Công nghệ tổng hợp Amoniac

Ở nhiệt độ thường, NH3 là khí không màu, có mùi mạnh gây ngạt thở. NH3 dễ tan trong nước, ở nhiệt độ thường và áp suất thường ,1 lít nước hòa tan được 750l NH3.NH3 là một chất bền ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng mạnh.2NH3 → N2 + 3H2 t°= 1200°CNH3 được dùng nhiều để sản xuất phân đạm, HNO3 và nhiều hợp chất khác, nó cũng được dùng làm chất làm lạnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ tổng hợp AmoniacBÀI 3: CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP AMÔNIAC ******* I. KHÁI NIỆM CHUNG II. ĐIỀU CHẾ HỖN HỢP KHÍ NITƠ - HYDRO ĐỂ TỔNG HỢP AMÔNIAC 1. Điều chế khí tổng hợp 2. Làm sạch khí tổng hơpIII. CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP AMÔNIAC 1. Tháp tổng hợp amôniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình là thông dụng nhất 2. Lưu trình công nghệ tổng hợp amôniac ở áp suất trung bình I. Khái niệm chung: Ở nhiệt độ thường, NH3 là khí không màu, có mùi mạnh gây ngạt thở. NH3 dễ tantrong nước, ở nhiệt độ thường và áp suất thường ,1 lít nước hòa tan được 750l NH3. NH3 là một chất bền ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng mạnh. 2NH3 → N2 + 3H2 t°= 1200°C NH3 được dùng nhiều để sản xuất phân đạm, HNO3 và nhiều hợp chất khác, nó cũngđược dùng làm chất làm lạnh. NH3 có 2 loại: loại 1 dùng trong các máy lạnh, loại 2 dùng làm nguyên liệu trong côngnghiệp hóa chất. Hàm lượng các chất Ðơn vị Loại 1 Loại 2 Amôniac % 99,9 99,6 Lượng chất tối đa Hơi ẩm % 0,1 0,4 Dầu mg/l 10 35 Sắt mg/l 2 không qui định NH3 được tổng hợp theo phản ứng: N2 + 3H2 ⇔ 2 NH3 (1) Ðây là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt và giảm thể tích. Chiều thuận cần nhiệt độthấp áp suất cao có xúc tác sắt. Nguyên liệu tổng hợp amôniac là hỗn hợp khí nitơ và hydro. II. Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro để tổng hợp amôniac: Nguyên liệu tổng hợp là NH3 ( khí tổng hợp) thường được điều chế bằng các phươngpháp sau: - Chuyển hóa khí thiên nhiên. - Khí hòa than. - Phân ly khí cốc. 1. Ðiều chế khí tổng hợp: Khí thiên nhiên ( chủ yếu thành phần của nó là metan) được chuyển hóa bằng hơinước hoặc oxi theo các phản ứng: CH4 + H2O = CO + 3H2 (2) CH4 + 1/2 O2 = CO + 2H2 (3) Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO2: CO + H2O = CO2 + H2 (4) Phản ứng (2) và (4) thuận nghịch và thu nhiệt. Phản ứng (2) xảy ra đủ lớn ở nhiệt độ1350°C trở lên, điều này thực hiện tương đối khó cho nên thường dùng xúc tác và dư hơinước. Chính vì thế phản ứng (4) xảy ra đồng thời với phản ứng (2). 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. * Chuyển hóa khí thiên nhiên bằng hơi nước với xúc tác là Ni: Sơ đồ lưu trình công nghệ chuyển hóa metan bằng hơi nước có xúc tác. 1,3:thiết bị trao đổi nhiệt; 2:thiết bị làm lạnh khí sơ bộ; 4:lò ống; 5:tháp chuyển hóa metan (thứ 2); 6: nồi hơi-thu hồi; 7:tháp tăng ẩm;8:thiết bị trộn; 9:thiết bị chuyển hóa CO. Khí thiên nhiên được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt (1) nâng t° đến 380 →400°C. Sauđó vào thiết bị làm sạch khí sơ bộ (2) (dùng ZnO hấp thụ các hợp chất chứa lưu huỳnh). Hơinước được gia nhiệt ở thiết bị truyền nhiệt (3). Sau đó cho hỗn hợp hơi - khí vào lò ống (4) đitrong các ống chứa Ni, bên ngoài đốt đến nhiệt độ 700 → 750°C ở đây phản ứng (2) xảy ra.Sau đó hỗn hợp khí đi vào tháp chuyển hóa metan (5). Tại đây người ta thêm nitơ vào theo tỷlệ hydro/nitơ = 3/1. Oxi trong không khí oxi hóa metan theo phản ứng (3), nhiệt độ tăng lên950→ 1000°C ở thiết bị (5) ra, hỗn hợp khí đi vào nồi hơi - thu hồi (6). Trước khi vào thiết bị chuyển hóa CO (9) hỗn hợp khí qua thiết bị trộn (8). Kết thúc quá trình chuyển hóa, ta được hỗn hợp khí N2 - H2 có lẫn khí CO2 và một ítCO, CH4. 2. Làm sạch khí tổng hợp: Hỗn hợp khí N2 - H2 điều chế được, trước khi tổng hợp NH3 phải được qua hệ thốnglàm sạch khí để loại các hợp chất có hại ( H2S, CO2, CO...). - Tách khí CO2 và H2S: rửa bằng nước ở áp suất cao. Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi dung dịch etanolamin trong nước, chủ yếu làmonoEtanolamin,(CH2-CH2(OH)NH2) để loại các khí trên. III. Công nghệ tổng hợp amôniac: Dựa vào áp suất, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amôniac: - 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. 1. Tháp tổng hợp amôniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình làthông dụng nhất : Tháp có 2 bộ phận chính: - Phần trên là hộp xúc tác với các ống truyền nhiệt. - Phần dưới là thiết bị truyền nhiệt. Hỗn hợp khí tổng hợp đi vào phía trên ...