tiểu luận quy trình sản xuất NH3

Phản ứng thế Thế các nguyên tử hiđro trong phân tử NH3 bằng những kim loại hoạt động tạo thành hợp chất amidua có chứa nhóm amino NH2-; hợp chất imidua chứa nhóm imino NH2- h

Công nghệ sản xuất

Nội dung:

Tính chất vật lý

Tính chất hóa học Quy trình sản xuất Ứng dụng

 Lịch sử phát triển

- Người Roman xưa đã tìm thấy muối amoni clorua

- Vào năm 1774, Joseph Priestley lần đầu tiên phân lập

amoniac dạng khí

- Tuy nhiên người đầu tiên thu được chất khí này là nhà giả kim thuật Basil Valentine 11 năm sau, Claude Louis Berthollet đã xác định được thành phần phân tử của amoniac là NH3

- Fritz Haber và Carl Bosch là những người phát hiện quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909

 Các nguồn phát sinh amoniac

• Từ nhà máy phân ure

• Từ nhà máy chuyên sản xuất NH3 lỏng

Nhâ

n tạo

• Phân hủy xác động thực vật

• Nước mưa, nước biển, núi lửa

• Các hoạt động sinh hóa hàng ngày

Tự

nhiê

n

Amoniac là chất khí, không màu,

mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí

I TÍNH CHẤT VẬT LÝ

I TÍNH CHẤT VẬT LÝ

 NH3 lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là

một trong những dung môi ion hóa không nước quan trọng nhất

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng hóa hợp

- Hóa hợp với nước:

 Hóa hợp với axit:

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC

2 Phản ứng thế

Thế các nguyên tử hiđro trong phân tử NH3 bằng những kim loại hoạt động tạo thành hợp chất amidua ( có chứa nhóm amino

NH2-); hợp chất imidua (chứa nhóm imino NH2-) hoặc hợp chất

nitrua chứa ion nitrua N3-)

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3 Phản ứng oxi hóa:

Amoniac còn tác dụng với nhiều chất oxi hóa

để thể hiện tính khử

4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

8 NH3 dư + 3Cl2  N2 + 6NH4Cl

NH3 + Cl2 dư  NCl3 + 3HCl 3CuO + 2NH3  3Cu + N2 + 3H2O

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC

4 Phản ứng khác:

- Amoniac là hợp chất bền, ở 1atm phân hủy hoàn toàn ở 5000C,

ở 30atm phân hủy ở 7000C :

Vd : Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu(NHCu(NH3)4](OH)2

Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu(NHCu(NH3)4]2+ + 2OH

(xanh thẫm)

- NH3 có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v

- NH3 lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su,gây phản ứng trùng hợp

nổ của etylen oxit

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

- Sản xuất ở quy mô rất nhỏ:

2 NH4Cl + 2 CaO → CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3

Quy trình Haber (hay còn gọi là quy trình Haber-Bosch) là quy

trình dựa trên phản ứng cố định nitơ bằng hyđro trên nền sắt

(xúc tác) để tạo ra NH3

- Sản xuất ở quy mô công nghiệp

Sơ đồ quy trình Haber-Bosch trong công nghiệp

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

5 công nghệ được thương mại hóa nhiều nhất:

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

1/ Công nghệ Haldor Topsoe

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

 Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac:

a Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro

ĐIỀU CHẾ NITO NI TƠ

Hấp phụ PSA

ĐIỀU CHẾ HYDRO

HYDR

O

Chuyển hóa metan Chuyển hóa oxit cacbon

Phân chia khí cốc Điện phân H2O

hay NaCl

Chuyển hóa mêtan

hóa xúc tác) hoặc không dùng chất xúc tác (chuyển hóa ở nhiệt độ cao).

oxit nhôm hay là phủ lên oxit mangan.

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

nhiệt độ cao khí metan đượ thực hiện theo phản ứng:

theo phương pháp này có chứa mồ hóng

Mồ hóng có thể rửa sạch bằng nước nóng

Chuyển hóa oxit

cacbon

 Tác dụng giữa CO và hơi nước tiến

hành theo phản ứng thuận nghịch, tỏa

 Tăng hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thì quá trình chuyển hóa

CO hoàn toàn hơn

Đây là phản ứng tỏa nhiệt

nên nhiệt độ trong vòng xúc

tác sẽ tăng nên ta cần dẫn nhiệt

ra ngoài

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

Cr – Cu (thiếc, crom, đồng) ở nhiệt độ

khí ra khoảng 0,2 – 0,4% )

ĐIỀU CHẾ HYDRO

HYDR

O

Chuyển hĩa metan Chuyển hĩa oxit cacbon

Phân chia khí cốc Điện phân H2O

470 520

Fe O C

có màng ngăn

¾¾ ¾ ¾ ¾ ¾® 2NaOH+Cl2+H2

H2S Tách Tách CO2 CO2 Tách Tách CO CO

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

b Làm sạch khí

 Tách tro, bụi, dầu: có thể khử bụi, tro bằng rửa

nước, qua lọc điện khô hoặc lọc điện ướt Khử sạch dầu bằng lọc hoặc quán tính ly tâm.

Tách CO2

Hấp thụ bằng nước:

- Rửa khí bằng nước lạnh

ở áp suất 16 – 25 atm, tưới

trong các tháp đệm

- Sau đó cho nước qua

tuốc bin để giảm áp suất

xuống 1atm, do đó khí sẽ

thoát ra khỏi nước Khí

này chứa 80% CO2, 11%

H2 và một ít N2, H2S

Hấp thụ bằng kiềm: Dùng etanolamin để làm sạch CO2, tạo thành hợp chất cacbonat

và bicacbonat amin

2RNH2+H2O +CO2 (RNH3)2CO3 RNH2+H2O+CO2  (RNH3)HCO3

 Đun nóng dung dịch để tách CO2

Loại bỏ vi lượng CO

Hidro hoá có xúc tác Ni/Cr ở nhiệt độ 150oC, áp suất 3atm

CO + 3H2  CH4 + H2O

Phương pháp đồng amoniac

Tách CO

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT

c Nén khí

Dùng các máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất

cần thiết cho hỗn hợp khí trong hệ thống tổng hợp

amoniac

d Tổng hợp amoniac

Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amoniac:

- Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100 - 160 atm

- Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250-360atm

- Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 - 1000 atm.

Tháp tổng hợp NH3 dưới áp suất trung bình

1.Nấp đậy 2.Thân Tháp 3.Hộp xúc tác 4.Các ống trao đổi nhiệt 5.Lớp cách nhiệt

6.Ghi lò 7.Ống trung tâm 8.Bộ phận trao đổi nhiệt

THÁP TỔNG HỢP NH3

Sơ đồ thiết bị tổng hợp amoniac

 2 công nghệ sản xuất amoniac điển hình nhất:

1 Công nghệ Haldor Topsoe A/S

Sơ đồ công nghệ hiện đại tổng hợp Amoniac

2 Công nghệ Krupp Uhde

Công nghệ Krupp Uhde, người ta áp dụng phương

pháp reforming thông thường bằng hơi nước để sản xuất khí tổng hợp chứa CO và H2, tiếp theo sử dụng chu trình tổng hợp amoniac với thiết bị trung áp

Phương pháp này được tối ưu hóa để giảm tiêu thụ

năng lượng và tăng độ ổn định vận hành

Phương hướng phát triển công nghiệp NH3

- Tìm các phương pháp mới để tổng hợp amoniac, nhất là tổng hợp

ở nhiệt độ và áp suất thường Các nhà hóa học đã điều chế

được amoniac từ nitơ ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển bình thường

Phương pháp này cần nhiều năm nữa mới có thể được áp dụng một cách có hiệu quả kinh tế trong sản xuất công nghiệp

- Enzym nitrogenases nên có khả năng chuyển nitơ không khí thành

NH3 Quá trình này được gọi là quá trình cố định đạm (nitơ) Hiện nay các nhà khoa học chỉ hy vọng tìm hiểu bản chất của quá trình

cố định đạm trong sinh vật Một phát hiện rất ấn tượng liên quan đến vấn đề này là đã tìm ra vùng hoạt động của enzym cố định đạm có cấu trúc dị thường Fe7MoS9

IV ỨNG DỤNG

THE END