QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HÓA HỌC
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

1.
2.
3.
4.
5.

Võ Văn Hưng
Nguyễn Minh Quân
Nguyễn Ngọc Tích
Lê Phúc
Võ Quang Anh

Đề Tài
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC

Giảng Viên Hướng Dẫn:Ths Mai Xuân Tịnh
Bộ Môn: Hóa Kỹ Thuật

Huế, tháng 4/2015
4/4/17

1


Nội Dung Chính

I. MỞ ĐẦU

Ứngsố
dụng
Mốt
côngcủa

Tínhnghệ
chất cháy
amoniac
II. GIỚI THIỆU VỀ

TÀI LiỆU THAM KHẢO

chất hóa
CácTính
bước

Tính chất vật lý

họcquy
trong

AMONIAC

nổ của NH3

Tính chất
độc
trình

Quy trình tổng
hợp

IV. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN
V.TÀII.
LiỆU
THAM
MỞ
ĐẦUKHẢO
QUAN

TÀI LiỆU THAM

II.
THIỆU
VỀ
III.
IV.GIỚI
CÁC
CÔNG
VẤN
NGHỆ
ĐỀ LIÊN
SẢN

KHẢO

XUẤT
QUAN
AMONIAC

AMONIAC

V.TÀI LiỆU
I. MỞ
THAM
ĐẦU KHẢO

4/4/17

IV. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN

III. CÔNG NGHỆ SẢN

QUAN

XUẤT AMONIAC

III. CÔNG NGHỆ

IV.CÁC
VẤN ĐỀ
II. GIỚI THIỆU
VỀ

III.
II.CÔNG
GIỚI THIỆU
NGHỆ SẢN
VỀ

AMONIAC
LIÊN
QUAN

XUẤT
AMONIAC
AMONIAC

I. MỞ ĐẦU

hại của NH3

SẢN XUẤT

AMONIAC

2


Điều c
hế Am
o

niac

I.Mở Đầu


4/4/17

Amoniac là một trong những hợp chất hóa học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học vì nó có rất nhiều
ứng dụng quan trọng trong thực tế :




Trong ngành công nghiệp sản xuất phân bón




Trong ngành dệt, sử dụng NH3 để sản xuất các loại sợi tổng hợp như cuprammonium rayon và nilon.

Trong công nghiệp thuốc nổ từ NH3 có thể sản các hợp chất như : di,tri, nitro toluen, nitroglyxerin, pentaerytol tetryl, và
amoni nitrat dùng để chế tạo thuốc nổ.
Trong công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp , NH 3 được dùng làm chất xúc tác và là chất điều chình pH trong quá trình
polyme hóa

3


Điều c
h

ế Amo

niac

I.Mở Đầu

4/4/17




Trong công nghiệp dầu mỏ, NH3 được sử dụng làm chất trung hòa các thiết bị ngưng tụ axit thiết bị trao đổi





NH3 dùng để điều chế aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác lớp cố.

Trong quá trình cracking xúc tác lớp sôi,NH 3 thêm vào dòng khí trước khi đưa vào thiết bị kết tủa của cottrell để thu hồi xúc
tác đã sử dụng.
Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh,NH 3 là một chất độn quan trọng để sản xuất các dạng
Ngoài ra NH3 còn được sử dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường để chuyển hóa NO x

4


Điều c
h

ế Amo

niac

II.Giới Thiệu Về Amoniac


Tính chất vật lý:
-Amoniac có công thức phân tử là NH3. Phân tử lượng NH3 là 17,0306g/mol.
-Ở điều kiện thường, NH3 khan là một chất khí không màu, nhẹ bằng nửa không khí (tỷ trọng so với không khí bằng 0,596
o
ở O C), có mùi sốc đặc trưng.

-Amoniac khan tạo “khói” trong không khí ẩm. Amoniac hòa tan mạnh trong nước tạo thành dung dịch nước của NH 3

o
o
o
o
-Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại -33,34 C (239,81 K), có trọng lượng riêng 682 g/lit tại 4 C, hóa rắn tại -77,73 C
o
o
(195,92 K), vì vậy ở nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH3 lỏng dưới áp suất cao (khoảng trên 10 atm tại 25,7 C).

4/4/17

5


Điều c
h

ế Amo

niac

II.Giới Thiệu Về Amoniac


Tính Chất Hóa Học

- Phản ứng tạo khói trắng rất đặc trưng khi cho hơi NH3 tiếp xúc với dung dịch HCl đậm đặc.
-NH3 cháy trong oxy cho ngọn lửa màu vàng
o
-Trong không khí, NH3 là chất bền, không tự bốc cháy và không duy trì sự cháy. Ở nhiệt độ cao (1200 C) 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:
-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, còn 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.

-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.

4/4/17

6


Điều c

h

ế Amo

niac

II.Giới Thiệu Về Amoniac


Tính Chất Hóa Học
+
-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 NH3 lỏng người ta nhận được anion amid (NH2 )
+
−
Li3N(s)+ 2 NH3 (l) → 3 Li (am) + 3 NH2 (am)

o
-NH3 có thể bị oxy hóa thành axit nitric HNO3 với sự có mặt của xúc tác platin ở nhiệt độ 750-800 C, áp suất oxy 9 atm. Quá trình này
được gọi là quá trình Oswald
4 NH3 + 8 O2 → 4 HNO3 + 4 H2O

-NH3 có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v...

4/4/17

7

Điều c
h

ế Amo

niac

II.Giới Thiệu Về Amoniac


Ứng Dụng Amoniac

Một số ứng dụng của NH3

*Amoniac được sử dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày:
- Dung dịch nước của NH3 có nồng độ 25% hoặc thấp hơn thường được dùng trong các phòng thí nghiệm và trong đời sống.

- Dung dịch NH3 được sử dụng trong nông nghiệp như: tạo môi trường chống đông hoặc được sử dụng trực tiếp làm phân bón.

- Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong xử lý môi trường nhằm loại các NOx hoặc SOx trong các các khí
thải khi đốt các nguyên liệu hóa

- Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón, hóa chất và hóa dược.

4/4/17

8


Điều c

h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Giới Thiệu Chung

-Trước Đại chiến Thế giới lần I, NH3 được điều chế ở quy mô rất nhỏ bằng cách chưng cất các chất thải động thực vật, than đá, hoặc cho các
muối amoni, nhất là amoni clorua (sal ammoniac), tác dụng với kiềm (vôi). Phản ứng xảy ra như sau:
2 NH4Cl + 2 CaO → CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3

-Mặc dù trong không khí rất sẵn nitơ, nhưng nhờ phản ứng cố định nitơ con người mới có thể sản xuất NH 3 và các hợp chất chứa đạm khác ở quy mô
công nghiệp.

-Hai nhà hóa học người Đức (Fritz Haber và Carl Bosch) là những người đầu tiên phát hiện quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909 và công trình này
đã được đăng ký phát minh vào năm 1910.

4/4/17

9


Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Giới Thiệu Chung

-Các công nghệ sản xuất NH3 mang tên khác nhau được đăng ký phát minh về sau này chủ yếu vẫn dựa trên nguyên tắc cố định nitơ bằng hyđro
của Haber-Bosch trên cơ sở thay đổi nguyên liệu đầu, chất xúc tác và các điều kiện phản ứng (áp suất, nhiệt độ, v.v…).

-Hiện nay trên thế giới có một số công nghệ sản xuất amoniac đang được áp dụng thương mại, trong đó có 5 công nghệ được thương mại hóa
nhiều nhất là:
1/ Công nghệ Haldor Topsoe ;
2/ Công nghệ M.W. Kellogg;
3/ Công nghệ Krupp Uhde;
4/ Công nghệ ICI;
5/ Công nghệ Brown & Root;

4/4/17

10


III.Công Nghệ Sản Xuất


4/4/17

Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac

11


Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac

1. Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro
Trong trường hợp nguyên liệu là than đá. Nếu coi trong than chỉ chủ yếu chứa cacbon và không tính đến các thành phần tạp chất khác thì quá
trình khí hóa được coi như gồm các phản ứng chính sau:

C + CO2

= 2CO

Kết
hóa, người ta thu được hỗn hợp khí N2 + H2 có lẫn khí CO2 và một ít CO, CH4.
Các thúc
phảnquá
ứngtrình
dị thểchuyển

đồng
thể:
CO
C ++O3H2
=
2 ®

CO
CH4
2 + H2O

CO
CO2+ +HH2
C ++HH22OO ®
= CO
2
C + 2H2

4/4/17

=

(14)
(15)

CH4

12

Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac

1. Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro
-Trong
-Khí tổng
trường
hợphợp
(syngas)
nguyên
thường
liệu là được
khí thiên
điều
nhiên:
chế bằng
Khí thiên
các phương
nhiên (chủ
chuyển
yếu chứa

hóa khí
metan
thiên
CH4nhiên,
) đượckhí
chuyển
hóa than,
hóa bằng
phân
hơilynước
khí cốc.
hoặc oxi
theo các phản ứng:
CH4 + H2O = CO + 3H2
CH4 + 1/2 O2 = CO + 2H2
-Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO2:
CO + H2O = CO2 + H2

(9)

*Tùy theo chất oxi hóa sử dụng mà trong công nghiệp có 3 loại công nghệ chuyển hóa:
- Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác.
- Chuyển hóa bằng hơi nước và oxi có xúc tác.
- Chuyển hóa không có xúc tác bằng oxi hay không khí giàu oxi.

4/4/17

13

Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac

2. Làm sạch khí
Trước khi tổng hợp NH3, hỗn hợp khí N2 + H2 điều chế được phải được cho qua hệ thống làm sạch khí để loại các tạp chất (H 2S, CO2,
CO...) có hại đến hệ xúc tác. Người ta tách khí CO2 và H2S bằng cách rửa bằng nước ở áp suất cao. Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi dung
dịch etanolamin trong nước, chủ yếu là mono etanolamin CH2-CH(OH)NH2 để tách loại các khí trên.

3.Nén khí
Dùng các máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiết cho hỗn hợp khí trong hệ thống tổng hợp amoniac

4/4/17

14


Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất


Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac

4.Tổng hợp amoniac

Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amoniac:
- Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100 - 160 atm.
- Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250 - 360 atm.
- Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 - 1000 atm.
Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình là thông dụng nhất.
Dưới đây sẽ trình bày sơ lược 2 công nghệ sản xuất amoniac điển hình nhất:

4/4/17

15


Điều c
h

ế Amo

niac

Cấu tạo tháp tổng hợp NH3





Tháp tổng hợp là tháp hình trụ, bằng thép ,cao từ 18-30m, đường kính 1-1,4m .
Tháp được đặt thẳng đứng, phần dưới và trên tháp được nối với nhau bởi ghi thép và mặt bích.
Chú thích:
a.Khí vào
b.Trao đổi nhiệt giữa lớp xúc tác thứ nhất
c.Cửa điều chỉnh nhiệt độ
d.Lớp xúc tác thứ nhất.
e.Không gian bên trong vòng xúc tác
f.Lớp xúc tác thứ hai
g.Khí ra.

4/4/17

16


Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất
Công nghệ Haldor Topsoe A/S





4/4/17

Là công nghệ sản xuất amoniac có mức tiêu hao năng lượng thấp
Đi từ các loại nguyên liệu hyđrocacbon khác nhau, từ khí thiên nhiên đến naphta nặng và cả than đá.
Từ năm 1988, đã có 52% sản lượng amoniac của các nhà máy amoniac mới xây dựng trên thế giới được sản xuất theo công nghệ Haldor Topsoe
A/S.

17


Sơ đồ quy trình công nghệ

4/4/17

18


Điều c
h

ế Amo

niac

III.Công Nghệ Sản Xuất
Công nghệ Linde:

4/4/17

19


Điều c
h

ế Amo

niac

V.Các vấn đề lưu ý


Tính chất độc hại của NH3
-Độc tính
-Thông
thường,
của NHngười
ta ít khi
vào
đặt
nồng
ra vấn
độ đề
củavềchất
“độnày.
độc” của amoniac đối với động vật và người do trong cơ thể của người và động vật có

3 tùy thuộc
tồn tại một cơ chế, nhờ đó ngăn cản hiện tượng tích tụ NH3 trong máu.
-NH3 hòa tan trong nước khi ở nồng độ cao sẽ gây độc cho các sinh vật thủy sinh

-Dung dịch amoniac loãng trong nước có khả năng bốc hơi làm kích thích niêm mạc.
-Cá và các loài lưỡng cư không có cơ chế này nhưng có thể thải NH3 dư thừa bằng cách bài tiết trực tiếp.
Khi cùng có mặt các sản phẩm chứa clo (thuốc tẩy), hơi amoniac có khả năng tạo ra cloramin độc hại có khả năng gây ung
thư.

-NH3 khan được xếp vào loại hóa chất “độc”, đó là chưa kể tới những nguy hiểm và sự cố do áp suất cao gây ra, đồng
thời chất này cũng là chất có khả năng gây ô nhiễm mạnh môi trường.

4/4/17

20


Điều c
h

ế Amo

niac

V.Các vấn đề lưu ý


Tính chất cháy nổ của NH3

o

o
-Bản thân amoniac không phải là chất dễ bắt lửa và không duy trì sự cháy. Nhiệt độ bốc cháy của NH3 khá cao: 651 C (1204 F)
khi có mặt của xúc tác sắt, và 850

o

o
C (1562 F) khi không có chất xúc tác.

Hơi
Dung
amoniac
dịch amoniac
-Hơi amoniac
-Dùng
các dung
códịch
thể tạo
NHhốn
hợpnước
nổ với
ankhông
toàn hơn
khí dùng
khi nồng
amoniac
độ amoniac
lỏng dotrong
không
hỗn

cháy,
hợpkhông
là 16-28%.
gây nổ. Việc lưu trữ, chuyên chở các
3 trong
Khi cho
amoniac
tiếpđơn
xúcgiản
với thủy
ngân,
bạc
oxit, khi
hypoclorit
thể
tạophải
ra các
hợp
chất
nổ.định đối với hóa chất bay
dung
dịch
này cũng
hơn so
với các
NH3halogen,
lỏng. Tuy
nhiên
chuyên có
chở

vẫn
tuân
theo
quy
hơi và ăn mòn. Khi lưu trữ và chuyên chở dung dịch amoniac có thể nạp tối đa đến 95% dung tích bình chứa.

4/4/17

21


Tài liệu tham khảo


PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền- giáo trình chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành



Lê Thị Tuyết- Công nghệ sản xuất các hợp chất Nito



Cơ sở lí thuyết và tổng hợp NH3



Ngô Bình-hướng dẫn thiết kế đồ án tốt nghiệp phần xây dựng



Ngô Bình-cơ sở xây dựng nhà công nghiệp



Ullmann’s Encyclopedia or industrialchemistry.



Hand book of petrochamicals and processes



Applies catalysis A: general 201p71-80



Hydrocacbon processing,2003.



Encyclopedia of chemical technology.VOL A1.



/>


/>


/>
4/4/17

22


4/4/17

23