Sự khác biệt giữa Amoniac khan và amoniac thông thường là gì?

Amoniac khan là một trong những hóa chất được sản xuất nhiều và quan trọng nhất trên thế giới. Riêng tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 2 triệu tấn chất này được tiêu thụ vào sản xuất phân bón và các quy trình công nghiệp. Vậy, amoniac khan là gì và có sự khác biệt nào so với amoniac thông thường, hãy cùng KPTCHEM tìm hiểu ngay nhé!

Hình ảnh hóa chất NH3 được lưu trữ trong một nhà máy công nghiệp. Ảnh: Westair.

Ở bài viết trước, chúng ta đã tìm hiểu sơ lược amoniac là gì. Đó là một chất khí không màu và có mùi khai nồng đặc trưng mà chúng ta vẫn thường cảm nhận được khi vô tình lướt ngang khu vực nhà vệ sinh công cộng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu mọi thứ cần biết về amoniac khan, đáng chú ý nhất là:

• Tính chất vật lý và hóa học của nó;
• Những tiêu chuẩn quy định chất lượng Amoniac tại Việt Nam;
• Các hướng dẫn an toàn và kế hoạch ứng phó khẩn cấp cần tuân theo;

KPTCHEM cung cấp amoniac trên khắp lãnh thổ Việt Nam.

Amoniac khan là gì?

Về mặt hóa học, chất này là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử là NH3 được cấu tạo từ một nguyên tử nitơ (N) và ba nguyên tử hydro (H).

Điểm đặc biệt là amoniac rất háo nước nên luôn có nước trong hỗn hợp. Chính vì vậy, sự khác biệt lớn giữa amoniac khan và amoniac thông thường (amoni hydroxit, amoniac lỏng) nằm ở hàm lượng nước. Chữ “khan” bắt nguồn từ chữ “anydros” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là không có nước. Điều này giúp chúng ta hiểu một cách đơn giản, đó là loại không có nước với độ tinh khiết 99% và còn được  gọi là NH3 tinh khiết. Ngược lại, loại dùng trong các sản phẩm gia dụng chỉ có độ tinh khiết 5-15%.

Ở điều kiện áp suất khí quyển tiêu chuẩn và nhiệt độ phòng, chất này tồn tại ở dạng khí không màu, có mùi hăng đặc trưng. Để thuận tiện cho việc lưu trữ và vận chuyển, amoniac được nén thành dạng lỏng theo hai phương pháp phổ biến: duy trì ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao ở nhiệt độ môi trường hoặc làm lạnh xuống khoảng -33°C và bảo quản trong các bồn chứa cách nhiệt. Dù áp dụng phương pháp nào, sản phẩm vẫn là amoniac lỏng có độ tinh khiết rất cao, với nồng độ gần như 100% NH3. Nhờ hàm lượng NH3 cao và không chứa nước nên chất này là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn nitơ đậm đặc, môi chất lạnh hiệu suất cao hoặc các quy trình công nghiệp đòi hỏi sự nghiêm ngặt về nồng độ.

Tính chất vật lý

Amoniac khan có nhiệt độ sôi là -33,34°C. Trong các hệ thống lạnh công nghiệp, nó được lưu trữ ở trạng thái lỏng trong các bình chịu áp lực. Khi áp suất giảm, chất này sẽ bay hơi rất nhanh và tạo thành hơi hoặc khí không màu. Quá trình bay hơi này hấp thụ một lượng nhiệt lớn từ môi trường xung quanh, khiến nhiệt độ của chính chất lỏng giảm xuống cho đến khi đạt điểm sôi. Cơ chế này tương tự như hiện tượng nước bốc hơi trên da, lấy đi nhiệt và tạo cảm giác mát lạnh. Chính khả năng hấp thụ nhiệt mạnh trong quá trình hóa hơi đã khiến amoniac trở thành một trong những môi chất lạnh hiệu quả nhất trong công nghiệp.

Khí NH3 tinh khiết nhẹ hơn không khí nên trong điều kiện khô ráo, nó có xu hướng bốc lên và khuếch tán vào khí quyển. Tuy nhiên, do có ái lực rất mạnh với nước, NH3 sẽ nhanh chóng hấp thụ hơi ẩm trong không khí. Hỗn hợp khí sau khi hấp thụ hơi nước trở nên nặng hơn và có thể phát tán ở gần mặt đất, đặc biệt trong điều kiện thời tiết ẩm hoặc tại khu vực có độ ẩm cao.

Ở trạng thái lỏng, amoniac khan có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, trung bình khoảng 8 gallon amoniac lỏng chỉ có khối lượng tương đương với khoảng 5 gallon nước. Thể tích của chất này dù ở trạng thái lỏng hay khí đều thay đổi đáng kể theo nhiệt độ và áp suất. Ví dụ nếu trong một bình kín chứa NH3 lỏng nhưng chưa đầy hoàn toàn, khi nhiệt độ tăng từ 0°C lên 20°C, thể tích chất lỏng sẽ tăng khoảng 10%. Đồng thời, áp suất bên trong bình cũng tăng mạnh, từ khoảng 16 psi lên khoảng 110 psi. Đây là lý do các bồn chứa amoniac luôn phải được chừa khoảng không giãn nở và được thiết kế để chịu áp suất cao.

Một đặc tính đáng chú ý khác là khả năng giãn nở rất lớn khi chuyển từ lỏng sang khí. Khi hóa hơi, amoniac lỏng có thể nở ra khoảng 850 lần so với thể tích ban đầu. Vì vậy, chỉ một lượng nhỏ chất lỏng này bị rò rỉ cũng có thể nhanh chóng tạo ra một đám mây khí có thể tích rất lớn.

Một bồn chứa amoniac tinh khiết dùng bón cho đồng ruộng bị rơi khỏi xe tải khi đang lưu thông trên đường Manchester ở Quận Winnebago - Mỹ tạo nên làn sương mù hóa chất dày đặc. Ảnh: WIFR.

Tính chất hóa học

Amoniac khan là một hợp chất có tính kiềm. Một trong những đặc tính hóa học nổi bật của nó là khả năng hòa tan rất mạnh trong nước. Ở nhiệt độ khoảng 20°C, một đơn vị thể tích nước có thể hòa tan tới khoảng 700 đơn vị thể tích khí amoniac, tạo thành dung dịch chứa khoảng 34% amoniac theo khối lượng, dung dịch này thường được gọi là amoni hydroxit. Chính khả năng hấp thụ nước mạnh này khiến amoniac rất dễ hút ẩm từ môi trường và làm thay đổi các đặc tính của hệ thống nếu không được kiểm soát tốt.

Amoniac cũng có khả năng phản ứng với một số kim loại, đặc biệt khi có sự hiện diện của nước hoặc hơi ẩm. Đồng, kẽm và nhiều hợp kim chứa các kim loại này có thể bị ăn mòn hoặc suy giảm tính chất cơ học khi tiếp xúc với amoniac trong thời gian dài. Vì lý do đó, các thiết bị lưu trữ và vận chuyển NH3 tinh khiết thường được chế tạo từ thép carbon, thép hợp kim phù hợp, một số loại thép không gỉ, cùng các vật liệu phi kim như cao su hoặc nhựa có khả năng kháng amoniac. Việc lựa chọn đúng vật liệu là yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo độ bền và an toàn cho toàn bộ hệ thống.

Một phản ứng hóa học đặc biệt cần lưu ý là amoniac có thể kết hợp với thủy ngân để tạo thành fulminat thủy ngân (mercury fulminate) hoặc các hợp chất tương tự có tính không ổn định và nguy cơ phát nổ cao. Vì vậy, trong các hệ thống sử dụng amoniac, cần tuyệt đối tránh để amoniac tiếp xúc với thủy ngân hoặc các thiết bị có chứa thủy ngân.

Về khả năng cháy, amoniac khan được phân loại là chất không dễ cháy trong điều kiện thông thường. Tuy nhiên, khi nồng độ hơi amoniac trong không khí đạt khoảng từ 16% đến 25% theo thể tích và có nguồn phát lửa đủ mạnh, hỗn hợp này vẫn có thể bắt cháy hoặc phát nổ. Trên thực tế, việc đạt đến nồng độ này trong môi trường mở là rất khó xảy ra và thường chỉ xuất hiện trong không gian kín hoặc tại các sự cố rò rỉ với quy mô lớn. Nguy cơ cháy cũng có thể tăng lên nếu amoniac tồn tại cùng dầu bôi trơn hoặc các vật liệu dễ cháy khác.

Amoniac khan có những tiêu chuẩn quy định chất lượng nào?

Tại Việt Nam, chất lượng amoniac khan không được quy định trong một tiêu chuẩn tổng hợp duy nhất như BIS IS 2826 của Ấn Độ. Thay vào đó, các chỉ tiêu chất lượng được kiểm soát thông qua hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) và các tiêu chuẩn này đều được hài hòa với các tiêu chuẩn ISO tương ứng, trong đó:

• TCVN 2616:2008 quy định phương pháp xác định hàm lượng nước trong NH3 tinh khiết hóa lỏng bằng phương pháp phân tích. Tiêu chuẩn này tương đương ISO 7108:1985.
• TCVN 2617:2008 quy định phương pháp xác định hàm lượng dầu bằng phương pháp khối lượng và quang phổ hồng ngoại. Tiêu chuẩn này tương đương ISO 7106:1985.
• TCVN 8005:2008 quy định phương pháp xác định cặn sau bay hơi.
• Ngoài ra, còn có QCVN 07:2020/BCT. Tuy nhiên, quy chuẩn này không áp dụng cho amoniac tinh khiết, mà áp dụng cho amoniac công nghiệp dạng dung dịch có hàm lượng từ 10% đến 35% dùng trong xử lý nước, dệt nhuộm, sản xuất hóa chất và vệ sinh công nghiệp. Quy chuẩn cũng nêu rõ không áp dụng đối với amoniac tinh khiết.

Lưu trữ và vận chuyển Amoniac khan như thế nào?

Tại KPTCHEM, hoạt động lưu trữ, vận chuyển và sử dụng chất này được quản lý theo Luật Hóa chất Việt Nam, các nghị định hướng dẫn thi hành và quy chuẩn về an toàn hóa chất nguy hiểm. Do amoniac khan được xếp vào nhóm hóa chất nguy hiểm và hàng hóa nguy hiểm, mọi hoạt động liên quan đều phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về thiết kế thiết bị, vận hành và an toàn lao động.

Các bồn chứa, bình chịu áp lực, đường ống và thiết bị sử dụng để lưu trữ amoniac phải được thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành theo quy định đối với thiết bị chịu áp lực. Trước khi đưa vào sử dụng và trong suốt quá trình vận hành, các thiết bị này phải được kiểm định kỹ thuật an toàn định kỳ bởi các tổ chức kiểm định được cơ quan có thẩm quyền chỉ định nhằm bảo đảm khả năng làm việc an toàn dưới áp suất cao.

Xe bồn chuyên dụng của KPTCHEM đang vận chuyển Amoniac hóa lỏng. Ảnh: KPTCHEM.

Đối với hoạt động vận chuyển, xe bồn và phương tiện chuyên dụng chở amoniac phải đáp ứng các điều kiện đối với phương tiện vận chuyển hàng hóa nguy hiểm, bao gồm dán đầy đủ biển cảnh báo nguy hiểm, trang bị phương tiện ứng cứu sự cố, bảo đảm tình trạng kỹ thuật của phương tiện và tuân thủ các quy định về xếp dỡ, vận chuyển cũng như đào tạo người tham gia vận chuyển hàng hóa nguy hiểm.

Các cơ sở lưu trữ amoniac với quy mô công nghiệp cũng phải đáp ứng các yêu cầu về an toàn hóa chất như bố trí khoảng cách an toàn, hệ thống thu gom sự cố, đê bao có dung tích tối thiểu bằng 110% thể tích bồn chứa lớn nhất, hệ thống thông gió, biển báo theo GHS, thiết bị phát hiện rò rỉ khí khi cần thiết, cùng phương án phòng ngừa và ứng phó sự cố hóa chất theo quy định của Bộ Công Thương.

Lưu ý an toàn khi sử dụng

Amoniac tinh khiết là hóa chất công nghiệp có nhiều ứng dụng quan trọng nhưng cũng tiềm ẩn những rủi ro đáng kể nếu không được quản lý đúng cách. Do có tính ăn mòn, khả năng gây kích ứng mạnh và được lưu trữ dưới áp suất cao, mọi hoạt động tiếp xúc, lưu trữ và vận chuyển đều phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn hóa chất.

Một trong những ưu điểm của chất này là có mùi khai rất đặc trưng, giúp con người dễ dàng phát hiện khi xảy ra rò rỉ. Ngưỡng nhận biết mùi thường nằm trong khoảng từ 5 đến 50 ppm, trong khi giới hạn phơi nhiễm cho phép trong môi trường làm việc là 50 ppm (trung bình trong 8 giờ). Tuy nhiên, ở nồng độ cao, amoniac có thể nhanh chóng gây kích ứng mắt, da và đường hô hấp, thậm chí đe dọa tính mạng nếu tiếp xúc trong không gian kín hoặc trong thời gian dài. Chính vì vậy, người lao động làm việc với amoniac khan cần được trang bị đầy đủ phương tiện bảo hộ cá nhân phù hợp với nồng độ hóa chất trong môi trường làm việc. Tùy theo điều kiện vận hành và khả năng phát sinh rò rỉ, các trang bị bảo hộ có thể bao gồm:

• Kính bảo hộ hoặc mặt nạ che toàn bộ khuôn mặt để bảo vệ mắt khỏi hơi và chất lỏng bắn tóe.
• Găng tay chống hóa chất có khả năng kháng amoniac.
• Quần áo và giày bảo hộ chống hóa chất nhằm hạn chế tiếp xúc trực tiếp với da.
• Ngoài ra, người lao động cần được đào tạo định kỳ về nhận diện mối nguy, quy trình vận hành an toàn và các biện pháp ứng phó khi xảy ra sự cố.

Giữa amoniac khan so với amoniac lỏng: Lựa chọn nào phù hợp?

Việc lựa chọn giữa amoniac tinh khiết hay lỏng phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, quy mô vận hành và khả năng đầu tư hệ thống. Dưới đây là bảng so sánh nhanh để Quý khách có thể tham khảo trước khi đưa ra quyết định cuối cùng.