NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC I. Một số khái niệm và định nghĩa: 1. Năng suất: Năng suất thiết bị, phân xưởng hay nhà máy, ... là số lượng sản phẩm tạo ra (hay nguyên liệu chế b
26 CHỈÅNG III CÄNG NGHÃÛ TÄØNG HÅÜP AMONIAC I. Khại niãûm chung: - ÅÍ nhiãût âäü thỉåìng amoniac l khê khäng mu, cọ mi mảnh gáy ngảt thåí. Amoniac dãù ho tan trong nỉåïc, åí nhiãût âäü v ạp sút thỉåìng 1 lêt nỉåïc ho tan âỉåüc khong 750 lêt khê amoniac. - Amoniac bãưn åí nhiãût âäü thỉåìng, cọ kh nàng phn ỉïng mảnh åí nhiãût âäü cao, âàûc biãût khi cọ xục tạc s bë oxy hoạ tảo thnh NO. 2NH3 ⎯⎯⎯→⎯> C01200 3H2 + N2 4NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯⎯⎯→⎯−− CRhPt0850750( 4NO + 6H2O (âiãưu chãú HNO3) - Häùn håüp amoniac trong khäng khê åí mäüt näưng âäü v nhiãût âäü nháút âënh cọ thãø gáy näø (giåïi hản näø dỉåïi 16% thãø têch hồûc 111.2 g/l) - Amoniac dng âãø sn xút phán âảm, acid HNO3, xä âa v cháút lm lảnh. Amoniac cọ 2 loải: loải 1 dng cho mạy lảnh; loải 2 dng lm ngun liãûu trong cäng nghiãûp hoạ cháút. - Amoniac âỉåüc täøng håüp theo phn ỉïng sau: 3H2 + N2 ⎯→⎯Fe 2NH3 + Q (phn ỉïng to nhiãût v gim thãø têch) II. Âiãưu chãú häùn håüp khê nitå-hydro âãø täøng håüp amoniac: Âiãưu chãú ngun liãûu täøng håüp amoniac tỉì khê thiãn nhiãn (ch úu l khê CH4). Quạ trçnh chuøn hoạ khê thiãn nhoiãn qua hai giai âoản: - Âiãưu chãú khê täøng håüp - Lm sảch khê täøng håüp 1/ Âiãưu chãú khê täøng håüp: Khê thiãn nhiãn âỉåüc chuøn hoạ bàòng håi nỉåïc hồûc oxy theo phn ỉïng: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 - Q (1) 2CH4 + O2 ↔ 2 CO + 4H2 + Q (2) CO + H2O ↔ CO2 + H2 - Q (3) Phn ỉïng (1)(3) l cạc phn ỉïng thu nhiãût, phn ỉïng chè cọ hiãûu qu khi nhiãût âäü låïn hån 1350oC. ÅÍ nhiãût âäü ny ráút khọ duy trç, do âọ, phi dng xục tạc v dỉ håi nỉåïc. Báy giåì xẹt lỉu trçnh chuøn hoạ khê thiãn nhiãn bàòng håi nỉåïc våïi xục tạc Ni. (Hçnh 3.1. Så âäư cäng nghãû chuøn hoạ metan bàòng håi nỉåïc cọ xục tạc) - Khê thiãn nhiãn âỉa vo thiãút bë trao âäøi nhiãût (1), náng nhiãût âäü lãn 380-400oC. sau âọ sang thiãút bë lm sảch khê så bäü (2), dng ZnO âãø háúp phủ håüp cháút lỉu hunh (H2S, cạc håüp cháút hỉỵu cå chỉïa S) âãø chụng khi lm nhiãùm âäüc xục tạc (ra khi thạp cạc håüp cháút ny phi < 2÷3mg/m3). - Håi nỉåïc dng âãø chuøn hoạ cng âỉåüc gia nhiãût åí thạp (3) våïi nhiãût âäü 380-400oC. Sau âọ âỉåüc ho vo khê våïi häùn håüp khê-håi åí t lãû 1/2.5 (thãø têch). Häùn håüp khê håi vo l äúng (4), tải âáy khê âi trong äúng cọ âỉûng xục tạc Ni, sỉû chuøn hoạ xy ra theo 27 phn ỉïng (1). Âáy l phn ỉïng thu nhiãût nãn âãø cung chap nhiãût cho phn ỉïng, ngỉåìi ta âäút khê åí ngoi äúng. Tải âáy, häùn håüp khê-håi âỉåüc chuøn hoạ âãún 75% mãtan v nhiãût âäü âảt âãún 700-750oC. ÅÍ l ra, häùn håüp khê âi vo thạp chuøn hoạ mãtan thỉï 2 (5) âãø tiãúp tủc chuøn hoạ mãtan cn lải. ÅÍ tạp ny, ngỉåìi ta cho thãm khäng khê vo âãø nhàòm mủc âêch âỉa N2 vo häùn håüp. Lỉåüng khäng khê cho vo âm bo t lãû: H2/N2 = 3/1 (tè lãû cáưn thiãút âãø täøng håüp NH3). Oxy trong khäng khê oxy hoạ mãtan theo phn ỉïng (2) åí trãn thạp, phn ỉïng ny to nhiãût lm tàng nhiãût âäü ca häùn håüp khê lãn 950-1000oC. Do âọ, åí cúi thạp tiãúp tủc phn ỉïng thu nhiãût (1) v mäüt pháưn phn ỉïng (3). - ÅÍ thiãút bë (5) ra häùn håüp âi vo näưi håi thu häưi (6), âỉåüc lm lảnh xúng nhiãût âäü khong 400oC. Âãø âiãưu chènh quạ trçnh âỉåüc chênh xạc mäüt pháưn khê âỉåüc âỉa vo thạp tàng áøm (7) m khäng qua näưi håi. Thạp ny âỉåüc phun nỉåïc âãø hả nhiãût âäü häùn håüp khê, âäưng thåìi lm häùn håüp bo ho håi nỉåïc. Lỉåüng nỉåïc phun phi lm sao cho khê âảt nhiãût âäü 380-400oC l nhiãût âäü cáưn thiãút âãø chuøn hoạ CO theo phn ỉïng (3). - Trỉåïc khi vo thiãút bë chuøn hoạ CO häùn håüp khê qua thiãút bë träün (8). Tải âáy, ngỉåìi ta bäø sung håi nỉåïc våïi tè lãû håi/khê = 0.35/1. - Thiãút bë (9) gäưm 2 táưng xục tạc FE-Cr thỉûc hiãûn chuøn hoạ hai cáúp. Láưn âáưu thỉûc hiãûn åí nhiãût âäü 400oC, phn ỉïng to nhiãût tàng nhiãût âäü häùn håüp khê lãn 500oC. Trỉåïc khi vo låïp xục tạc tiãúp theo häùn håüp khê qua låïp âãûm âỉåüc tỉåïi nỉåïc trỉûc tiãúp âãø hả nhiãût âäü xúng 420-440oC (nhiãût âäü täúi ỉu âãø chuøn hoạ láưn hai). Khê ra khi thạp (9) âỉåüc chia lm hai âi qua thiãút bë (1) v (3). - Kãút thục quạ trçnh chuøn hoạ häùn håüp khê gäưm N2, H2, CO2, mäüt êt CO, CH4 våïi thnh pháưn (%thãø têch) nhỉ sau: N2 = 20.6; H2 = 59.8; CO2 = 15.2 CO = 4; CH4 = 0.4 Häùn håüp ny âỉa âi lm sảch. 2/ Lm sảch khê täøng håüp: mủc âich loải H2S, CO, CO2 a/ Tạch khê CO2 v H2S: CO2 v H2S âãưu tan nhiãưu trong nỉåïc khi tàng ạp sút v hả nhiãût âäü, nãn häùn håüp khê âỉåüc rỉỵa bàòng nỉåïc åí ạp sút cao l phỉång phạp täút nháút âãø tạch hai khê ny. Trong cäng nghiãûp thiãút bë lm sảch khê l mäüt thạp âãûm. Khê âi tỉì dỉåïi lãn, nỉåïc båm tỉì trãn xúng våïi ạp sút håi låïn hån ạp sút khê. Phỉång phạp ny cọ thãø tạch tỉì 80÷95% CO2 , v âỉåüc dng âãø sn xút xä âa, ure', . Hiãûn nay, ngỉåìi ta sỉí dủng dung dëch monoetanolamin (CH2CH2(OH)NH2) âãø tạch CO2 v H2S. Dung dëch ny háúp phủ täút hai khê trãn åí nhiãût âäü 25÷35oC. 2CH2CH2(OH)NH2 + H2O + CO2 ↔ (CH2CH2(OH)NH3)2CO3 CH2CH2(OH)NH2 + H2O + CO2 ↔ (CH2CH2(OH)NH3)HCO3 2CH2CH2(OH)NH2 + H2S ↔ (CH2CH2(OH)NH3)2S CH2CH2(OH)NH2 + H2S ↔ (CH2CH2(OH)NH3)HS 28 Tàng nhiãût âäü dung dëch â háúp thủ CO2, H2S lãn 105÷125oC, thç quạ trçnh nh xy ra, sau âọ lm lảnh dung dëch v dung dëch monoetanolamin âỉåüc dng tråí lải. Phỉång phạp ny tạch CO2 lãn âãún 99%. b/ Tạch khê CO: hm lỉåüng CO trong khê täøng håüp phi < 0.001÷0.002%. Phỉång phạp tạch CO l phỉång phạp Cu-NH3. Tỉïc dng múi âäưng acetat trong nỉåïc amoniac âãø háúp thủ. Quạ trçnh âỉåüc tiãún hnh åí P = 120-320atm, to < 25oC v sỉí dủng thạp âãûm âãø háúp thủ: Cu(NH3)nOOH + CO = [Cu(NH3)nCO]OOH Phỉïc ra khi thạp tàng nhiãût âäü lãn 80oC v gim ạp sút xúng cn 1atm âãø tạch khê v tại sinh dung dëch háúp thủ. Khê thoạt ra trong quạ trçnh tại sinh chỉïa 62% CO, 25-27% CO2, 12-13% (N2 + H2) âỉåüc âỉa qua thiãút bë chuøn hoạ CO. Khê täøng håüp sau khi rỉỵa bàòng dung dëch âäưng amoniac váùn cn chỉïa 0.01-0.05% CO2, nãn váùn lm hải xục tạc trong quạ trçnh täøng håüp NH3. Do âọ, phi rỉỵa tiãúp häùn håüp khê bàòng dung dëch NaOH 7% hay nỉåïc amoniac 20% åí P = 120-320 atm. Sau khi rỉỵa CO2 chè cn 0.0005-0.0001%. III. Cäng nghãû täøng håüp amoniac: (Hinh 3.2. Så âäư lỉu trçnh cäng nghãû täøng håüp amoniac åí ạp sút trung bçnh) - Khê täøng håüp âỉa vo pháưn trãn ca thạp täøng håüp (1). Tu theo âiãưu kiãûn chuøn hoạ v âäü sảch ca khê täøng håüp m hiãûu sút chuøn hoạ khạc nhau, nhỉng thỉåìng khê ra khi thạp cọ thnh pháưn (% thãø têch) nhỉ sau: H2: 52-57; N2: 17.5-19; NH3: 12-18; CH4: 6.6; Ar: 5.5 - Khê â chuøn hoạ âi vo thiãút bë ngỉng tủ (2) âỉåüc lm sảch bàòng nỉåïc, hả nhiãût âäü tỉì 120-200oC xúng cn 25-35oC. Pháưn låïn amoniac bë hoạ lng tải âáy. Sau âọ ton bäü khê âi vo thạp phán li (3) âãø tạch amoniac bë hoạ lng. Trong trỉåìng håüp khê trå nhỉ CH4, Ar vỉåüt quạ näưng âäü trãn cng âỉåüc thi ra tỉì thiãút bë ny, lm cho ạp sút gim âi. Vç váûy, khi âỉåüc âỉa qua båm tưn hon (4) âãø náng ạp ạp sút lãn 300-320 atm. - ÅÍ båm (4) ra khê âỉåüc âỉa qua thiãút bë lc (5) âãø tạch dáưu ca båm. Tải âáy khê täøng håüp måïi âỉåüc bäø sung mäüt lỉåüng bàòng lỉåüng khê â chuøn hoạ thnh amoniac â thi ra theo khê trå v â bë r rè. - Tỉì thiãút bë lc ra khê âi vo thạp ngỉng tủ (6) gäưm hai bäü pháûn truưn nhiãût v phán li. Trong bäü pháûn truưn nhiãût khê âỉåüc lm lảnh âãún 5-15oC, sau âọ sang thạp bäúc håi (7) lm bay håi amoniac lng âãø lm lảnh khê. Tải âáy amoniac cn lải trong khê tiãúp tủc ngỉng tủ, kẹo theo nỉåïc, dáưu láùn trong khê. Häùn håüp tiãúp tủc âỉa qua bäü pháûn phán li ca thạp (6) âãø tạch amoniac lng cọ trong nỉåïc v dáưu ho tan. Khê cn lải âỉa lãn bäü pháûn truưn nhiãût ca thạp âãø lm lảnh khê tỉì thiãút bë (5) sang. - Ra khi thiãút bë (6) khê âỉåüc âỉa vo thạp (1) tảo thnh mäüt quạ trçnh tưn hon khẹp kên. Mä t thạp täøng håüp amoniac: (Hçnh 3.3.) 29 - Âáy l thiãút bë quan trng nháút trong hãû thäúng täøng håüp amoniac. Thạp cọ hai bäü pháûn chênh: åí trãn l häüp xục tạc våïi cạc äúng truưn nhiãût v pháưn dỉåïi l thiãút bë truưn nhiãût. - Âãø táûn dủng nhiãût ca phn ỉïng täøng håüp, âãø tàng nhiãût âäü cho khê täøng håüp, nãn quạ trçnh khê âi trong thạp tỉång âäúi phỉïc tảp. Häùn håüp khê âi vo phêa trãn thạp, qua khäng gian giỉỵa thán thạp (1) v häüp xục tạc (2) vng qua thiãút bë truưn nhiãût (3) vo giỉỵa cạc äúng ca thiãút bë ny tỉì dỉåïi lãn trãn. Ra khi thiãút bë truưn nhiãût, nhiãût âäü khê tàng lãn 350-370oC. Sau âọ khê âi theo äúng trung tám (4) lãn phêa trãn ca häüp xục tạc v âi vo cạc äúng kẹp (5) âàût trong låïp xục tạc. Âáưu tiãn, khê âi theo äúng trong theo chiãưu tỉì trãn xúng dỉåïi, sau âọ âi vng lãn theo khäng gian giỉỵa hai äúng. Trong quạ trçnh âọ, trong äúng kẹp khê nháûn nhiãût phn ỉïng, lm tàng nhiãût âäü lãn 450-470oC v âi vo phêa trãn ca häüp xục tạc. Khê âi qua bäü pháûn xục tạc theo chiãưu tỉì trãn xúng räưi qua cạc äúng ca thiãút bë truưn nhiãût, truưn nhiãût cho khê chỉa chuøn hoạ, hả nhiãût âäü räưi ra khi thạp. - Âãø giỉỵ nhiãût âäü xục tạc äøn âënh khong 500oC, ngàn ngỉìa hiãûn tỉåüng quạ nhiãût trong trỉåìng håüp cáưn thiãút, ngỉåìi ta cho khê âi vo phêa dỉåïi ca thiãút bë täøng håüp theo äúng trung tám (6) lãn thàóng häüp xục tạc. . < 2÷3mg/m3). - Håi nỉåïc dng âãø chuøn hoạ cng âỉåüc gia nhiãût åí thạp (3) våïi nhiãût âäü 38 0-4 00oC. Sau âọ âỉåüc ho vo khê våïi häùn håüp khê-håi åí. H2: 5 2-5 7; N2: 17. 5-1 9; NH3: 1 2-1 8; CH4: 6.6; Ar: 5.5 - Khê â chuøn hoạ âi vo thiãút bë ngỉng tủ (2) âỉåüc lm sảch bàòng nỉåïc, hả nhiãût âäü tỉì 12 0-2 00oC