Công nghệ sản xuất khí clo và khí hydro I Tính chất vật lý II Tính chất hóa học III Công nghệ sản xuất IV Ứng dụng Khí clo và khí Hydro là những khí rất quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Các công nghệ sản xuất khí clo và khí hydro.
CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ Cl2, H2 KHÍ CLO TÍNH CHẤT VẬT LÝ TÍNH CHẤT HĨA HỌC CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ CLO ỨNG DỤNG KHÍ HIĐRƠ TÍNH CHẤT TẦM QUAN TRỌNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ HIĐRƠ ỨNG DỤNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Humphry Davy Nhà hóa học Cornwall Carl Wilhelm Scheele (Nhà hóa học Thụy Điển) Humphry Davy (Nhà hóa học Cornwall) 3 Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa phân tử CFC, có liên quan việc gây hại tầng ôzôn - Ở dạng khí: màu vàng lục nhạt, nặng khơng khí khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó ngửi là chất độc cực mạnh - Clo khí có khả phản ứng gần với ngun tố Ở 10 °C Khuyến lít nước hòa tan 3,10 lít clo 30 °C 1,77 lít mại Một số thơng số vật lí khí clo Màu sắc Trạng thái vật chất Vàng lục nhạt Chất khí Nhiệt độ nóng chảy 171,6 K (-101,5 °C, -150,7 °F) Nhiệt độ sôi 239,11 K (-34,04 °C, -29,27 °F) Mật độ 3,2 g/L (at 0 °C, 101.325 kPa) Mật độ thể lỏng ở nhiệt độ sôi: 1,5625g·cm−3 Điểm tới hạn 416,9 K, 7,991 MPa Nhiệt lượng nóng chảy (Cl2) 6,406 kJ·mol−1 Nhiệt lượng bay (Cl2) 20,41 kJ·mol−1 Nhiệt dung (Cl2) 33,949 J·mol−1·K−1 Áp suất P (Pa) 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 128 139 153 170 197 239 - Thể t/c phi kim điển hình + Tác dụng với hầu hết kim loại Muối clorua 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 + Tác dụng với Hidro tạo thành khí Hidroclorua Cl2 + H2 → HCl - Phương pháp Clo hóa: Clo thể số hóa tính phản ứng Clo hóa sau: Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo: Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd) Tác dụng với dung dịch Natri Hiđroxit tạo dung dịch nước Giaven: Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H 2O (l) Điện phân dung dịch muối clo nóng chảy Cơng nghệ sản xuất Oxi hóa cloruahidro 11 Tại anot: 2Cl- - 2e → Cl2 (1) 4OH- - 4e → O2 + 2H2O (2) Tại catot: 2H2O + 2e →H2 + 2OH- (3) Na+ + e →Na (4) - Q trình phóng điện điện cực cuả ion nói phụ thuộc vào tiêu chuẩn chúng, vào dòng điện (mật độ dòng) vào hoạt độ hóa điện cực cuả ion 12 31 Ðiện phân nước Các phương pháp Phương pháp phân ly khí cốc cách làm lạnh thâm độ Chuyển hóa Hydro Cacbon 32 Các PT xảy điện cực sau: - Trên anot: 2H2O →O2+4H+ +4e (trong môi trường axit) 4OH- → O2 + 4e (trong môi trường kiềm) - Trên catot: 2H3O+ + 2e → H2 + 2H2O (trong môi trường axit) 2H2O + 2e → H2 +2OH- (trong môi trường kiềm) Trong công nghiệp, người ta tiến hành điện phân nước dung dịch kiềm với KOH dùng làm chất điện ly - Nồng độ KOH : 25 - 30% - Nếu dùng NaOH :16 - 20% - Vật liệu làm bể điện phân: thép 33 - Nước sử dụng điện phân có độ dẫn điện riêng không lớn 10-3 mS.m-1, lượng cặn sau bay đến khơ khơng q 10mg/lít, clorua khơng q 6mg/lít sắt khơng q 3mg/lít - Điện cực: thép cacbon + Anot: mạ niken + Catot: hoạt hóa cách mạ niken xốp có chứa lưu huỳnh kim loại thuộc nhóm platin - Màng ngăn : vải amiăng (được tăng độ bền sợi niken) - Quá trình điện phân tiến hành áp suất khí áp suất 1Mpa Nguyên liệu tiêu hao cho 1m3 khí hydro điều kiện thông thường là: Nước 820 đến 850g, 34 NaOH 1,3 đến 1,8 g, KOH 2,0 đến 3,0g 35 Điện phân thơng thường Điểm mạnh (S) Q trình tiến hành với chất điện phân nước hay dung dịch kiềm Hai phần anot catot tách riêng màng ngăn ion (microporous) để tránh hòa lẫn hai khí sinh Điện phân nước suất(W) cao Điểmápyếu Điện phân nước áp suất cao sinh hyđroở áp suất đến mPa Quá trình giai đoạn nghiên cứu hoàn thiện dần. CÁC DẠNG ĐIỆN PHÂN Các panel mặt trời, chất bán dẫn chuyển hóa trực tiếp ánh sáng Đưa phần lượng cần mặt trời thành điện năng… Sử thiết cho trình điện phân dụng lượng mặt trời để tạo dạng nhiệt năng, nhiệt độ 800ra điện dùng điện phân nước 1000°Cvào q trình, có q trình thể hạn chế bớt lượng điện 36 (khơng khí thải), tái sinh bền tiêu thụ Điện nước nhiệt độ cao Điệnphân phân nước nhiệt độ cao vững Quang điện phân Thành phần khí cốc (%): - Hidro: 35 - 61% ; -Khí CO2 2-4%; - Metan 24 - 28% - N2 : 2 - 7 % ;- Olêfin(etylen,propylen) :1,5 - 3% ; Oxi :0,2- 2,5% Ngồi ,trong khí cốc có hợp chất hữu lưu huỳnh , benzen, naphtalen, nitơoxit, axetilen Các phân đoạn khí cốc tách cách ngưng tụ phân đoạn áp suất cao,trong trình làm lạnh phân đoạn ngưng tụ 37 38 Phương Pháp Chuyển hóa metan nước có xúc tác Chuyển hóa metan nước-oxi nước - oxi - khơng khí có xúc tác 38 - Các phản ứng chuyển hóa metan là: CH4 + H2O → CO + 3H2 (1) 2CH4 + O2 → 2CO + 4H2 (2) CO + H2O → CO2 + H2 (3) Quá trình thực qua giai đoạn: + chuyển hóa metan thành CO hydro + chuyển hóa tiếp CO thành H2 và CO2 Trong công nghiệp, người ta thường dùng phương pháp chuyển hóa CH4: - Chuyển hóa nước có xúc tác - Chuyển hóa nước có oxi, nước oxi - khơng khí, có xúc tác - Chuyển hóa oxi khơng khí oxi nhiệt 40 độ cao 38 b) Chuyển hóa metan nước-oxi nước - oxi - khơng khí có xúc tác: 42 NGỒI RA HYDRO CỊN ĐƯỢC SẢN XUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 41 XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA CÔ VÀ CÁC BẠN! ... 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 + Tác dụng với Hidro tạo thành khí Hidroclorua Cl2 + H2 → HCl - Phương pháp Clo hóa: Clo thể số hóa tính phản ứng Clo hóa sau: Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo: Cl2 (k)... chảy Cơng nghệ sản xuất Oxi hóa cloruahidro 11 Tại anot: 2Cl- - 2e → Cl2 (1) 4OH- - 4e → O2 + 2H2O (2) Tại catot: 2H2O + 2e H2 + 2OH- (3) Na+ + e →Na (4) - Q trình phóng điện điện cực cuả ion... 1,5625g·cm−3 Điểm tới hạn 416,9 K, 7,991 MPa Nhiệt lượng nóng chảy (Cl2) 6,406 kJ·mol−1 Nhiệt lượng bay (Cl2) 20,41 kJ·mol−1 Nhiệt dung (Cl2) 33,949 J·mol−1·K−1 Áp suất P (Pa) 10 100 1 k 10 k 100 k