TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC VÀ OXI, NITO

Công nghệ sản xuất Amoniac (NH3)

Nội dung: Tính chất vật lý Tính chất hóa học Quy trình sản xuất Ứng dụng

Lịch sử phát triển - Người Roman xưa đã tìm thấy muối amoni clorua - Vào năm 1774, Joseph Priestley lần đầu tiên phân lập amoniac dạng khí - Tuy nhiên người đầu tiên thu được chất khí này là nhà giả kim thuật Basil Valentine. 11 năm sau, Claude Louis Berthollet đã xác định 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.

3

Các nguồn phát sinh amoniac

Nhân tạo Tự nhiên

• Từ nhà máy phân ure • Từ nhà máy chuyên sản xuất NH3 lỏng

• • • •

Khí quyển Phân hủy xác động thực vật Nước mưa, nước biển, núi lửa Các hoạt động sinh hóa hàng ngày

4

I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ Amoniac

là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí Điểm sôi (ở áp suất khí quyển)

-33,34°C

Tỷ trọng (so với không khí ở OoC)

0,586

Độ hòa tan trong nước g/100g H2O

89,9 (OoC) 60 (ở 15°C) 7,4 (100°C)

Độ tan của NH3 khí trong 1 lit nước

700 lít (20°C)

Giới hạn nổ với không khí

15-28% (thể tích)

I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

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 Độ tan của một số muối vô cơ trong NH3 lỏng:

Amoni axetat Amoni nitrat

Độ tan (g muối/ 100 g NH3 lỏng) 253.2 389.6

Liti nitrat

243.7

Natri nitrat Kali nitrat Natri florua Natri clorua Natri brorua Natri iodua Natri tioxyanat

97.6 10.4 0.35 3.0 138.0 161.9 205.5 6

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

NH3

Phản ứng hóa hợp Phản ứng thế Phản ứng oxi hóa Các phản ứng khác

7

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Phản ứng hóa hợp Hóa hợp với nước:

NH 3(dd) + H 2O ⇌ NH 4 + + OH − Hóa hợp với axit: Vd: (NH3.H2O) + HNO3 NH4NO3 + H2O Hóa hợp với muối của nhiều kim loại tạo ra hợp chất amonicat.

Vd: CaCl2.8NH3 ; CuSO4.4NH3 ; ZnCl2. 4NH3 ; AlCl3. 4NH3 8

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 2. Phản ứng thế Thế các nguyên tử hiđro trong phân tử NH3 bằng những kim loại hoạt động tạo thành hợp chất amidua ( có chứa nhóm amino NH2-); hợp chất imidua (chứa nhóm imino NH2-) hoặc hợp chất nitrua chứa ion nitrua N3-) Vd:

350 0 C

2 Na + 2 NH 3 ¾¾¾¾¾¾¾® 2 NaNH 2 + H 2 ( Natri amidua)

2Al + 2NH3

AlN + 3H2

0

t  →

(Nhôm nitrua)

3Ca + 2NH3

0

t  →

3CaH2 + N2 canxi hidrua 9

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 3. Phản ứng oxi hóa: Amoniac còn tác dụng với nhiều chất oxi hóa để thể hiện tính khử Vd:

4NH3 4NH3 8 NH3 dư NH3 3CuO +

+ 3O2 2N2 + 6H2O + 5O2→ 4NO + 6H2O + 3Cl2 N2 + 6NH4Cl + Cl2 dư NCl3 + 3HCl 2NH3 3Cu + N2 + 3H2O 0

t  →

Pt ,800−9000 C

Pt ,9 atm 4 NH3 + 8O2  0 → 4 HNO3 + 4 H 2O 750−800 C 10

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 4. Phản ứng khác: - Amoniac là hợp chất bền, ở 1atm phân hủy hoàn toàn ở 5000C, ở 30atm phân hủy ở 7000C :

2NH

3

⇌ N

2

+ 3H

2

- Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một số kim loại, tạo thành các dung dịch phức chất.

Vd : Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4](OH)2 Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH(xanh thẫm) - NH3 có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v...

- NH3 lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của etylen oxit.

11

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT - Sản xuất ở quy mô rất nhỏ: 2 NH4Cl + 2 CaO → CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3 - Sản xuất ở quy mô công nghiệp Quy trình Haber (hay còn gọi là quy trình Haber-Bosch) là quy trình dựa trên phản ứng cố định nitơ bằng hyđro trên nền sắt (xúc tác) để tạo ra NH3

12

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Sơ đồ quy trình Haber-Bosch trong công nghiệp 13

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 5 công nghệ được thương mại hóa nhiều nhất: 1/ Công nghệ Haldor Topsoe 2/ Công nghệ M.W. Kellogg 3/ Công nghệ Krupp Uhde 4/ Công nghệ ICI 5/ Công nghệ Brown & Root

14

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT Các bước trong quy trình tổng hợp amoniac:

a. Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro

15

ĐIỀU CHẾ NITO

NI TƠ

Từ khí quyển PP hồ quang PP xianamit

PP amoniac

N2 + O2 2NO -179.2KJ CaC2 + N2 CaCN2 + C +301,5 KJ N2 + 3H2 2NH3 +Q

Trong công nghiệp Chưng cất không khí Không Khí Ni tơ Oxy Ar khí khác

Hấp phụPSA

ĐIỀU CHẾ HYDRO

Chuyển hóa metan

Chuyển hóa oxit cacbon

CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 1/2 O2 CO + 2H2 CH4 + CO2 2CO +2H2

CO + H2O

Fe O

2 3  → 470−5200 C

CO2 +H2

HYDRO Phân chia khí cốc C + O2 CO2 C + CO2 2CO C + H2O CO + H2 C + 2H2 CH4 CO + 3H2 CH4 + H2O CO + H2O CO2 + H2

Điện phân H2O hay NaCl 2H2O

ñieän phaân   →

2H2 + O2

2NaCl+2H2O    → 2NaOH+Cl2+H2 ñieän phaân dung dòch coù maøng ngaên

CH4 + H2O CO + 3H2 – 206kJ CH4 + ½ O2 CO + 2H2 + 35kJ CO + H2O CO2 +H2 +41 kJ CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 – 165 kJ

Áp suất khí quyển hoặc áp suất cao.

Có sử dụng chất xúc tác (gọi là chuyển hóa xúc tác) hoặc không dùng chất xúc tác (chuyển hóa ở nhiệt độ cao).

Có thể dùng các chất xúc tác Ni phủ lên oxit nhôm hay là phủ lên oxit mangan.

Chuyển hóa mêtan có thể tích V tăng, nên khi tăng áp suất thì nồng độ CH4 sẽ tăng lên trong hỗn hợp khí, nhưng quá trình chuyển hóa vẫn diễn ra thuận lợi khi nâng áp suất vì tốc độ phản ứng sẽ tăng lên. Thường tận dụng áp suất của khí tự nhiên nhằm tiết kiệm điện năng để nén khí.

Quá trình chuyển hóa không xúc tác nhiệt độ cao khí metan đượ thực hiện theo phản ứng: CH4 + ½ O2 CO + 2 H2 + 35 kJ Khi nhiệt độ ≈ 1250 0C. Khí nhận được theo phương pháp này có chứa mồ hóng.

Mồ hóng có thể rửa sạch bằng nước nóng khi áp suất cao.

Khí thu được sau khi chuyển hóa metan chứa 20 – 40 % oxit cacbon. Tác dụng giữa CO và hơi nước tiến hành theo phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt: CO + H2O CO + H2 + 36,6 kJ( 5000C )

không kèm theo sự thay đổi thể tích nên khi tăng áp suất sẽ tăng tốc độ phản ứng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất cân bằng H2.

Tăng hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thì quá trình chuyển hóa CO hoàn toàn hơn.

Chuyển hóa oxit cacbon Nhiệt độ tối ưu hạ xuống theo độ tăng mức chuyển hóa. Nhưng nhiệt độ thực trong vùng xúc tác sẽ tăng lên nếu không dẫn nhiệt ra ngoài. Để tránh điều mâu thuẫn này có thể chuyển hóa 2 bậc trong thiết bị tầng với sự giảm nhiệt độ nhờ hiện tượng bay hơi nước giữ các tầng.

Khi tăng nhiệt độ sẽ chuyển dịch cân bằng về phía trái (không mong muốn).

Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp phản ứng xảy ra chậm ngay cả khi có mặt chất xúc tác phương pháp chuyển hóa xúc tác Sn – Cr – Cu (thiếc, crom, đồng) ở nhiệt độ thấp. (200 – 3000C và lượng dư CO trong khí ra khoảng 0,2 – 0,4% )

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT b. Làm sạch khí Tách bụi, tro, dầu

Tách H2S

Tách CO2

Tách CO

Tách tro, bụi, dầu: có thể khử bụi, tro bằng rửa nước, qua lọc điện khô hoặc lọc điện ướt. Khử sạch dầu bằng lọc hoặc quán tính ly tâm.

20

Phương pháp khô: dùng xúc tác Fe2O3.xH2O, một ít CaO và mạt cưa

Phương pháp ướt: dùng dung dịch muối asenic trong môi trường kiềm để hấp thụ H2S

Fe2O3.xH2O + H2S Fe2S3.xH2O + H2O Fe2S3.xH2O+3/2 O2 Fe2O3.xH2O + 3S 3H2S + 3/2 O2 3H2O + 3S

Na4As2S5O2 + H2S Na4As2S6O + H2O Na4As2S6O + 1/2 O2 Na4As2S5O2 + S

Tách H2S. Ngoài ra có thể dùng hỗn hợp dung dịch mono, đi hoặc trietanolamin với sunfolan C4H8S2 2RNH2 + H2S (RNH3)2S (RNH3)2S + H2S 2RNH3HS (R là nhóm – CH2CH2OH)

Tách CO2 Hấp thụ bằng nước: - Rửa khí bằng nước lạnh ở áp suất 16 – 25 atm, tưới trong các tháp đệm.

- Sau đó cho nước qua tuốc bin để giảm áp suất xuống 1atm, do đó khí sẽ thoát ra khỏi nước. Khí này chứa 80% CO2, 11% H2 và một ít N2, H2S

Hấp thụ bằng nước: Dùng etanolamin để làm sạch CO2, tạo thành hợp chất cacbonat và bicacbonat amin 2RNH2+H2O +CO2 (RNH3)2CO3 RNH2+H2O+CO2 (RNH3)HCO3

Đun nóng dung dịch để tách CO2 22

Tách CO Phươ ng pháp đồng amoniac [Cu(NH3)n]OOCCH3 NH3 ở áp suất (120 – 300atm) và 25o C [Cu(NH3)n]OOCCH3 + CO [Cu(NH3)nCO]OOCCH3

Loại bỏ vi lượng CO Hidro hoá có xúc tác Ni/Cr ở nhiệt độ 150oC, áp suất 3atm CO + 3H2 CH4 + H2O 23

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT c. Nén khí Dùng các máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiết cho hỗn hợp khí trong hệ thống tổng hợp amoniac d. Tổng hợp amoniac Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amoniac: - Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100 - 160 atm.

- Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250-360atm.

- Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 - 1000 atm.

24

THÁP TỔNG HỢP NH3

Tháp tổng hợp NH3 dưới áp suất trung bình 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Nấp đậy Thân Tháp Hộp xúc tác Các ống trao đổi nhiệt Lớp cách nhiệt Ghi lò Ống trung tâm Bộ phận trao đổi nhiệt

Sơ đồ thiết bị tổng hợp amoniac 26

Sự phụ thuộc hàm lượng NH3 trong hỗn hợp N2,H2 hồi lưu vào nhiệt độ và áp suất đưa ra trên hình sau:

Qua hình vẽ ta thấy : nếu áp suất tăng, nhiệt độ giảm thì lượng NH3 trong hỗn hợp hồi lưu giảm, tức độ chuyển hóa cân bằng ở thấp tổng hợp (2) tăng.

Hàm lượng NH3 cũng có thể tính bằng công thức thục nghiệm sau: Ở đây, C’-hàm lượng NH3 trong hỗn hợp khí N2,H2 tính % thể tích.

Năng suất của tháp tổng hợp NH3 được tính:

Ở đây: G – năng suất tháp, kg/h V – vận tốc thể tích khí, m3/s V – thể tích xúc tác, m3 C1 – nồng độ NH3 trong hỗn hợp N2,H2 ở cửa vào,% C2 - nồng độ NH3 ở của ra,% 0.771 – tỉ trọng của NH3, kg/ m3 Thời gian làm việc của lớp xúc tác phụ thuộc vào mức độ làm sạch không khí, thông thường là gần 2 năm

2 công nghệ sản xuất amoniac điển hình nhất: 1. Công nghệ Haldor Topsoe A/S Nguyên liệu khí tách lưu huỳnh, sau đó được phối trộn với hơ i nước

khí tổng hợp Khí công nghệ được nạp vào thiết bị reforming thứ cấp

chuyển hóa nhiệt độ cao và thấp công đoạn tách CO2 và metan hóa

Nén và chuyển hóa thành amoniac Sản phẩm amoniac được ngưng tụ (hóa lỏng) và tách bằng cách làm lạnh

29

Sơ đồ công nghệ hiện đại tổng hợp Amoniac

Công nghệ sản xuất Ammonia của Haldor Topsoe SA - Đan Mạch tại nhà máy Đạm Cà Mau

2. Công nghệ Krupp Uhde Công nghệ Krupp Uhde, người ta áp dụng phương pháp reforming thông thường bằng hơi nước để sản xuất khí tổng hợp chứa CO và H2, tiếp theo sử dụng chu trình tổng hợp amoniac với thiết bị trung áp.

Phương pháp này được tối ưu hóa để giảm tiêu thụ năng lượng và tăng độ ổn định vận hành

31

Phương hướng phát triển công nghiệp NH3 - Tìm các phương pháp mới để tổng hợp amoniac, nhất là tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất thường. Các nhà hóa học đã điều chế được amoniac từ nitơ ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển bình thường Phương pháp này cần nhiều năm nữa mới có thể được áp dụng một cách có hiệu quả kinh tế trong sản xuất công nghiệp.

- Enzym nitrogenases nên có khả năng chuyển nitơ không khí thành NH3. Quá trình này được gọi là quá trình cố định đạm (nitơ). Hiện nay các nhà khoa học chỉ hy vọng tìm hiểu bản chất của quá trình cố định đạm trong sinh vật. Một phát hiện rất ấn tượng liên quan đến vấn đề này là đã tìm ra vùng hoạt động của enzym cố định đạm có cấu trúc dị thường Fe7MoS9.

IV. ỨNG DỤNG

NH3

33

D

THE END 34

BÀI TIỂU LUẬN HÓA HỌC VÔ CƠ SẢN XUẤT OXI, NITO

SẢN XUẤT O2, N2 A. OXI

Hầu hết các nhà khoa học tin rằng lượng oxy tồn tại trong khí quyển không đáng kể cho đến 2,4 tỷ năm trước. Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) được xem là loài sinh vật đầu tiên tạo ra oxy trên Trái Đất. Điều này được xem như một Sự kiện Oxy hóa vĩ đại trong lịch sử.

SẢN XUẤT O2, N2

Lịch sử ghi nhận năm tìm ra oxi là năm 1774 và tác giả gồm có hai người của hai nước khác nhau: Priestley người Anh và Sile, người Thuỵ Điển – tên La Tinh chính thức của nguyên tố này là “oxygenium”, do nhà hoá học Pháp Lavoadiê đặt ra năm 1779.

SẢN XUẤT O2, N2 I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Oxi là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí.

- Cả hai dạng lỏng và rắn O2 là những chất trong suốt với màu xanh da trời nhạt .

- Khí oxi tan ít trong nước . Độ hòa tan của oxi trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, ở 0°C thì lượng hòa tan tăng gấp đôi (14,6 mg/l) so với ở 20°C (7,6 mg/l).Ở nhiệt độ không khí 25°C và 1 atm, một lít nước ngọt chứa khoảng 6,04 (ml) oxi, trong khi đó, nước biển chứa khoảng 4,95 ml/l. Ở 5°C, độ hòa tan tăng đến 9,0 ml/l (tăng 50% so với ở 25°C) trong nước ngọt và 7,2 ml/l(tăng hơn 45%) đối với nước biển.

- Oxi ngưng tụ ở 90,20 K (−182.95°C, −297.31°F), và đóng băng ở 54,36 K (−218.79°C, −361.82°F).

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Nguyên tố oxi có độ âm điện lớn (3,44), chỉ đứng sau flo (3,98).

Khi tham gia phản ứng, nguyên tử O dễ dàng nhận thêm 2e. Do vậy, oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh.

Trong các hợp chất (trừ hợp chất với flo và hợp chất peoxit), nguyên tố oxi có số oxi hóa là -2.

- Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt…) và phi kim (trừ halogen). Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.

- Qúa trình oxi hóa các chất trên đều tỏa nhiệt, phản ứng có thể xảy ra nhanh hay chậm khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện: nhiệt độ, bản chất và trạng thái của chất.

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Tác dụng với kim loại Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Pt, Au) tạo ra các oxit.

VD: 4Al + 3O2 → 2Al2O3

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 2. Tác dụng với phi kim Nhiều phi kim cháy trong khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực.

VD: S + O2 → SO2

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 3. Tác dụng với hợp chất Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy trong không khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực.

VD:

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

2H2S + 3 O2 → 2SO2 + 2H2O

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG - Oxi là nguyên tố phổ biến nhất ở vỏ Trái Đất. Oxi là nguyên tố phổ biến thứ 3 trong vũ trụ sau hydro và heli. Khoảng 0,9% khối lượng của Mặt Trời là oxi. Người ta ước tính nó chiếm khoảng 49,2% khối lượng của vỏ Trái Đất và chiếm khoảng 88,8% khối lượng các đại dương và khoảng 20% theo thể tích bầu khí quyển Trái Đất (là O2, oxi phân tử, hay O3, ozon.

- Oxi thường gọi là dưỡng khí, là một trong những chất cơ bản tạo ra và duy trì sự sống.

SẢN XUẤT O2, N2

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG 1. Con người sẽ đen thui nếu ra ngoài trời Những người đang ở ngoài trời sẽ bị cháy nắng hết vì các phân tử Oxi đóng vai trò che chắn các tia cực tím (UV) có hại phát ra từ Mặt Trời. Không có Oxi, bạn sẽ mất đi lá chắn bảo vệ bạn trước các tia độc hại đó.

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG 2. Bầu trời ban ngày tối đen như mực Không có Oxi, bầu khí quyển không còn đủ các phần tử dùng để tán xạ ánh sáng từ Mặt Trời.

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG 3. "Hố địa ngục" xuất hiện ở khắp nơi Đơn giản vì Oxi cũng chiếm khoảng 49% thành phần trong lớp vỏ của Trái Đất. Thiếu Oxi, mặt đất sẽ nứt nẻ, vỡ vụn ra và thụt xuống thành những hố sâu không đáy.

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG 4. Tất cả trở thành "Người Tai-Lòi" Tai trong của chúng ta sẽ bị tổn thương nghiêm trọng do áp suất không khí bị thay đổi. Oxi chiếm 21% thành phần trong không khí. Việc mất oxi đột ngột sẽ tương đương với việc bạn đang đứng từ mặt đất và chuyển lên độ cao 2.000 mét trong nháy mắt, lúc đó tai bạn sẽ bị điếc trầm trọng.

SẢN XUẤT O2, N2 III. TẦM QUAN TRỌNG 5. Máy bay, xe máy... ngừng hoạt động Tất cả các động cơ đốt trong sẽ không hoạt động được, máy bay chuẩn bị cất cánh sẽ gặp nạn ngay trên đường băng còn máy bay đang bay mà không có oxi thì sẽ chuyển sang... "chế độ lượn" trong một thời gian ngắn.

SẢN XUẤT O2, N2 IV. ỨNG DỤNG

SẢN XUẤT O2, N2 V. SẢN XUẤT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN KHÔNG KHÍ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ PSA ĐIỆN PHÂN NƯỚC

SẢN XUẤT O2, N2 V. SẢN XUẤT Sản xuất oxi và nito bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Đây là phương pháp phổ biến nhất, dùng để sản xuất oxi lượng lớn phục vụ trong công nghiệp

SẢN XUẤT O2, N2 V. SẢN XUẤT Sản xuất oxi bằng phương pháp hấp phụ PSA Ưu điểm: - Gọn nhẹ, cơ động, dễ lắp đặt, di chuyển.

- Thời gian khởi động trong 5 phút.

- Giá thành khí oxi thấp, thời gian hoàn vốn đầu tư rất nhanh.

- Rất tin cậy trong vận hành.

- Thời gian thay chất hấp phụ (Zeolit) là 15 năm.

SẢN XUẤT O2, N2 V. SẢN XUẤT Sản xuất oxi bằng phương pháp điện phân nước. Ưu điểm: - Chi phí thấp.

- Sử dụng chất điện phân để tách hydro và oxy ra khỏi nước với giá rẻ.

- Khả năng ứng dụng cao, có thể chế tạo phục vụ được cho nhiều ứng dụng khác nhau ở quy mô công nghiệp.

- Độ an toàn cao, tạo ra được nguồn oxi và hydro sạch, an toàn và không gặp khó khăn trong việc bảo quản và vận chuyển.

- Sử dụng các thiết bị và linh kiện lắp ráp có sẵn trên thị trường.

- Công nghệ đơn giản, dễ dàng vận thành thiết bị.

SẢN XUẤT O2, N2 B. NITO

- Được Daniel Rutherford phát hiện năm 1772, ông gọi nó là “không khí hỏng” hay không khí cố định.

- Khí nitơ là trơ đến mức Antoine Lavoisier coi nó như là azote vào năm 1789, có nghĩa là không có sự sống - Năm 1790, Jean Antoine Chaptal đặt ra tên gọi nitrogen để chỉ nitơ.

SẢN XUẤT O2, N2 I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Ở điều kiện bình thường nó là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ và tồn tại dưới dạng phân tử N2, còn gọi là đạm khí.

- Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái Đất và là thành phần của mọi cơ thể sống. Nitơ khí là hơi nhẹ hơn không khí và hơi hòa tan trong nước.

- Nitơ ngưng tụ tại điểm sôi -195,8oC (-320.4oF), với một chất lỏng không màu, không mùi và cực kỳ lạnh. Tiếp xúc với chất lỏng hoặc hơi N2 có thể gây ra bỏng lạnh.

SẢN XUẤT O2, N2

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Vì có liên kết ba với năng lượng liên kết lớn (EN≡N = 946kJ/mol) nên phân tử nitơ rất bền. Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao nitơ trở nên hoạt động hơn và có thể tác dụng với nhiều chất.

- Nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn chỉ nhỏ hơn độ âm điện của flo, clo và oxi. Tùy thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hóa hay tính khử. Tuy nhiên, tính oxi hóa vẫn trội hơn tính khử.

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Tính oxi hóa a) Tác dụng với hiđro Ở nhiệt độ cao (trên 400oC), áp suất cao và có chất xúc tác, nitơ tác dụng trực tiếp với hiđro tạo ra khí amoniac. Đây là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt.

N2 + 3H2 t , p, xt 2NH3 b) Tác dụng với kim loại - Ở nhiệt độ thường, nitơ chỉ tác dụng với kim loại liti.

6Li + N2 2Li3N - Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với một số kim loại như Ca, Mg, Al,...

0

3Mg + N2 → Mg3N2

SẢN XUẤT O2, N2 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 2. Tính khử Ở nhiệt độ khoảng 3000oC (hoặc nhiệt độ của lò hồ quang điện), nitơ kết hợp trực tiếp với oxi tạo ra khí nitơ monooxit (NO).

N2 + O2 3000 C 2NO Trong tự thiên nhiên, khí NO được tạo thành khi có cơn giông.

0

SẢN XUẤT O2, N2

III. ỨNG DỤNG

• KHÍ NITO • NITO LỎNG

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG * Khí nito 1. Bơm lốp máy bay N2 là khí khô và không duy trì sự cháy, vì vậy N2 được sử dụng trong tất cả các lốp máy bay. Lốp máy bay sẽ được điền khí N2 và đẩy các hơi nước ngưng trong lốp khi ở trên cao.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG 2. Diệt vi khuẩn Việc sử dụng N2 thay cho không khí có chứa O2 sẽ có tác dụng diệt vi khuẩn, giúp chất hữu cơ không bị xâm nhập bởi vi khuẩn và nấm mốc.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG 3. Bảo quản đồ uống N2 được sử dụng rất rộng rãi trong việc bảo quản sản phẩm khỏi quá trình oxy hóa, enzim hóa và phản ứng của các vi sinh vật. N2 là chất khí không màu, không mùi, không hòa tan và không độc hại.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG 4. Cắt laze Cắt bằng N2 rất phổ biến trong việc cắt Inox và nhôm. Với hệ thống máy móc hiện đại, độ chính xác cao, N2 được sử dụng rất nhiều để cắt laze.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG Khí Nito trong công nghiệp được dùng như chất làm trơ bình chứa hoặc xử lí bình chứa. Khí Nito được bơm vào nhằm loại bỏ môi trường độc hại, ngăn chặn cháy nổ do môi trường khí. Để triệt tiêu khả năng gây nổ trong thùng nhiên liệu, N2 được sử dụng để phủ các khoảng trống của bồn.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG Khí nito trong công nghiệp là loại khí thay thế không khí trong các thiết bị chạy bằng khí nén, thời gian sử dụng của các thiết bị này phụ thuộc rất nhiều vào độ khô của khí nén. Do N2 có độ khô rất lớn (>60oC) so với khí nén. Vì vậy thiết bị sử dụng khí N2 có tuổi thọ rất cao.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG Ứng dụng khác - Sản xuất ammoniac.

- Sản xuất phân bón tổng hợp, các hợp chất oxy hóa, nhiên liệu lỏng cho các tên lửa.

- Khí N2 là giải pháp phòng cháy tuyệt vời và là công cụ chữa cháy, làm giảm nồng độ oxy một cách hiệu quả nhất.

- N2 phân tử sử dụng nhiều trong công nghệ bảo quản chống lại sự oxi hóa.

SẢN XUẤT O2, N2 III. ỨNG DỤNG * Nito lỏng - Làm lạnh để vận chuyển thực phẩm.

- Sử dụng trong phân tích sắc ký, làm môi trường trơ. Và trong một số phản ứng hóa học thì cũng cần Nitơ làm môi trường phản ứng.

- Bảo quản các bộ phận cơ thể cũng như các tế bào trứng và tinh trùng, các mẫu và chế phẩm sinh học.

- Dùng như tác nhân làm lạnh.

- Dùng trong da liễu học để loại bỏ các tổn thương da ác tính hay xấu xí, tiềm năng gây ung thư, ví dụ như các mụn cóc, các vết chai sần trên da…

- Có thể sử dụng với mục đích làm tản nhiệt để tăng tốc độ CPU, GPU, hay các dạng phần cứng khác.

Làm mát các linh kiện điện tử

Loại bỏ các vết chai sần trên da

Làm lạnh kem

SẢN XUẤT O2, N2 IV. SẢN XUẤT NITO 1. Sản xuất oxi và nito bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

Đây là phương pháp phổ biến nhất, dùng để sản xuất nito, oxi lượng lớn phục vụ trong công nghiệp.

SẢN XUẤT O2, N2 IV. SẢN XUẤT NITO 2. Hệ thống sản xuất Nito bằng phương pháp hấp phụ (PSA) Ưu điểm - Gọn nhẹ, cơ động, dễ lắp đặt, di chuyển.

- Thời gian khởi động trong 5 phút.

- Giá thành Nito rất thấp thời gian hoàn vốn đầu tư rất nhanh.

- Rất tin cậy trong vận hành.

- Thời gian thay chất hấp phụ (Zeolit) là 15 năm.