Trong công nghiệp sản xuất HNO3 thường dùng ZnO ở T=350400oC: ZnO + H2S ↔ ZnS + H2O o Na4As2S5O2 + H2S ↔ Na4As2S6O + H2O Na4As2S6O +1/2O2 ↔ Na4As2S5O2 +2S RNH2 + H2S ↔ (RNH3)2S (RNH3)2S + H2S ↔ 2RNH3HS R= C2H5OH Nhiệt độ hấp thụ: T=20-40oC, tái sinh ở 100oC Làm sạch khí chuyển hóa khỏi CO2 (17-30%CO2) Hấp... (17-30%CO2) Hấp thụ: •H2O: ↑P → ↑ hấp thụ, ↓P → nhã hấp thụ, Khí sau khi được nhã hấp thụ chứa 80%CO2, 11%H2, N2, H2S… được sử dụng sản xuất cabonat Tuy nhiên tiêu tốn nhiều điện năng và tổn thất H 2 lớn •Etanolamin, dietanolamin: CO2 + 2RNH2 + H2O ↔ (RNH3)CO3 CO2 + (RNH3)CO3 + H2O ↔ 2RNH3HCO3 Quá trình hấp thụ: 40-45oC; nhả hấp thụ ở 120oC •Dung dịch nóng bồ tạt: K2CO3 (25%) + As2O3 ở 10-20 atm và T=110-120oC... T=77-79oC) Cu (NH3) nOOCCH3 + CO ↔ [Cu (NH3) nCO]OOCCH3 Phương pháp làm lạnh sâu: => phân chia khí cốc hóa Ngưng tụ khí cốc hóa ở nhiệt độ sôi của N2: -195,7oC => thu hỗn hợp khí N2 và H2 Rửa hỗn hợp khí bằng N2 lỏng để làm sạch hỗn hợp khí khỏi CO Phương pháp hydro hóa: Khi hàm lượng CO và CO2 còn lại < 1% Điều kiện: xúc tác Ni/Al2O3, T=200-400oC CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O CO2 +4 H2 ↔ CH4 + 2H2O III Tổng hợp NH33 III... những hợp chất hóa học bề mặt: imit NH, amit NH2 và amiac NH3 •Giải hấp phụ NH3 và khuyếch tán vào thể tích pha khí Xúc tác: Fe (Al2O3, K2O, CaO), Pt, Oc, Mg, W, U, Rh… Al2O3 ngăn ngừa sự kết tinh cử các tinh thể sắt nhỏ, tăng diện tích bề mặt cho chất xúc tác => tăng hoạt tính xúc tác Nhược: Al2O3 có tính acid => gây khó khăn cho quá trình thoát NH3 khỏi bề mặt xúc tác % Al2O3 lớn gây khó khăn cho quá... thiết bị phân ly; 4:bơm tuần hoàn; 5: thiết bị lọc; 6: tháp ngưng tụ; 7: tháp bốc hơi amôniac Một số công nghệ sản xuất amoniac 1/ Công nghệ Haldor Topsoe; 2/ Công nghệ M.W Kellogg; 3/ Công nghệ Krupp Uhde; 4/ Công nghệ ICI; 5/ Công nghệ Brown & Root V Phương hướng phát triển công nghiệp NH33 V Phương hướng phát triển công nghiệp NH 1 Tăng công suất của dây chuyền; 2 Cải tiến thiết bị; 3 Tìm chất... 1 Hỗn hợp khí phải sạch; 2 Giữ tỉ lệ N2/H2 ≈ 1/3; 3 Nhiệt độ tối ưu của quá trình theo chiều dài xúc tác; 4 Giảm hàm lượng NH3 ở cửa vào thiết bị tiếp xúc; 5 Hoàn thiện cơ cấu của thiết bị tiếp xúc IV Phương pháp công nghiệp để tổng hợp IV Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH33 NH 4.1 Hệ áp suất thấp: P = 1-15 MPa 4.2 Hệ áp suất trung bình: P = 25-60 MPa 4.3 Hệ áp suất cao: P = 60-100 MPa - Phần... 2H2O III Tổng hợp NH33 III Tổng hợp NH 3.1 Cơ sở lý thuyết 3.2 Chất xúc tác 3.3 Cơ chế động học N2 + 3H2 ↔ 2NH3 +Q Phản ứng tỏa nhiệt và giảm thể tích nên cân bằng sang phải khi ↑P và ↓T Tuy nhiên cần tăng nhiệt độ (>400-500oC) và cần sử dụng xúc tác để ↑ tốc độ phản ứng Động học quá trình: Tổng hợp NH3 là quá trình xúc tác dị thể xảy ra theo các giai đoạn: •Khuếch tán N2và H2 từ dòng khí đến bề mặt hạt . hóa lý chính 1.Các tính chất hóa lý chính Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH3. Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, có mùi khai, tan nhiều trong nước. Amoniac