26

CHÆÅNG III CÄNG NGHÃÛ TÄØNG HÅÜP AMONIAC

I. Khaïi niãûm chung: - ÅÍ nhiãût âäü thæåìng amoniac laì khê khäng maìu, coï muìi maûnh gáy ngaût thåí. Amoniac dãù hoaì tan trong næåïc, åí nhiãût âäü vaì aïp suáút thæåìng 1 lêt næåïc hoaì tan âæåüc khoaíng 750 lêt khê amoniac. - Amoniac bãön åí nhiãût âäü thæåìng, coï khaí nàng phaín æïng maûnh åí nhiãût âäü cao, âàûc biãût khi coï xuïc taïc seî bë oxy hoaï taûo thaình NO. 2NH3 ⎯⎯⎯ →⎯> C01200 3H2 + N2 4NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ −− CRhPt 0850750( 4NO + 6H2O (âiãöu chãú HNO3) - Häùn håüp amoniac trong khäng khê åí mäüt näöng âäü vaì nhiãût âäü nháút âënh coï thãø gáy näø (giåïi haûn näø dæåïi 16% thãø têch hoàûc 111.2 g/l) - Amoniac duìng âãø saín xuáút phán âaûm, acid HNO3, xä âa vaì cháút laìm laûnh. Amoniac coï 2 loaûi: loaûi 1 duìng cho maïy laûnh; loaûi 2 duìng laìm nguyãn liãûu trong cäng nghiãûp hoaï cháút. - Amoniac âæåüc täøng håüp theo phaín æïng sau: 3H2 + N2 ⎯→⎯Fe 2NH3 + Q (phaín æïng toaí nhiãût vaì giaím thãø têch) II. Âiãöu chãú häùn håüp khê nitå-hydro âãø täøng håüp amoniac: Âiãöu chãú nguyãn liãûu täøng håüp amoniac tæì khê thiãn nhiãn (chuí yãúu laì khê CH4). Quaï trçnh chuyãøn hoaï khê thiãn nhoiãn qua hai giai âoaûn:

- Âiãöu chãú khê täøng håüp - Laìm saûch khê täøng håüp 1/ Âiãöu chãú khê täøng håüp: Khê thiãn nhiãn âæåüc chuyãøn hoaï bàòng håi næåïc hoàûc oxy theo phaín æïng: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 - Q (1) 2CH4 + O2 ↔ 2 CO + 4H2 + Q (2) CO + H2O ↔ CO2 + H2 - Q (3) Phaín æïng (1)(3) laì caïc phaín æïng thu nhiãût, phaín æïng chè coï hiãûu quaí khi nhiãût âäü

låïn hån 1350oC. ÅÍ nhiãût âäü naìy ráút khoï duy trç, do âoï, phaíi duìng xuïc taïc vaì dæ håi næåïc. Báy giåì xeït læu trçnh chuyãøn hoaï khê thiãn nhiãn bàòng håi næåïc våïi xuïc taïc Ni. (Hçnh 3.1. Så âäö cäng nghãû chuyãøn hoaï metan bàòng håi næåïc coï xuïc taïc) - Khê thiãn nhiãn âæa vaìo thiãút bë trao âäøi nhiãût (1), náng nhiãût âäü lãn 380-400oC.

sau âoï sang thiãút bë laìm saûch khê så bäü (2), duìng ZnO âãø háúp phuû håüp cháút læu huyình (H2S, caïc håüp cháút hæîu cå chæïa S) âãø chuïng khoíi laìm nhiãùm âäüc xuïc taïc (ra khoíi thaïp caïc håüp cháút naìy phaíi < 2÷3mg/m3).

- Håi næåïc duìng âãø chuyãøn hoaï cuîng âæåüc gia nhiãût åí thaïp (3) våïi nhiãût âäü 380-400oC. Sau âoï âæåüc hoaì vaìo khê våïi häùn håüp khê-håi åí tyí lãû 1/2.5 (thãø têch). Häùn håüp khê håi vaìo loì äúng (4), taûi âáy khê âi trong äúng coï âæûng xuïc taïc Ni, sæû chuyãøn hoaï xaíy ra theo

27

phaín æïng (1). Âáy laì phaín æïng thu nhiãût nãn âãø cung chap nhiãût cho phaín æïng, ngæåìi ta âäút khê åí ngoaìi äúng. Taûi âáy, häùn håüp khê-håi âæåüc chuyãøn hoaï âãún 75% mãtan vaì nhiãût âäü âaût âãún 700-750oC. ÅÍ laì ra, häùn håüp khê âi vaìo thaïp chuyãøn hoaï mãtan thæï 2 (5) âãø tiãúp tuûc chuyãøn hoaï mãtan coìn laûi. ÅÍ taïp naìy, ngæåìi ta cho thãm khäng khê vaìo âãø nhàòm muûc âêch âæa N2 vaìo häùn håüp. Læåüng khäng khê cho vaìo âaím baío tyí lãû: H2/N2 = 3/1 (tè lãû cáön thiãút âãø täøng håüp NH3). Oxy trong khäng khê oxy hoaï mãtan theo phaín æïng (2) åí trãn thaïp, phaín æïng naìy toaí nhiãût laìm tàng nhiãût âäü cuía häùn håüp khê lãn 950-1000oC. Do âoï, åí cuäúi thaïp tiãúp tuûc phaín æïng thu nhiãût (1) vaì mäüt pháön phaín æïng (3).

- ÅÍ thiãút bë (5) ra häùn håüp âi vaìo näöi håi thu häöi (6), âæåüc laìm laûnh xuäúng nhiãût âäü khoaíng 400oC. Âãø âiãöu chènh quaï trçnh âæåüc chênh xaïc mäüt pháön khê âæåüc âæa vaìo thaïp tàng áøm (7) maì khäng qua näöi håi. Thaïp naìy âæåüc phun næåïc âãø haû nhiãût âäü häùn håüp khê, âäöng thåìi laìm häùn håüp baîo hoaì håi næåïc. Læåüng næåïc phun phaíi laìm sao cho khê âaût nhiãût âäü 380-400oC laì nhiãût âäü cáön thiãút âãø chuyãøn hoaï CO theo phaín æïng (3).

- Træåïc khi vaìo thiãút bë chuyãøn hoaï CO häùn håüp khê qua thiãút bë träün (8). Taûi âáy, ngæåìi ta bäø sung håi næåïc våïi tè lãû håi/khê = 0.35/1.

- Thiãút bë (9) gäöm 2 táöng xuïc taïc FE-Cr thæûc hiãûn chuyãøn hoaï hai cáúp. Láön âáöu thæûc hiãûn åí nhiãût âäü 400oC, phaín æïng toaí nhiãût tàng nhiãût âäü häùn håüp khê lãn 500oC. Træåïc khi vaìo låïp xuïc taïc tiãúp theo häùn håüp khê qua låïp âãûm âæåüc tæåïi næåïc træûc tiãúp âãø haû nhiãût âäü xuäúng 420-440oC (nhiãût âäü täúi æu âãø chuyãøn hoaï láön hai). Khê ra khoíi thaïp (9) âæåüc chia laìm hai âi qua thiãút bë (1) vaì (3).

- Kãút thuïc quaï trçnh chuyãøn hoaï häùn håüp khê gäöm N2, H2, CO2, mäüt êt CO, CH4 våïi thaình pháön (%thãø têch) nhæ sau:

N2 = 20.6; H2 = 59.8; CO2 = 15.2 CO = 4; CH4 = 0.4 Häùn håüp naìy âæa âi laìm saûch. 2/ Laìm saûch khê täøng håüp: muûc âich loaûi H2S, CO, CO2

a/ Taïch khê CO2 vaì H2S: CO2 vaì H2S âãöu tan nhiãöu trong næåïc khi tàng aïp suáút vaì haû nhiãût âäü, nãn häùn håüp khê âæåüc ræîa bàòng næåïc åí aïp suáút cao laì phæång phaïp täút nháút âãø taïch hai khê naìy.

Trong cäng nghiãûp thiãút bë laìm saûch khê laì mäüt thaïp âãûm. Khê âi tæì dæåïi lãn, næåïc båm tæì trãn xuäúng våïi aïp suáút håi låïn hån aïp suáút khê. Phæång phaïp naìy coï thãø taïch tæì 80÷95% CO2 , vaì âæåüc duìng âãø saín xuáút xä âa, ure', ...

Hiãûn nay, ngæåìi ta sæí duûng dung dëch monoetanolamin (CH2CH2(OH)NH2) âãø taïch CO2 vaì H2S. Dung dëch naìy háúp phuû täút hai khê trãn åí nhiãût âäü 25÷35oC.

2CH2CH2(OH)NH2 + H2O + CO2 ↔ (CH2CH2(OH)NH3)2CO3 CH2CH2(OH)NH2 + H2O + CO2 ↔ (CH2CH2(OH)NH3)HCO3 2CH2CH2(OH)NH2 + H2S ↔ (CH2CH2(OH)NH3)2S CH2CH2(OH)NH2 + H2S ↔ (CH2CH2(OH)NH3)HS

28

Tàng nhiãût âäü dung dëch âaî háúp thuû CO2, H2S lãn 105÷125oC, thç quaï trçnh nhaî xaíy ra, sau âoï laìm laûnh dung dëch vaì dung dëch monoetanolamin âæåüc duìng tråí laûi. Phæång phaïp naìy taïch CO2 lãn âãún 99%.

b/ Taïch khê CO: haìm læåüng CO trong khê täøng håüp phaíi < 0.001÷0.002%. Phæång phaïp taïch CO laì phæång phaïp Cu-NH3. Tæïc duìng muäúi âäöng acetat trong næåïc amoniac âãø háúp thuû. Quaï trçnh âæåüc tiãún haình åí P = 120-320atm, to < 25oC vaì sæí duûng thaïp âãûm âãø háúp thuû:

Cu(NH3)nOOH + CO = [Cu(NH3)nCO]OOH Phæïc ra khoíi thaïp tàng nhiãût âäü lãn 80oC vaì giaím aïp suáút xuäúng coìn 1atm âãø taïch

khê vaì taïi sinh dung dëch háúp thuû. Khê thoaït ra trong quaï trçnh taïi sinh chæïa 62% CO, 25-27% CO2, 12-13% (N2 + H2) âæåüc âæa qua thiãút bë chuyãøn hoaï CO.

Khê täøng håüp sau khi ræîa bàòng dung dëch âäöng amoniac váùn coìn chæïa 0.01-0.05% CO2, nãn váùn laìm haûi xuïc taïc trong quaï trçnh täøng håüp NH3. Do âoï, phaíi ræîa tiãúp häùn håüp khê bàòng dung dëch NaOH 7% hay næåïc amoniac 20% åí P = 120-320 atm. Sau khi ræîa CO2 chè coìn 0.0005-0.0001%. III. Cäng nghãû täøng håüp amoniac: (Hinh 3.2. Så âäö læu trçnh cäng nghãû täøng håüp amoniac åí aïp suáút trung bçnh) - Khê täøng håüp âæa vaìo pháön trãn cuía thaïp täøng håüp (1). Tuyì theo âiãöu kiãûn chuyãøn hoaï vaì âäü saûch cuía khê täøng håüp maì hiãûu suáút chuyãøn hoaï khaïc nhau, nhæng thæåìng khê ra khoíi thaïp coï thaình pháön (% thãø têch) nhæ sau: H2: 52-57; N2: 17.5-19; NH3: 12-18; CH4: 6.6; Ar: 5.5

- Khê âaî chuyãøn hoaï âi vaìo thiãút bë ngæng tuû (2) âæåüc laìm saûch bàòng næåïc, haû nhiãût âäü tæì 120-200oC xuäúng coìn 25-35oC. Pháön låïn amoniac bë hoaï loíng taûi âáy. Sau âoï toaìn bäü khê âi vaìo thaïp phán li (3) âãø taïch amoniac bë hoaï loíng. Trong træåìng håüp khê trå nhæ CH4, Ar væåüt quaï näöng âäü trãn cuîng âæåüc thaíi ra tæì thiãút bë naìy, laìm cho aïp suáút giaím âi. Vç váûy, khi âæåüc âæa qua båm tuáön hoaìn (4) âãø náng aïp aïp suáút lãn 300-320 atm. - ÅÍ båm (4) ra khê âæåüc âæa qua thiãút bë loüc (5) âãø taïch dáöu cuía båm. Taûi âáy khê täøng håüp måïi âæåüc bäø sung mäüt læåüng bàòng læåüng khê âaî chuyãøn hoaï thaình amoniac âaî thaíi ra theo khê trå vaì âaî bë roì rè.

- Tæì thiãút bë loüc ra khê âi vaìo thaïp ngæng tuû (6) gäöm hai bäü pháûn truyãön nhiãût vaì phán li. Trong bäü pháûn truyãön nhiãût khê âæåüc laìm laûnh âãún 5-15oC, sau âoï sang thaïp bäúc håi (7) laìm bay håi amoniac loíng âãø laìm laûnh khê. Taûi âáy amoniac coìn laûi trong khê tiãúp tuûc ngæng tuû, keïo theo næåïc, dáöu láùn trong khê. Häùn håüp tiãúp tuûc âæa qua bäü pháûn phán li cuía thaïp (6) âãø taïch amoniac loíng coï trong næåïc vaì dáöu hoaì tan. Khê coìn laûi âæa lãn bäü pháûn truyãön nhiãût cuía thaïp âãø laìm laûnh khê tæì thiãút bë (5) sang.

- Ra khoíi thiãút bë (6) khê âæåüc âæa vaìo thaïp (1) taûo thaình mäüt quaï trçnh tuáön hoaìn kheïp kên.

Mä taí thaïp täøng håüp amoniac: (Hçnh 3.3.)

29

- Âáy laì thiãút bë quan troüng nháút trong hãû thäúng täøng håüp amoniac. Thaïp coï hai bäü pháûn chênh: åí trãn laì häüp xuïc taïc våïi caïc äúng truyãön nhiãût vaì pháön dæåïi laì thiãút bë truyãön nhiãût.

- Âãø táûn duûng nhiãût cuía phaín æïng täøng håüp, âãø tàng nhiãût âäü cho khê täøng håüp, nãn quaï trçnh khê âi trong thaïp tæång âäúi phæïc taûp. Häùn håüp khê âi vaìo phêa trãn thaïp, qua khäng gian giæîa thán thaïp (1) vaì häüp xuïc taïc (2) voìng qua thiãút bë truyãön nhiãût (3) vaìo giæîa caïc äúng cuía thiãút bë naìy tæì dæåïi lãn trãn. Ra khoíi thiãút bë truyãön nhiãût, nhiãût âäü khê tàng lãn 350-370oC. Sau âoï khê âi theo äúng trung tám (4) lãn phêa trãn cuía häüp xuïc taïc vaì âi vaìo caïc äúng keïp (5) âàût trong låïp xuïc taïc. Âáöu tiãn, khê âi theo äúng trong theo chiãöu tæì trãn xuäúng dæåïi, sau âoï âi voìng lãn theo khäng gian giæîa hai äúng. Trong quaï trçnh âoï, trong äúng keïp khê nháûn nhiãût phaín æïng, laìm tàng nhiãût âäü lãn 450-470oC vaì âi vaìo phêa trãn cuía häüp xuïc taïc. Khê âi qua bäü pháûn xuïc taïc theo chiãöu tæì trãn xuäúng räöi qua caïc äúng cuía thiãút bë truyãön nhiãût, truyãön nhiãût cho khê chæa chuyãøn hoaï, haû nhiãût âäü räöi ra khoíi thaïp.

- Âãø giæî nhiãût âäü xuïc taïc äøn âënh khoaíng 500oC, ngàn ngæìa hiãûn tæåüng quaï nhiãût trong træåìng håüp cáön thiãút, ngæåìi ta cho khê âi vaìo phêa dæåïi cuía thiãút bë täøng håüp theo äúng trung tám (6) lãn thàóng häüp xuïc taïc.