化學(xué)及技術(shù)選講(2)-合成氨

化學(xué)與技術(shù)選講（二）人工固氮技術(shù)──合成氨第一頁第二頁，共24頁。在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當(dāng)人畜進(jìn)入后，經(jīng)常電閃雷鳴，狂風(fēng)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)莊稼神秘的魔鬼谷第二頁第三頁，共24頁。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．第三頁第四頁，共24頁。(一)合成氨的反應(yīng)原理（1）原理由氮氣與氫氣直接合成氨的化學(xué)原理為:N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)

高溫高壓催化劑(放熱)反應(yīng)特點：

可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減小（2）合成氨適宜條件的選擇：外加條件要盡可能加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)進(jìn)行的程度。同時也要考慮實際生產(chǎn)中的動力、材料、設(shè)備等因素，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。第四頁第五頁，共24頁。反應(yīng)條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響對平衡混合物中氨的含量的影響合成氨條件的選擇增大壓強(qiáng)升高溫度

使用催化劑有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率有利于提高平衡混合物中氨的含量壓強(qiáng)增大，有利于氨的合成，但需要的動力大，對材料、設(shè)備等要求高，因此，工業(yè)上一般采用10～30MPa的壓強(qiáng)有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率不利于提高平衡混合物中氨的含量溫度升高，化學(xué)反應(yīng)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(yīng)能在較低的溫度下較快的反應(yīng)第五頁第六頁，共24頁。（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第六頁第七頁，共24頁。(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(yīng)空氣第七頁第八頁，共24頁。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，合成與分離第八頁第九頁，共24頁。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(xué)方法為碳在空氣中燃燒，O2充分反應(yīng)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(yīng)制得。主要反應(yīng)為

____________________。②也可用石油、天然氣、焦?fàn)t氣、煉廠氣中的碳?xì)浠衔锱c水蒸氣在催化劑作用下制備。主要反應(yīng)為CH4＋H2O===3H2＋CO，CH4＋2H2O===4H2＋CO2。C＋H2O===CO＋H2第九頁第十頁，共24頁。原料氣凈化想一想:制取原料氣的過程中?；煊械臍怏w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第十頁第十一頁，共24頁。合成與分離反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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%分離器第十一頁第十二頁，共24頁。特別提醒：①合成氨原料中的氮氣來源廣泛，擴(kuò)大氫氣原料的來源以降低成本。②反應(yīng)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(yīng)條件。工藝流程：原料氣的制取→凈化→壓縮→合成→分離→液氨N2、H2第十二頁第十三頁，共24頁。工業(yè)合成氨的工業(yè)流程:第十三頁第十四頁，共24頁。合成氨的實地照片第十四頁第十五頁，共24頁。(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(jìn)3、環(huán)境保護(hù)第十五頁第十六頁，共24頁。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?fàn)t氣)可燃物為原料制取。2．催化劑的改進(jìn)多年來一直用________作催化劑，目前有采用____為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑?？諝夤桃簹獯盆F礦釕第十六頁第十七頁，共24頁。3．環(huán)境保護(hù)(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(xué)離子交換法第十七頁第十八頁，共24頁。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:第十八頁第十九頁，共24頁。課堂訓(xùn)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．②③④①Ｂ第十九頁第二十頁，共24頁。2.合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：

正反應(yīng)放熱），下列措施中