Amoniac và công nghệ sản xuất amoniac

Lịch sử phát hiện và sử dụng amoniac

Người Roman xưa đã tìm thấy muối amoni clorua tại đền thờ thần Yamaha Jupiter tại xứ Libi cổ và gọi muối đó là “ muối Amun ” ( salt of Amun ). Trong một tác phẩm cổ, Caius Plinius Secundus ( hay còn gọi là Pliny the Elder ) có nhắc đến tên một loại muối được gọi là “ Hammoniacus ” ( hammoniacus sal, hay còn gọi là sal ammoniac ). Vào Thế kỷ thứ 8, những nhà giả kim thuật Arập đã biết đến sal ammoniac. Sau đó vào Thế kỷ 13, Geber ( Jabir ibn Hayyan ) và những nhà giả kim thuật châu Âu cũng nhắc đến tên muối này. Vào thời kỳ Trung thế kỷ, những người thợ nhuộm đã biết dùng muối sal ammoniac ( còn được gọi là nước tiểu lên men ) để làm đổi màu những loại thuốc nhuộm có nguồn gốc thảo mộc. Vào Thế kỷ 15, Basilius Valentinus đã chỉ ra rằng hoàn toàn có thể thu được amoniac bằng những cho kiềm công dụng với sal ammoniac. Sau đó loại muối này đã được điều chế bằng cách chưng ( nhiệt phân ) sừng và móng gia súc, sau đó trung hòa dịch cất chứa cacbonat thu được với axit clohyđric ( HCl ) .
Lần tiên phong amoniac dạng khí do Joseph Priestley phân lập vào năm 1774 và được ông đặt tên là “ không khí kiềm ” ( alkaline air ). Tuy nhiên người tiên phong thu được chất khí này là nhà giả kim thuật Basil Valentine. 11 năm sau, Claude Louis Berthollet đã xác lập được thành phần phân tử của amoniac là NH3 .

Fritz Haber và Carl Bosch là những người phát hiện quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909. Công trình này đã được đăng ký phát minh vào năm 1910.

Người Đức là là những người tiên phong trên quốc tế sử dụng amoniac ở quy mô công nghiệp trong thời kỳ Đại chiến quốc tế lần thứ I sau khi bị phong tỏa mất nguồn natri nitrat từ Chilê. Khi đó amoniac được được người Đức dùng để sản xuất thuốc nổ ship hàng cuộc chiến tranh .

Các nguồn phát sinh amoniac

Hiện nay ngoài nguồn NH3 nhân tạo ( những xí nghiệp sản xuất sản xuất phân urê hoặc những nhà máy sản xuất chuyên sản xuất amoniac lỏng ), trong tự nhiên cũng có một lượng nhỏ NH3 sống sót trong khí quyển do tiếp tục hợp chất này được tạo ra từ những quy trình phân hủy những vật tư hữu cơ có nguồn gốc động, thực vật .
Trong nước mưa, nước biển người ta cũng phát hiện thấy có NH3 và những những muối amoni. Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối amoni ( như amoni clorua NH4Cl và amoni sunfat ( NH4 ) 2SO4 ). Tại một số ít vùng khoáng chứa sôđa, người ta cũng thấy có những tinh thể amoni bicacbonat NH4HCO3. Các hoạt động giải trí sinh hóa hàng ngày của người và động vật hoang dã cũng là nguồn sinh ra NH3 .

Một số tính chất cơ bản của amoniac

1. Tính chất vật lý

Amoniac có công thức phân tử là NH3. Phân tử lượng NH3 là 17,0306 g / mol .
Ở điều kiện kèm theo thường, NH3 khan là một chất khí không màu, nhẹ bằng nửa không khí ( tỷ trọng so với không khí bằng 0,596 ở OoC ), có mùi sốc đặc trưng .
Amoniac khan tạo “ khói ” trong không khí ẩm. Amoniac hòa tan mạnh trong nước tạo thành dung dịch nước của NH3 ( hay còn gọi là amoni hyđroxit do trong dung dịch nước của amoniac có tạo thành NH4OH ). Ở OoC, NH3 có độ hòa tan cực lớn là 89,9 g trong 100 ml nước. Dung dịch nước của NH3 ( còn có tên là “ nước đái quỷ ” ) khá bền nhưng bị loại gần hết NH3 khi đun tới sôi .
Nồng độ của amoni hyđroxit hoàn toàn có thể được xác lập bằng tỷ trọng kế hoặc Bomé kế .
Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại – 33,34 oC ( 239,81 oK ), có khối lượng riêng 682 g / lit tại 4 oC, hóa rắn tại – 77,73 oC ( 195,92 oK ), vì thế ở nhiệt độ thường người ta phải tàng trữ NH3 lỏng dưới áp suất cao ( khoảng chừng trên 10 atm tại 25,7 oC ) .
Do NH3 lỏng có entalpy ( nhiệt bay hơi ) ∆ H đổi khác lớn ( 23,35 kJ / mol ) nên chất này được dùng làm môi chất làm lạnh .
NH3 lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung môi ion hóa không nước quan trong nhất. Nó hoàn toàn có thể hòa tan những sắt kẽm kim loại kiềm, kiềm thổ và một số ít sắt kẽm kim loại đất hiếm để tạo ra những dung dịch sắt kẽm kim loại ( có màu ), dẫn điện và có chứa những electron solvat hóa .

Một số tính chất đặc trưng của NH3

NH3 lỏng là một dung môi ion hóa nhưng yếu hơn nước. Nó hoàn toàn có thể hòa tan và phân li nhiều hợp chất có link ion điển hình như những muối nitrat, nitrit, xyanua, v.v … của sắt kẽm kim loại kiềm và amoni. Trong NH3 lỏng, những muối amoni tan đều có tính axit. So với trong thiên nhiên và môi trường nước, thế oxyhóa khử của nhiều hệ trong NH3 lỏng đều chuyển sang dương hơn .

2. Tính chất hóa học

Phân tử NH3 có cấu trúc kim tự tháp tam giác ( trigonal pyramid ) .
Trong không khí, NH3 là chất bền, không tự bốc cháy và không duy trì sự cháy. Ở nhiệt độ cao ( 1200 oC ) và xuất hiện của chất xúc tác thích hợp, amoniac hoàn toàn có thể bị phân hủy thành nitơ và hyđro .
2NH3 → N2 + 3H2 t ° = 1200 °C ( 1 )
NH3 hoàn toàn có thể phản ứng với những chất oxy hóa. Ví dụ : nó hoàn toàn có thể cháy trong oxy với ngọn lửa màu lục vàng yếu cho mẫu sản phẩm là nitơ và nước ; hoàn toàn có thể cháy trong khí clo, nitơ bị đẩy ra và tạo HCl, còn trong trường hợp dư NH3 thì hoàn toàn có thể xảy ra nổ mạnh đồng thời tạo thành nitơ triclorua NCl3. Khi đó nitơ trong phân tử NH3 chuyển hóa trị từ – 3 lên + 3 .
Cũng vì lẽ NH3 thuận tiện phản ứng với nhiều chất, trong đó có những chất oxy hóa mạnh, những axit mạnh, v.v…, nên trong trong thực tiễn người ta khuyến nghị không nên trộn lẫn ( hoặc để gần ) amoniac với những axit mạnh, những halogen, những chất chất tẩy trắng clorin ( chlorine bleach ) hoặc những chất oxy hóa mạnh khác .
NH3 khan ( nhiệt độ dưới 0,2 % ) không phản ứng với HCl khan, tuy nhiên khi xuất hiện của nước ( nhiệt độ ) sẽ xảy ra phản ứng mạnh. Trong trường hợp này, NH3 bộc lộ tính bazơ nổi bật. Dung dịch nước của amoniac thường được gọi là amoni hyđroxit với hằng số bazơ pk = 4,75, và công dụng tỷ lượng với những axit và tạo những muối amoni. Ví dụ :
NH3 + HCl → NH4Cl ( 2 )
Phản ứng tạo khói trắng rất đặc trưng khi cho hơi NH3 tiếp xúc với dung dịch HCl đậm đặc .
Trong khi đó bản thân NH3 khan lại là một axit rất yếu, hoàn toàn có thể mất 1 proton H + tạo thành anion amid NH2 -. Ví dụ cho liti nitrua vào NH3 lỏng người ta nhận được anion amid ( NH2 – )
Li3N ( s ) + 2 NH3 ( l ) → 3 Li + ( am ) + 3 NH2 − ( am ) ( 3 )

Hyđro trong NH3 có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo ra các nitrua như magie có thể cháy trong NH3 để tạo magie nitrua Mg3N2. Natri hoặc kali kim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH2, KNH2) khi tác dụng với NH3.

NH3 hoàn toàn có thể bị oxy hóa thành axit nitric HNO3 với sự xuất hiện của xúc tác platin ở nhiệt độ 750 – 800 oC, áp suất oxy 9 atm. Quá trình này được gọi là quy trình Oswald
4 NH3 + 8 O2 → 4 HNO3 + 4 H2O ( 4 )
Từ axit nitric người ta hoàn toàn có thể sản xuất nhiều dẫn xuất của nitơ trong đó có những chất nổ .
NH3 tự bốc cháy ở 651 °C và hoàn toàn có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí khi nồng độ nằm trong vùng 16 – 25 % ( có tài liệu nói là 16-28 % ) .
NH3 có tính ăn mòn những sắt kẽm kim loại và kim loại tổng hợp chứa đồng ( Cu ), kẽm ( Zn ), nhôm ( Al ), vàng ( Au ), bạc ( Ag ), thủy ngân ( Hg ), v.v… Vì vây trong trong thực tiễn người ta khuyến nghị không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với những đồ vật có chứa những sắt kẽm kim loại hoặc kim loại tổng hợp này. Khi NH3 tiếp xúc lâu bền hơn với một số ít sắt kẽm kim loại ( Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb … ) thì hoàn toàn có thể tạo ra những hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hại .
Amoniac lỏng tàn phá những chất dẻo, cao su đặc, gây phản ứng trùng hợp nổ của etylen oxit .

Công nghệ sản xuất amoniac

Trước Đại chiến Thế giới lần I, NH3 được điều chế ở quy mô rất nhỏ bằng cách chưng cất những chất thải động thực vật, than đá, hoặc cho những muối amoni, nhất là amoni clorua ( sal ammoniac ), tính năng với kiềm ( vôi ). Phản ứng xảy ra như sau :
2 NH4Cl + 2 CaO → CaCl2 + Ca ( OH ) 2 + 2 NH3 ( 5 )
Mặc dù trong không khí rất sẵn nitơ, nhưng phải đến đầu Thế kỷ 20, nhờ phản ứng cố định và thắt chặt nitơ con người mới hoàn toàn có thể sản xuất NH3 và những hợp chất chứa đạm khác ở quy mô công nghiệp .
Hai nhà hóa học người Đức ( Fritz Haber và Carl Bosch ) là những người tiên phong phát hiện quy trình tiến độ sản xuất amoniac vào năm 1909 và khu công trình này đã được ĐK ý tưởng vào năm 1910 .
Quy trình Haber ( hay còn gọi là quy trình tiến độ Haber-Bosch ) là quy trình tiến độ dựa trên phản ứng cố định và thắt chặt nitơ bằng hyđro trên nền sắt ( xúc tác ) để tạo ra NH3. Đây là một phản ứng vô cùng quan trọng vì nó là cơ sở để sản xuất NH3 ở quy mô công nghiệp ship hàng sản xuất phân đạm .
Các công nghệ tiên tiến sản xuất NH3 mang tên khác nhau được ĐK ý tưởng về sau này hầu hết vẫn dựa trên nguyên tắc cố định và thắt chặt nitơ bằng hyđro của Haber-Bosch trên cơ sở biến hóa nguyên vật liệu đầu, chất xúc tác và những điều kiện kèm theo phản ứng ( áp suất, nhiệt độ, v.v … ) .
Hiện nay trên quốc tế có một số ít công nghệ tiên tiến sản xuất amoniac đang được vận dụng thương mại, trong đó có 5 công nghệ tiên tiến được thương mại kinh doanh hóa nhiều nhất là :
1 / Công nghệ Haldor Topsoe ;
2 / Công nghệ M.W. Kellogg ;
3 / Công nghệ Krupp Uhde ;
4 / Công nghệ ICI ;
5 / Công nghệ Brown và Root .
Riêng công nghệ tiên tiến Haldor Topsoe hiện chiếm đến 50 % thị trường trên thị trường công nghệ tiên tiến trong nghành tổng hợp amoniac trên quốc tế. Hiện những xí nghiệp sản xuất sản xuất amoniac ( và phân đạm ) văn minh nhất trên quốc tế đều chuyển nguyên vật liệu đầu, ví dụ khí thiên nhiên ( đa phần là metan NH4 ), khí hóa lỏng ( chứa propan và butan ), hoặc naphta, than đá thành khí tổng hợp ( syngas ) có chứa hyđro ( H2 ) và cacbon monooxit ( CO ). Tiếp theo H2 được tách từ syngas ( sau khi chuyển CO thành CO2 và được loại đi ). Nitơ ( N2 ) được lấy từ không khí sau khi tách hết oxy trong quy trình khí hóa nguyên vật liệu chứa cacbon .
Sau những quy trình rửa khí và kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất N2 : H2 người ta thực thi tổng hợp NH3 bằng quy trình Haber – Bosch theo phản ứng :
3 H2 + N2 → 2 NH3 ( 6 )
Trong một số ít trường hợp, người ta hoàn toàn có thể lấy hyđro từ những nguồn khác ( ví dụ điện phân ) .
Tại Nước Ta, những nhà máy sản xuất phân đạm mới được kiến thiết xây dựng hoặc đang được kiến thiết xây dựng đều vận dụng quá trình công nghệ tiên tiến tổng hợp amoniac của hãng Haldor Topsoe như : Nhà máy Phân đạm Phú Mỹ của PetroVietnam tại Bà Rịa – Vũng Tầu ( đi từ khí tự nhiên ) ký mua bản quyền công nghệ tiên tiến năm 2002, Nhà máy Phân đam Tỉnh Ninh Bình của VINACHEM tại Tỉnh Ninh Bình ( đi từ than đá ) ký năm 2007, Nhà máy Phân đạm Cà Mau của PetroVietnam tại Cà Mau ( đi từ khí thiên nhiên ) ký năm 2008. Các xí nghiệp sản xuất này hiện đã đưa vào sử dụng và cho ra loại sản phẩm .

Ứng dụng amoniac

Amoniac được sử dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Cụ thể :
– Dung dịch nước của NH3 có nồng độ 25 % hoặc thấp hơn thường được dùng trong những phòng thí nghiệm và trong đời sống .
– Dung dịch NH3 được sử dụng trong nông nghiệp như : tạo thiên nhiên và môi trường chống đông ( nồng độ NH3 0,03 % và axit boric 0,2 – 0,5 % ) để dữ gìn và bảo vệ mủ cao su đặc ( latex ) hoặc được sử dụng trực tiếp làm phân bón .
– Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong giải quyết và xử lý môi trường tự nhiên nhằm mục đích loại những NOx hoặc SOx trong những những khí thải khi đốt những nguyên vật liệu hóa thạch ( than đá, dầu, v.v … ). Quá trình này thường hoàn toàn có thể phải dùng chất xúc tác chứa vanađi .
– Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón, hóa chất và hóa dược .
Tại Nước Ta lúc bấy giờ có 4 cơ sở có sản xuất NH3, đó là Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc, Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Đạm Tỉnh Ninh Bình ( VINACHEM ) hiệu suất 560 nghìn tấn urê / năm và Nhà máy đạm Phú Mỹ ( Bà Rịa – Vũng Tàu ), Nhà máy đạm Cà Mau thuộc Tập đoàn Dầu khí Nước Ta ( PetroVietnam ). Hai xí nghiệp sản xuất Đạm của VINACHEM sử dụng nguyên vật liệu chính từ than, còn 2 xí nghiệp sản xuất Đạm của PetroVietnam sử dụng nguyên vật liệu nguồn vào là khí thiên nhiên. Ngoài ra còn một dự án Bất Động Sản về sản xuất phân đạm cũng đang được sẵn sàng chuẩn bị góp vốn đầu tư như : Dự án sản xuất phân đạm từ than tại Nghi Sơn ( Thanh Hóa ) và một số ít dự án Bất Động Sản khác .
Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc chuyên sản xuất phân urê từ nguồn nguyên vật liệu than đá ( dạng cục ) do Trung Quốc giúp thiết kế xây dựng từ năm 1960 nhưng do cuộc chiến tranh và nhiều khó khăn vất vả khác mà đến năm 1973 Nhà máy mới có mẫu sản phẩm urê. Nhà máy có hiệu suất phong cách thiết kế bắt đầu 10 nghìn tấn urê / năm. Năm 1977 Nhà máy chính thức đi vào sản xuất sau Phục hồi. Thời kỳ 2000 – 2003 Nhà máy được tái tạo kỹ thuật nâng hiệu suất lên 150 nghìn tấn urê / năm và chạy ở hiệu suất 180 nghìn tấn urê / năm từ đó đến nay. Bên cạnh sản xuất urê, Nhà máy cũng có năng lực cung ứng CO2 lỏng và rắn, nguồn năng lượng điện và 5-10 nghìn tấn NH3 lỏng / năm tùy theo nhu yếu thị trường .

Sản phẩm NH3 lỏng của Nhà máy đạt độ tinh khiết 99,9% và đã đạt được một số giải thưởng, huy chương (Huy chương Vàng Hội chợ Kinh tế Quốc dân năm 1986, 1988; Huy chương Vàng Hội chợ Kinh tế hàng công nghiệpViệt Nam năm 1993;  Huy chương vàng Hội chợ Quốc tế Hóa chất Việt Nam năm 1997; Giải thưởng Bông lúa Vàng Hội chợ Nông nghiệp Quốc tế Cần Thơ năm 1997).

Nhà máy Phân đạm Phú Mỹ chuyên sản xuất urê từ nguồn khí thiên nhiên, khánh thành và khởi đầu đi vào sản xuất từ cuối năm 2004. Nhà máy có hiệu suất phong cách thiết kế 760 nghìn tấn urê / năm. Ngoài loại sản phẩm urê, Nhà máy còn có năng lượng phân phối nguồn năng lượng điện và 90-100 nghìn tấn NH3 / năm tùy theo nhu yếu thị trường .
Sản phẩm NH3 lỏng của Nhà máy đạt độ tinh khiết 99,9 % ; hàm lượng nước nhỏ hơn 0,1 % ; hàm lượng sắt nhỏ hơn 2 mg / lít ; hàm lượng đồng nhỏ hơn 8 mg / lít .
Nguồn : hoahoacngaynay

Source: https://dvn.com.vn
Category: Sản Xuất