化工专业英语Lesson6

1、Lesson6AmmoniaA1Dinitrogenmakesupmorethanthree-quartersoftheairwebreathe,butitisnotreadilyavailableforfurtherchemicaluse.在我们呼吸的空气中，有超过3/4是氮气，但是要进一步的化学应用并不简单。2 Biologicaltransformationofnitrogenintousefulchemicalsisembarrassingforthechemicalindustry,sincealltheeffortofalltheindustrystechnologistshasb

2、eenunabletofindaneasyalternativetothis.对于化学工业来说，利用生物转化法将氮气转化为有用的化学产品是很困难的，因为所有工厂的技术专家做了很多努力也没有找到一个容易的方法。3 Leguminousplantscantakenitrogenfromtheairandconvertitintoammoniaandammonium-containingproductsatatmospherepressureandambienttemperature;豆科植物可以在大气压和常温下将空气中的氮转化为氨和含有钱基的物质。4 despiteahundredyearsofe

3、ffort,thechemicalindustrystillneedshightemperaturesandpressuresofhundredsofatmospherestodothesamejob.但是对于化学工业，尽管经过了一百多年的努力，要完成相同的工作，仍需要高温和高出大气压几百倍的高压。5 Indeed,untiltheinventionoftheHaberprocess,allnitrogen-containingchemicalscamefrommineralsourcesultimatelyderivedfrombiologicalactivity.实际上，在哈伯博斯制氨法发

4、明之前，所有含氮的化学产品是从矿物中提取出来的，最终通过生物方法得到。B1EssentiallyallthenitrogeninmanufacturedchemicalscomesfromammoniaderivedfromtheHaber-basedprocess.本质上而言，所有已制备的化学产品中的氮都来自于哈伯博斯制氨法制备的氨。2Somuchammoniaismade(moremoleculesthananyothercompound,thoughbecauseitisalightmoleculegreaterweightsofotherproductsareproduced),and

5、soenergy-intensiveistheprocess,thatammoniaproductionalonewasestimatedtouse3%oftheWorldenergysupplyinthemid-1980s.制备大量的氨(由于氨分子较轻，因此尽管生产的其它产品的量更大，但氨的分子数要多于其他任何化合物)，需要在过程中消耗大量的能源，在20世纪80年代中期，生产氨产品消耗的能源约占世界能源供给的3%。CTheHaberProcessForAmmoniaSynthesis氨合成中的哈伯博斯制氨法1 Introduction.Allmethodsformakingammoniaar

6、ebasicallyfine-tunedversionsoftheprocessdevelopedbyHaber,NernstandBoschinGermanyjustbeforetheFirstWar.介绍。哈伯、能斯特和波希于一战前在德国开发出了哈伯工艺，现在所有的合成氨方法基本工艺都是以该法为基础、再稍微加以改变的。N2+3H2=2NH3D1Inprinciplethereactionbetweenhydrogenandnitrogeniseasy;itisexothermicandtheequilibriumliestotherightatlowtemperatures.从理论上来讲，

7、氢气和氮气的反应很简单，反应是放热的，在低温时，平衡向右移动。2 Unfortunately,naturehasbestoweddinitrogenwithaninconvenientlystrongtriplebond,enablingthemoleculetothumbitsnoseatthermodynamics.不幸的是，自然赠与了氮分子强烈的三键结合，使该分子不易受热力学因素的影响。3 Inscientifictermsthemoleculeiskineticallyinert,andratherseverereactionconditionsarenecessarytogetrea

8、ctionstoproceedatarespectablerate.用科学术语来说，该分子是动力学惰性的，因此，要使该反应以一定的速度进行，需要相当苛刻的反应条件。534 Amajorsourceoffixed”(meaning,paradoxically,“usefullyreactive)nitrogeninnatureislightning,wheretheintenseheatissufficienttocreatenitrogenoxidesfromnitrogenandoxygen.自然界中“固定”(与“有效的活动性”相反)氮的一个主要的来源是闪电，巨大的热量使氮气和氧气生成氮的氧

9、化物。E1Togetarespectableyieldofammoniainachemicalplantweneedtouseacatalyst.在化工厂里，为了得到氨的可观的产量，我们需要使用催化剂。5 WhatHaberdiscovered-anditwonhimaNobleprize-wasthatsomeironcompoundswereacceptablecatalysts.哈伯发现一些铁的化合物可以做催化剂，这使他获得了诺贝尔奖。6 Evenwithsuchcatalystsextremepressures(upto600atmospheresinearlyprocesses)an

10、dtemperatures(perhaps400C)arenecessary.但是，即使有这些催化剂，这个反应仍然需要很高的压力(在早期的工艺中高达600个大气压)和高温(大约400C)0F1Pressuredrivestheequilibriumforward,asfourmoleculesofgasarebeingtransformedintotwo.由于四个气体分子转化为两个气体分子，所以增加压力使平衡向右移动。7 Highertemperatures,however,drivetheequilibriumthewrongway,thoughtheydomakethereactionfa

11、ster,chosenconditionsmustbeacompromisethatgivesanacceptableconversionatareasonablespeed.虽然高温可以加快反应速度，但它使平衡向反向移动，因此，所选的条件必须要适当，从而使反应在合理的速率下有令人满意的转化率。8 Theprecisechoicewilldependonothereconomicfactorsandthedetailsofthecatalyst.反应条件的准确选择将取决于其他的经济因素和催化剂的具体情况。9 Modernplantshavetendedtooperateatlowerpress

12、uresandhighertemperatures(recyclingunconvertedmaterial)thanthenearer-idealearlyplants,sincethecapitalandenergycastshavebecomemoresignificant.现代工厂已倾向于在更低压和更高温下操作(回收没有转化的材料)，因为投资费用和能量费用已变得更为重要。G1Biologicalfixationalsousesacatalystwhichcontainsmolybdenum(orvanadium)andironembeddedinaverylargeprotein,th

13、edetailedstructureofwhicheludedchemistsuntillate1992.氮的生物固定也要使用催化剂，催化剂是将铝(或这锐)和铁嵌入巨大的蛋白质中，细微的结构困扰着化学家直到1992后期。10 Howitworksisstillnotunderstoodindetail.它是如何起作用的直到现在也没有完全弄明白。H1RawMaterials.Theprocessrequiresseveralinputs:energy,nitrogenandhydrogen.原料。过程中需要的原料有：能量、氮气和氢气。11 Nitrogeniseasytoextractfroma

14、ir,buthydrogenisanotherproblem.氮气很容易从空气中提取，但氢气是一个问题。12 Originallyitwasderivedfromcoalviacokewhichcanbeusedasarawmaterial(basicallyasourceofcarbon)insteamreforming,wheresteamisreactedwithcarbontogivehydrogen,carbonmonoxideandcarbondioxide.最初，氢气是从煤中得到的，将焦炭作为一种原材料(碳的一种基本的来源)在水蒸汽中转化，水蒸气和碳反应生成氢气、一氧化碳和二氧化

15、碳。13 Nownaturalgas(mainlymethane)isusedinstead,thoughotherhydrocarbonsfromoilcanalsobeused.现在由天然气代替(主要成分是甲烷)，也可以用石油中的其他碳氢化合物。14 Ammoniaplantsalwaysincludehydrogen-producingplantslinkeddirectlytotheproductionofammonia.合成氨工厂经常包含生产氢的工厂，它直接影响氨的生产。54I1Priortoreformingreactions,sulphur-containingcompounds

16、mustberemovedfromthehydrocarbonfeedstockastheypoisonboththereformingcatalystsandtheHabercatalysts.在转化反应之前，碳氢化合物中含硫的物质必须先去除，原因是它们会污染转化的催化剂和哈伯催化剂。2 Thefirstdesulphurizationstageinvolvesacobalt-molybdenumcatalyst,whichhydrogenatesallsulphur-containingcompoundstohydrogensulfide.第一个脱硫阶段涉及的是钻-铝催化剂，它使所有含硫的

17、化合物与氢反应生成硫化氢。3 Thiscanberemovedbyreactionwithzincoxide（togivezincsulfideandwater）.硫化氢可以用氧化锌去除（生成硫化锌和水）。J1Themajorreformingreactionsaretypifiedbythefollowingreactionsofmethane（whichoccurovernickel-basedcatalystsatabout750）:CH4+H2O-CO+3H2synthesisgas（混合气体）CH4+2H2OCO2+4H2下面是主要转化反应的一个典型的反应，甲烷的反应（反应中锲作催化

18、剂，反应温度大约750C）。4 Otherhydrocarbonsundergosimilarreactions.其他的碳氢化合物发生的反应相似。K1Inthesecondaryreformers,airisinjectedintothegasstreamatabout110Q在二次转化炉中，在1100c时，将空气注入到气流中。5 Inadditiontotheotherreactionsoccurring,theoxygenintheairreactswithhydrogentogivewater,leavingamixturewithclosetotheideal3:1ratioofhyd

19、rogentonitrogenwithnocontaminatingoxygen.除了其他反应发生之外，空气中的氧气和氢气反应生成水，剩余的混合气中，氢气和氮气接近理想比例3:1和没有被污染的氧气。6 Furtherreactions,however,arenecessarytoconvertmoreofthecarbonmonoxideintohydrogenandcarbondioxideviatheshiftreaction:CO+H2O-CO2+H2然而，需要进一步的变换反应将一氧化碳转化为氢气和二氧化碳。K1Thisreactioniscarriedoutatlowertempera

20、turesandintwostages（400Cwithanironcatalystand220Cwithacoppercatalyst）toensurethatconversionisascompleteaspossible.此反应发生的温度较低（400c时使用铁催化剂，220c时使用铜催化剂），为了保证转化尽可能的完全，使用两段反应。M1Inthenextstage,carbondioxidemustberemovedfromthegasmixture,andthisisaccomplishedbyreactingtheacidicgaswithanalkalinesolutionsuch

21、aspotassiumhydroxideand/ormono-ordi-ethanolamine.下一个阶段，需要在混合气中去除二氧化碳，完成这步骤是通过酸性气体和碱性溶液的反应，如氢氧化钾或乙醇胺或着是单一的乙醇胺。N1Bythisstagethereisstilltoomuchcontaminationofthehydrogen-nitrogenmixturebycarbonmonoxide（whichpoisonstheHabercatalysts）,andanotherstepisneededtogettheamountofCOdowntoppmlevels.在这各阶段，氢-氮混合气中

22、仍然有很多的一氧化碳污染物（污染哈伯催化剂），需要另外的步骤使得CO的数量降到ppm（百万分之一）的数量级。7 ThisstepiscalledmethanationandinvolvesthereactionofCOandhydrogentogivemethane（i.e.thereverseofsomeofthereformingsteps）.这个步骤被叫做甲烷化作用，涉及的反应为CO和氢气生成甲烷（即转化步骤的逆过程）。8 Thereactionoperatesatabout325andusesanickelcatalyst.反应发生的温度约为325C,使用锲做催化剂。9 Nowthes

23、ynthesisgasmixtureisreadytogointoaHaberreaction.55现在，合成的气体混合物进入哈伯反应。O1AmmoniaProduction.Thecommonfeaturesofallthedifferentvarietiesofammoniaplantarethatthesynthesisgasmixtureisheated,compressedandpassedintoareactorcontainingacatalyst.合成氨产品。各种各样不同的合成氨的工厂的普遍特征是，合成的气体混合物受热、加压、通过一个装有催化剂的反应器。2Theessentia

24、lequationforthereactionissimple:N2+3H2=2NH3反应基本的化学式很简单：P1Whatindustryneedstoachieveintheprocessinanacceptablecombinationofreactionspeedandreactionyield.过程中，工业上需要达到的是：反应的速率和产量都是可接受的。2 Differentcompromiseshavebeensoughtatdifferenttimesandindifferenteconomiccircumstances.在不同的时期和不同的经济环境中寻找不同的折中的方案。3 Ear

25、lyplantsplumpedforveryhighpressure(togettheyieldupinaone-passreactor),butmanyofthemostmodernplantshaveacceptedmuchlowerone-passyieldsatlowerpressuresandhavealsooptedforlowertemperaturestoconserveenergy.早期的工厂选择非常高的压强(为了使收益率上升，选择单程反应器)，但是很多现代的工厂接受更低的单程收益率，反应的压强更低，同时选择更低的反应温度来节约能源。4 Inordertoensurethem

26、aximumyieldinthereactorthesynthesisgasisusuallycooledasitreachesequilibrium.为了保证反应器中的产量最大，通常在反应平衡时冷却合成气。5 Thiscanbedonebytheuseofheatexchangersorbytheinjectionofcoolgasintothereactorsatanappropriatepoint.这可以通过使用热交换器或在适当的时候向反应器内注入冷却的气体来实现。6 Theeffectofthisistofreezethereactionasneartoequilibriumaspos

27、sible.这样做的效果是尽可能在平衡时凝结反应。7 Sincethereactionisexothermic(andtheequilibriumislessfavorableforammoniasynthesisathighertemperatures)theheatmustbecarefullycontrolledinthiswaytoachievegoodyields.由于反应时放热的(高温对于合成氨反应的平衡是没有利的)，必须小心的控制热量来获得好的产量。Q1TheoutputfromtheHaberstagewillconsistofamixtureofammoniaandsynth

28、esisgassothenextstageneedstobetheseparationofthetwosothatthesynthesisgascanberecycled.哈伯阶段的产物将包括合成气和氨气的混合气，所以下一阶段需要使这两种气体分离，合成气还可以循环利用。8 Thisisnormallyaccomplishedbycondensingtheammonia(whichisagooddeallessvolatilethantheothercomponents,ammoniaboilsatabout-40).这通常通过压缩氨气来实现(与其他组分相比，氨气是少见的易挥发的气体，氨气的沸点

29、大约为-40C)0R1UseofAmmonia.Themajoruseofammoniaisnotfortheproductionofnitrogen-containingchemicalsforfurtherindustryuse,butforfertilizerssuchasureaorammoniumnitratesandphosphates.氨气的应用。氨气的主要应用并不是生产含氮的化学产品，做进一步的工业应用，而是用来制备化肥，比如尿素、硝酸钱和磷酸盐。2 Fertilizersconsume80%ofalltheammoniaproduced.生产的氨，80%用在了化肥上。3 IntheUSAin1991,forexample,thefollowingammonia-derivedproduc