Công nghệ sản xuất amoniac

công nghệ sản xuất NH3 I Tính chất hóa lý II tính chất hóa học III Quy trình sản xuất IV Ứng dụng Lịch sử phát hiện và ứng dụng, các nguồn phát sinh amoniac Amoniac là một trong những hợp chất hóa học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học

Công nghệ sản xuất Amoniac (NH3) Nội dung: Tính chất vật ly Tính chất hóa học Quy trình sản xuất Ứng dụng  Lịch sử phát triển - Người Roman xưa tìm thấy muối amoni clorua - Vào năm 1774, Joseph Priestley lần phân lập amoniac dạng khí - Tuy nhiên người thu chất khí nhà giả kim thuật Basil Valentine 11 năm sau, Claude Louis Berthollet xác định thành phần phân tử amoniac NH3 - Fritz Haber Carl Bosch người phát quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909  Các nguồn phát sinh amoniac Nhâ n tạo • Từ nhà máy phân ure • Từ nhà máy chuyên sản xuất NH3 lỏng Tự nhiê n • Khí quyển • Phân hủy xác đợng thực vật • Nước mưa, nước biển, núi lửa • Các hoạt đợng sinh hóa hàng ngày I TÍNH CHẤT VẬT LY Amoniac chất không màu, mùi khai xốc, nhẹ khơng khí Điểm sơi (ở áp suất khí qủn) -33,34°C Tỷ trọng (so với khơng khí OoC) 0,586 Độ hòa tan nước g/100g H2O 89,9 (OoC) 60 (ở 15°C) 7,4 (100°C) Độ tan NH3 khí lit nước 700 lít (20°C) Giới hạn nổ với khơng khí 15-28% (thể tích) I TÍNH CHẤT VẬT LY  NH3 lỏng dung mơi hòa tan tốt nhiều chất dung môi ion hóa không nước quan nhất Độ tan số muối vô NH3 Độ tan (g muối/ 100 g NH3 lỏng)   lỏng: Amoni axetat 253.2 Amoni nitrat 389.6 Liti nitrat 243.7 Natri nitrat Kali nitrat Natri florua Natri clorua Natri brorua Natri iodua Natri tioxyanat 97.6 10.4 0.35 3.0 138.0 161.9 205.5 II TÍNH CHẤT HÓA HỌC II TÍNH CHẤT HÓA HỌC Phản ứng hóa hợp  Hóa hợp với nước: NH3(dd) + H2O ƒ NH4+ + OH  Hóa hợp với axit: Vd: (NH3.H2O) + HNO3 NH4NO3 + H2O  Hóa hợp với muối nhiều kim loại tạo hợp chất amonicat Vd: CaCl2.8NH3 ; CuSO4.4NH3 ; ZnCl2 4NH3 ; AlCl3 4NH3 II TÍNH CHẤT HÓA HỌC Phản ứng thê Thê nguyên tử hiđro phân tử NH3 kim loại hoạt động tạo thành hợp chất amidua ( có chứa nhóm amino NH2-); hợp chất imidua (chứa nhóm imino NH2-) hợp chất nitrua chứa ion nitrua N3-) Vd: 3500 C Na +2 NH ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® NaNH +H ( Natri amidua) 2Al + 2NH3 AlN + 3H2 t ắắ đ (Nhụm nitrua) 3Ca + 2NH3 t ắắ đ 3CaH2 + N2 canxi hidrua II TÍNH CHẤT HÓA HỌC Phản ứng oxi hóa: Amoniac tác dụng với nhiều chất oxi hóa để thể tính khử Vd: 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O NH3 dư + 3Cl2  N2 + 6NH4Cl NH3 + Cl2 dư  NCl3 + 3HCl 3CuO + 2NH3  3Cu + N2 + 3H2O t ¾¾ ® Pt,800- 900 C ¾¾ ¾¾¾ ® Pt,9atm 4NH3 + 8O2 ắắ ắ ắđ 4HNO3 + 4H2O 750- 8000 C 10 III QUY TRÌNH SẢN XUẤT b Làm khí Tách bụi, tro, dầu Tách H2S Tách CO2 Tách CO  Tách tro, bụi, dầu: có thể khử bụi, tro rửa nước, qua lọc điện khô lọc điện ướt Khử dầu lọc quán tính ly tâm 20 Phương pháp khô: dùng xúc tác Fe2O3.xH2O, ít CaO mạt cưa Phương pháp ướt: dùng dung dịch muối asenic môi trường kiềm để hấp thụ H2S Fe2O3.xH2O + H2S  Fe2S3.xH2O + H2O Fe2S3.xH2O+3/2 O2Fe2O3.xH2O + 3S 3H2S + 3/2 O2  3H2O + 3S Na4As2S5O2 + H2S  Na4As2S6O + H2O Na4As2S6O + 1/2 O2  Na4As2S5O2 + S Tách H2S Ngoài có thể dùng hỗn hợp dung dịch mono, trietanolamin với sunfolan C4H8S2 2RNH2 + H2S  (RNH3)2S (RNH3)2S + H2S  2RNH3HS (R nhóm – CH2CH2OH) Tách CO2 Hấp thụ nước: - Rửa khí nước lạnh áp suất 16 – 25 atm, tưới tháp đệm - Sau đó cho nước qua tuốc bin để giảm áp suất xuống 1atm, đó khí thoát khỏi nước Khí chứa 80% CO2, 11% H2 ít N2, H2S Hấp thụ nước: Dùng etanolamin để làm CO2, tạo thành hợp chất cacbonat bicacbonat amin 2RNH2+H2O +CO2 (RNH3)2CO3 RNH2+H2O+CO2  (RNH3)HCO3  Đun nóng dung dịch để tách CO2 22 Tách CO Phương pháp đồng amoniac [Cu(NH3)n]OOCCH3 NH3 áp suất (120 – 300atm) và 25oC [Cu(NH3)n]OOCCH3 + CO  [Cu(NH3)nCO]OOCCH3 Loại bỏ vi lượng CO Hidro hoá có xúc tác Ni/Cr nhiệt độ 150oC, áp suất 3atm CO + 3H2   CH4 + H2O 23 III QUY TRÌNH SẢN XUẤT c Nén khí   Dùng máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiêt cho hỗn hợp khí hệ thống tổng hợp amoniac d Tổng hợp amoniac Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm loại hệ thống tổng hợp amoniac:  - Hệ thống làm việc áp suất thấp 100 - 160 atm    - Hệ thống làm việc áp suất trung bình 250-360atm    - Hệ thống làm việc áp suất cao 450 - 1000 atm 24 THÁP TỔNG HỢP NH3 Tháp tổng hợp NH3 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 Sơ đồ thiết bị tổng hợp amoniac 26 Sự phụ thuộc hàm lượng NH3 hỗn hợp N2,H2 hồi lưu vào nhiệt độ áp suất đưa hình sau: Qua hình vẽ ta thấy : nêu áp suất tăng, nhiệt độ giảm thì lượng NH3 hỗn hợp hồi lưu giảm, tức độ chuyển hóa cân thấp tổng hợp (2) tăng Hàm lượng NH3 có thể tính công thức thục nghiệm sau: Ở đây, C’-hàm lượng NH3 hỗn hợp khí N2,H2 tính % thể tích Năng suất tháp tổng hợp NH3 tính: Ở đây: G – suất tháp, kg/h V – vận tốc thể tích khí, m3/s V – thể tích xúc tác, m3 C1 – nồng độ NH3 hỗn hợp N2,H2 cửa vào,% C2 - nồng độ NH3 ra,% 0.771 – tỉ trọng NH3, kg/ m3 Thời gian làm việc lớp xúc tác phụ thuộc vào mức độ làm không khí, thông thường gần năm  cơng nghệ sản xuất amoniac điển hình nhất: Cơng nghệ Haldor Topsoe A/S  29 Sơ đồ công nghệ đại tổng hợp Amoniac Công nghệ sản xuất Ammonia Haldor Topsoe SA - Đan Mạch nhà máy Đạm Cà Mau Công nghệ Krupp Uhde Công nghệ Krupp Uhde, người ta áp dụng phương pháp reforming thông thường nước để sản xuất khí tổng hợp chứa CO H2, tiêp theo sử dụng chu trình tổng hợp amoniac với thiêt bị trung áp Phương pháp tối ưu hóa để giảm tiêu thụ lượng tăng độ ổn định vận hành 31 Phương hướng phát triển công nghiệp NH3 - Tìm phương pháp để tổng hợp amoniac, nhất tổng hợp nhiệt độ áp suất thường Các nhà hóa học điều chê được amoniac từ nitơ nhiệt độ phòng áp suất khí bình thường Phương pháp cần nhiều năm có thể áp dụng cách có hiệu quả kinh tê sản xuất công nghiệp - Enzym nitrogenases nên có khả chuyển nitơ không khí thành NH3 Quá trình  gọi trình cố định đạm (nitơ) Hiện nhà khoa học hy vọng tìm hiểu bản chất của  trình cố định đạm sinh vật Một phát rất ấn tượng liên quan đên vấn đề tìm vùng hoạt động enzym cố định đạm có cấu trúc dị thường Fe7MoS9 IV ỨNG DỤNG 33 D THE END 34 ... NH3( dd) + H2O ƒ NH4+ + OH  Hóa hợp với axit: Vd: (NH3. H2O) + HNO3 NH4NO3 + H2O  Hóa hợp với muối nhiều kim loại tạo hợp chất amonicat Vd: CaCl2. 8NH3 ; CuSO4. 4NH3 ; ZnCl2 4NH3 ; AlCl3 4NH3. .. +CO2 (RNH3)2CO3 RNH2+H2O+CO2  (RNH3)HCO3  Đun nóng dung dịch để tách CO2 22 Tách CO Phương pháp đồng amoniac [Cu (NH3) n]OOCCH3 NH3 áp suất (120 – 300atm) và 25oC [Cu (NH3) n]OOCCH3 + CO  [Cu (NH3) nCO]OOCCH3... số kim loại, tạo thành dung dịch phức chất Vd : Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu (NH3) 4](OH)2 Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu (NH3) 4]2+ + 2OH(xanh thẫm) - NH3 có tính ăn mòn kim loại hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn),