CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
Bộ môn: Công nghệ hữu cơ -hóa dầu

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ - HÓA DẦU

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH3

GVHD: PGS-TS PHẠM THANH HUYỀN
Nhóm SVTH:

1.
2.
3.

Ngô Sỹ Thủy-20133885
Trần Thị Trinh-20134112
Lê Đức Tiến-20133931
1


TÍNH CHẤT CỦA NH3

XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH

ỨNG DỤNG CỦA NH3

KINETIC VÀ CƠ CHẾ

CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG SP

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

AN TOÀN MÔI TRƯỜNG

NH3

PHƯƠNG PHÁP TỒN TRỮ BẢO QUẢN. MSDS.

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH

2


I. TÍNH CHẤT CỦA AMONIAC
1. Tính chất vật lý:

 Amoniac là chất khí không màu, có mùi khai, là một chất khí độc, tan nhiều trong nước.


TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NH3
 Nhẹ hơn không khí.
 Khối lượng phân tử : 17,0312 dvC.
 Mật độ lỏng : 0,6386 g/cm3 ( 00C, 101,3 kPa).
 Nhiệt độ tới hạn : 132,4 0C.
 Điểm sôi (ở 101,3 kPa): -33,43 0C.

4


5


 2. Tính chất hóa học :
 Trên nguyên tử nitơcủa amoniac có cặp electron tự do nên amoniac có tính bazơ và có thể xảy
ra phản ứng hóa học :
NH3 + H+ → NH4+



 Trong amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất nên amoniac có tính khử. Ví dụ như trong phản ứng
hóa học:
2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl

 Amoniac kém bền bởi nhiệt. Nó có thể bị phân hủy tại nhiệt độ cao theo phản ứng hóa học:
2NH3 → N2 + 3H2


6


II. Ứng dụng sản phẩm

 Thuốc nổ
 Sản xuất đạm ure
 Ngoài ra còn sử dụng
trong lĩnh vực bảo vệ môi trường

để chuyển hóa SO2 và NOx
từ khí ống khói

o

Làm môi chất, tác nhân lạnh…

7


iii. CHỈ TIÊU SẢN PHẨM NH3






Hàm lượng amoniac lỏng ≥ 99.99%
Hàm lượng nước ≤ 0.1%
Hàm lượng dầu ≤ 8.0 mg/l
Hàm lượng sắt ≤ 2 mg/l

8

TCVN 2613 1993


 Theo TCVN 2613-1993 đối với ammonia lỏng tổng hợp: loại 1 dùng trong các
máy lạnh, loại 2 dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất.

9


iv. Nguyên liệu sản xuất NH3
Than đá, than cốc, khí lò cốc

Khí tự nhiên, khí đồng hành.

Nguyên liệu sản xuất NH3

Naphta và khí hóa lỏng.

Dầu nhiên liệu

Các loại nguyên liệu khác

10


Các nguồn nguyên liệu thô dùng sản xuất NH 3
Nguyên liệu
 

1962

1998

3
10 tấn/năm

%

3
10 tấn/năm

%

Khí tự nhiên

7800

50

94300

77

Than đá, than cốc, khí lò cốc

2800

18

16500

14

Naphta và khí hóa lỏng

2050

13

7300

6

Các loại nguyên liệu khác

2950

19

4400

3

122500

100

[ Ullmann’s
Encyclopedia of Industrial Chemistry- 502. The Ultimate in Ammonia/Urea
Studies, Fertecon 1991.]
Tổng
cộng
15600
100

11

 
So sánh sản xuất amoniac từ các nguồn nguyên liệu khác nhau( lấy số liệu cho khí
tự nhiên là đơn vị )
 

Khí tự nhiên

Naphta

Dầu nặng

Than

Đầu tư cơ bản

1,00

1,18

1,50

2,00

Tiêu hao năng lượng

1,00

1,05

1,11

1,45

Đi từ khí tự nhiên để tổng hợp NH3 là vượt trôi hơn cả về sản lượng
cũng như tính kinh tế


[Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành, NXB KH&KT HN, 2010]

12


V. Tồn trữ và bảo quản
 Amoniac lỏng được chứa trong các thép chịu áp lực có nắp chụp, có thể tích chứa tối đa là 140 lít.
 Các bình chứa amoniac phải sơn màu vàng, mỗi bình phải có nhãn in màu đen, trên nhãn có ghi: tên
nhà sản xuất, tên sản phẩm.

 Khi vẫn chuyển và bảo quản amoniac lỏng phải tuân theo các quy định an toàn về vật liệu nổ theo
TCVN 4586-88 và bình chịu áp lực theo QPVN 2-1975.


Phương pháp tồn trữ bảo quản

 Mỗi bình xuất xưởng đều phải có giấy chứng nhận chất lượng ghi rõ :

Tên bộ chủ quản.
Tên cơ sở sản xuất.
Tên sản phẩm.

Các chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn này.
Số liệu tiêu chuẩn.

14


+ Nhẹ hơn không khí, có thể phát nổ nếu gặp nhiệt
+ Chất độc gây tổn thương cho hệ hô hấp
+ Có thể gây bỏng da, tổn thương mắt
+ Rất độc nếu nhiễm vào trong nước sinh hoạt


Ngăn ngừa:
 + Nhiệt, tia lửa điện, ngọn lửa,
hoặc bề mặt nóng, không hút thuốc.

 + Không hít, tiếp xúc mắt, tiếp xúc da,
tiếp xúc vào quần áo

 + Sử dụng tồn chứa nơi thoáng gió
 + Tránh phát tán NH3 ra môi trường
 + Nếu phát hiện rò rỉ, phải dừng hệ thống
 + Sử dụng chất liệu chế tạo thiết bị phù hợp
 + Không mở van để hệ thống luân chuyển,
trừ phi mọi thứ đã được hoàn tất, hệ thống đã “kín”

 + Tránh ánh nắng, và kiểm soát nhiệt độ
không được quá 52oC

16

An toàn môi trường
 Khi khí amoniac bị bốc cháy cần dùng các thiết bị dập tắt như nước, bột và khí trơ.
 Không được dùng bình chứ oxy hoặc Clo để chứa amoniac lỏng hoặc dùng bình chứa amoniac lỏng để chứa các loại
khí khác. Hỗn hợp amoniac và không khí dễ gây nổ với nồng độ từ 1-25% theo thể tích.

 Amoniac là chất độc tác dụng lên cơ thể người sẽ gây ngạt thở hỏng màng nhầy mắt, gây đọng nước ở phổi và gây
bỏng khi tác dụng lên da. Khi làm việc với amoniac phải tuân thủ các quy định phòng ngừa, dử dụng các phương tiện
bảo vệ cá nhân, mặt nạ phòng độc, áo quần bảo hộ, ủng, găng tay.

17


VII. Động học phản ứng quá trình tổng hợp NH3:
o
3H2 + N2  2NH3 ΔH ( 500 C ) = -109 kJ/mol N2

 + Phản ứng giảm thể tích và tỏa nhiệt mạnh, nên thuận lợi phản ứng tại áp suất cao và nhiệt độ
thấp.

 + Xúc tác: Tâm hoạt tính - Fe O , trợ xúc tác là Al O - tăng diện tích bề mặt. K O, SiO , MgO,
3 4
2 3
2
2
CaO để tăng độ bền, tăng hoạt tính, và tăng khả năng chống chất độc xúc tác.

 Thế hệ mới có thể chứa Ru thay thế cho Fe hoặc kết hợp với Fe, được bổ sung các chất trợ xúc tác
như Rb, Ti và Ce.

 + Nhiệt độ phản ứng 450-500oC, áp suất 20-25 Mpa.


REACTION MECHANISM


Sự tạo thành NH3 khởi đầu từ quá trình phân tách N 2 qua việc phá vỡ liên kết σ, sau đó được
hydro hóa tạo ra NH-* ( tức là NH bám trên tâm hoạt tính ), dần dần ra NH 2-*, NH3-* - khi đó quá trình
hoàn thành. Và được viết dưới đây:

19

O. Hinrichsen ∗, Kinetic simulation of ammonia synthesis catalyzed by ruthenium , Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Technische Chemie, D-44780 Bochum, Germany


Nguyên nhân mất hoạt tính xúc tác
 Chủ yếu bị ngộ độc do các hợp chất như : CO2, CO, H2S, Clo

20


VIII. Lựa chọn công nghệ
Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ:
-Nhiệt độ
-Về giá trị miền nhiệt độ làm việc
-Về thành phần khí nguyên liệu
-Về áp suất

21

Nguyễn Hoa Toàn,Lê Thị Mai Hương . Công nghệ các hợp chất vô cơ của nitơ (công nghiệp đạm) . Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật , Hà Nội 2005.


Một số công nghệ điển hình
 Công nghệ áp suất cao của Kellogg
 Công nghệ áp suất trung bình của hãng Krupp UHDE
 Công nghệ áp suất thấp của hãng Hadol Topsoe
 Công nghệ áp suất thấp của hãng Kellogg Brown & Root,Inc
 Công nghệ áp suất thấp của hãng Linde AG

22


Lựa chọn công nghệ
 -Công nghệ tổng hợp hiện nay gồm có:
 +Công nghệ áp suất thấp: 10-15 MPa
 +Công nghệ áp suất trung bình: 25-50 MPa
 +Công nghệ áp suất cao: 60-100 Mpa

23


Áp suất cao
Chế tạo thiết bị khó khăn, tốn năng lượng, thời gian sử dụng xúc tác thấp.

24

Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry , Vol A2 , 1992.

ÁP SUẤT TRUNG BÌNH
Sử dụng ít năng lượng hơn, phương pháp này sử dụng rộng rãi vào thập kỷ 70 thế kỷ trước.

MEDIUM PRESSURE

25

Hydrocacbon processing, 2003.