kỹ thuật sản xuất amoniac

ĐỀ TÀI 2
KỸ THUẬT SẢN XUẤT AMONIAC
Giảng Viên: Nguyễn Kính
SV thực hiện : Nhóm 2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
TIỂU LUẬN MÔN
HÓA KỸ THUẬT ĐẠI CƯƠNG
Danh sách nhóm 2:
Lê Hoài Trung 10048531
Nguyễn Chí Thanh 10230641
Đỗ Duy Tân 10231391
Phan Văn Vĩnh 10046061
Mở đầu
NỘI DUNG
PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH
3
5
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
1
TỔNG QUAN VỀ NH
3
2
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC
3
TỔNG HỢP AMONIAC
4
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích chính của đề tài là giới thiệu một số phương pháp sản xuất NH
3
, ngoài ra còn cung cấp một

số thông tin về lịch sử phát hiện, tính chất của NH
3
; ứng dụng,nguyên liệu và hướng phát triển sau
này.
Amoniac và các hợp chất của nó có thể dùng để sản xuất phân bón, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, dược
phẩm và nhiều hợp chất khác vì thế tìm ra phương pháp tổng hợp tối ưu sẽ có rất nhiều lợi ích.
NH
3
NH
3
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
TỔNG QUAN VỀ NH
3
Lịch sử phát hiện
Người Roma xưa đã tìm thấy muối amoni clorua tại đền thờ thần Jupiter tại xứ Libi cổ và gọi muối đó là “ muối Amun”
Vào Thế kỷ thứ 8, các nhà giả kim thuật Arập đã biết đến muối ammoniac
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 ammoniac (còn được gọi là nước tiểu lên men)
để làm đổi màu các loại thuốc nhuộm có nguồn gốc thảo mộc
Lịch sử của NH
3
Thế kỷ 15, Basilius Valentinus đã chỉ ra rằng có thể thu được amoniac bằng cách cho kiềm tác dụng với muối
ammoniac
Năm 1774 amoniac dạng khí do Joseph Priestley được phân lập và được ông đặt tên là “không khí kiềm”
11 năm sau, Claude Louis Berthollet đã xác định được thành phần phân tử của amoniac là NH
3
Năm 1909 Fritz Haber và Carl Bosch là những người phát hiện quy trình sản xuất amoniac
TỔNG QUAN VỀ NH
3
Danh pháp IUPAC Ammonia

Tên khác Azane
Công thức phân tử NH
3
Phân tử gam 17,0304g/mol
TỔNG QUAN VỀ NH
3

Biểu hiện chất khí, không màu,mùi khai,độc

Tỷ trọng và pha 0,6813g/l,khí

Độ tan trong nước 89,9g/100ml ở 0
o
C

Điểm nóng chảy -77,73
o
C(195,42 K)

Điểm sôi -33,34
o
C ( 239,81)

pKa 34

pKb 4,75
Tính chất vật lý
TỔNG QUAN VỀ NH
3
Do NH

3
lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên chất này được dung làm môi chất làm lạnh.
NH
3
lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung môi ion hóa không nước quan trong nhất. Nó
có thể hòa 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 solvat hóa.
Điểm sôi ( ở áp suất khí quyển)
-33,34
0
C
Tỷ trọng ( so với không khí ở 0
0
C)
0,596
Độ hòa tan trong nước g/100g H
2
O
89,9 (0
0
C ), 60 (ở 15
0
C) 7,4 (100
0
C)
Độ tan của NH
3
khí trong 100ml nước
700 lít ( 20
0

C )
Giới hạn nổ với không khí
15 – 28%( thể tích)
Một số tính chất đặc trưng của NH
3
TỔNG QUAN VỀ NH
3
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC
Không khí chứa 78% N2, 21% O2, 0,9% Ar và một ít các khí như CO2, H2, He, Ne, Xe.
Bằng phương pháp hóa lỏng không khí ở P = 50atm, t = -140oC và dựa vào nhiệt độ sôi của các khí ta có thể tách
riêng từng loại khí.
Khí Nhiệt độ nóng chảy
o
C
Nhiệt độ sôi
o
C Điểm tới hạn
Nhiệt độ oC Áp suất (atm)
O
2
-218,4 -182,95 -118,8 51,35
Ar -189,2 -185,7 -122,7 49,6
N
2
-209,9 -195,8 -147,8 34,6
ĐIỀU CHẾ N
2
ĐIỀU CHẾ H
2
Chuyển hóa khí mêtan hoặc đồng đẳng mêtan


Cho metan tác dụng với hơi nước, CO2, O2 ở nhiệt độ cao từ 800 – 1100oC với xúc tác Niken mang trên nhôm oxit hoặc magie oxit.
CH
4
+ H
2
O = CO + 3H
2
- 206 KJ
CH
4
+ 1/2 O
2
= CO + 2H
2
- 248 kJ
2CH
4
+ CO
2
= 2CO + 4H
2
+ 35 KJ

Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO
2
bằng hơi nước có xúc tác và ở 400-500
o
C
CO + H

2
O = CO
2
+ H
2
+ 41 KJ

Đồng đẳng metan tác dụng với hơi nước cũng diễn ra tương tự:
C
n
H
2n+2
+ nH
2
O = nCO + (2n+1)H
2
Ngoài ra có thể điều chế H2 bằng phương pháp khác như điện phân nước, điện phân dung dịch NaCl.
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỖN HỢP H
2
& N
2
Trong công nghiệp người ta điều chế hỗn hợp N
2
và H
2
bằng phương pháp chuyển hóa:
•
Khí thiên nhiên
•
Khí hóa than

•
Phân ly khí cốc
Hiện nay trên thế giới sử dụng chủ yếu các nguyên liệu là sản phẩm của quá trình chế biến dầu mỏ: cặn dầu, xăng nhẹ, các
sản phẩm của quá trình chưng cất. Hoặc chuyển hóa các khí thiên nhiên.
=> Cho năng suất cao và hiệu quả kinh tế lớn.
SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ
SƠ ĐỒ TỔNG HỢP AMONIAC
LÀM SẠCH KHÍ NGUYÊN LIỆU N
2
VÀ H
2
Bất kỳ sử dụng phương pháp nào để điều chế khí nguyên liệu thì đều còn lẫn một lượng tạp chất. Lượng tạp chất này sẽ
làm ảnh hưởng đến chất xúc tác, hệ thống dây chuyền,… Ví dụ: thành phần khí than ẩm
H2 N2 CO CO2 O2 CH4 H2S
% 40 18-20 31,7 8 0,2 0,5 0,1
Các phương pháp làm sạch khí:
•
Hấp thụ các tạp chất bằng chất hấp thụ ở tướng rắn;
•
Hấp thụ bằng các chất lỏng;
•
Ngưng tụ bằng làm lạnh sâu;
•
Hydro hóa có xúc tác.
LÀM SẠCH KHÍ NGUYÊN LIỆU N
2
VÀ H
2
Khử tro bụi và dầu
LÀM SẠCH KHÍ NGUYÊN LIỆU N

2
VÀ H
2

Khử H
2
S
Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp hóa học khô: hỗn hợp hấp thụ gồm sắt hydroxyt, một ít mạt cưa + CaO. PTPU:
Hấp thụ: Fe
2
O
3
.xH
2
O + 3H
2
S = Fe
2
S
3
.xH
2
O + 3H
2
O
Tái sinh chất hấp thụ: Fe
2
S

3
.xH
2
O + 3/2O
2
= Fe
2
O
3
.xH
2
O +
3
S
Tổng quát: H
2
S + O
2
= H
2
O + S
Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp hóa học ướt: dùng dung dịch muối asenic trong môi trường kiềm để hấp thụ H
2
S. PTPU:
Hấp thụ: Na
4
As
2

S
5
O
2
+ H
2
S = Na
4
As
2
S
6
O + H
2
O
Tái sinh chất hấp thụ: Na
4
As
2
S
6
O + 1/2O
2
= Na
4
As
2
S
5
O

2
+ S
Hoặc: sử dụng dung dịch mono, đi, trietanolamin hay sufolan C
4
H
8
S
2
Phản ứng của monoetanolamin ở 20-40
o
C: 2RNH
2
+ H
2
S = (RNH
3
)
2
S
(RNH
3
)
2
S + H
2
S = 2RNH
3
HS

Hấp thụ H

2
S
LÀM SẠCH KHÍ NGUYÊN LIỆU N
2
VÀ H
2
Tách CO
2
bằng dung dịch kiềm etanolamin.
Phương trình hấp thụ CO
2
:
RNH
2
+ H
2
O + CO
2
= (RNH
3
)
2
CO
3
RNH
2
+ H
2
O + CO
2

= RNH
3
HCO
3
Đun nóng để giải hấp CO
2

Tách CO2
LÀM SẠCH KHÍ NGUYÊN LIỆU N
2
VÀ H
2
Tách CO: dùng phức đồng Cu và NH
3
ở áp suất cao (120 – 300 atm); nhiệt độ thấp hơn 25
o
C
[Cu(NH
3
)n]OOCCH
3
+ CO = [Cu(NH
3
)nCO]OOCCH
3
Dung dịch trên được tái sinh ở áp suất thường, 77 – 79
o
C
Hoặc có thể làm sạch CO bằng cách hydro hóa có xúc tác Ni/Cr ở nhiệt độ 150
o

C, áp suất 3 atm:
CO + 3H
2
= CH
4
+ H
2
O

Tách CO
PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH
3
Trong công nghiệp sản xuất NH3 thường dung áp suất từ 1.10
7
– 1.10
8
N/m
2
.
Phụ thuộc vào áp suất chia thành các hệ :
+ Áp suất thấp (1-15).10
6
N/m
2
+ Áp suất trung bình (25-60).10
6
N/m
2
+ Áp suất cao (60-100).10
6

N/m
2
Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình là thông dụng nhất.