Yếu tố ảnh hưởng tổng hợp NH3

Ảnh Hưởng Quá Trình Tổng Hợp Amoniac
GVHD: PHẠM TRẦN NGUYÊN NGUYÊN
SVTH: TRẦN TẤN TRÚC
TỔNG QUAN

I) LƯỢC SỬ
II) NỘI DUNG
1) Ảnh hưởng nhiệt độ - áp suất lên phản ứng
2) Ảnh hưởng xúc tác
Xúc tác Fe
Xúc tác Ba-Co/C

Lược sử


Năm 1909, Quy trình tổng hợp NH3 mang tính đột phá đã ra đời :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

→ nó đã giải quyết được bài toán khó lúc bấy giờ.

Phần lớn 90% NH3 được sản xuất theo quy trình Haber-Bosch





Sơ đồ quy trình Haber-Bosch trong công nghiệp
Ảnh hưởng nhiệt độ - áp suất lên phản ứng

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
(ΔH = -92.4 kJ·mol−1)
Phương trình động học cơ bản :
, phản ứng thuận lợi hơn ở nhiệt độ thấp.
Về mặt động học thì sao?

Khi nhiệt độ tăng lên, các hạt di chuyển nhanh hơn, có động năng cao hơn.

→ tăng tần số va chạm giữa các hạt, tăng lượng năng lượng có sẵn để phản ứng.

→ Vận tốc phản ứng tăng (tuân theo Arrhenius).
Phản ứng cũng sẽ xảy ra nhanh khi tăng áp suất.








Điều quan trọng ở đây là ta tăng áp suất lên bao nhiêu để phản ứng xảy ra tốt và an toàn.

Bằng việc sử dụng nhiệt độ 450 – 500oC, áp suất khoảng 200atm hiệu suất phản ứng thu được từ 10 – 20% .
→ có lợi về kinh tế, độ an toàn và thời gian hoạt động.
Sử dụng xúc tác trong tổng hợp
Xúc tác được xem như “heart” của phản ứng.
Ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ hoạt động, lưu lượng khí tái tạo và yêu cầu làm lạnh.
ảnh hưởng đến áp suất hoạt động, độ tinh khiết của khí và năng lượng phá hủy liên kết.
→ độ bền, hoạt tính, giá trị kinh tế… vẫn luôn là vấn đề quan tâm trong việc chọn lựa xúc tác.
Xúc tác Fe
Xúc tác công nghiệp.
Thành phần chính xúc tác là magnetit
Kích thước phân tử càng nhỏ, hoạt tính xúc tác càng cao.







Sử dụng các promoter Al2 O3 , K2 O, Ca để tăng hiệu quả phản ứng
Chất mang
Cấu trúc lỗ xốp
Độ bền và tuổi thọ
→ Dùng chất mang Al2O3





Phân tán thành dạng các phân tử nhỏ FeAl2O4
Hạn chế xúc tác sắt

Một lượng nhỏ khí hoặc tạp rắn có thể tạo ra trong quá trình sản xuất.

Các tạp bẩn từ magnetite, tồn tại lượng nhỏ có khả năng gây đầu độc xúc tác.

H2O, CO, O2 , Cl- , S, P… là các chất đầu độc phổ biến trong tổng hợp amoniac.

→ Hoạt tính xúc tác bị giảm
Xúc tác Ba-Co/C
Hoạt tính cao.
Dùng Ba xúc tiến với xúc tác Co trên chất mang C.
Cho hiệu quả đáng so với các chất xúc tác sử dụng trước đây.
Giải quyết 1 số nhược điểm lớn của xúc tác sắt, cho hiệu suất cao hơn.
Lượng amoniac thu được cao hơn hẳn so xúc tác thương mại KM1
Nhiệt độ thấp, có nhiều H2 bao phủ trên bề mặt, sự phân ly N2 ít .
Hoạt tính giảm dần theo T .
Nhiệt độ càng cao càng gia tăng tính xúc tác Ba-Co/C và Ba-Ni/Co.











Vai trò Barium là làm giảm năng lượng hoạt hóa cho sự cắt đứt liên kết N2
Tài liệu tham khảo



Stefan Hagen,*a Rasmus Barfod, ab Rasmus Fehrmann, ab Claus J. H. Jacobsen, ac Herman T. Teunissen, c Kenny Ståhlb and Ib Chorkendorffa / New efficient catalyst for ammonia synthesis: barium-promoted cobalt on carbon / Technical University of Denmark
Dr. Max Appl / Ammonia Principles and Industrial Practice / Weinheim ; New York : Chichester ; Brisbane ; Singapore ; Toronto : Wiley-VCH, I999
http://www.ausetute.com.au/haberpro.html
Cám ơn sự chú ý theo dõi của các bạn