Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết thành phần chủ yếu của thực vật gồm:O, C, H, N, S, P,
Mg, Chúng có thể lấy nguồn dinh dưỡng một số nguyên tố :oxy, nito, sắt, canxi, magie,
đồng, và một số hợp chất như CO
2
,H
2
O từ đất, nước và không khí.Trong đất và không
khí các nguyên tố dinh dưỡng như K, N, P rất ít nhưng các nguyên tố này có giá trị rất
lớn đến sự phát triển của thực vật, vì vậy cần được bổ sung vào đất các nguyên tố N,P,K
để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Nguồn bổ sung chính của các nguyên tố N,P,K là phân bón hóa học có chứa các hợp
chất của N,P, K để tăng khả năng chịu đựng sự biến đổi của thời tiết đối với cây trồng và
tăng năng suất, chất lượng sản phẩm do cây trồng tạo ra.Mà như chúng ta đã biết khi sản
lượng cây trồng tăng ,sự phát triển của cây trồng tăng thì cây sẽ tiêu thụ nhiều chất dinh
dưỡng của đất, khi đó cần phải bón thêm phân khoáng để thỏa mãn nhu cầu của cây
trồng.
Phân bón có một vai trò vô cùng quan trọng đối với cây trồng, có ảnh hưởng rất lớn
đến ngành nông nghiệp và lâm nghiệp- những ngành đòi hỏi một lượng phân bón rất lớn
và phân bón là một trong những yếu tố đóng vai trò quyết định trong năng suất cây
trồng.Vì vậy mà ngành sản xuất phân bón đang rất phát triển tại Việt Nam-một nước
đang phát triển, nông nghiệp vẫn đóng vai trò cốt yếu trong nền kinh tế.
Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng phân bón ngày càng gia tăng tiêu biểu là
phân đạm ure và hai nhà máy cung cấp phần lớn phân đạm trên thị trường là nhà máy
phân đạm dầu khí Việt Nam (Phú Mĩ) và nhà máy phân đạm Hà Bắc.Hàng năm nhà máy
phân đạm Phú Mĩ cung cấp khoảng trên 740.000 tấn ure/năm tương ứng với 40% thị
trường cung cấp ure trên cả nước, Hà Bắc chiếm khoảng 8% nhập khẩu chiếm khoảng
50%.Như vậy nhu cấu phân bón nói chung và phân đạm nói riêng là rất lớn và để tăng
năng suất thì các nhà máy đã và đang đổi mới công nghệ tạo ra nhiều phân bón có chất
lượng tốt, hàm lượng cao.
Hiện nay trên thế giới có nhiều công nghệ sản xuất phân bón tiên tiến nhưng đứng
trước thực trạng của Việt Nam là một nước đang phát triển khoa học công nghệ chưa thật
sự phát triển và đặc biệt Việt Nam có nguồn than dồi dào nên các nhà máy phần lớn sản
xuất phân đạm bằng phương pháp khí hóa nhiên liệu rắn là than.Nhưng trong quá trính
sản xuất lại nảy sinh vấn đề chất thải ảnh hưởng đến môi trường.Vì những lí do trên
chúng em đã quyết định chọn đề tài “Công nghệ sản xuất phân đạm ure và chất thải đặc
trưng, nguồn gốc của nó” làm đề tài nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy Đinh Bách
Khoa.Chúng em đã cố gắng hết sức trong quá trình làm, nhưng chắc chắn không thể tránh
khỏi những thiếu sót, vì vậy chúng em rất mong nhận được những lời góp ý của các thầy
cô và bạn đọc để bài luận của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
2
MỤC LỤC
*Mở Đầu
*Nội Dung
1.Vấn đề nguồn nguyên liệu
2.Sản xuất khí nguyên liệu N
2;
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
H
2
( bằng phương pháp khí hóa nhiên liệu
rắn là than)
2.1.Cơ sở khoa học và các phương trình phản ứng.
2.2.Hoạt động của lò khí hóa than và sơ đồ công nghệ sản xuất khí nguyên liệu
2.3.Tinh chế khí nguyên liệu khỏi hợp chất của S
3.Tổng hợp NH
3
3.1.Khái quát chung về NH
3
3.2.Cơ sở hóa lí của quá trình tổng hợp NH
3
3.2.1)Cân bằng phản ứng
3.2.1.1)Đặc điểm của phản ứng
3.2.1.2)Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến cân bằng
3.2.1.3)Ảnh hưởng của tỷ lệ N
2
/H
2
.
3.2.1.4)Ảnh hưởng của khí trơ (CH
4
+ Ar)
3.2.2)Xúc tác cho quá trình tổng hợp NH
3
3.2.2.1)Yêu cầu
3.2.2.2)Thành phần
3.2.2.3)Hoàn nguyên xúc tác
3.2.3)Tốc độ phản ứng tổng hợp NH
3
3.2.3.1)Phương trình phản ứng
3.2.3.2)Các điều kiện ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
a)Tỷ lệ H
2
/N
2
b)Ảnh hưởng của áp suất
c)Ảnh hưởng của khí trơ
d)Ảnh hưởng của tốc độ không gian
e)Nhiệt độ
3
3.3.Quy trình công nghệ sản xuất amoniac
4.Công nghệ sản xuất Ure
4.1.Khái quát về ure
4.2.Công nghệ sản xuất Ure.
5.Chất thải trong quá trình sản xuất phân đạm ure.
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
*Kết Luận
*Tài Liệu Tham Khảo
4
1.Vấn đề nguồn nguyên liệu [5]
Để tổng hợp NH
3
người ta cần có N
2
và H
2
theo phản ứng:
N
2
+H
2
= NH
3
Nitơ có thể lấy từ không khí (79% N
2
; 21% O
2
)
Hidro có thể lấy từ H
2
O, ngoài ra còn có thể lấy từ khí thiên nhiên CH
4
và bằng phương
pháp điện phân hoặc khí hóa than ướt (dùng năng lượng của C để phân hủy H
2
O). Do đó
nguồn nguyên liệu tổng hợp NH
3
là đi từ than (C); khí thiên nhiên (CH
4
) và các phương
pháp khác (điện phân H
2
O; từ dầu, )
Mức độ tiêu thụ nguyên liệu vào năm 1990 trên thế giới là:
Khí CH
4
Than Các nguồn khác
77% 13.5% 9.5%
Nguyên nhân sử dụng nhiều CH
4
(khí thiên nhiên từ khí đồng hành, mỏ khí):
*Khí thiên nhiên giàu Hidro
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
Nếu tính theo tỷ lệ số phân tử H
2
đối với 1 phân tử C thì:
Than Dầu Naptha Khí thiên nhiên
0-0.8 1.5 2 4
*Năng lượng tiêu hao cho 1 đơn vị H
2
thấp do: Nếu dùng hơi nước để chuyển hóa CH
4
Phản ứng: 2H
2
O + CH
4
= CO
2
+ 2H
2
+ 2H
2
–Q
Trong khi sản phẩm, lượng Hidro tự tăng so với CH
4
là 50%. Vì phản ứng thu nhiệt tiêu
hao cho 1 phân tử Hidro sẽ giảm đi do hiện tượng tự tăng này.
*Là nguyên liệu sạch nhất do chứa tạp chất S thấp nhất do đó giảm nhẹ được khâu tinh
chế khí, tuy giá nguyên liệu đắt hơn.
*Sử dụng tiện lợi, dễ phân phối, vận chuyển.
*Giá thành sản phẩm thấp
Ta có bảng: Vốn đầu tư và năng lượng tiêu hao/đơn vị sản phẩm NH
3
từ nguyên liệu
khác nhau:
Nguyên liệu Tổng năng lượng 10
12
J/T NH
3
Quan Hệ đầu tư
Khí CH
4
Than
28
48
1
2,0-3,0
Bảng 3: Giá sản phẩm NH
3
từ nguyên liệu khác nhau
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
Năng suất 1800T NH
3
/24h năm 1991 ở Bắc Âu.
Nguyên liệu Khí CH
4
Than
Giá nguyên liệu $/triệu BTU
Năng lượng tổng, triệu BTU/T NH
3
Giá nguyên liệu + năng lượng, $
Giá chi phí khác, $/T NH
3
Giá tiền tổng, $/T NH
3
Vốn đầu tư, $/T NH
3
3.1
27
83.7
30
113.7
210
2.1
45.1
95.5
60
155.5
500
5
Bảng 4. Nguồn tài nguyên thế giới
Than (tấn) Dầu mỏ (tấn) Khí thiên nhiên (Nm
3
)
Dự trữ
Khai thác/năm
Thời gian (năm)
1.079x10
9
4.338x10
6
238
137x10
9
3.148x10
6
44
119x10
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
12
2,059x10
9
58
Với mức khai thác hiện nay thì khí thiên nhiên có thể tiếp tục khai thác ở mức trung
bình.
Than > Khí metal > Dầu
238 > 58 > 44
Về lâu về dài, than là nguyên liệu chiếm ưu thế nhưng dây chuyền phức tạp hơn, hợp
chất S nhiều hơn do đó cần xử lý chất thải rắn và áp dụng “công nghệ-năng lượng”
để giảm giá thành sản phẩm.
2.Sản xuất khí nguyên liệu N
2;
H
2
( bằng phương pháp khí hóa nhiên
liệu rắn là than) [6]
2.1.Cơ sở khoa học và các phương trình phản ứng.
Thông hơi nước và không khí qua tầng than nóng đỏ, hơi nước bị phân hủy thành H
2
;
O
2
cháy với cacbon, còn lại nito.Cuối cùng thu được khí than chủ yếu là N
2;
H
2
, ngoài ra
còn có CO, CO
2
C+H
2
O = CO+H
2
-Q
1
C+O
2
+N
2
=CO+N
2
+Q
2
Phương pháp này đơn giản, nhưng thiết bị cồng kềnh( bộ phận khí hóa than, tinh chế
H
2
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
S), thích hợp các nước có nguồn than dồi dào và trình độ kĩ thuật không cao.
2.2.Hoạt động của lò khí hóa than và sơ đồ công nghệ sản xuất khí nguyên liệu
Khí than là danh từ dùng để chỉ hỗn hợp các khí được hình thành khi người ta hóa khí
than ở nhiệt độ cao với oxy và hơi nước. Hỗn hợp khí này chủ yếu là hydro và cacbon
monoxyt. Khí than sau khi tạo thành, phải tiến hành tinh chế (bằng các phương pháp như
rửa khí, hấp thụ hay hấp phụ) hoặc tách riêng (bằng các phương pháp hóa lỏng, tinh cất
v.v ) tùy theo mục đích sử dụng sau này. Việc hóa khí than thường kèm theo quá trình
6
tinh chế khí với giá thành khá cao do nguyên liệu có chứa nhiều tạp chất. Để hạ giá thành
sản phẩm khí đồng thời với việc nâng cao độ tinh khiết của các sản phẩm khí, người ta đã
thay thế than đá bằng các nguyên liệu khác như các nhiên liệu dạng lỏng và dạng khí. Các
phản ứng đặc trưng trong quá trình hóa khí từ các nguyên liệu khác nhau có thể tham
khảo bảng dưới đây.
Hoạt động của lò khí hóa than gián đoạn được minh họa trên hình 2.3 và nó vận hành
như sau: Trước tiên than cốc được cấp vào lò, đốt và thổi không khí vào theo đường dẫn
(1). Khi vùng cháy trong lò đã đạt tới nhiệt độ thích hợp (thường là từ 1000 đến 1100
0
C),
người ta ngừng cấp không khí và đóng đường thổi khí lại. Lập tức nước được ép vào từ
thiết bị cấp nước (4). Khí than hình thành được lấy ra từ cửa (3) và được dẫn tới hệ thống
xử lý, tinh chế và tách khí. Khi nhiệt độ giảm xuống khoảng 800
0
C, người ta lại tiếp tục
thổi không khí vào. Quá trình được lặp đi lặp lại. Nhìn chung lò hóa khí than thường
được bố trí điều khiển tự động.
Nguyênliệu Các phản ứng đặc trưng ∆E phản ứng (KJ)
Than đá C + O
2
= CO
2
C + CO
2
= 2CO
C+H
2
O = CO + H
2
-406
+160
+128
Nhiên liệu dạng
lỏng
-CH
2
- + 0,5O
2
= CO + H
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
2
-CH
2
-+H
2
O = CO + 2H
2
-90
+152
Nhiên liệu dạng
khí
CH
4
+ 0,5O
2
= CO + 2H
2
CH
4
+H
2
O = CO +3H
2
-35
+206
Đối với nguyên liệu lỏng hoặc khí, lò hóa khí được thiết kế phù hợp để sản xuất liên tục
hoặc gián đoạn. Dùng không khí để đốt thường cho giá thành thấp; song khí thu được sẽ
chứa một lượng khá lớn nitơ. Nếu dùng oxy thay thế không khí thì sẽ thu được khí sạch
hơn và có nhiệt lượng cháy ngang với khí tự nhiên.
Việc khí hóa than có thể thực hiện trong lòng đất; sử dụng từng đoạn vỉa than cách biệt
nhau và cũng theo nguyên lý trên.
Sản xuất khí than, nếu dùng oxy không khí để đốt để có nhiệt độ cao cho phản ứng
phân hủy nước, thì thành phần chủ yếu là H
2
,N
2
, CO và một phần nhỏ CO
2
. Khí than khi
cho qua thiết bị trao đổi hồi lưu có xúc tác với hơi nước (như trên hình 2.4), CO sẽ thực
hiện phản ứng trao đổi để trở thành CO
2
và H
2
. Như vậy lượng H
2
sẽ tăng lên và sau khi
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
tách CO
2
thì hỗn hợp khí chỉ còn chủ yếu là N
2
và H
2.
Sản phẩm này có thể sử dụng làm
nguyên liệu để sản xuất amoniac.
CO + H
2
O = CO
2
+H
2
7
8
2.3.Tinh chế khí nguyên liệu khỏi hợp chất của S (bằng A.D.A).
Là phương pháp hiện đang sử dụng tại nhà máy phân đạm Hà Bắc, có cải tiến chút ít
bằng đưa thêm dung dịch tanin thiên nhiên (khoảng 66% tanin) một thành phần có nhiều
nhóm phenol hoạt tính cao, dễ oxi hóa thành hợp chất quinon. Đây là một phương pháp
có hiệu quả, đơn giản, điều kiện công nghệ khá ổn định còn được gọi là phương pháp
Stretford. Chất hấp thụ chủ yếu là dung dịch 2,6 và 2,7 antraquinon disunfonic và xooda
bổ sung tartrat kali natri (NaKC
4
H
4
O
6
) và khoảng 0,12-0,28% metavanadat
natri( Na
2
VO
3
) như một chất xúc tác
Phản ứng tiến hành như sau:
H
2
S + Na
2
CO
3
→ NaHS +NaHCO
3
2NaHS + 4Na
2
VO
3
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
+H
2
O→ Na
2
V
4
O
9
+2S↓ +4NaOH
Na
2
V
4
O
9
+ 2A.D.A (trạng thái oxi hóa) +2NaOH +H
2
O→ 4Na
2
VO
3
+ 2A.D.A
(trạng thái khử)
A.D.A (trạng thái khử) chuyển sang trạng thái oxi hóa trong tháp tái sinh:
A.D.A ở trạng thái khử +2O
2
→ A.D.A ở trạng thái oxi hóa +2NaOH
Như vậy trong quá trình tái sinh A.D.A, Na
2
CO
3
.Na
2
VO
3
đều được tái sinh hình thành
dung dịch hấp thụ, tuần hoàn trở lại hấp thu.
3.Tổng hợp NH
3
3.1.Khái quát chung về NH
3
[6]
Amoniac (NH
3
) trong điều kiện bình thường là một chất khí không màu có mùi hắc và
có khả năng tác động mạnh đến thần kinh của người và động vật. Amoniac nhẹ hơn
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
không khí nhiều (1 lít NH
3
chỉ nặng 0.7713 gam), dễ hóa lỏng. Ở nhiệt độ 20
0
C, áp suất
8.46 atm amoniac nhưng tụ thành chất lỏng linh hoạt, không màu. Một số thông số kĩ
thuật về amoniac thể hiện trên bảng dưới đây:
Tỷ trọng Điểm tan
(0
0
C)
Điểm
sôi
(0
0
C)
Nhiệt hóa
hơi, (ở 0
0
C)
Hằng số
điện môi
Độ dẫn
điện tăng
T tới hạn
(0
0
C)
0.5963 -77.7 -33.4 302 cal/g 21-23 4.10
-10
132.4
Amoniac tan trong nước tỏa nhiệt mạnh; nhiệt hòa tan ở 20
0
C là 8.4 kcal/mol. độ tan
của amoniac trong nước giảm mạnh theo chiều tăng của nhiệt độ dung dịch. Ở nhiệt độ
0
0
C, 1 lít nước có thể hòa tan tới 1176 lít khí NH
3
, ở 20
0
C giảm xuống chỉ còn 702 lít và
ở 100
0
C thì độ tan của amoniac trong nước hầu như bằng 0.
3.2.Cơ sở hóa lí của quá trình tổng hợp NH
3
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
[5]
3.2.1)Cân bằng phản ứng
N
2
+H
2
= 2NH
3
+Q
9
3.2.1.1)Đặc điểm của phản ứng.
Phản ứng 2 chiều, tỏa nhiệt, giảm thể tích do đó nếu nhiệt độ giảm, áp suất tăng thì cân
bằng chuyển dịch về phía tạo ra NH
3
, hiệu suất tổng hợp tăng.
Nên quá trình tổng hợp NH
3
, người ta luôn tách NH
3
tạo thành ra khỏi phản ứng thì quá
trình sẽ tiến hành theo chiều tạo ra NH
3
và có thể coi phản ứng gần đạt tới cân bằng.
3.2.1.2)Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến cân bằng.
P = const → nhiệt độ càng thấp, nồng độ NH
3
càng cao.
T = const → áp suất càng cao, nồng độ NH
3
càng lớn.
Việc tăng P lên quá cao sẽ không có lợi vì nồng độ NH
3
tăng không đáng kể mà năng
lượng nén khí lại tăng lên nhiều.
Thực tế thường tổng hợp NH
3
ở nhiệt độ 670-770
0
K và áp suất 100-1000 atm.
3.2.1.3)Ảnh hưởng của tỷ lệ N
2
/H
2
.
Ở cùng 1 nhiệt độ và ở các áp suất khác nhau, tỷ lệ thích hợp cho cân bằng bảo đảm
suốt quá trình là 3.
3.2.1.4)Ảnh hưởng của khí trơ (CH
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
4
+ Ar)
Nếu trong hỗn hợp khí ban đầu có khí trơ Ar và CH
4
thì các khí trơ này làm giảm áp
suất riêng phần của cấu tử phản ứng → chuyển dịch cân bằng về phía trái.
*Tóm lại: Biện pháp tăng nồng độ NH
3
tại cân bằng
+)Hạ thấp nhiệt độ.
+)Tăng cao áp suất.
+)Đảm bảo tỷ lệ H
2
/N
2
= 3.
+)Giảm lượng khí trơ trong hỗn hợp khí đến mức thấp nhất.
3.2.2)Xúc tác cho quá trình tổng hợp NH
3
Các kim loại như Fe, Os, U, Mo, Mn, W, và một vài kim loại khác có vành điện tử thứ
2 kể từ ngoài vào không bão hòa điện tử, đều có thể làm xúc tác cho quá trình tổng hợp
NH
3.
3.2.2.1)Yêu cầu:
+)Xúc tác phải hoạt tính trong thời gian dài.
+)Bền với nhiệt độ.
+)Rẻ. Nhất là Sắt + chất kích động là kim loại khác.
3.2.2.2)Thành phần.
+)Cấu tử hoạt động là Sắt được điều chế dưới dạng Fe
3
O
4
có độ xốp lớn và hoạt
tính cao. Fe
3
O
4
= FeO + Fe
2
O
3
, theo tỷ lệ = 0.47 → 0.57 trong đó FeO chiếm 24 →28%
+)Chất phụ gia là Al
2
O
3
;K
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
2
O; CaO.
3.2.2.3)Hoàn nguyên xúc tác
Chuyển Sắt ở dạng Fe
3
O
4
thành Fe
x
ở nhiệt độ 570 → 670
0
K bằng chất khử là H
2
, tinh
thể Fe
x
kim loại có cấu trúc như tinh thể Fe
3
O
4
nhưng không có nguyên tử Oxy. Trong
10
tinh thể của Fe
x
, các nguyên tử Fe không cân bằng về mặt năng lượng và tạo thành 1
trường năng lượng xác định hoạt tính xúc tác của Sắt:
Fe
3
O
4
+ 4H
2
= 3Fe
x
+ 4H
2
O–Q
Đặc điểm: Phản ứng 2 chiều, thu nhiệt, áp suất làm việc 100 → 150 atm
V = 2000 → 3000 h
-1
3.2.3)Tốc độ phản ứng tổng hợp NH
3
[5]
3.2.3.1)Phương trình phản ứng
- Đây là phản ứng thuộc hệ khí – rắn với cơ chế
+)Phân tử N
2
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
đã được hấp thụ phản ứng với Fe tạo FeN
+)Phân tử H
2
+ FeN tạo thành hàng loạt các hợp chất phức trung gian trên bề mặt
xúc tác dạng Fe
x
NH; Fe
x
NH
2
tiếp đến là Fe
x
NH
3
+)Chất Fe
x
NH
3
là phân tử trung hòa và bị phân hủy tạo NH
3
+)Nhả NH
3
từ bề mặt xúc tác vào pha khí
N
2(k)
→N
2(hp)
+ Fe → FeN + H
2
→ Fe
x
NH
2
+H
2
→ Fe
x
NH
3
→ xFe + NH
3
(hấp phụ) →
NH
3(
khí).
3.2.3.2)Các điều kiện ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
a)Tỷ lệ H
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
2
/N
2
Khi các điều kiện nhiệt độ, áp suất, [NH
3
]
0
, nồng độ khí trơ bằng hằng số
Tốc độ phản ứng là lớn nhất khi H
2
/N
2
= 1.5
b)Ảnh hưởng của áp suất
Khi P↑ → tốc độ phản ứng thuận tăng với P mũ 1.5; còn tốc độ phản ứng nghịch giảm
đi với mũ 0.5 → tốc độ phản ứng tăng.
c)Ảnh hưởng của khí trơ.
Khí trơ làm giảm áp suất riêng phần của N
2
và H
2
, ở các áp suất khác nhau và tốc độ thể
tích khác nhau, khi tăng nồng độ khí trơ làm nồng độ NH
3
ra tháp tổng hợp giảm đi.
Người ta đã tính được: Nếu nồng độ khí trơ trong khí tuần hoàn tăng đến 10% thì năng
suất của 1m
3
xúc tác ở P = 300atm giảm đi 1.43, còn ở P = 500atm giảm đi 1.3 lần
d)Ảnh hưởng của tốc độ không gian
Tốc độ không gian là thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn thổi qua 1 đơn vị thể tích xúc
tác. trong 1 đơn vị thời gian. Có thứ nguyên là h
-1
+)Nếu đạt được cùng nồng độ NH
3
ra tháp, nếu tiến hành ở áp suất cao cho phép
dùng tốc độ không gian lớn và năng suất thiết bị tăng.
+)Khi cố định áp suất, ở mỗi một tốc độ không gian tìm được khoảng nhiệt độ để
hiệu suất tổng hợp cao (720→770
0
K)
e)Nhiệt độ
Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ phản ứng.
3.3.Quy trình công nghệ sản xuất amoniac [6]
Sản xuất amoniac được tiến hành dựa trên phản ứng tổng hợp từ khí nito và hidro có
xúc tác.
11
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
N
2
+H
2
= 2NH
3
+ 25.40 kcal (ở 500
0
C)
Phản ứng trên phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Để chọn được một khoảng nhiệt độ
thích hợp cho phản ứng, ta có thể tham khảo các giá trị nhiệt động của phản ứng ở áp suất
1 atm trên bảng dưới đây:
Nhiệt độ 0
0
C 300 400 500 600 700 800
Entanpi, H (KJ) -46.35 -48.48 -50.58 -52.04 -53.26 -54.28
Entropi, S (J/K) -99.35 -105.63 -110.03 -112.71 -114.55 -115.89
Giá trị G/T, (J/K) -55.22 -15.66 8.88 28.25 38.48 48.02
Nhiệt
dung mol
(J/mol.K)
C
p
-NH
3
35.76 38.56 41.66 44.76 47.94 50.83
C
p
-N
2
28.86 29.19 29.27 29.34 29.45 29.63
C
p
-H
2
29.14 29.27 29.60 30.13 30.77 31.45
Chất xúc tác sử dụng trong công nghệ sản xuất amoniac là sắt oxyt trộn với nhôm oxyt
và kali oxyt (xúc tác được khử về dạng oxyt ngay trong thiết bị tổng hợp amoniac); nhiệt
độ làm việc thích hợp của xúc tác là khoảng 500
0
C. Nhìn vào các giá trị bảng trên ta thấy
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ làm viêc của xúc tác, cân bằng phản ứng không thuận lợi cho
sự hình thành amoniac. Khi NH
3
tạo thành kèm theo sự giảm thể tích; do đó để tăng hiệu
suất tổng hợp NH
3
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
nên tiến hành phản ứng ở áp suất 25 đến 35 MPa và nhiệt độ trong
khoảng 400 đến 500
0
C. Trong điều kiện như vừa trình bày, hàm lượng cân bằng của NH
3
hình thành sau một lần tiếp xúc với xúc tác trong tháp phản ứng chỉ vào khoảng 15-20%.
Chính vì vậy mà khí phản ứng sẽ được tuần hoàn tối đa. Hiệu suất phản ứng tỉ lệ thuận
với áp suất làm việc.
Quá trình tổng hợp amoniac được mô tả như trên sơ đồ hình dưới đây.
12
Hình 2.5A.Sơ đồ công nghệ sản xuất amoniac:
1. tháp tổng hợp amoniac; 2. hệ thống trao đổi nhiệt; 3. buồng thu amoniac lỏng I;
4. hệ thống làm lạnh; 5. bơm nén khí; 6. tháp làm lạnh sâu; 7. buồng thu amoniac II
13
Hình 2.6a.Sơ đồ đường đi của khí trong tháp phản ứng tổng hợp amoniac:
1.cửa hỗn hợp khí nguyên liệu vào 2.tầng xúc tác 3.cửa sản phẩm ra 4.dây điện trở
5.tầng trao đổi nhiệt
14
Theo sơ đồ công nghệ trên thì nito và hidro theo tỉ lượng được dẫn vào tháp tổng hợp
(1), tháp này có sơ đồ cấu tạo như trên hình 2.6a. Chu trình tổng hợp amoniac trong tháp
như sau: Khí nguyên liệu trước hết được sấy nóng lên khoảng 50
0
C nhờ trao đổi nhiệt với
tầng vỏ của tháp tổng hợp; sau đó đi qua tầng trao đổi nhiệt (5) với khí từ tầng phản ứng
đi xuống. Hỗn hợp khí nguyên liệu được đốt nóng lên tới nhiệt độ khoảng 300
0
C; sau đó
đi lên tầng phản ứng. Trên đường đi hỗn hợp khí được tiếp tục đốt nóng lên tới 450
0
C
bằng năng lượng điện tỏa ra từ dây đốt (4) và được dẫn qua các tầng xúc tác (2) để thực
hiện phản ứng tổng hợp amoniac. Hỗn hợp khí sau phản ứng sẽ được dẫn qua hệ thống
trao đổi nhiệt (2) trên hình 5 để tiếp tục hạ nhiệt độ xuống thấp hơn nữa rồi qua hệ thống
làm lạnh (4) để tách một phần NH
3
ra khỏi hỗn hợp và lượng amoniac lỏng này được tích
tụ lại tại buồng thu (3). Khí đi ra từ đây chứa chủ yếu là H
2
,N
2
và khoảng 2.5% NH
3
sẽ
được đưa đến tháp làm lạnh sâu (6). Ở đây hỗn hợp khí được làm lạnh sâu và amoniac
được hóa lỏng nốt và được tích tụ lại tại buồng thu (7). Hỗn hợp khí N
2
và H
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
2
chưa phản
ứng hết được dẫn quay vòng lại tháp phản ứng cùng với khí nguyên liệu bổ sung. Tại các
tầng phản ứng trong tháp tổng hợp, nhiệt độ luôn được giữ ở 450-500
0
C và áp suất
khoảng 300 atm. Hỗn hợp N
2
và H
2
được quay vòng liên tục cho tới khi chỉ còn 20-30%
thì xả (khí xả nghèo nito, hidro nhưng giàu argon và metan được đưa đi sản xuất argon,
metan). Nếu điều kiện phản ứng được bảo toàn, mức độ chuyển hóa có thể đạt tới 36%.
4.Công nghệ sản xuất Ure
4.1.Khái quát về ure [1]
Urê (cácbamát)
- Urê là loại phân bón giàu đạm, không chứa các chất vô ích.
- Urê nguyên chất có chứa 46,8% N, cao hơn so với phân đạm khác (trừ NH
3
lỏng),
còn trong (NH
4
)
2
SO
4
chỉ có 21% N;
Các tình chất của urê CO(NH
2
)
2
- Urê dạng tinh thể tinh khiết không có màu, không mùi.
- Nhiệt độ nóng chảy: 132,4
o
C.
- Urê kỹ thuật có màu trắng hoặc vàng, có dạng hình trực thoi.
Tác dụng nhiệt
- Urê tinh khiết nóng chảy ở 132,4
o
C. Ở nhiệt độ cao hơn 132,4
o
C thì urê bị phân
hủy thoát ra amoniac.
Cơ chế phân hủy như sau:
CO(NH
2
) → NH
Ket-noi.com kho tài liệu miễễn phí
4
OCN (xyanat amoni)
NH
4
OCN → HOCN (axit xyanic) + NH
3
Và axit xyanic tác dụng với urê để tạo thành biurê theo phản ứng:
HOCN + CO(NH
2
)
2
→ NH
2
CO-NH-CONH
2
Trong quá trình sản xuất, bảo quản cần tránh khả năng sinh ra biurê nếu vượt quá hàm
lượng biurê cho phép thì khi bón cho cây lá sẽ bị mất diệp lục trở thành trắng.
*ĐỘ TAN CỦA URÊ TRONG CÁC DUNG MÔI
15
Urê tan tốt trong H
2
O; rượu và NH
3
. Dung dịch nước bão hòa ở 20
o
C chứa 51,83%; ở
70
o
C là 71,88%; ở 120
o
C là 95%. Ở nhiệt độ >130
o
C thì urê bị phân hủy tạo thành NH
3
và CO
2
. Urê với amoniac tạo thành hợp chất (NH
4
)
2
CONH
3
, trong đó có 22% NH
3
và
78% urê. Hợp chất này nóng chảy ở 46
o
- Xem thêm -
.DOCX 
32 
24 
89 
