Tài liệu Kỹ thuật sản xuất amoniac

LOGO LOGO GIỚI THIỆU CHUNG AMÔNIĂC LÀ GÌ? Amôniăc là một chất khí không màu có mùi rất khó chịu. Thuật ngữ 'amôniăc' có nguồn gốc từ một liên kết hoá học có tên là 'clorua ammoni' được tìm thấy gần đền thờ thần Mộc tinh Ammon ở Ai Cập. Người đầu tiên chế ra amôniăc nguyên chất là nhà hoá học Dzozè Prisly.Ông đã thực hiện thành công thí nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó người ta gọi amôniăc là 'chất khí kiềm'. GIỚI THIỆU CHUNG Tính chất vật lí Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng riêng D = 0,76g/l. Amôniăc hoá lỏng ở -34 C và hoá rắn ở -780C. Trong số các khí, amôniăc tan được nhiều nhất trong nước.1 lít nước ở 200C hoà tan được 800 lít NH3. Hiện 0 tượng tan được nhiều giải thích do có tương tác giữa NH3 và H2O, là những chất đều có phân tử phân cực N 0.102m 1070 H H H GIỚI THIỆU CHUNG Tính chất hóa học N2 + H2 to Muối NH4 + + acid NH3 +H2O Oxi Hoá N2 + H2O N2 + HCl NH4 + OH - LOGO ỨNG DỤNG CỦA NH3 Hợp chất của nitơ được ứng dụng rộng rải dể sản xuất thuốc thuốc nhuộm, chất dẻo, thuốc chữa bệnh.v.v... ngoài ra hợp chất nitơ còn dùng để sản xuất chất cháy, chất nổ. Từ NH3 người ta diều chế axit HNO3 và phân đạm. ỨNG DỤNG CỦA NH3 Làm phân bón NH3 được xem như là thành phần của phân bón. NH3 có thể được bón trực tiếp lên ruộng đồng bằng cách trộn với nước tưới mà không cần thêm một quá trình hoá học nào.  NH3 tác dụng với acid (HCl, HNO3 …) tạo muối là thành phần chính của phân bón hoá học. Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt. Amôni Nitrat cũng được sử dụng như một loại phân bón và còn như một dạng thuốc nổ ỨNG DỤNG CỦA NH3 Điều chế acid nitrit Nguyên lý chung - Ðiều chế acid nitric bằng phương pháp oxi hóa khí amôniăc ,được tiến hành qua 2 giai đoạn:  Oxi hóa amôniăc thành NO 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O xúc tác là hợp kim Pt - Rh (5 - 10% Rh)  Ðiều chế acid nitric 2NO + O2 ⇔ NO2 Hấp thụ NO2 bằng nước tạo thành acid nitric : 3NO2 + H2O ⇔ 2HNO3 + NO ỨNG DỤNG CỦA NH3 Kỹ nghệ làm lạnh NH3 là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì chúng kém độc và ít bắt cháy Trong phòng thí nghiệm và phân tích NH3 được xem như là hỗn hợp khí chuẩn cho việc kiểm soát phát thải môi trường, kiểm soát vệ sinh môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết. Kỹ nghệ điện tử NH3 được sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao cấp khác thông qua sự ngưng tụ silicon nitride (Si3N4) bằng phương pháp ngưng tự bốc hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD) ỨNG DỤNG CỦA NH3 Một số ứng dụng khác NH4Cl được sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học…  Được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp. LOGO ĐIỀU CHẾ NITO NI TƠ Từ khí quyển PP hồ quang PP xianamit PP amoniac N2 + O2  2NO -179.2KJ Trong công nghiệp Phân chia không khí CaC2 + N2  CaCN2 + C +301,5 KJ N2 + 3H2  2NH3 + Q Nhân N2 & H2 ĐIỀU CHẾ HIDRO Chuyển hóa mêtan Chuyển hóa oxit cacbon HIDRO Phân chia khí cốc Điện phân H2O hay NaCl CH4 + H2O  CO + 3H2 – 206kJ CH4 + ½ O2  CO + 2H2 + 35kJ CO + H2O  CO2 +H2 +41 kJ CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2 – 165 kJ Áp suất khí quyển hoặc áp suất cao. Có sử dụng chất xúc tác (gọi là chuyển hóa xúc tác) hoặc không dùng chất xúc tác (chuyển hóa ở nhiệt độ cao). Có thể dùng các chất xúc tác Ni phủ lên oxit nhôm hay là phủ lên oxit mangan. Chuyển hóa mêtan có thể tích V tăng, nên khi tăng áp suất thì nồng độ CH4 sẽ tăng lên trong hỗn hợp khí, nhưng quá trình chuyển hóa vẫn diễn ra thuận lợi 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. Quá trình chuyển hóa không xúc tác nhiệt độ cao khí metan đượ thực hiện theo phản ứng: CH4 + ½ O2  CO + 2 H2 + 35 kJ  Khi nhiệt độ ≈ 1250 0C. Khí nhận được theo phương pháp này có chứa mồ hóng. Mồ hóng có thể rửa sạch bằng nước nóng khi áp suất cao. Khí thu được sau khi chuyển hóa metan chứa 20 – 40 % oxit cacbon. Tác dụng giữa CO và hơi nước tiến hành theo phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt: CO + H2O CO + H2 + 36,6 kJ( 5000C ) không kèm theo sự thay đổi thể tích nên khi tăng áp suất sẽ tăng tốc độ phản ứng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất cân bằng H2. Tăng hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thì quá trình chuyển hóa CO hoàn toàn hơn. Chuyển hóa oxit cacbon Nhiệt độ tối ưu hạ xuống theo độ tăng mức chuyển hóa. Nhưng nhiệt độ thực trong vùng xúc tác sẽ tăng lên nếu không dẫn nhiệt ra ngoài. Để tránh điều mâu thuẫn này có thể chuyển hóa 2 bậc trong thiết bị tầng với sự giảm nhiệt độ nhờ hiện tượng bay hơi nước giữ các tầng. Khi tăng nhiệt độ sẽ chuyển dịch cân 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 phương pháp chuyển hóa xúc tác Sn – Cr – Cu (thiếc, crom, đồng) ở nhiệt độ thấp. (200 – 3000C và lượng dư CO trong khí ra khoảng 0,2 – 0,4% ) Hấp thụ bằng các chất hấp phụ lỏng. Phương pháp được dùng để làm sạch khỏi CO2 và CO Hấp phụ các tạp chất bằng các chất hấp phụ rắn: phương pháp được dùng khi hàm lượng tạp chất nhỏ. Làm Sạch Khí Hydro hóa xúc tác, sau đó tách nước tạo thành. Phương pháp được sử dụng khi hàm lượng CO2, CO và O2 trong khí chuyển hóa thấp. Ngưng tụ tạp chất bằng cách làm sạch sâu sắc. Phương pháp này hiện nay được dùng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất acid HNO3. Tuy nhiên phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng nên đang bị hạn chế dần. Khí tự nhiên thường chứa S dưới dạng sunfua hydro H2S, sunfua cacbon CS2, lưu huỳnh – oxit cacbon COS, etymerkaptan C2H5SH. Các hợp chất này có hàm lượng chung khoảng 5 – 30 mg/m3. Trước khi làm sạch, các hợp chất chứa lưu huỳnh được hydro hóa đến sufua hydro H2S trên các chất xúc tác Co-Mo ở t = 350 – 450 0C. Làm sạch khỏi những hợp chất chứa S. Sunfua hydro tạo thành sẽ hấp phụ bằng bằng các chất hấp phụ rắn hay lỏng. Phương trình phản ứng CS2 + 4H2  2H2S + CH4 RSH +H2  H2S + CH4 COS + 4 H2  H2 +CH4 + H2O Sau khi chuyển hóa CO trong khí còn chứ độ 17 – 30 % CO2 Khí CO2 có thể làm sạch bằng các chất hấp phụ lỏng: nước, etanolamin, các dung dịch kiềm... Rửa etanolamin CO2 + 2RNH2+ H2O  (RNH3)CO3 CO2+(RNH3)CO3 + H2O  2RNH3HCO3 Làm sạch khí quyển chuyển hóa khỏi CO2 Một số chất khác cũng hấp phụ CO2 như các hợp chất hữu cơ : metanol,propilen cacbonat, sunfotan... Rửa bẳng các dung dịch nóng bồ tạt dược tiến hành dưới áp suất 1.106 – 2.106 N ở t0 =110 – 1200C thường dùng dung dịch 25% K2CO3 được kích hoạt bẳng asen (As2O3)