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1、走进化学工业 化学与技术选讲 二 人工固氮技术 合成氨 在新疆与青海交界处有一山谷 人称魔鬼谷 每当人畜进入后 经常电闪雷鸣 狂风暴雨 把人畜击毙 然而谷内却是牧草茂盛 四季常青 请解释原因 N2 O2 2NO 2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO 雷雨发庄稼 神秘的魔鬼谷 氮的固定 将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定 一 合成氨的反应原理 1 原理由氮气与氢气直接合成氨的化学原理为 反应特点 可逆 放热 气体分子总数减小 2 合成氨适宜条件的选择 外加条件要尽可能加快反应速率 提高反应进行的程度 同时也要考虑实际生产中的动力 材料 设备等因素 以取得最佳经济效益
2、有利于增大化学反应速率 有利于提高平衡混合物中氨的含量 压强增大 有利于氨的合成 但需要的动力大 对材料 设备等要求高 因此 工业上一般采用10 30MPa的压强 有利于增大化学反应速率 有利于增大化学反应速率 不利于提高平衡混合物中氨的含量 温度升高 化学反应速率增大 但不利于提高平衡混合物中氨的含量 因此合成氨时温度要适宜 工业上一般采用500 左右的温度并且在这个温度时 催化剂的活性最大 没有影响 工业上一般采用铁触媒 使反应能在较低的温度下较快的反应 3 工业上 采用以 为主的催化剂 在 和 MPa的条件下合成氨 铁 400 500 10 30 二 工业合成氨的原料选择 思考 工业合成
3、氨时N2取自于什么物质 H2又来源于哪里 N2主要来源于 氢气主要来源于 从空气中分离出N2有哪些方法 碳 碳的氢化物和水反应 空气 三个生产过程 三 工业合成氨的三个生产过程 造气 净化 合成与分离 造气 1 制取N2 物理方法为将空气 蒸发分离出氧气 即 空气液态空气N2 先逸出 化学方法为碳在空气中燃烧 O2充分反应后除去CO2制取 液化 氮气 液化 分离 2 制取H2 用水蒸气通过赤热的煤层 使水蒸气与碳反应制得 主要反应为 也可用石油 天然气 焦炉气 炼厂气中的碳氢化合物与水蒸气在催化剂作用下制备 主要反应为CH4 H2O 3H2 CO CH4 2H2O 4H2 CO2 C H2O
4、CO H2 原料气净化 想一想 制取原料气的过程中常混有的气体杂质有 CO CO2和H2S 用稀氨水吸收H2S杂质 NH3 H2O H2S NH4HS H2O 使CO变成CO2 除去CO2 用K2CO3吸收 CO H2O CO2 H2 K2CO3 CO2 H2O 2KHCO3 合成与分离 反应条件 1 浓度 使用过量的氮气 2 温度 400 500 3 高压 10MPa 30MPa 4 催化剂 加快反应速率 铁 从合成塔出来的混合气体 氨气占总体积的 要把混合气体通过冷凝器 再导入液氨贮灌 剩余气体再送回合成塔 循环利用 合成氨转化率较低 要采用循环操作 15 分离器 特别提醒 合成氨原料中的
5、氮气来源广泛 扩大氢气原料的来源以降低成本 反应过程中的工艺条件常决定于催化剂的性能 研究高效的新型催化剂 以改变反应条件 工艺流程 原料气的制取 净化 压缩 合成 分离 液氨 N2 H2 工业合成氨的工业流程 合成氨的实地照片 四 合成氨工业的发展 1 原料及原料气的净化 2 催化剂的改进 3 环境保护 1 原料及原料气的净化原料气之一的氮气来自 目前氢气主要通过不同的 态 煤和焦炭 态 石油中提炼的石脑油 重油 态 天然气 焦炉气 可燃物为原料制取 2 催化剂的改进多年来一直用 作催化剂 目前有采用 为基础活性物质的新型催化剂 空气 固 液 气 磁铁矿 钌 3 环境保护 1 废渣 主要是煤
6、渣和炭黑 可用作肥料的原料和建筑材料 2 废气 主要是 和 等有害气体 对H2S的处理 可用 法 选择性催化氧化 法 用溶剂吸收浓缩 CO2可用来生产尿素和碳铵等 3 废液 主要是含 和含氨的污水 处理含氰化物污水主要有 加压水解 氧化分解 沉淀 反吹回炉等方法 处理含氨废水可用蒸馏的方法回收 也可用 治理 H2S CO2 直接氧化 循环 氰化物 生化 化学 离子交换法 小结 工业合成氨 1 原理与过程 2 原料 3 合成条件 4 三废处理 课堂训练 1 合成氨工业有下列流程 原料气制备 氨的合成 原料气净化和压缩 氨的分离 其先后顺序为 A B C D 2 合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得 其中一步的反应为 正反应放热 下列措施中 能提高CO转化率的是 A 增大压强B 降低温度C 增大水蒸气浓度D 加催化剂
