合成氨人工固氮,燃料和能源氢能、风能、核能、太阳能等

合成氨(人工固氮)氮的固定:.定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。.方法：氮的固定主要方法有：(1)人工合成氨：化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。(2)根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。.工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。二、合成氨的反应原理.加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体，可以看到湿润的PH试纸变蓝色.用氢气和氨气合成氨的反应式是癌一用、N2+3H2=M?2NH3,属放热反应。.工业上，采用以铁为主的催化剂，在400〜500℃和10Mpa〜30Mpa的条件下合成氨。(1)催化剂的主要作用：成千上万倍地加快化学反应速率，缩短达平衡的时间，提高日产量。(2)合成氨的适宜条件：以铁为主的催化剂，在400〜500℃和10Mpa〜30Mpa的条件(3)选择适宜生产条件的原则：有较高的反应速率和平衡转化率，能最大限度地提高利润。(4)合成氨生产时，不采用尽可能高的压强，通常采用10MPa〜30MPa的压强，否则会增大设备的动力要求，增大成本。(5)合成氨的反应为放热反应，降低温度促使平衡向有移动，有利于N2、H2转化为NH3；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率。生产中将二者综合考虑，既要保证N2、H2的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度400〜500℃左右。应注意该温度为催化剂活化温度，低于此温度，催化剂不起作用。(6)催化剂是影响反应速率的几个因素中，对反应速率影响程度最大的。催化剂的特点：①选择性：不同的反应选择不同的催化剂，如合成氨选择了铁触媒。每种催化剂都是对特定的反应有催化作用，并非能改变任何化学反应的速率。②灵敏性：催化剂中混入杂质，常常会失去催化作用，称催化剂“中毒”，因此反应气体进入反应器前必须净化。③催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用，如铁触媒活化温度为400〜500℃,因此该温度为合成氨的适宜温度。人工固氮技术一一合成氨：.生产原理.合成氨的基本生产过程(1)原料气的制备要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。①氮气的制备合成氨所需要的氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮气。②氢气的制备氢气主要来源于水和碳氢化合物。氢气的制取有下表中的几条途径。制取氨气的途径 ! 化学反应原理电解水制取氧气 2KZ()=2HJ+必T由煤或焦炭制取氧气 C亍也仅十遮迪也十C。C[[j4-H,O^=^31L+CO由天然气或重油制取氢气। r ,।CH」-2H,U-妥—昆(2)原料气的净化原料气的净化就是除去原料气中的杂质。在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”即是催化剂失去催化活性)，所以必须除去。原料气净化的主要目的是防止催化剂“中毒”。(3)氨的合成与分离①氨的合成工业合成氨的主要设备是合成塔。将净化后的原料气经过压缩机压缩后输人合成塔，经过下列化学反应合成氨：高温.高压、闻+3匕二而一”乩②氨的分离从合成塔出来的混合气体，通常约含15%(体积分数)的氨。为了使氨从未反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。南气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。3.合成氨适宜条件的选择外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应物的转化率.

4.合成氨的环境保护4随着环境保护意识的增强，以及相关的法律、法规的严格实施，合成氨生产中可能产生的“三废”的处理越来越成为技术改造的重要问题。(1)废渣主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。(2)废气主要是H2S和co2等气体。对H2S气体的处理，先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。对co2的处理，正在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。(3)废液主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。燃料和能源(氢能、风能、核能、太阳能等)燃料和能源：.能源的分类：传统燃料;柴草.格秆等J化石燃料:煤、石油、天然气等'类新能源：太阳能■，风能、潮汐能.生物质能,技能、量能等.各种能源的特点：(1)传统燃料。柴草是农村使用的重要能源，但它的利用率低，且污染严重。(2)化石燃料。这是人们目前使用的主要能源，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终会枯竭，属于不可再生能源。(3)新能源。新能源来源丰富，多数可以再生，没有污染或污染很小，所以可能成为未来的主要能源，但它们也有自己的缺点，如太阳能的能量密度低，使用成本高；氢能储仔、运输困难；风能不稳定，受地区、季节、气候的影响大。.我国的能源状况(1)能源种类。我国的能源种装有化石燃料、水能和核能，其中化石燃料和水能的人均值太低，核能一一铀已探日月的储量很低，仅够4000万干瓦核电站运行30年。5(2)我国能源的总消费量和人均消费量从改革开放以来〜直到1995年逐年增加，从1995年开始有减少的趋势。(3)我国能源利用率低，只有9%,能源节约的空间很大。.使用化石燃料的利弊及新能源的开发(1)燃料充分燃烧的两个条件：①要有足够的空气；②燃料与空气要有足够大的接触面积。(2)重要的化石燃料：煤、石油、天然气(3)煤作燃料的利弊问题：①煤是重要的化工原料；②煤直接燃烧时产生SO9等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染；2③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用率低，且运输不方便；④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化以