KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH3

KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 1
KỸ THUẬT SẢN XUẤT NH
3
2
I.Khái niệm chung 2
II. Các tính chất hóa lý chính 2
III. Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng 4
IV. Nguyên liệu sản xuất NH
3
5
V. Tổng hợp NH
3
13
5.1. Cơ sở lý thuyết tổng hợp NH
3
13
5.2. Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH
3
14
VI. Phương hướng phát triển công nghiệp NH
3
18
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 2
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NH
3
I.Khái niệm chung:
NH
3
là một sản phẩm công nghiệp quan trọng, cho tới nay (5/2008) đây vẫn
là sản phẩm duy nhất mà ngành CN hữu cơ hóa dầu Việt Nam có thể tổng hợp

được.Ở nhiệt độ thường, NH
3
là khí không màu, có mùi mạnh gây ngạt thở. NH
3
dễ
tan trong nước, ở nhiệt độ thường và áp suất thường, 1 lít nước hòa tan được 750l
NH
3
. NH
3
là một chất bền ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng mạnh.
2NH
3
N
2
+ 3H
2
t°= 1200°C
NH
3
được dùng nhiều để sản xuất phân đạm, HNO
3
và nhiều hợp chất khác,
nó cũng được dùng làm chất làm lạnh.
NH
3
có 2 loại: loại 1 dùng trong các máy lạnh, loại 2 dùng làm nguyên liệu
trong công nghiệp hóa chất.
Hàm lượng các chất

Ðơn vị Loại 1 Loại 2
Amôniac
Hơi ẩm
Dầu
Sắt

%
%
mg/l
mg/l
99,9
0,1
10
2
99,6
0,4
35
không qui định
NH
3
được tổng hợp theo phản ứng:
N
2
+ 3H
2
2 NH
3
(1)
Ðây là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt và giảm thể tích. Chiều thuận cần
nhiệt độ thấp áp suất cao có xúc tác sắt. Nguyên liệu tổng hợp amôniac là hỗn hợp

khí nitơ và hydro.
II. Các tính chất hóa lý chính
Nitơ nằm trong n hóm các nguyên tố hóa học đóng vai trò đặc biệt trong
thiên nhiên và cuộc sống con người.
Tuy nhiên khí tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong động thực vật thì nitơ
tham gia không phải ở dạng nguyên tố mà ở dạnghợp chất NH
3
.
2.1.Tính chất vật lý NH
3
Amoniac là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối
lượng riêng D = 0,76g/l.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 3
Amoniac hoá lỏng ở -34
0
C và hoá rắn ở -78
0
C. Trong số các khí, amoniac tan
được nhiều nhất trong nước.1 lít nước ở 200C hoà tan được 800 lít NH
3
.
Hiện tượng tan được nhiều giải thích do có tương tác giữa NH
3
và H
2
O, là những
chất đều có phân tử phân cực
2.2.Tính chất hóa học NH
3

2.2.1Sự phân huỷ:
Như đã biết, phản ứng tổng hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều này có
nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
. Amôniăc phân huỷ
ở nhiệt độ 600 – 700
0
C và áp suất thường. Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu
nhiệt và cũng thuận nghịch.
2NH
3
→ 3 H
2
+ N
2
2.2.2.Tác dụng với axit
Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HCl đặc và dung
dịch NH
3
đặc sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau thì sẽ thấy khói màu
trắng.
Khói màu trắng là những hạt nhỏ của tinh thể muối amoni clorua . Chất
này được tạo do hai khí HCl và NH
3
hoá hợp với nhau theo phương trình phản
ứng:

NH
3
+ HCl → NH
4
Cl
2.2.3.Tác dụng với chất oxi hoá
a) Tác dụng với O
2
Đốt amôniăc trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi. NH
3
bị oxi hoá bởi oxi tạo ra N
2
và H
2
O.
4NH
3
+ 3O
2
= 2N
2
+ 6H
2
O + Q
Trong thí nghiệm hỗn hợp NH
3
và O
2
được dẫn đi qua ống đựng
chất xúc tác Pt nung nóng. Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ

thường, thì hoá hợp với trong không khí tạo ra khí NO
2
màu nâu đỏ.
NH
3
+ 5O
2
= 4NO + 6H
2
O
2NO + O
2
⇔ NO
2
b) Tác dụng với khí Clor
Dẫn khí NH
3
vào bình khí Cl
2
, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn
lửa có khói trắng. Phương trình phản ứng:
2NH
3
+ 3HCl = 6HCl + N
2

Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH
4
Cl được tạo nên do HCl
sau khi sinh ra lại hoá hợp ngay với NH

3
NH
3
+ HCl → NH
4
Cl
2.2.4.Tính acid
Như ta đã biết NH3 là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid yếu
ví dụ như khi lithium nitride được thêm vào dung dịch ammonia, phản ứng
tạo thànhdung dịch lithium amide :
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 4
Li
3
N(s)+ 2NH
3
(l) → 3 Li+(am) + 3 NH
2
−(am)
NH3 như là Ligand
Tetraamminecopper(II), [Cu(NH
3
)
4
]
2+
, có màu xanh dương đậm khi
thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II).
Diamminesilver(I), [Ag(NH
3

)
2
]
+
, được gọi là tác chất Tollens' reagent.
III.Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng
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 NH
3
người ta diều chế axit HNO
3
và phân đạm.
3.1.Làm phân bón
 NH
3
được xem như là thành phần của phân bón. NH
3
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.
 NH
3
tác dụng với acid (HCl, HNO
3
…) 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
3.2.Điều chế acid nitrit
3.2.1. Nguyên lý chung

- Ðiều chế acid nitric bằng phương pháp oxi hóa khí amôniăc ,được
tiến hành qua 2 giai đoạn:
a) Oxi hóa amôniăc thành NO
4NH
3
+ 5O
2
= 4NO + 6H
2
O
- xúc tác là hợp kim Pt - Rh (5 - 10% Rh)
b) Ðiều chế acid nitric
2NO + O
2
⇔ NO
2
-Hấp thụ NO
2
bằng nước tạo thành acid nitric :
3NO
2
+ H
2
O ⇔ 2HNO
3
+ NO
3.3.Kỹ nghệ làm lạnh
NH
3
là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì chúng kém độc và ít bắt cháy

3.3.1.Trong phòng thí nghiệm và phân tích
NH
3
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.
3.3.2.Kỹ nghệ điện tử
NH
3
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 (Si
3
N
4
) bằng
phương pháp ngưng tự bốc hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD)
3.3.3.Một số ứng dụng khác
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 5
NH
4
Cl 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.
IV.Nguyên liệu sản xuất NH
3
4.1.Điều chế nitơ
Nguồn hợp chất nitơ có giá trị công nghiệp trong tư nhiên rất ít, ở
Chile và Nam Phi tìm thấy các mỏ nitrat natri rất lớn.

Tổng hợp hợp chất nitơ từ khí quyển được tiến hành bằng 3 phương
pháp:
4.1.1.Phương pháp hồ quang
Ở nhiệt độ cao nitơ kết hơpj với oxi không khí theo phản ứng
N
2
+ O
2
2NO – 179,2kJ
Oxit nitơ oxi hóa đến NO
2
. Sau đó NO
2
hấp thụ nước để tạo hành
HNO
3

Phương pháp này ngày nay không dùng vì năng xuất NO thấp mà lại
tiêu tốn nhiều điện năng. Tuuy nhiên hiện nay một phuong pháp tương tự
oxi hóa nito băng oxi không khí ở nhiệt độ cao lại xuất hiện dụa trên cở sở
các quá trình plazma.
4.1.2.Phương pháp xianamit
Cacbua canxi đã ngiền nhỏ, ở t
0
≈ 1000
0
C tác dụng với n
2
yheo phương trình
CaC

2
+N
2
CaCN
2
+C +301.5kJ
Phương pháp này ngày nay ít được sử dụng
4.1.3.Phương pháp amoniac
Phương pháp này ưu việt hơn hai phương pháp trên về tính kinh tế. Tiêu tốn
điện năng cho một tấn NH
3
nhỏ hơn sơ với hai phương pháp trên.
Quá trình tổng hợp xảy ra
N
2
+ 3H
2
2NH
3
+ Q
Như vậy để tổng hợp NH
3
cần phải có N
2
, H
2
theo tỷ lệ N
2
:H
2

= 1:3.
4.2.Tổng hợp N
2
trong công nghiệp
Trong sản xuất NH
3
, N
2
đượ c điều bằng hai phương pháp
4.2.1.Phân chia vật lý không khí thành N
2
và O
2

Trong thành phần không khí chứa (% thể tích): N
2
77%, O
2
21%, Ar 0,94 %.
Ngoài ra trong không khí còn chứa lượng không đáng kể CO
2
, H
2
, Ne, He,
Kr, Xe.
Phân tích không khí thành những chất riêng biệt được tiến hành bằng cách
chưng cất không khí lỏng và dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của từng khí
riêng biệt. Sự phức tạp của quá trình này là hóa lỏng không khí.
Để hóa lỏng không khí cần phải làm lạnh sân sắc và nén áp suất cao.
4.2.2.Nhân N

2
cùng với H
2
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 6
Cách liên kết tất cả O
2
không khí ở dạng CO
2
sau đó tách CO
2
ra khỏi hỗn
hợp N
2
và H
2
.
4.3.Điều chế hydro
Nguồn hydro là khí metan, hơi nước, khí than cốc, nước.
Hydro trong công nghiệp được chế biến bằng một trong những phương pháp
sau:
- Chuyển hóa metan của khí tự nhiên hay các đồng đẳng và sau đó chuyển
hóa CO.
- Chuyển hóa oxit cacbon bằng hơi nước khi tiến hành khí hóa nhiên liệu
lỏng hay rắn.
- Phân chia khí cốc bằng phương pháp hóa lỏng tất cả các cấu tử của hỗn
hợp khí trừ H
2
.
- Điện phân nước hay dung dịch muối ăn NaCl.

4.3.1.Điều chế H
2
bằng phương pháp chuyển hóa metan
Tác dụng của metan với hơi nước và oxi xảy ra theo những phản ứng chính
sau.
CH
4
+ H
2
O CO + 3H
2
– 206kJ
CH
4
+ ½ O
2
CO + 2H
2
+ 35kJ
Phản ứng giữa các đồng đẳng của metan với các chất oxi hóa đã nêu cũng
xảy ra tương tự.
Sau đó sẽ xảy ra chuyển hóa oxit cacbon với hơi nước theo phản ứng:
CO + H
2
O CO
2
+H
2
+41 kJ
Quá trình tổng quát cùa chuyển hóa metan với hơi nước sẽ xảy ra sự thu

nhiệt.
CH
4
+ 2H
2
O CO
2
+ 4H
2
– 165 kJ
Quá trình chuyển hóa metan để nhận CO và H
2
tiến hành ở điều kiện:
- 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).
Để tổng hợp NH
3
theo yêu cầu của hỗn hợp khí nguyên liệu (N
2
+H
2
) chứa
không quá 0,5 % CH
4
. Nếu vượt quá tỉ lệ này thì CH
4
sẽ dư gây hại cho quá trình
tổng hợp NH
3

. Hàm lượng còn lại CH
4
được quyết định bởi nhiệt độ quá trình và
phụ thuộc tỉ lệ hơi: khí trong nguyên liệu và vào áp suất của quá trình.
Mặc dù ở nhiệt độ 800 – 1000
0
C đã được độ cân bằng cần thiết của metan
nhưng tốc độ quá trình trong khoảng nhiệt độ này nếu không có chất xúc tác vẫn
nhỏ.
Có thể dùng các chất xúc tác Ni phủ lên oxit nhôm hay là phủ lên oxit
mangan.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 7
Mặc dù đây là phản ứng thuận nghịch, có thể tích V tăng, nên khi tăng áp
suất thì nồng độ CH
4
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. Mặt khác áp
suất tăng sẽ làm giảm thể tích thiết bị và thể tích đường ống dẫn.
Quá trình chuyển hóa không xúc tác nhiệt độ cao khí metan đượ thực hiện
theo phản ứng:
CH
4
+ ½ O
2
CO + 2 H
2
+ 35 kJ
Khi nhiệt độ ≈ 1250

0
C. Khí nhận được theo phương pháp này có chứa mồ
hóng. Mồ hóng có thể rửa sạch bằng nước nóng khi áp suất cao.
4.3.2.Điều chế H
2
bằng phương pháp chuyển hóa cacbon
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 + H
2
O CO + H
2
+ 36,6 kJ ( 500
0
C )
Phản ứng chuyển đổi CO 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 H
2
.
Tăng hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thì quá trình chuyển hóa CO
hoàn toàn hơn.
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.
Gần đây để chuyển hóa CO người ta sử dụng chất xúc tác Fe – Cr cho thêm
oxit Al , K, Ca là những chất kích hoạt. Những chất xúc tác này cho phép quá trình
chuyển hóa với tốc độ đủ lớn t
0
= 450 – 500
0
C, lượng dư CO trong hỗn hợp khí là 2

– 4%. Lượng dư lớn như vậy đòi hỏi quá trình rửa rất phức tạp.
Ngày nay đã tìm ra phương pháp chuyển hóa xúc tác Sn – Cr – Cu (thiếc,
crom, đồng) ở nhiệt độ thấp. Chất xúc tác cho phép tiến hành quá trình ở 200 –
300
0
C và lượng dư CO trong khí ra khoảng 0,2 – 0,4%. Tuy nhiên chất xúc tác
nhiệt độ thấp rất nhạy với lưu huỳnh vì vậy đòi hỏi phải làm sạch khí nguyên liệu
rất cẩn thận.
Đối với quá trình thuận nghịch, tỏa nhiệt như chuyển hóa CO, nhiệt độ tối
ưu hạ xuống theo độ tăng mức chuyển hóa. Nhưng nhiệt độ thực trong vùng xúc
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 8
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.
4.3.3.Làm sạch khí
Quá trình xúc tác sản xuất NH
3
đòi hỏi những yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ
sạch của khí nguyên liệu đi qua lớp xúc tác.
Ví dụ khí tự nhiên không được chứa lưu huỳnh quá 2mg/m
3
khi đưa vào
chuyển hóa metan có sử dụng chất xúx tác.
Chất xúc tác trong quá trình tổng hợp NH
3
sẽ giảm hoạt độ xuống khi trong
nhiên liệu có mặt vết của hợp chất chứa lưu huỳnh và oxi.
Có thể dùng những phương pháp sau đây để làm sạch khí khỏi tạp chất:
Hấp phụ các tạp chất bằng các chất hấp phụ rắn: phương pháp được dùng

khi hàm lượng tạp chất nhỏ.
Hấp thụ bằng các chất hấp phụ lỏng. Phương pháp được dùng để làm sạch
khỏi CO
2
và CO.
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 HNO
3
. Tuy nhiên phương
pháp tiêu tốn nhiều năng lượng nên đang bị hạn chế dần.
Hydro hóa xúc tác, sau đó tách nước tạo thành. Phương pháp được sử dụng
khi hàm lượng CO
2
, CO và O
2
trong khí chuyển hóa thấp.
a) Làm sạch khỏi những hợp chất chứa S.
Khí tự nhiên thường chứa S dưới dạng sunfua hydro H
2
S, sunfua cacbon
CS
2
, lưu huỳnh – oxit cacbon COS, etymerkaptan C
2
H
5
SH. Các hợp chất này có
hàm lượng chung khoảng 5 – 30 mg/m
3
.

Trước khi làm sạch, các hợp chất chứa lưu huỳnh được hydro hóa đến sufua
hydro H
2
S trên các chất xúc tác Co-Mo ở t = 350 – 450
0
C. Phương trình phản ứng
CS
2
+ 4H
2
2H
2
S + CH
4
RSH +H
2
H
2
S + CH
4
COS + 4 H
2
H
2
+CH
4
+ H
2
O
Sunfua hydro tạo thành sẽ hấp phụ bằng bằng các chất hấp phụ rắn hay lỏng.

b) Làm sạch khí quyển chuyển hóa khỏi CO
2

Sau khi chuyển hóa CO trong khí còn chứ độ 17 – 30 % CO
2

NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 9
Khí CO
2
có thể làm sạch bằng các chất hấp phụ lỏng: nước, etanolamin, các
dung dịch kiềm
Khi áp suất cao CO
2
hoà tan trong nước tốt hơn các cấu tử khác của khí
chuyển hóa. Dựa trên cơ sở này, đưa ra phương pháp rửa nước để làm sạch CO
2
trong các tháp có áp suất 2.10
6-
- 3.10
6
N/m
2
.
Nhược diềm của chính phương pháp rửa nước này là tốn nhiểu điện năng và
tổn thất H
2
rất lớn. Vì vậy ngày nay trong những sơ đồ hiện đại thường dùng các
chất hấp phụ có dung tích hấp phụ và độ chọn lọc lớn hơn nước.
Rửa etanolamin được tiến hành bằng các dung dịch hỗn hợp mono- và

dietanoiamin CH
2
CH
2
OHNH
2
và (CH
2
CH
2
OH)
2
NH. Quá trình tách CO
2
dựa trên
phản ứng thuận nghịch sau:
CO
2 +
2RNH
2
+ H
2
O (RNH
3
)CO
3
CO
2
+(RNH
3

)CO
3
+ H
2
O 2RNH
3
HCO
3
Rửa bẳng các dung dịch nóng bồ tạt dược tiến hành dưới áp suất 1.10
6
– 2.10
6
N

ở
t
0
=110 – 120
0
C thường dùng dung dịch 25% K
2
CO
3
được kích hoạt bẳng asen
(As
2
O
3
)
Một số chất khác cũng hấp phụ CO

2
như các hợp chất hữu cơ :
metanol,propilen cacbonat, sunfotan
Làm sạch khí khỏi CO
Trong công nghiệp sản xuất amiac NH
3
, để làm sạch khí khỏi CO có thể tiến
hành một trong các phương pháp sau :
Hấp phụ bẳng dung dịch amiac - đồng
Rửa khí bằng nitơ hóa lỏng
Hydro hóa xúc tác (khi hàm lượng co thấp).
Rửa bằng dung dịch amoniac – đồng dựa trên cơ sở :oxitcacbon được hấp
thụ bằng dung dịch để tạo thành hợp chất phức đồng – amoniac khả năng hấp phụ
của dung dịch đồng – amoniac trong điểu kiện thường không cao. Nhưng khi tăng
áp suất hạ nhiệt độ, khả năng hấp phụ tăng cao . Như vậy điều kiện để làm sạch
khí CO là p =(1 – 3 ).10
7
n/m
2
, t = 0 – 25
0
c(nhiệt độ thấp hơn dễ xảy ra hiện
tượng kết tinh dung dịch) . Thường sử dụng dung dịch đồng – amniac của các
aicd yếu :axetic (axetat), cacbonic (cacbonat) và muravic
Ngưng tụ tạp chất bằng phương pháp làm lạnh sâu
Biện pháp ngưng tụ phân đoạn bằng cách làm lạnh sạu dùng để phân chia
khí cốc hóa là một hỗn hợp có thành phần phức tạp
Các cấu tử khí cốc (trử h
2
) đều có nhiệt độ sôi cao hơn – 200

0
c. Vì vậy khi
làm lạnh sâu sắc có thề chuyển hóa tất cả về dạng lỏng
Phương pháp hyro hóa
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 10
Hydro hóa lượng co và co
2
còn lại (dưới 1%)tiến hành theo phản ứng
CO + 3H
2
CH
4
+ H
2
O
CO
2
+4 H
2
CH
4
+ 2H
2
O
Quá trình được tiến hành trong các thiết bị có sử dụng xúc tác niken (phủ lên
oxit nhôm ) ở t= 200 – 400
0
c
Ngoài ra hidro còn được điều chế bằng các cách sau đây

Hydrogen từ khí đốt thiên nhiên:
Điều chế hydrogen từ các nguồn nguyên liệu thiên nhiên như khí đốt được
thực hiện dễ dàng nhất, và không cần phải sản xuất một nguồn nguyên liệu trung
gian khác. Lợi điểm thứ hai, là phương pháp nầy đưa đến một công nghệ không
phức tạp và có tỷ lệ hydrogen-carbon cao; do đó, hạn chế được tối đa lượng khí
carbonic phát thải vào không khí.
Phương pháp nầy thích hợp với những quốc gia có nguồn dự trữ khí đốt lớn
như LB Nga, nhưng lại khó thích hợp cho Hoa Kỳ và Tây Âu, vì cần phải nhập
cảng nguyên liệu khí đốt.
Nguyên lý chuyển đổi từ khí đốt methane CH4 ra hydrogen gồm các phương
cách sau đây: 1- phản ứng chuyển hóa hơi methane và oxid hóa từng phần;
2- hoặc kết hợp chung hai giai đoạn với nhau.
Nhưng trên thực tế, hỗn hợp khí vẫn còn chứa carbon monoxide CO, carbon
dioxide CO2 và một phần nhỏ khí methane còn sót lại. Do đó cần phải qua một
quy trình chuyển hóa thứ hai với hơi nước dưới những hóa chất xúc tác với nhau
để tạo ra hydrogen như sau:
CO + H
2
0(hơi) -> CO
2
+ H
2
CH
4
+ 2 H
2
0 (hơi) -> CO
2
+ H
2

Và sau cùng khi tinh chế lại, quy trình sản xuất sẽ cho ra hydrogen có độ
tinh khiết rất cao.
Phương pháp chuyển đổi khí đốt ra hydrogen trong giai đoạn chuyển tiếp
hiện tại có thể là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao nhất vì nguồn vốn đầu tư và
sản xuất tương đối thấp so với các phương pháp khác.
Đặc điểm của phương pháp nầy là dễ thực hiện và khi sản xuất ở quy mô lớn
sẽ làm giảm giá thành. Đặc điểm thứ hai, là ở các hệ thống phân phối, ở các điểm
bán lẽ không cần nhân viên có trình độ cao để chuyển khí hydrogen từ hệ thống
phân phối qua tế bào tiếp nhận của xe.
Theo ước tính, một hệ thống sản xuất 480 Kg hydrogen/ngày sẽ giảm từ
3.847 $/Kg/ngày còn 2.000 $/kg/ngày và giá hydrogen sẽ giảm xuống từ 3,51 còn
2,33 Mỹ kim/Kg.
Phương pháp nầy có thể áp dụng với quy mô kỹ nghệ vào năm 2011.
Hydrogen từ than đá:
Phương pháp nầy được áp dụng ở các nhà máy nhiệt điện dùng than và quy
trình tổng hợp hóa khí trong than (IGCC). Đây là một phương pháp sạch biến than
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 11
thành năng lượng đang ngày càng phát triển ở Hoa kỳ. Do đó, việc phối hợp vừa
sản xuất điện và khí hydrogen trong các nhà máy phát điện dùng than sẽ giảm giá
thành của hydrogen và phương pháp nầy có hiệu quả kinh tế rất cao. Đây là một
phương pháp biến than thành khí (gasification) dựa theo nguyên lý oxid hóa than
đá với hơi nước ở nhiệt độ và áp xuất cao. Trong điều kiện trên, năng lượng được
thành hình để có thể biến thành điện năng và khí hydrogen theo như chuỗi phản
ứng vừa đan cử ở phần trên.
Thêm nữa, với phương pháp trên, sản lượng hydrogen có được rất cao, có
khả năng cung ứng nhiên liệu cho nhiều hệ thống phân phối trong một vùng rộng
lớn. Vả lại, trữ lượng than đá của HK còn đủ cung ứng cho nhu cầu trong vòng 250
năm nữa; như vậy sẽ không có biến động về giá cả như việc dùng khí đốt mà Hoa
Kỳ cần phải nhập cảng.

Tuy nhiên có một điểm bất lợi lớn cho phương pháp nầy là lượng khí CO2
thải hồi rất lớn, lớn hơn tất cả phương pháp hiện nay để sản xuất hydrogen. Do đó,
cần phải có hệ thống thu hồi khí carbonic bằng cách áp dụng kỹ thuật chuyển hóa
carbon (sequestration).
Với phương pháp nầy, giá thành của H2 được ước tính khoảng $1,03/Kg.
Trong tương lai, nếu áp dụng các phương pháp hoàn chỉnh hơn như thiết lập các lò
phản ứng hóa khí lớn, và tăng hiệu năng việc tách rời cũng như tinh chế H2, giá
thành có thể giảm xuống còn $0,90/Kg Phương pháp nầy dự trù đem vào áp dụng
tại HK vào năm 2015.
Hydrogen từ năng lượng hạch nhân:
Sản xuất H
2
từ nguồn năng lượng nầy có hai điểm lợi:
1- Nguồn nguyên liệu chính là uranium có trữ lượng lớn ở HK, Canada, và Úc
Châụ Do đó đây là một nguồn nguyên liệu ổn định và an toàn;
2- Nguồn năng lượng hạch nhân không tạo ra khí carbonic vào bầu khí quyển cũng
như các khí thải độc hại khác.
Quá trình sản xuất H2 trong các lò phản ứng hạch nhân có thể được lý giải
như sau: hơi nước được điện giải trong phản ứng nhiệt hóa (HTES) từ khoảng 700
đến 1.0000C để cho ra H2. Phản ứng nầy chiếm ưu thế hơn vì không cần sự hiện
diện của các chất xúc tác và cho hiệu suất cao hơn phản ứng nhiệt hóa.
Tuy nhiên, vì cùng sản xuất đồng loạt điện năng và hydrogen, cho nên cần
có sự hiện diện của hai lò phản ứng ở trong cùng một phạm vi sản xuất. Điều nầy
đòi hỏi mức an toàn vận hành rất cao. Mọi sơ suất có thể biến thành một tai nạn
thảm khốc cho cư dân trong vùng.
Hydrogen từ phương pháp điện giải:
Phương pháp điện giải nước để có được hydrogen và oxygen đã được phát
minh vào cuối thế kỷ 18. Phương pháp nầy không cho hiệu quả kinh tế cao so với
các phương pháp trên. Nhưng hiện tại, cách nầy có thể dự phần không nhỏ trong
giai đoạn chuyển tiếp dùng năng lượng hydrogen, vì dễ dự trữ và hệ thống điện

NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 12
giải có thể được thiếp lập ngay tại các trạm bán xăng dầu. H2 sẽ được chứa trong
những bình chứa đặc biệt sẵn sàng được bơm thẳng vào bình nhiên liệu của xe.
Giá thành được ước tính là $2,50/Kg cho hệ thống điện giải nhỏ và $2,0/Kg cho
các hệ thống lớn. Trong tương lai, giá có thể giảm hơn nữa do việc làm tăng hiệu
năng điện giải từ 63 lên 75% qua sự kiện làm giảm nguồn năng lượng làm nóng
hơi nước, và có thể đem áp dụng vào năm 2010.
Hydrogen từ năng lượng gió:
Việc sản xuất hydrogen từ các nguồn năng lượng tái tạo vẫn còn là một đề
tài nóng bỏng hiện tại, vì đây là mục tiêu dài hạn cho tương lai. Do đó, năng lượng
gió chuyển đổi thành điện năng; và sau cùng, dùng điện năng nầy để phân giải
nước thàng hydrogen.
Vấn đề được đặt ra ở đây là làm thế nào để có hiệu năng tối đa, vì vậy:
- Cần phải nghiên cứu công nghệ turbine gió và chuyển hóa thành điện năng
để có được giá thành thấp so với hiện tại;
- Giảm giá thành của công nghệ phân giải nước;
- Và sau cùng phối hợp hợp lý hệ thống turbine gió, hệ thống phân giải, cùng
hệ thống bình chứa hydrogen.
Một khi thực hiện được ba điều trên, nguồn năng lượng gió sẽ là nguồn năng
lượng tái tạo hiệu quả nhất cho việc cho việc chuyển đổi thành điện năng và
hydrogen cho thế kỷ 21 nầy. Hiện tại (2007) giá thành của nguồn điện năng từ
năng lượng gió đã giảm tùy theo vùng từ 5 đến 7 xu/kwgiờ, không tính tới tiền trợ
cấp khuyến khích của chính phủ liên bang HK.
Nếu công nghệ gió có khả năng làm tăng hiệu năng chuyển đổi, giá thành sẽ
càng giảm hơn nữa (hiện tại, khả năng chuyển đổi nầy là 30%).
Yếu tố môi trường cũng là một lợi thế cho việc ứng dụng năng lượng gió
vào việc sản xuất hydrogen, vì nguồn năng lượng nầy hoàn toàn không phát thải
khí carbon monoxide (CO), khí carbon dioxide (CO2), nitrogen oxide (N0x), sulfur
dioxide (SO2), và những hóa chất hữu cơ nhẹ và kim loại độc hại như trong kỹ

nghệ điện từ than đá hay dầu hỏa.
Với phương pháp nầy, giá thành của hydrogen được ước tính là $6,64/Kg
nếu hệ thống gió – phân giải – hydrogen được hoàn chỉnh với hiệu suất tối đa, giá
thành có thể giảm xuống còn $2,86/Kg Hydrogen.
V.Tổng hợp NH
3

5.1.Cơ sở lý thuyết tổng hợp NH
3
Trong tổng hợp NH
3
tiến hành không kèm theo sản phẩm phụ theo phản ứng
N
2
+3H
2
2NH
3
+ Q
Giá trị hiệu ứng nhiệt ở 500
0
C ứng với các giá tri áp suất khác nhau thì sẽ
có giá trị khác nhau
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 13
Phản ứng tổng hợp NH
3
là phản ứng giảm thể tích. Theo Le – Shatelia thì P
tăng , cân bằng sẽ sang phải , tốc độ cũng tăng lên nhiều nên lượng Q tỏa ra lớn
Để chuyển cân bằng về phía tạo NH

3
cần phải có áp suất cao và nhiệt độ
thấp. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao thì tốc độ phản ứng tổng hợp NH
3
xảy ra chậm nếu
như không sử dụng xúc tác
Các chất xúc tác
Quá trình tổng hợp NH
3
có thể sử dụng các chất xúc tác như: Fe, Pt,
Oc,Mg,W,U,Rh…
Trong số này hoạt độ cao nhất là Fe, Oc, U. Trong công nghiệp chất xúc tác
Fe ử dụng rộng rãi nhất . Nó chứa 3 kích hoạt là Al
2
O
3
, K
2
O, CaO. Chất xúc tác
này có hoạt độ lớn, bền nhiệt và bền với các tạp chất độc trong hỗn hợp khí N
2
- H
2
H
2
S và những hợp chất chứa S gây ngộ độc không thuận lợi cho xúc tác Fe
Động học quá trình
Tổng hợp NH
3
là quá trình xúc tác dị thể xảy ra theo các giai đoạn

Khuếch tán N
2
và H
2
từ dòng khí đến bề mặt hạt xúc tácva2 trong mao quan
của hạt
Hấp phụ hóa học khí lên chất xúc tác
Tác dụng giữa N
2
và H
2
trên bề mặt xúc tác . Lúc đó N
2
thu điện tử xúc tác ,
còn hyro cho xúc tác điện tử của mình để bù đắp sự tổn thất điện tử xúc tác . Kết là
lần lượt tạo thành những hợp chất hóa học bề mặt :imit NH,amit NH
2
, và amiac
NH
3
Giải hấp phụ (nhả hấp phụ) NH
3
và khuyếch tán vào thể tích pha khí
Giai đoạn quyết định là hấp phụ hóa học lên chất xúc tác.
Thiếi bị phản ứng
Để đạt được năng suất cao và hoạt động lâu bền, các thiếi bị tổng hợp NH
3
cần những điều kiện chính là
Mức độ cao hỗn hợp khí vào H
2

– N
2
để tẩy sạch các chất độc và xúc tác trơ
giữ tỷ lệ N
2
/H
2
≈ 1/3
Nhiệt độ tối ưu của quá trình theo chiền dài của vùng xúc tác
Giảm hàm lượng NH
3
ở cửa vào thiếi bị tiếp xúc
Hoàn thiện cơ cấu của thiết bị tiếp xúc
5.2. Phương pháp công nghiệp để tổng hợp NH
3
Trong công nghiệp sản xuất NH
3
,thường dùng áp suất từ 1.10
7
đến
1.10
8
N/m
2
.
Phụ thuộc vào áp suất chia thành các hệ:
+ áp suất thấp 1.10
6
÷ 15.10
6

N/m
3
.
+ áp suất trung bình (25÷60).10
6
N/m
3
.
+áp suất cao (60÷100) .10
6
N/m
3
.
Hệ áp suất trung bình
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 14
Đây là hệ được áp dụng rộng rãi nhất bởi vì trong những điều kiện này có
thể giải quyết thành công các vấn đề tách NH
3
với tốc độ quá trình đủ lớn trong
thiết bị tiếp xúc.
Hỗn hợp N
2
,H
2
khi đi qua lớp xúc tác sẽ không chuyển hoàn toàn về NH
3
.
Trong khí ra thiết bị tiếp xúc hàm lượng NH
3

là 14÷20%.
Hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị tiếp xúc đem làm lạnh, NH
3
ngưng tụ lại và tách
khỏi khí,còn hỗn hợp N
2
,H
2
chưa phản ứng hết thì nhờ máy nén sẽ hồi lưu lại thiết
bị tiếp xúc.
Hỗn hợp N
2
,H
2
mới tương ứng với lượng NH
3
tạo thành trong thiết bị tiếp
xúc được bổ sung vào hỗn hợp hồi lưu.
Trong chu trình kín, hỗn hợp

N
2
,H
2
đưa vào phải càng sạch càng tốt. trên
thực tế có hỗn hợp N
2
,H
2
tuyệt đối không có tạp chất là điều rất khó.

Trong sơ đồ kín, ngay cả khi hàm lượng tạp chất trơ (CH
4
,Ar) là tối thiểu thì
dần dần tạp chất cũng tích tụ trong chu trình kín, điều này làm giảm năng suất tháp
tổng hợp. một phần tạp chất hòa tan trong NH
3
lỏng, ngưng tụ và dẫn ra khỏi chu
trình. Tuy nhiên đưa tạp chất ra với NH
3
sản phẩm không thể triệt tiêu hết lượng
tạp chất vào cùng hỗn hợp N
2
,H
2
mới, và trong thực tế sản xuất định kì phải xả một
phần hỗn hợp khí hồi lưu để giảm nồng độ tạp chất trong chu trình.
Giải thích sơ đồ:
Hỗn hợp khí N
2
,H
2
đã được làm sạch đưa vào phía trên tháp tổng hợp. tại
đây xảy ra sự tạo thành amoniac NH
3
.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 15
Hỗn hợp khí N
2
,H

2
,NH
3
đi ra khỏi tháp tổng hợp ở 400
0
C rồi đi vào thiết bị
tận dụng nhiệt, sau đó quay về tháp tổng hợp, tại đó hỗn hợp khí qua thiết bị trao
đổi nhiệt trong và được làm lạnh đến 90÷100
0
C, sau đó lại tiếp tục đi qua thiết bị
trao đổi nhiệt (3) và vào thiết bị phân ly (4).
Trong thiết bị trao đổi nhiệt (3) với áp suất 30.10
6
N/m
2
thì một phần NH
3
ngưng tụ lại. sau đó khí được máy nén tuabin (5) đưa vào tháp ngưng tụ (6) và thiết
bị hóa hơi (7) do hiện tượng hóa hơi NH
3
lỏng nên hỗn hợp khí thu được độ lạnh
cẩn thiết để NH
3
tách ra được hoàn toàn hơn.
Từ tháp ngưng tụ (7) hỗn hợp khí thêm một lần nữa quay về tháp tổng hợp
(2).
Hỗn hợp N
2
,H
2

mới được đưa vào phía dưới tháp ngưng tụ (6), ở đó nó được
làm sạch bằng cách rửa bằng NH
3
lỏng để tách hơi ẩm, mở và CO
2
.
Sự phụ thuộc hàm lượng NH
3
trong hỗn hợp N
2
,H
2
hồi lưu vào nhiệt độ và
áp suất đưa ra trên hình sau:
Qua hình vẽ ta thấy : nếu áp suất tăng, nhiệt độ giảm thì lượng NH
3
trong
hỗn hợp hồi lưu giảm, tức độ chuyển hóa cân bằng ở thấp tổng hợp (2) tăng.
Hàm lượng NH
3
cũng có thể tính bằng công thức thục nghiệm sau:
ở đây, C’-hàm lượng NH
3
trong hỗn hợp khí N
2
,H
2
tính % thể tích.
Thiết bị- tháp tổng hợp
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH

KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 16
Tháp tổng hợp là thiết bị chính và quan trọng nhất trong dây chuyên tổng
hợp NH
3
.
Cơ cấu của tháp phải bền vững, tin cậy, an toàn và làm việc lâu dài. Vì vậy
thép dùng để chế tạo thiết bị đòi hỏi yêu cầu cao.
Hydro và NH
3
trong hỗn hợp khí khi nhiệt độ cao sẽ tác động lên thép làm
giảm độ bền của nó. Đặc biệt nguy hiểm là hiện tượng khử cacbon của thép ở nhiệt
độ cao do hydro thấm vào thép.
Để giảm nhiệt độ ở thành lò, hỗn hợp N
2
,H
2
lạnh đưa vào tháp tổng hợp
được đi qua bề mặt bên trong hình trụ của tháp.
Thân tháp tổng hợp NH
3
được chế tạo bằng thép crom-vanadi.
Tháp tổng hợp NH
3
dạng ống dành cho hệ làm việc dưới áp suất trung bình.
Tháp là hình trụ bằng thép với độ dày thành là 176 ÷ 200 mm và chiều cao
12÷20 m. trong các tháp hiện đại, đường kính trong là 1,0÷2,8 m.
Các tháp tổng hợp được phân biệt theo cấu trúc, cơ bản là bằng kích thước
của thân tháp và cỏ cấu lớp đệm bên trong.
Trong thấp tổng hợp NH
3

dạng ống thì hộp xúc tác đặc ở phần trên, còn ở
phần dưới đặt thiết bị trao đổi nhiệt. thân tháp có lớp cách nhiệt, giúp loại trừ khả
năng xuất hiện trở lực nhiệt ở trong tường tháp do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt trong và ngoài tháp.
Chất xúc tác nạp bên dưới ghi lò, để tăng sự phân bố điều hòa nhiệt độ,
người ta để trong lớp xúc tác một ống kép đóng vai trò bộ phận trao đổi nhiệt.
Hỗn hợp N
2,
H
2
vào tháp tổng hợp từ bên trên, xuống phía dưới theo khong
gian hình nhẫn giữa các tường của thân lò và của hộp xúc tác . Như vậy sẽ ngăn
ngừa thân thấp khỏi bị đốt nóng, sau đó hỗn hợp khí N
2,
H
2
đi từ dưới lên theo
không gian của ống của phần trao đổi nhiệt. sau đótheo ống trung tâm đi lên phần
trên của hộp xúc tác và vào ống kép đặc trong ống xúc tác. Lúc đầu di trong ống
giữa từ trên xuống dưới, sau đó đi từ dưới lên theo không gian xung quang giữa
ống trong và ống ngoài, tiếp theo đi qua lớp xúc tác từ trên xuống dưới và qua các
ống của sản phẩm trao đổi nhiệt xuống phía dưới tháp tổng hợp. Chế độ thủy động
học trong lớp xúc tác gàn với đẩy lý tưởng, còn chế độ nhiệt độ là đẳng nhiệt.
Để điều chỉnh nhiệt độ trong tháp tổng hợp đã xem xét khả năng nạp hỗn
hợp khí N
2,
H
2
lạnh

từ phía dưới lên theo ống trung tâm vào hộp xúc tác không qua
phần trao đổi nhiệt.
Trong những tháp hiện đại để tận dụng nhiệt phản ứng, phần trao đổi nhiệt
bên dưới chia làm hai phần, khí ra từ hộp xúc tác đi qua phía trên của phần trao đổi
nhiệt ở 400
0
C, rồi dẫn ra thiết bị tận dụng nhiệt (ở đây làm lạnh đến 200
0
C) và lại
quay về tháp tổng hợp, đi qua phía dưới phần trao đổi nhiệt rồi ra khỏi tháp với
nhiệt độ 90-100
0
C.
Ngày nay dùng các loại tháp tổng hợp có năng suất từ 150-1500 T NH
3
/ngày
đêm.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 17
Năng suất của tháp tổng hợp NH
3
được tính:
ở đây:
G – năng suất tháp, kg/h
V – vận tốc thể tích khí, m
3
/s
V – thể tích xúc tác, m
3
C

1
– nồng độ NH
3
trong hỗn hợp N
2,
H
2
ở cửa vào,%
C
2
- nồng độ NH
3
ở của ra,%
0.771 – tỉ trọng của NH
3
, kg/ m
3
Thời gian làm việc của lớp xúc tác phụ thuộc vào mức độ làm sạch không
khí, thông thường là gần 2 năm.
Các sơ đồ hiện đại sản suất NH
3
Trên hình là sơ đồ sản suất hiện đại có công suất 1500 tấn/ngày đêm.
Khí tự nhiên dưới áp suất 4.10
6
N/m
3
sau khi làm sạch khỏi tạp chất chứa S, được
trộn lẫn với hơi theo tỷ lệ 3,7:1. Sau đó sấy nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt bằng
nhiệt của khí thải rồi đưa vào lò ống và lò đốt. trong lò đốt (6) khí tự nhiên sẽ cháy.
Quá trình chuyển háo metan bằng hơi nước cho đến lúc tạo thành CO tiến

hành trên xúc tác Ni ở t
0
=800÷850
0
C(5). Hàm lượng CH
4
trong khí sau chuyển hóa
bậc I đạt 9÷10%. Sau đó khí được cấp thêm không khí và đưa vào lò giếng(7).ở
đây sẽ xảy ra sự chuyển hóa lượng metan còn lại bằng oxi không khí ở
900÷1000
0
C; tỉ lệ hơi/khí = 0,8/1.
Từ lò giếng (7) khí được dẫn vào nồi hơi (8) để tận dụng nhiệt. ở dây sẽ
nhận được hơi có các thông số cao. Hơi này đưa đến tuabin khí của máy nén li tâm.
Từ nồi hơi (8) khí đi vào thiết bị chuyển hóa CO hai bậc (9 và 10). Chuyển
hóa oxit cácbon đầu tiên được tiến hành trong thiết bị chuyển hóa bậc I (9) trên
chất xúc tác Fe – Cr, t
0
=430 ÷ 370
0
C; sau đó chuyển hóa trong thiết bị bậc hai (10)
trên chất xúc tác Sn – Cr - Cu nhiệt độ thấp t= 200÷260
0
C. Giữa bậc I và bậc hai
có thể đặt nồi hơi đê tận dụng nhiệt (8). Nhiệt độ của hỗn hợp khí đi ra từ bậc hai
chuyển hóa CO được dùng để tái sinh (11) dung dịch mônetanolamin từ thiết bị
làm sạch khí khỏi CO
2
(13).
Khí tiếp tục đi vào (13) để làm sạch khí khỏi CO

2
. Ở đây, khí được tưới bằng
dung dịch môn etanolamin lạnh và t=30÷40
0
C để tiến hành làm sạch khí khỏi
CO
2
,CO và O
2
. ở cửa ra của thiết bị làm sạch (13), khí chưa các tạp chất CO đến
0,3%, CO
2
30÷40mg/m
3
. Các khí này được hydro hóa ở nhiệt độ 280÷350
0
C trong
thiết bị 15 có xúc tác Ni.
Nhiệt độ tỏa ra do khí làm sạch sau thiết bị (15) được dùng để đun nóng
nước nguồn. sau đó làm lạnh và phân ly nước được tiến hành trong thiết bị làm
lạnh bằng không khí(14) và thiết bị tách hơi ẩm.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH
KỸ THUẬT SẢN SUẤT NH3 P a g e | 18
Để nén hỗn hợp N
2,
H
2
đến 3.10
7
N/m

3
và tuần hoàng khí trong thiết bị tổng
hợp người ta dùng máy nén ly tâm (16) với sự truyền động từ tuabin hơi (17)
Hỗn hợp N
2,
H
2
mới được trộn lẫn với khí tuần hoàng trước hệ thống ngưng
tụ lần hai gồm thiết bị làm lạnh bằng NH
3
(18) và thiết bị phân ly (20), đi qua hai
thiết bị trao đổi nhiệt (21) và (23) và vào tháp tổng hợp (25).
Khí đã phản ứng có t=320÷380
0
C qua thiết bị nồi hơi (22), trao đổi nhiệt
nóng (23), qua thiết bị làm lạnh bằng không khí (24), trao đổi nhiệt lạnh (21), thiết
bị phân ly NH
3
lỏng (19) và đi vào máy nén. NH
3
lỏng từ thiết bị phân ly (20) được
chuyển vào bể chứa NH
3
lỏng.
VI.Phương hướng phát triển công nghiệp NH
3
Tăng công suất của dây chuyền. công suất liên tục tăng:
• 50÷60 tấn/ngày 1955
• 100 tấn/ngày 1960
• 1000 tấn/ngày 1970

• 1500 tấn/ngày1977
• 3000 tấn/ngày hiện nay.
Vấn đề đặc ra là phải chế tạo được những thiết bị có năng suất cao hơn. Trên
thực tế người ta đang quan tam đến là tâng sôi. Trong lò tầng sôi diện tích bề mặt
tiếp xúc giữa chất xúc tác với khí sẽ tăng lên, cải thiện chế độ nhiệt của xúc tác và
như vậy sẽ cường hóa quá trình.
Điện năng tiêu tốn nhiều (1250 kWh/tấn NH
3
trong dây chuyền áp suất trung
bình) chủ yếu dùng vào việc nén khí. Vì vậy có hướng dùng áp suất thấp , nhưng
áp suất thấp thì mức chuyển hóa cân bằng giảm và phải dùng nhiệt độ thấp, mà
nhiệt độ thấp thì tốc độ chậm, thậm chí có thể phản ứng không tiến hành được, vỉ
vậy phải tìm chất xúc tác có khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp nhưng cho hiệu quả
cao và ít bị ngộ độc.
NHÓM SV THỰC HIỆN GVHD: KS. LÊ THANH THANH