(TIỂU LUẬN) đề tài công nghệ sản xuất NH3 và các chất thải đặc trưng kèm theo nguồn gốc của chúng trong công nghệ này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Khoa Học Và Cơng Nghệ Mơi Trường

Tiểu luận

Tiểu luận: CÁC Q TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN
Đề tài: “Công nghệ sản xuất NH 3 và các chất thải đặc trưng kèm theo
nguồn gốc của chúng trong cơng nghệ này”.
NHĨM 6

Giáo viên giảngVIỆNdạy:KHOATh.SHỌCĐinhVÀCƠNGBáchNGHỆKhoaMƠI TRƯỜNG

Nhóm sinh viên thực hiện:
Mai Hồng Phong(NT)
Nguyễn Đức Việt
Phạm Thị Ngọc
Nguyễn Ngọc Châu
Đặng Vinh Hiển
Hà Nội, 10/2013


MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU NH3....................................................................................................................................... 3
1..Lịch sử phát triển và sử dụng NH3……………………………………...3
2.Nguồn phát sinh NH3……………………………………………………3
3.Một số tính chất cơ bản của NH3………………………………………..4
AI.

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUÂT NH3 CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI……8
1.Công nghệ Haldor Topsoe……………………………….......................8
2.Công nghệ MW. Kellogg………………………………………………9

3.Công nghệ Brown and Root……………………....................................10
4.Cơng nghệ ICI………………………………………………………….11

5.Cơng nghệ Kruff Uhde………………………………………………...13
Q TRÌNH SẢN XUẤT NH3: (NGHIÊN CỨU CHÍNH TRONG CƠNG
TY TNHH MTV PĐHC HÀ BẮC)…………........................................14

BI.

1.

Nhiệm vụ………………………………………………………………14

2. Lưu

trình cơng nghệ……………………………………………………16

3.Các cương vị chính……………………………………………………..19
IV. CÁC CHẤT THẢI CHÍNH………………………………………………..46
1.Khí thải…………………………………………………………………46
2.Nước thải……………………………………………………………….46
3.Các chất thải khác………………………………………........................47
V. QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI………………………………………..47
1.Sản xuất sạch hơn………………………………………………………47
2.Xử lý cuối đường ống…………………………………………………..49
P a g e 1 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản

I. GIỚI THIỆU VỀ AMONIAC:
1. Lịch sử phát hiện và sử dụng amoniac:
Người Roman xưa đã tìm thấy muối amoni clorua tại đền thờ thần
Jupiter tại xứ Libi cổ và gọi muối đó là “ muối Amun” ( salt of Amun).
Trong một tác phẩm cổ, Caius Plinius Secundus (hay còn gọi là Pliny the
Elder) có nhắc đến tên một loại muối được gọi là “Hammoniacus”
(hammoniacus sal, hay còn gọi là sal ammoniac). Vào thế kỷ thứ 8, các nhà
giả kim thuật Arập đã biết đến salt amoniac. Sau đó vào Thế kỷ 13, Geber
(Jabir ibn Hayyan) và các nhà giả kim thuật châu Âu cũng nhắc đến tên
muối này. Vào thời kỳ Trung thế kỷ, những người thợ nhuộm đã biết dùng
muối sal ammoniac (còn được gọi là nước tiểu lên men) để làm đổi màu
các loại thuốc nhuộm có nguồn gốc thảo mộc. Vào Thế kỷ 15, Basilius
Valentinus đã chỉ ra rằng có thể thu được amoniac bằng các cho kiềm tác
dụng với sal ammoniac. Sau đó loại muối này đã được điều chế bằng cách
chưng (nhiệt phân) sừng và móng gia súc, sau đó trung hịa dịch cất chứa
cacbonat thu được với axit clohyđric (HCl). Lần đầu tiên amoniac dạng khí
do Joseph Priestley phân lập vào năm 1774 và được ơng đặt tên là “khơng
khí kiềm” (alkaline air). 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.
Cơng trình này đã được đăng ký phát minh vào năm 1910.
Người Đức là những người đầu tiên trên thế giới sử dụng amoniac ở
quy mô công nghiệp trong thời kỳ Đại chiến thế giới lần thứ I sau khi bị
phong tỏa mất nguồn natri nitrat từ Chilê. Khi đó amoniac được được người
Đức dùng để sản xuất thuốc nổ phục vụ chiến tranh.
2. Nguồn phát sinh amoniac:
Hiện nay ngoài nguồn NH3 nhân tạo (các nhà máy sản xuất phân
urê hoặc các nhà máy chuyên sản xuất amoniac lỏng), trong tự nhiên cũng
có một lượng nhỏ NH 3 tồn tại trong khí quyển do thường xuyên hợp chất

này được tạo ra từ các quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc
động, thực vật.
Trong nước mưa, nước biển người ta cũng phát hiện thấy có NH 3
và các các muối amoni. Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối
P a g e 2 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


amoni (như amoni clorua NH4Cl và amoni sunfat (NH4)2SO4). Tại một số
vùng khống chứa sơđa, người ta cũng thấy có các tinh thể amoni
bicacbonat NH4HCO3. Các hoạt động sinh hóa hàng ngày của người và
động vật cũng là nguồn sinh ra NH3.
3.

Một số tính chất cơ bản của amoniac

3.1.

Tính chất vật lý:

Amoniac có cơng thức phân tử là NH3. Phân tử lượng NH3 là
17,0306g/mol.
điều kiện thường, NH3 khan là một chất khí khơng màu, nhẹ
bằng nửa khơng khí (tỷ trọng so với khơng khí bằng 0,596 ở O oC), có mùi
sốc đặc trưng.
Ở

Amoniac khan tạo “khói” trong khơng khí ẩm. Amoniac hòa tan
mạnh trong nước tạo thành dung dịch nước của NH 3 (hay còn gọi là amoni

hyđroxit do trong dung dịch nước của amoniac có tạo thành NH 4OH). Ở
OoC, NH3 có độ hịa tan cực đại là 89,9g trong 100 ml nước. Dung dịch
nước của NH3 (cịn có tên là “ nước đái quỷ”) khá bền nhưng bị loại gần hết
NH3 khi đun tới sôi.
Nồng độ của amoni hyđroxit có thể được xác định bằng tỷ trọng kế
hoặc Bomé kế.
áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại -33,34oC (239,81oK), có trọng
lượng riêng 682 g/lit tại 4oC, hóa rắn tại -77,73oC (195,92oK), vì vậy ở
nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH 3 lỏng dưới áp suất cao (khoảng
trên 10 atm tại 25,7oC).
Ở

Do NH3 lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn
(23,35kJ/mol) nên chất này được dùng làm môi chất làm lạnh.
NH 3 lỏng là một dung mơi hịa tan tốt nhiều chất và là một trong
những dung mơi ion hóa khơng nước quan trong nhất. Nó có thể hịa tan
các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại đất hiếm để tạo ra các dung
dịch kim loại (có màu), dẫn điện và có chứa các electron solve hóa.

P a g e 3 | 52

Tiểu luận các q trình sản xuất cơ bản
Điểm sơi (ở áp suất khí quyển)


Tỷ trọng (so với khơng khí ở
OoC)
Độ hịa tan trong nước g/100g
H2O
Độ tan của NH3 khí trong 1 lit

nước
Giới hạn nổ với khơng khí

Dưới đây là bảng tóm tắt một số tính chất đặc trưng của NH3
Độ
tan
một
muối
cơ trong

của
số
vơ

Amoni ax

NH3

Amoni ni

lỏng:
NH3

lỏng

là

một

dung mơi

ion

Liti nitrat

Natri nitra

hóa

Kali nitra

hơn

Natri flor

nhưng

yếu
nước. Nó
có

thể

hịa

tan

và phân li

Natri clor

Natri bror


Natri iodu

Natri tiox
Tiểu luận các quá trình sản


nhiều hợp chất có liên kết ion điển hình như các muối nitrat, nitrit, xyanua,
v.v ...của kim loại kiềm và amoni. Trong NH 3 lỏng, các muối amoni tan đều
có tính axit. So với trong mơi trường nước, thế oxyhóa khử của nhiều hệ
trong NH3 lỏng đều chuyển sang dương hơn.

Li+ + e−
K+ + e−
Na+ + e−

⇌

⇌

⇌
Zn2+ + 2e −

NH4+ + e−
Cu2+ + 2e−
+
Ag + e ⇌

−

⇌

3.2. Tính chất hóa học:
Phân tử NH3 có cấu trúc kim tự tháp tam giác (trigonal pyramid).
Trong khơng khí, NH3 là chất bền, khơng tự bốc cháy và khơng duy
trì sự cháy. Ở nhiệt độ cao (1200 oC) và có mặt của chất xúc tác thích hợp,
amoniac có thể bị phân hủy thành nitơ và hyđro.
2NH3 → N2 + 3H2
t°= 1200°C (1)
NH3 có thể phản ứng với các chất oxy hóa. Ví dụ: nó có thể cháy
trong oxy với ngọn lửa màu lục vàng yếu cho sản phẩm là nitơ và nước; có
thể cháy trong khí clo, nitơ bị đẩy ra và tạo HCl, cịn trong trường hợp dư
NH3 thì có thể xảy ra nổ mạnh đồng thời tạo thành nitơ triclorua NCl 3. Khi
đó nitơ trong phân tử NH3 chuyển hóa trị từ - 3 lên +3.
Cũng vì lẽ NH 3 dễ dàng phản ứng với nhiều chất, trong đó có các chất
oxy hóa mạnh, các axit mạnh, v.v..., nên trong thực tế người ta khuyến cáo
không nên trộn lẫn (hoặc để gần) amoniac với các axit mạnh, các halogen,
các chất chất tẩy trắng clorin (chlorine bleach) hoặc các chất oxy hóa mạnh
khác.
NH3 khan (độ ẩm dưới 0,2%) không phản ứng với HCl khan, tuy nhiên
khi có mặt của nước (độ ẩm) sẽ xảy ra phản ứng mạnh. Trong trường hợp
này, NH3 thể hiện tính bazơ điển hình. Dung dịch nước của amoniac thường
P a g e 5 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


được gọi là amoni hyđroxit với hằng số bazơ pk=4,75, và tác dụng tỷ lượng

với các axit và tạo các muối amoni. Ví dụ:
NH3 +
Phản ứng tạo khói trắng rất đặc trưng khi cho hơi NH 3 tiếp xúc với
dung dịch HCl đậm đặc.

Trong khi đó bản thân NH3 khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1
proton H+ tạo thành anion amid NH2 -. Ví dụ cho liti nitrua vào NH 3 lỏng
người ta nhận được anion amid (NH2- )
Li3N(s)+ 2 NH3 (l) → 3 Li+(am) + 3 NH2−(am)
Hyđro trong NH3 có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo
ra các nitrua như magie có thể cháy trong NH3 để tạo magie nitrua Mg 3N2.
Natri hoặc kali kim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH 2, KNH2) khi
tác dụng với NH3.
NH3 có thể bị oxy hóa thành axit nitric HNO 3 với sự có mặt của xúc tác
platin ở nhiệt độ 750-800oC, áp suất oxy 9 atm. Quá trình này được gọi là
q trình Oswald
4NH3+8O2→4HNO3+4H2O
Từ axit nitric người ta có thể sản xuất nhiều dẫn xuất của nitơ trong đó
có các chất nổ.
NH3 tự bốc cháy ở 651 °C và có thể tạo hỗn hợp nổ với khơng khí khi
nồng độ nằm trong vùng 16–25% (có tài liệu nói là 16-28%).
NH3 có tính ăn mịn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm
(Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v... Vì vây trong
thực tế người ta khuyến cáo không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp
xúc với các vật dụng có chứa các kim loại hoặc hợp kim này. Khi NH 3 tiếp
xúc lâu dài với một số kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb…) thì có thể tạo ra
các hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hiểm.
P a g e 6 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản

Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ
của etylen oxit.

II.CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI:
1.Cơng nghệ Haldor Topsoe:

P a g e 7 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


Ngun liệu khí
Ngun liệu để sản xuất amoniac theo cơng nghệ Haldor Topsoe là đi từ ngun liệu khí, nói chung là hidrocacbon.

Khử lưu huỳnh

Công đoạn khử lưu huỳnh gồm 3 thiết bị:

Một thiết bị chuyển hóa lưu huỳnh hữu
cơ thành vô cơ, xúc tác là Co-Mo.

·Hai thiết bị hấp phụ

oxit.

H S xúc tác là kẽm
2

Công đoạn Reform

sơ cấp

Công đoạn chuyển
hóa ở nhiệt độ

Hấp thụ CO
Cơng đoạn hấp thụ CO2 bằng

· Hai tháp tách để tách CO2
ra khỏi dung dịch giàu.

MDEA gồm 4 thiết bị chính :

hóa phần dư khí CO và CO2

Tổng hợp amoniac
Nhằm cung cấp NH3 cho quá trình tổng hợp Urê, dưới tác dụng của chất xúc tác là Fe và Fe 2O3, kèm theo với một chu trình
tổng hợp và làm lạnh nhằm thu NH3 tinh khiết.

Các phản ứng chính xảy ra trong từng q trình:


1, Công đoạn khử lưu huỳnh:
P a g e 8 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản

RSH+H2«RH+H2S
R1SSR2 + 2H2 « R1H + R2H + H2S
R1SR2 + 2H2 « R1H + R2H + H2S
ZnO + H2S « ZnS + H2O
ZnO + COS « ZnS + CO2
2, Cơng đoạn Reforming:
CnH2n+2 + 2H2O « Cn-1H2n + CO2 + 3H2 – Q (1)
CH4 + 2H2O « CO2 + 4H2 – Q
3, Cơng đoạn chuyển hóa CO:
CO+H2O«CO2+H2+Q
4, Cơng đoạn hấp thụ CO2:
5, Cơng đoạn metan hóa:
O2 + 3H2 « CH4 + H2O
CO2 + 4H2 « CH4 + 2H2O
6, Cơng đoạn tổng hợp amoniac:
Dưới tác dụng của chất xúc tác là
Fe và Fe2 O3, kèm theo với một chu trình tổng hợp và làm lạnh nhằm
thu NH3 tinh khiết.
2.Công Nghệ MW Kellogg
Dựa trên công nghệ Haldor Topsoe, Kellogg đã nâng cao quá trình tổng
hợp NH3. Theo truyền thống, chất xúc tác của sự lựa chọn là xúc tác gốc sắt
với sắt từ như là thành phần chính của nó. Một thay thế hấp dẫn cho hệ
thống xúc tác này được đề xuất ở đây như một phương tiện để tăng chuyển
đổi amoniac ở áp suất thấp hơn, và do đó làm giảm tiêu thụ năng lượng
trong máy nén chỉ với vốn thấp hơn.
Hệ thống này sử dụng một chất xúc tác thúc đẩy hợp ruthenium đọng lại
trên than hoạt tính nhiệt sửa đổi, tạo thành dạng viên hình trụ xốp khoảng
0,8 mm và dài 3-5 mm, đã được cung cấp cho ngành công nghiệp tương đối
gần đây. Chất xúc tác này lên đến hai mươi lần nhiều hoạt động hơn hợp
nhất chất xúc tác sắt ở mức độ chuyển đổi tương đối cao. Quan trọng hơn,

P a g e 9 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


mặc dù thay đổi nhiệt độ có tác dụng tương tự trên hai chất xúc tác, ảnh
hưởng của nồng độ amoniac là khác nhau đáng kể. Hoạt động chất xúc tác
sắt dựa trên phụ thuộc rất nhiều vào PNH (áp suất riêng phần của amoniac).
Như PNH tăng từ 1 mol% đến 10 mol% tốc độ của quá trình giảm từ 10 đến
25 lần. Ngược lại, hoạt động của các chất xúc tác ruthenium dựa trên chỉ
hơi bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong PNH , cũng như những thay đổi về
áp suất. Thúc đẩy hợp ruthenium xúc tác đọng lại trên than chì hoạt động
do đó đã được tìm thấy có áp lực thấp tuyệt vời và hiệu suất nhiệt độ thấp.
Điều này là rất quan trọng để thực hành cơng nghiệp, có tính đến xu hướng
đương đại tài khoản để giảm áp lực áp dụng và do đó làm giảm tiêu thụ
năng lượng.
3

3

3

3.Công nghệ Brown and Root
Trong một nhà máy amoniac, khí tổng hợp được tinh chế và hydro tỷ
lệ nitơ được điều chỉnh theo tỉ lệ mol 3:01 cân bằng hóa học cần thiết để
tổng hợp amoniac. Hydrogen, of course, can be recovered separately from
the syngas mixture and purified to yield a high-purity hydrogen product
stream for use in refinery processing units or petrochemical plants. Hydro,
tất nhiên, có thể được phục hồi một cách riêng biệt từ hỗn hợp khí tổng hợp
và tinh chế để tạo ra một độ tinh khiết cao hydro dòng sản phẩm sử dụng

trong các cơ sở chế biến nhà máy lọc dầu hay nhà máy hóa dầu. In fact,
KBR has worked on the design and/or construction of over 34 low-energy,
low-cost refinery hydrogen plants using proprietary KBR natural gas
reforming technologies. Trong thực tế, KBR đã làm việc về thiết kế và /
hoặc xây dựng hơn 34 năng lượng thấp, các nhà máy lọc dầu hydro chi phí
thấp sử dụng khí đốt tự nhiên độc quyền KBR cải cách công nghệ. The
innovative, cost-effective synthesis gas (syngas) production technologies
and hydrogen production technologies KBR offers include: the KBR topfired steam methane reformer (SMR) and the KBR Reforming Exchanger
System (KRES™). Sáng tạo, khí hiệu quả tổng hợp (khí tổng hợp) công
nghệ sản xuất và công nghệ sản xuất hydro KBR cung cấp bao gồm: KBR
đầu đốt hơi khí mêtan cải cách (SMR) và KBR Cải cách hệ thống trao đổi
(Kres ™).

P a g e 10 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


4.Công nghệ ICI
Tỷ lệ C 2.5-3.5

Nguyên liệu Hydrocacbon

Áp lực đầu ra 30-12
Nhiệt đầu ra 750850 oC

Khí gas chứa Cacbon Oxit,
Hydro, ít nhất 10 % CH4, các khí

Reforming phụ khác

Điều kiện khơ
Đưa hỗn hợp về cân
bằng
Áp lực 40 Bar

Khí gas chứa Nitrogen (1 Nitrogen–
2.0 đến 2.9 Hydro), Cacbon, Hydro,
1 phần nhỏ CH4 (0.2-10%)

Áp suất khí tăng < 10 %
Hấp thụ trong nước
Xúc tác chứa sắt (Fe3O4)
Coban (1-20% dạng Co3O4)

Oxit Cacbon

Hơi giàu hydro

Tiểu luận các q trình sản xuất cơ bản

Bơm khí trong 1 vịng lặp
có xúc tác, máy tách
ammoniac, điều lưu khí
Nhiệt độ ngồi 350-430oC

11|52


Trả lại
để Khí khơng phản ứng tổng

hợp

Amoniac
Loại
bỏ

Các
phươn
g trình
chính
Reformin
g chính :
CH4+CO
→CO2+3.
H2
1.

2.

3.

Refo
rmin
g phụ
:
CH2+
O→
CO+
2.H2
Chuy

ển
hóa :
CO+
H2O
→C
O2+
H2
Loại
bỏ
Cacb
on
Oxit


Tổng hợp NH3: N2+3.H2→2NH3

4.

Các hóa chất phụ trợ :
Các chất hấp phụ giúp giảm áp lực trong khâu đầu
tiên
1. tetramethylene sulfone (Sulfinol).
2. propylene carbonate (Fluor).
3. N-methyt-2-pyrroiidone (Purisol).
4. methanol (Rectisol).
5. dimethyl ether polyethyleneglycol (Selexol).
Các chất dùng để loại oxit cacbon để
được khí tổng hợp chứa ammoniac
1. diethanolamine-potassium carbon..
2. "Vetrocoke" (Kalicacbonat, glyxin, As2O3)

3. "Catacarb" (25% Kalicacbonat với 1 số chất
phụ gia).
4. Amin như monoethanolamine triethanolamine.
Chất thải :
Các khí khơng phản ứng bao gồm SO2, H2S,
…
Các chất phụ trợ bao gồm xúc tác, hóa chất
phụ trợ,… và các thành phần của chúng.
CO2, 1 phần nhỏ CO.
-

Page
52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


-

Phế thải của nhiên liệu dùng để duy trì các trạng thái áp suất, nhiệt

độ.
5.Phương pháp Kruff Uhde
NGUYÊN LIỆU

TÁCH LƯU HUỲNH

PHỐI TRỘN VỚI HƠI NƯỚC

KHÍ TỔNG HỢP

(được chuyển hóa nhờ xúc tác Ni, P=40 bar,
nhiệt độ 800-8500̊C)

REFORMING
(có 2 giai đoạn)
reforming thứ cấp
reforming sơ cấp

CHUYỂN HĨA CO
(CO được chuyển hóa thành CO 2 trong các thiết bị chuyển
hóa nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp với tác dụng của chất xúc
tác tiêu chuẩn)

MÊ TAN HÓA
(CO2 được loại bỏ,phần dư được mê tan hóa nhờ xúc tác)

TỔNG HỢP NH3
(sử dụng 2 thiết bị chuyển hóa NH3 với 3 tầng xúc tác)

P a g e 13 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NH3 (NGHIÊN CỨU CHÍNH
TRONG CƠNG TY TNHH MTV PĐHC HÀ BẮC):
1.Nhiệm vụ:
BI.

Cơng đoạn tinh chế khí:

Cơng đoạn tinh chế khí rất quan trọng trước khi tổng hợp NH 3 để sản
xuất ure Hà Bắc. Trong khí than ẩm có nhiều tạp chất hóa học như CO, CO 2,
CH4, Ar, H2S, COS, lưu huỳnh hữu cơ, tro bụi và dầu mỡ. Trừ CH 4 và Ar
được thải sau khi tổng hợp NH3 còn các thành phần khác đều phải loại bỏ tại
cơng đoạn tinh chế khí. u cầu cơ bản là (CO+CO 2) < 20 ppm, H2S < 1
ppm, hỗn hợp N2, H2 tương đối thuần khiết.
Công đoạn tinh chế khí gồm các khâu:
Khử H2S trong khí than ẩm
Biến đổi CO
Khử H2S trong khí biến đổi
Khử CO2
Khâu khử H2S trong khí than ẩm có hệ thống thiết bị thu hồi lưu
huỳnh như một sản phẩm phụ.
Khâu khử CO2 thu được CO2 thuần khiết ≥ 98%, ≤ 40% làm nguyên
liệu tổng hợp urea và sản xuất CO2 lỏng, rắn.

Cơng đoạn tổng hợp NH3:
Tổng hợp NH3 từ khí ngun liệu N2 và H2 theo tỉ lệ H2:N2=1:1

P a g e 14 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


Tháp tổng hợp amoniac

P a g e 15 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản

2.

Lưu trình cơng nghệ: Sơ đồ khối q trình sản xuất NH3 như hình 1:
Khí than ẩm

Quạt khí than
Dung dịch
Tananh

Khử H2S thấp áp

Khơng khí

Khí thải chứa H2S

Tái sinh dung dịch Tananh

Đoạn I, II, III máy nén N2-H2

Loại bỏ tạp chất

Lò biến đổi

Tháp rửa H2S trung áp

Tái sinh dung dịch Tananh

Tháp khử CO2

Tái sinh nhà khí

Đoạn IV, V máy nén N2-H2

Khử vi lượng khí

Đoạn VI máy nén N2-H2

NH3 lỏng

Hình 1. Sơ đồ khối lưu trình cơng nghệ xưởng NH3.

P a g e 16 | 52


Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


Cơng đoạn tinh chế khí:
Khí than ẩm sau thiết bị lọc bụi tĩnh điện được quạt khí than ẩm
đưa vào tháp khử H2S thấp áp. Theo thiết kế ban đầu, khâu khử H 2S thấp áp
sử dụng dung dịch ADA (Antraquinon Disunfuric Acid) nhưng hiện nay đã
chuyển sang sử dụng dịch keo tananh có tính oxi hóa khử mạnh hơn.
Sau tháp khử H 2S thấp áp hàm lượng H2 S trong khí than ẩm cịn <
150 (mg/Nm3) được đưa vào đoạn 1 của máy nén 6 cấp.
Dịch tananh sau hấp thụ được tái sinh và đưa trở lại, bọt lưu huỳnh
được thu hồi thành sản phẩm phụ lưu huỳnh rắn.
Khí than ẩm sau khử H2S thấp áp vào đoạn I, II và III của máy nén
6 cấp để nén áp suất lên 2,1 Mpa, nhiệt độ ≤ 40 oC rồi vào khâu biến đổi.
Đầu tiên qua bộ phân ly dầu – nước, tiếp theo qua 2 bộ lọc bằng than cốc để

khử hết dầu, bụi và các tạp chất khác, rồi đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt
khí biến đổi, hỗn hợp với hơi nước quá nhiệt đi vào thiết bị trao đổi nhiệt
khí than, ra khỏi bộ trao đổi nhiệt khí than được hỗn hợp với khí than lạnh
thành hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210oC, tỷ lệ hơi nước/khí khoảng 0,3
đi vào lị biến đổi số 1 lần lượt qua tầng chất bảo vệ, tầng chống độc –
chống oxi hóa và tầng xúc tác biến đổi chịu lưu huỳnh. Một phần CO bị
chuyển hóa, nhiệt độ hỗn hợp khí đạt 350 – 380oC đi ra khỏi đáy lò biến đổi
số 1, đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, rồi đi vào bộ làm lạnh nhanh số
1 làm lạnh bang nước ngưng. Hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210 oC đi vào
đoạn trên lò biến đổi số 2 tiếp tục tiến hành biến đổi CO, nhiệt độ đạt
khoảng 300 – 320oC rồi đi qua bộ làm lạnh nhanh số 2 làm lạnh bằng nước
ngưng, hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210 oC tiếp tục đi vào đoạn dưới lò
biến đổi số 2, phần CO còn lại tiếp tục bị biến đổi. khí biến đổi có nhiệt độ
o
≤ 250 C và CO ≤ 1.5% đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, qua thiết
bị đun sơi của hệ thống tái sinh tăng áp dung dịch khử CO2 để tận thu
nhiệt, sau đó đưa tới khâu khử H2S trong khí biến đổi.
Khí biến đổi tới đi vào phía dưới tháp hấp thụ H 2S trung áp, qua các
tầng đệm H2S được hấp thụ bởi dung dịch tananh dội từ đỉnh xuống.
Khí biến đổi được phân ly bọt ở bộ khử bọt trên đỉnh tháp sau đó đi
ra khỏi tháp hấp thụ H2S trung áp vào tháp phân ly, ở đây mù dịch tananh
P a g e 17 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


cuốn theo tiếp tục được tách ra và khí than ẩm tiếp tục được đưa sang khâu
khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng;
Khí biến đổi sau khử lưu huỳnh qua thiết bị trao đổi nhiệt được gia
nhiệt bởi khí biến đổi từ khâu biến đổi đến, nhiệt độ tăng từ 40 oC lên 90oC

và đi vào phía dưới tháp hấp thụ CO 2 và sau đó ra khỏi ở đỉnh thì được gọi
là khí tinh chế, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly rồi đi về
các đoạn IV và V của máy nén 6 cấp.
Khí tinh chế ra khỏi đoạn 5 của máy nén 6 cấp có áp suất 12 MPa
đưa sang khâu tinh chế vi lượng bằng dung dịch amoniac acetate đồng và
dung dịch kiềm. Sở dĩ như vậy vì quá trình tổng hợp amoniac đòi hỏi hàm
lượng các chất gây ngộ độc xúc tác như CO, CO 2, H2S và O2 là nhỏ nhất.
Khâu tinh chế vi lượng nhằm khử tối đa các chất đó ra khỏi khí tinh chế. Ra
khỏi khâu này khí tinh chế có hàm lượng rất nhỏ H 2S và ( CO + CO2) < 20
(ppm) được gọi là khí tinh luyện.
Cơng đoạn tổng hợp NH3:
Khí tinh luyện với thành phần chủ là khí N2 và H2 theo tỉ lệ H2:N2 =
3:1 vào đoạn VI của máy nén 69 để tăng áp cho qua trình tổng hợp NH 3.
Khí tinh luyện ra đoạn VI của máy nén 6 cấp có áp suất 31,5 ( MPa) được
đưa qua bộ phân ly dầu nước sau đó qua tổ hợp thiết bị làm lạnh – ngưng tụ
- phân ly ( trước đây là tháp 3 kết hợp), tại đây nó được kết hợp với khí
tuần hồn, được làm lạnh bằng khí lạnh và NH3, giảm nhiệt độ xuống –
2oC, các cấu tử lỏng như dầu, nước, NH 3 bị ngưng tụ và phân ly. Tiếp theo,
đi vào tháp tổng hợp NH3 lần 1 vừa để làm lạnh thành tháp tổng hợp NH 3
đồng thời cũng để nhận nhiệt của phản ứng tổng hợp NH 3, ra khỏi tháp tổng
hợp NH3 sẽ trao đổi nhiệt với khí ra khỏi tháp tổng hợp NH 3 lần 2, cùng
với sự có mặt của xúc tác sắt tiến hành phản ứng tổng hợp NH3.
NH3 hình thành ở trạng thái khí, ra khỏi tháp được làm lạnh gián
tiếp bằng nước để ngưng tụ thành NH 3 lỏng qua phân ly 1 để tách NH 3
ngưng tụ ra khỏi hỗn hợp khí, sau đó hỗn hợp khí này được đưa qua máy
nén tuần hoàn turbine nâng áp suất lên để bù đắp phần áp suất bị mất do
phản ứng tổng hợp NH 3 là phản ứng giảm số phân tử khí và lượng NH 3
ngưng tụ. Ra khỏi máy nén tuần hồn turbine hỗn hợp khí đi vào tổ hợp
thiết bị làm lạnh – ngưng tụ – phân ly trộn lẫn với khí tinh luyện mới vào,
tiếp tục thực hiện quá trình làm lạnh, ngưng tụ và phân ly. Phần khí khơng

P a g e 18 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


ngưng còn lại tiếp tục quay trở lại tháp tổng hợp NH 3 thực hiện chu trình
tuần hồn liên tục. NH3 lỏng nồng độ 98,8% được phân tách khỏi hệ thống
bằng các thiết bị phân ly, được giảm áp xuống 2,4 MPa, qua thùng chứa
trung gian được đưa về kho cầu chứa.
3.

Các cương vị chính:


Một số cương vị chính của xưởng NH3 gồm:
Cương vị khử H2S thấp áp
Cương vị biến đổi CO
Cương vị khử H2S trung áp
Cương vị khử CO2
Cương vị khử vi lượng
khí Cương vị nén N2 – H2
Cương vị tổng hợp NH3

A. Cương vị khử H2S thấp áp:


Nhiệm vụ:

Cương vị Khử H2S dung dung dịch keo tananh để khử khí H 2S trong
khí than ẩm từ thiết bị lọc bụi tĩnh điện tới, sau khi khử H 2S, hàm lượng

H2S trong khí than ẩm cịn lại 100 – 150 mg/Nm 3 đi vào đoạn I mày nén 6
cấp. Dung dịch keo tananh sau hấp thụ được tái sinh thu hồi lưu huỳnh và
khơi phục năng lực, tuần hồn sử dụng lại.


-

Cơ chế q trình khử H2S trong khí than ẩm bằng dung dịch
keo tananh:

Các hóa chất:

Dung dịch keo tananh (hay còn gọi là keo thuộc da) được chiết xuất từ
thực vật có chứa nhiều tananh như chay, si, sắn, củ nâu,…đem nghiền nhỏ,
ngâm nước, lọc. Tananh là hợp chất hữu cơ có chứa nhiều gốc OH–.
Dung dịch Na2CO3 là dung dịch xúc tác trong quá trình hấp thụ H2S.
NaVO3 là chất chống tạo kết tủa V – O – S, đồng thời ức chế chống ăn
mòn.
- Cơ chế phản ứng:
Dung dịch Na2CO3 hấp thụ H2S tạo thành hợp chất hydrosulfide.
P a g e 19 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản


Na2CO3 + H2S → NaHS + NaHCO3
Trong pha lỏng hợp chất hydrosulfide kết hợp vanadate natri NaVO3
tạo thành muối pirovanadate mang tính khử, đồng thời lưu huỳnh nguyên tố
được tách ra..
2NaHS + 4NaVO3 + H2O → NaVO + 4NaOH + 2S

Vanadi ở dạng khử mang tính khử kết hợp với tananh ở trạng thái oxy
hóa tạo thành tananh ở trạng thái khử, cịn Vanadi chuyển thành Vanadi
mang tính oxy hóa.
Na2V4O9 + 2Tananhoxy hóa + 2NaOH → 4NaVO3 + 2Tananhkhử
Lượng Na2CO3 tiêu hao ở phản ứng ban đầu được bù đắp bằng lượng
NaOH tạo ra ở phản ứng thứ 2:
NaOH + NaHCO3 →Na2CO3 + H2O
Trong dung dịch, tốc độ NaHS bị Tananh oxy hóa diễn ra rất chậm,
nhưng bị NaVO3 oxy hóa rất nhanh. Vì vậy, khi cho thêm NaVO3 vào dung
dịch thì tốc độ phản ứng diễn ra rất nhanh. Na 2V4O9 sinh ra ở phản ứng thứ
2 không thể bị oxy của khơng khí oxy hóa trực tiếp, nhưng có thể bị Tananh
ở dạng oxy hóa oxy hóa ngay, cịn tananh ở dạng khử có thể bị oxy của
khơng khí oxy hóa trực tiếp oxy hóa tái sinh. Cho nên q trình hấp thụ khử
S, Na2CO3 đóng vai trị là chất hấp thụ còn Tananh đong vai trò là chất mang
O2.
Khi trong thể khí có chứa nhiều O2, CO2, HCN,…cịn có thể xảy ra các
phản ứng khơng mong muốn sau:
2NaHS + 2O2 → Na2S2O3 + H2O
Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3
Na2CO3 + 2HCN → 2NaHCN + H2O + CO2
NaCN +S → NaCNS
2NaCNS + O2 → Na2O4 + CO2 + SO2 + N2
Các phản ứng trên làm tiêu hao cấu tử có lợi cho q trình hấp thụ
Na2CO3 vì vậy cần cố gắng hạ thấp nồng độ O2 và HCN trong khí than ẩm.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
P a g e 20 | 52

Tiểu luận các quá trình sản xuất cơ bản