Tổng hợp Amoniac

4.2 Tổng hợp Amoniac

Tổng hợp các hợp chất của Nitơ từ không khí theo 3 phương pháp:

  – Phương pháp hồ quang

  N2 + O2 = 2NO – 179,2 kJ   

Phản ứng diễn ra ở nghiệt độ cao và thuận nghịch nên cần làm lạnh nhanh sau đó tiến hành oxi hóa NO thành NO2 và hấp thụ để tạo thành HNO3 năng lượng tiêu tốn cho 1 tấn Nitơ liên kết hết 60.000 kW.h

+Phương pháp xianamit

– Canxi cacbua tác dụng trực tiếp với Nitơ ở nhiệt độ 1.000oC

  CaC2 + N2  < = > CaCN2 + C – 301,5 Kj  

– Xianamit chứa 18-20% nitơ. Năng lượng tiêu tốn 10-12 triệu kW.h cho 1 tấn Nitơ liên kết

– Phương pháp này hiện nay ít dùng

+  Phương pháp Amoniac

             N2 + 3H2 D 2NH3 + Q

  Đây là phương pháp kinh tế nhất, nên được ứng dụng rộng rãi

4.2 Tổng hợp amoniac

4.2.1 Các phương pháp sản xuất nitơ và hydro

+ Sản xuất Nitơ

Hóa lỏng không khí ở P=50at, t = – 140oC, dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau, người ta tách riêng được các chất khí.

+ Sản xuất Hydro

  – Chuyển hóa Mêtan hoặc đồng đẳng của Mêtan cho tác dụng với hơi nước, oxi và khí cacbonich có xúc tác Niken hoặc không có xúc tác. Có xúc tác thì phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 800-900oC, không có xúc tác phản ứng xẩy ra ở nhiệt độ cao hơn

CH4  + H2O D  CO + 3H2 – 206 kJ

  CH4  + CO2 D  2CO + 2H2 – 248 Kj

  CH4  + O2 D  CO + 4H2 + 35kJ

  Với đồng đẳng của mêtan phản ứng cũng xấy ra tương tự

  Cn H2n+2 D nCO + (2n+1)H2

– Hóa lỏng khí cốc, điện phân nước hoặc điện phân dung dịch NaCl

  Bằng cách hóa lỏng khí cốc, các khí khác chuyển sang trạng thái lỏng, còn Hydro ở trạng thái khí

+ Chế tạo hỗn hợp khí nitơ và hydro gồm 2 giai đọan:

  – Điều chế khí tổng hợp

  – Làm sạch khí tổng hợp

a.Điều chế khí tổng hợp

Khí thiên nhiên được chuyển hóa bằng hơi nước hoặc oxi theo phản ứng:

  CH4 + H2O = CO + 3H2  (1)

  CH4  + 1/2O2 D  CO + 2H2 – Q (2)

  Khí CO được chuyển hóa tiếp:

  CO + H2O D CO2 + H2 – Q (3)

Trong công nghiệp người ta 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

+ Làm sạch khí tổng hợp

Có 4 phương pháp để làm sạch khí tổng hợp:

-Hấp thụ các tạp chất bằng chất hấp thụ pha rắn

-Hấp thụ bằng các  chất lỏng

-Ngưng tụ bằng làm lạnh sâu

-Hidro hóa có xúc tác

  Phương pháp hấp thụ bằng chất lỏng được áp dụng rộng rãi nhất

+ Tách bụi, tro bằng phương pháp rửa nước, lọc điện khô hoặc lọc điện ướt. Khử dầu bằng lọc ly tâm.

+ Tách H2S bằng phương pháp khô:

  Fe2O3.xH2O  + 3H2S = Fe2S3.xH2O + 3H2O

  Tái sinh chất hấp thụ:

Fe2S3.xH2O + 3/2O2 = Fe2O3 .xH2O  + 3S

      Tổng quát:

 3H2S + 3/2O2  = 3H2O  + 3S

+ Tách H2S bằng phương pháp ướt:

  Na4As2S5O2 + H2S = Na4As2S6O + H2O

Na4As2S6O + 1/2O2 = Na4As2S5O2 + S

+ Tách CO2

  – Người ta rửa khí bằng nước lạnh ở áp suất 16-25 atm nước sẽ hấp thụ một phần lớn CO2, sau đó giảm xuống 1atm, khí CO2 sẽ thóat ra khỏi nước được đưa đi sử dụng.

-Khí cacbonnich còn được lọc bằng dung dịch kiềm hoặc chất hấp thụ cacbonich như etanolamin:

  2RNH2 + H2O + CO2 D (RNH3)2CO3

RNH2 + H2O + CO2 D RNH3HCO3

Đun nóng có thể tách CO2

+ Tách CO  người ta cũng dùng phương pháp hấp thụ bằng phức Cu với NH3 ở nhiệt độ cao

[Cu(NH3)n ]OOCCH3+ CO D

 [Cu(NH3)n CO]OOCCH3

Sau đó tái sinh ở nhiệt độ 77-790C, áp suất thường

+Làm sạch vi lượng CO bằng hydro hóa có xúc tác Ni/Cr, 150oC, 3atm phản ứng xẩy ra như sau:

CO + 3H2 D CH4  + H2O

4.2.2 Cơ sở lý thuyết tổng hợp Amoniac

N2 + 3H2 D 2NH3  + Q

  Phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, giảm thể tích. Cân bằng phản ứng dịch chuyển về phía tạo thành NH3  khi tăng áp suất và nhiệt độ

  Muốn tăng tốc độ phản ứng đủ lớn phải tiến hành phản ứng ở 400-500oC và có xúc tác như: Fe, Pt, Os, Mn, W …

4.2.3 Dây chuyền và thiết bị tổng hợp NH3

Có 3 hệ thống để tổng hợp amoniac:

  – Áp suất thấp 100 – 150atm

  – Áp suất trung bình 250 – 600atm

  – Áp suất cao 600 – 1000atm

  Trong đó áp suất trung bình được dùng rộng rãi nhất

  – Tháp tổng hợp amoniac là quan trọng nhất, năng suầt tổng hợp hiện nay khỏang từ 500 -1500T/giờ

Leave a Reply

Your email address will not be published.