化學及技術(shù)選講(2) 合成氨

走進化學工業(yè)化學與技術(shù)選講（二）人工固氮技術(shù)──合成氨在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當人畜進入后，經(jīng)常電閃雷鳴，狂風暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。請解釋原因。

N2+O2

====2NO2NO

+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO雷雨發(fā)莊稼神秘的魔鬼谷氮的固定將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法叫氮的固定．(一)合成氨的反應原理（1）原理由氮氣與氫氣直接合成氨的化學原理為:N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)

高溫高壓催化劑(放熱)反應特點：

可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減?。?）合成氨適宜條件的選擇：外加條件要盡可能加快反應速率，提高反應進行的程度。同時也要考慮實際生產(chǎn)中的動力、材料、設備等因素，以取得最佳經(jīng)濟效益。有利于增大化學反應速率有利于提高平衡混合物中氨的含量壓強增大，有利于氨的合成，但需要的動力大，對材料、設備等要求高，因此，工業(yè)上一般采用10～30MPa的壓強有利于增大化學反應速率有利于增大化學反應速率不利于提高平衡混合物中氨的含量溫度升高，化學反應速率增大，但不利于提高平衡混合物中氨的含量，因此合成氨時溫度要適宜。工業(yè)上一般采用500℃左右的溫度并且在這個溫度時，催化劑的活性最大沒有影響工業(yè)上一般采用鐵觸媒，使反應能在較低的溫度下較快的反應（3）工業(yè)上，采用以____為主的催化劑，在____________

℃和__________MPa的條件下合成氨。鐵400～50010～30(二)工業(yè)合成氨的原料選擇思考:工業(yè)合成氨時N2取自于什么物質(zhì)?H2又來源于哪里?N2主要來源于____氫氣主要來源于____(從空氣中分離出N2有哪些方法?)碳、碳的氫化物和水反應空氣三個生產(chǎn)過程:(三)工業(yè)合成氨的三個生產(chǎn)過程:造氣,凈化，合成與分離造氣(1)制取N2：物理方法為將空氣______，蒸發(fā)分離出氧氣，即：空氣液態(tài)空氣N2(先逸出)。化學方法為碳在空氣中燃燒，O2充分反應后除去CO2制取_____。液化氮氣液化分離(2)制取H2：①用水蒸氣通過赤熱的煤層，使水蒸氣與碳反應制得。主要反應為

____________________。②也可用石油、天然氣、焦爐氣、煉廠氣中的碳氫化合物與水蒸氣在催化劑作用下制備。主要反應為CH4＋H2O===3H2＋CO，CH4＋2H2O===4H2＋CO2。C＋H2O===CO＋H2原料氣凈化想一想:制取原料氣的過程中常混有的氣體雜質(zhì)有__________CO,CO2和H2S用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。使CO變成CO2：______________________。除去CO2(用K2CO3吸收)：_________________________________。CO＋H2O===CO2＋H2K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3合成與分離反應條件:1）濃度：使用過量的氮氣。2）溫度：400～500℃；3）高壓:10MPa~30MPa；4）催化劑(加快反應速率)：鐵從合成塔出來的混合氣體，氨氣占總體積的________，要把混合氣體通過冷凝器、_______，再導入液氨貯灌。剩余氣體再送回合成塔，循環(huán)利用(合成氨轉(zhuǎn)化率較低，要采用循環(huán)操作）。15%分離器特別提醒：①合成氨原料中的氮氣來源廣泛，擴大氫氣原料的來源以降低成本。②反應過程中的工藝條件常決定于催化劑的性能。研究高效的新型催化劑，以改變反應條件。工藝流程：原料氣的制取→凈化→壓縮→合成→分離→液氨N2、H2工業(yè)合成氨的工業(yè)流程:合成氨的實地照片(四)合成氨工業(yè)的發(fā)展1、原料及原料氣的凈化2、催化劑的改進3、環(huán)境保護1．原料及原料氣的凈化原料氣之一的氮氣來自_______，目前氫氣主要通過不同的______態(tài)(煤和焦炭)、_____態(tài)(石油中提煉的石腦油、重油)、______態(tài)(天然氣、焦爐氣)可燃物為原料制取。2．催化劑的改進多年來一直用________作催化劑，目前有采用____為基礎活性物質(zhì)的新型催化劑?？諝夤桃簹獯盆F礦釕3．環(huán)境保護(1)廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料(2)廢氣：主要是_______和________等有害氣體，對H2S的處理，可用___________法(選擇性催化氧化)、_______法(用溶劑吸收濃縮)，CO2可用來生產(chǎn)尿素和碳銨等。(3)廢液：主要是含_________和含氨的污水，處理含氰化物污水主要有______、加壓水解、氧化分解、_______沉淀、反吹回爐等方法。處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用_____________治理。H2SCO2直接氧化循環(huán)氰化物生化化學離子交換法小結(jié)：工業(yè)合成氨:(1)原理與過程:(2)原料：(3)合成條件:(4)三廢處理:課堂訓練：

1.合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序為（

）A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①Ｂ2.合成氨所需的H2可由煤和水