công nghệ sản xuất khí Clo và khí hydro

Công nghệ sản xuất khí clo và khí hydro I Tính chất vật lý II Tính chất hóa học III Công nghệ sản xuất IV Ứng dụng Khí clo và khí Hydro là những khí rất quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Các công nghệ sản xuất khí clo và khí hydro.

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

KHÍ

KHÍ Cl2, H2

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ CLO

Carl Wilhelm Scheele

(Nhà hóa học Thụy Điển) Humphry Davy (Nhà hóa học Cornwall)

Khuyến mại

với mọi nguyên tố Ở 10 °C

một lít nước hòa tan 3,10 lít clo

và ở 30 °C chỉ là 1,77 lít

Một số thông số vật lí của khí clo

Điểm tới hạn 416,9 K, 7,991 MPa

Nhiệt lượng nóng chảy (Cl 2 ) 6,406 kJ·mol −1

 Áp suất hơi

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k

9

- Thể hiện t/c của một phi kim điển hình

+ Tác dụng với hầu hết các kim loại  Muối clorua.

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

+ Tác dụng với Hidro tạo thành khí Hidroclorua

Cl2 + H2 → 2 HCl

- Phương pháp Clo hóa:

Clo thể hiện một số hóa tính trong phản ứng Clo hóa như sau:

Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo:

Điện phân dung dịch hoặc muối clo nóng chảy

Oxi hóa cloruahidro

Công nghệ

sản xuất

11

13

Công nghệ điện phân màng tế bào.

- Anot bằng titan nằm phía trên catốt bằng thủy ngân lỏng,

dung dịch NaCl nằm ở giữa các điện cực Khi có dòng điện

chạy qua, clo được giải phóng ở cực dương, còn natri hòa tan trong catốt thủy ngân tạo thành một hỗn hống

Na+ nHg →NaHgn

- Hỗn hống có thể tái tạo lại thủy ngân bằng cách cho phản

ứng với nước tạo ra H2 và NaOH Chúng là những sản phẩm

phụ có ích

2NaHgn + 2H2O → 2NaOH +2nHg + H2

- Phương pháp này tiêu hao nhiều năng lượng và có vấn đề về

sự thất thoát thủy ngân

Nguyên liệu chính để sản xuất xút và Clo : NaCl Muối dùng làm nguyên liệu sản xuất xút - Clo phải theo các tiêu chuẩn:

Ca2+, Mg2+ là những ion có hại cho quá trình điện phân vì Ca, Mg tác dụng với kiềm tạo thành hyđroxit khó tan, kết tủa trên màng cách, bịt kín các lỗ màng, gây cản trở quá trình điện phân.

- Phương pháp xôđa - xút

MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4

17

- Sử dụng màng trao đổi ion để tách các ion clo và natri

- Bể điện phân được chia thành hai khoang

+ Khoang anôt: dd nước muối bão hòa

+ Khoang catôt: dd nước khử khóang

- Màng trao đổi ion cho phép các ion natri di chuyển về

hướng màng, đồng thời giữ khí clo và dung dịch nước muối trong một khoang ở phía bên kia của bể điện phân

- Bình điện phân cỡ lớn, thiết diện mỗi bình có thể lên đến 5m2 (kích thước bên ngoài 2 x 4 m) Các bình này sử

dụng điện cực làm từ vật liệu hoàn toàn trơ về mặt hóa học nên rất bền

Sơ đồ dây chuyền điện phân áp dụng phương pháp màng trao đổi ion

XU HƯỚNG CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ XÚT - CLO TRÊN THẾ GIỚI

25

Một số thông số vật lý

29

Ðiện phân nước

Phương pháp phân ly khí cốc bằng cách làm lạnh thâm độ

Các phương

pháp

Các PT cơ bản xảy ra trên điện cực như sau:

- Trên anot:

2H2O →O2+4H+ +4e (trong môi trường axit)

4OH- → O2 + 4e (trong môi trường kiềm)

- Trên catot:

2H3O+ + 2e → H2 + 2H2O (trong môi trường axit)

2H2O + 2e → H2 +2OH- (trong môi trường kiềm)

Trong công nghiệp, người ta tiến hành điện phân nước trong

dung dịch kiềm với KOH dùng làm chất điện ly

- Nồng độ KOH : 25 - 30%

- Nếu dùng NaOH :16 - 20%

- Vật liệu làm bể điện phân: thép

- Nước sử dụng trong điện phân có độ dẫn điện riêng không lớn hơn 10-3 mS.m-1, lượng cặn sau bay hơi đến khô không quá 10mg/lít, trong đó clorua không quá 6mg/lít và sắt không quá 3mg/lít.

- Điện cực: thép cacbon

+ Anot: mạ niken

+ Catot: được hoạt hóa bằng cách mạ niken xốp có chứa lưu

huỳnh hoặc các kim loại thuộc nhóm platin

- Màng ngăn : vải amiăng (được tăng độ bền bởi các sợi niken)

- Quá trình điện phân được tiến hành dưới áp suất khí quyển

35

CÁC DẠNG ĐIỆN PHÂN

Điểm yếu (W)

Điểm mạnh (S)

Quá trình tiến hành với chất

điện phân là nước hay dung

dịch kiềm Hai phần anot và

catot được tách riêng bởi

màng ngăn ion (microporous)

để tránh hòa lẫn hai khí sinh

ra

Đưa một phần năng lượng cần

thiết cho quá trình điện phân ở

dạng nhiệt năng, nhiệt độ

800-1000°Cvào quá trình, do đó có

Điện phân nước áp suất cao có thể sinh ra hyđroở áp suất đến 5 mPa Quá trình vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và hoàn thiện dần. 

Các panel mặt trời, chất bán dẫn chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng… Sử

dụng năng lượng mặt trời để tạo

ra điện dùng trong điện phân nước

Ngoài ra ,trong khí cốc còn có các hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh ,

benzen, naphtalen, nitơoxit, axetilen

Các phân đoạn trong khí cốc được tách bằng cách ngưng tụ phân đoạn ở

áp suất cao,trong quá trình làm lạnh các phân đoạn lần lượt ngưng tụ

Phương Pháp

38

- Các phản ứng chuyển hóa metan là:

CH4 + H2O → CO + 3H2   (1)

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2  (2)

CO + H2O → CO2 + H2    (3)

Quá trình được thực hiện qua 2 giai đoạn:

+ chuyển hóa metan thành CO và hydro.

+ chuyển hóa tiếp CO thành  H2 và CO2.

Trong công nghiệp, người ta thường dùng 3 phương pháp chuyển hóa CH4:

- Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác.

- Chuyển hóa bằng hơi nước có oxi, hoặc hơi nước -

38

b) Chuyển hóa metan bằng hơi nước-oxi

và hơi nước - oxi - không khí có xúc tác:

NGOÀI RA HYDRO CÒN ĐƯỢC SẢN

XUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

41

XIN TRÂN TRỌNG

CẢM ƠN

SỰ THEO DÕI CỦA CÔ

VÀ CÁC BẠN!