CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH3

1 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. The Ultimate in AmmoniaUrea Studies,Fertecon 1991. 2 Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Thị Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp Hữu cơ hóa dầu, NXB KHKT Hà Nội, 2006.3 MSDS của khí tự nhiên và NH3 theo 2 nguồn link:https :www.nwnatural.comuploadedFilesFinal_Natural%20gas_2016.pdfhttp:nano.tau.ac.ilmncfimagesMSDSNH3_gas.pdf4 Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành, NXB KHKT HN, 2010.5 Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội,6 Amonia and synthesis Gas.Ed.by F.J.Brykowski.Park Ridge,New Jersey,USA,19817 A.Chauvel,G.Lefebvie, Petrochemical Processes, Vol 1, Gulf pub,Co,19898 Nguyễn Thị Minh Hiền, Mô phỏng trong CNHH, NXB BK HN,2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

Bộ môn: Công nghệ hữu cơ -hóa dầu

Trinh-3 Lê Đức Tiến-20133931 Nhóm SVTH:

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ - HÓA DẦU

1

 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 :

 NH 3 + H + → NH 4+

 Trong amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất nên amoniac có

tính khử Ví dụ như trong phản ứng hóa học:

 2NH 3 + 3Cl 2 → N 2 + 6HCl

 Amoniac kém bền bởi nhiệt Nó có thể bị phân hủy tại

nhiệt độ cao theo phản ứng hóa học:

 2NH 3 → N 2 + 3H 2

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

 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

% mg/l mg/l

99,9 0,1

10

2

99,6 0,4

35 không qui định

IV NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT NH3

Naphta và khí hóa lỏng.

Dầu nhiên liệu

Các loại nguyên liệu khác

Các loại nguyên liệu khác

CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU THÔ

SO SÁNH SẢN XUẤT AMONIAC TỪ CÁC

NGUỒN NGUYÊN LIỆU KHÁC NHAU( LẤY

SỐ LIỆU CHO KHÍ TỰ NHIÊN LÀ ĐƠN VỊ )

12

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]

Tiêu hao năng lượng 1,00 1,05 1,11 1,45

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 NH 3 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

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:

 + 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 - Fe3O4, trợ xúc tác là Al2O3 - tăng diện tích bề mặt K2O, SiO2, MgO, 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

3H2 + N2  2NH 3 ΔH ( 500H ( 500 o C ) = -109 kJ/mol N2

REACTION MECHANISM

việc phá vỡ liên kết σ, sau đó được hydro hóa tạo ra NH-* ( tức là

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:

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

 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

 -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 TRUNG BÌNH

Sử dụng ít năng lượng hơn, phương pháp này sử dụng rộng

rãi vào thập kỷ 70 thế kỷ trước

25

MEDIUM PRESSURE

Hydrocacbon processing, 2003.

ÁP SUẤT THẤP

Công nghệ đơn giản, giá thành không cao, tận dụng nhiệt

triệt để nên giá thành sản phẩm không lớn Được sử dụng

rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới

26

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

Với việc lựa chọn nguồn nguyên liệu là khí thiên

nhiên để làm việc ở công nghệ áp suât thấp do ở

nước ta nguồn khí tự nhiên đang khai thác và dự

trữ một lượng khí khá lớn Vậy công nghệ của hãng

Hadol Topsoe là công nghệ có nhiều ưu điểm nhất

nên ta lựa chọn sơ đồ này để thiết kế phân xưởng

sản xuất NH3

27

HADOL TOPSOE PROCESS

28

NGUYỄN THỊ MINH HIỀN-CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH-NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2006

ƯU ĐIỂM

Các ưu điểm nổi bật của công nghệ này:

 Sơ đồ đơn giản, dễ vận hành

 Có thể linh hoạt thay đổi năng suất theo các sản phẩm

NH3 Vì thế mà mỗi nhà máy sẽ được ưu tiên hóa đối

với các điều kiện tổng quá quá trình bằng cách điều

chỉnh các thông số công nghệ khác nhau

 Thiết bị phản ứng tương đối đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sửa

chữa

 Có thể sử dụng sơ đồ này để tổng hợp đồng thời NH3 và

CH3OH hoặc tổng hợp riêng CH3OH

29

NGUYỄN THỊ MINH HIỀN-CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH-NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2006

Việt Nam có 2 nhà máy đạm lớn là đạm Phú Mỹ, đạm Cà

Mau đều sử dụng công nghệ này với nguyên liệu đầu là

khí tự nhiên từ mỏ bạch hổ, nam côn sơn

30

HADOL TOPSOE PROCESS

 Nguồn cung cấp H2: các hydrocacbon từ khí tự nhiên

đến naphtha nặng cho tới than đá

 Nguồn cung cấp N2: không khí( 20% O2, 79%N2, 1%

 Tổng hợp NH3 Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Thị Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp Hữu cơ 31

hóa dầu, NXB KHKT Hà Nội, 2006

Khí tự nhiên

CÔNG ĐOẠN KHỬ LƯU HUỲNH

 PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TRONG THÁP HYDRO HÓA:

CS2 +H2 H2S +RH COS +4H2 H2S +CH4 +H2O

t = 380 o C

Xt : Co,Mo dạng sunfit/Al 2 O 3

 PHƯƠNG TRÌNH TRONG THÁP HẤP THỤ H 2 S:

Khí sạch tới lò Reforming

THÁP HYDRO HÓA

THÁP HẤP THU H 2 S

LÒ GIA NHIỆT

32

Hydro

 Ngoài sử dụng oxyt kẽm xúc tác cho quá trình tháp hấp thụ

H 2 S còn sử dụng xúc tác khác như:

 Chất hấp phụ rắn như: Than hoạt tính, hydroxyt sắt

Chất hấp phụ lỏng như: Etanolamin, dung dịch asen- xoda,

các dung dịch cacbonat …

CÔNG ĐOẠN REFORMING

 PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TRONG THÁP REFORMING SƠ CẤP :

Hơi nước

THÁP REFORING THỨ CẤP Không khí

34

Xúc tác: Ni/Al2O3 Nhiệt độ: 800-850 0 C.

THÁP REFORMIN

G SƠ CẤP

THÁP REFORMIN

G SƠ CẤP

THÁP REFORMIN

G THỨ CẤP

KHÍ REFORMING

KHÍ CHUYỂN HÓA

THÁP CHUYỂN HÓA

CO Ở NHIỆT

ĐỘ CAO

THÁP CHUYỂN HÓA

CO Ở NHIỆT

ĐỘ THẤP

CÔNG ĐOẠN CHUYỂN HÓA CO THÀNH CO 2

CÔNG ĐOẠN CHUYỂN HÓA CO THÀNH CO 2

 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN HÓA CO Ở NHIỆT ĐỘ CAO:

D.D MEA

Khí chuyển hoá

Khí đã được khử CO2

Khí CO2 thuần

CÔNG ĐOẠN TÁCH CO 2 CÔNG ĐOẠN TÁCH CO 2

37

Tháp hấp thụ CO2

Tháp tái sinh CO2

CÔNG ĐOẠN MÊTAN HÓA

KHÍ ĐÃ KHỬ CO 2

KHÍ ĐI TỔNG HỢP NH 3

THÁP METAN HÓA

THÁP TÁCH KHÍ CUỐI CÙNG

Tháp tổng hợp NH 3

Bồn tách lỏng/hơi

Bồn chứa NH 3 lỏng

Amonia and synthesis Gas.Ed.by F.J.Brykowski.Park Ridge,New Jersey,USA,1981

A.Chauvel,G.Lefebvie, Petrochemical Processes, Vol 1, Gulf pub,Co,1989

43

Nguyễn Thị Minh Hiền, Mô phỏng trong CNHH, NXB BK HN,2015

45

NH3 cần được bảo quản

theo tiêu chuẩn an toàn

NH3 cần được bảo quản

theo tiêu chuẩn an toàn

[5] Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội,

[6] Amonia and synthesis Gas.Ed.by F.J.Brykowski.Park Ridge,New Jersey,USA,1981

[7] A.Chauvel,G.Lefebvie, Petrochemical Processes, Vol 1, Gulf pub,Co,1989

[8] Nguyễn Thị Minh Hiền, Mô phỏng trong CNHH, NXB BK HN,2015

47