化学及技术选讲(2)-合成氨

化学与技术选讲（二）人工固氮技术──合成氨第一页第二页，共24页。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

====2NO2NO

+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO雷雨发庄稼神秘的魔鬼谷第二页第三页，共24页。氮的固定将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定．第三页第四页，共24页。(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:N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)

高温高压催化剂(放热)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。第四页第五页，共24页。反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中氨的含量的影响合成氨条件的选择增大压强升高温度

使用催化剂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第五页第六页，共24页。（3）工业上，采用以____为主的催化剂，在____________

℃和__________MPa的条件下合成氨。铁400～50010～30第六页第七页，共24页。(二)工业合成氨的原料选择思考:工业合成氨时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第七页第八页，共24页。三个生产过程:(三)工业合成氨的三个生产过程:造气,净化，合成与分离第八页第九页，共24页。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H2：①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

____________________。②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===CO＋H2第九页第十页，共24页。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＋H2K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3第十页第十一页，共24页。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%分离器第十一页第十二页，共24页。特别提醒：①合成氨原料中的氮气来源广泛，扩大氢气原料的来源以降低成本。②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第十二页第十三页，共24页。工业合成氨的工业流程:第十三页第十四页，共24页。合成氨的实地照片第十四页第十五页，共24页。(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、环境保护第十五页第十六页，共24页。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第十六页第十七页，共24页。3．环境保护(1)废渣：主要是煤渣和炭黑，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。H2SCO2直接氧化循环氰化物生化化学离子交换法第十七页第十八页，共24页。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:第十八页第十九页，共24页。课堂训练：

1.合成氨工业有下列流程：①原料气制备；②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为（

）A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①Ｂ第十九页第二十页，共24页。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