氨是一种重要的化学原料,常用于制造肥料、染料、医药、农药、合成树脂等。氨可以通过肯尼斯-汉森反应(Haber-Bosch Process)制备。
肯尼斯-汉森反应的基本原理是:将氮气与过氧化氢在高压下加热,加入催化剂(通常使用铁或铝粉),通过反应产生氨。肯尼斯-汉森反应的基本方程式为:
N2 + 3H2 + 催化剂 → 2NH3
肯尼斯-汉森反应是一个高压、高温的反应,常使用压力在200-300 atm,温度在400-500°C左右。反应过程中要注意控制反应温度,避免过热造成的反应不完全。
制备氨的工艺流程较复杂,还需要使用其他设备,例如压缩机、冷却器、氧化器等。在实际生产过程中,还要注意节省能源、减少废气排放等问题。
肯尼斯-汉森反应是一种高效的氨生产工艺,已经成为世界上主要的氨生产方法。它的主要优点有:
产率高:肯尼斯-汉森反应的产率高达90%以上,是其他氨生产工艺的数倍。
生产规模大:肯尼斯-汉森反应的生产规模大,可以连续生产,满足大量的氨需求。
反应条件简单:肯尼斯-汉森反应的反应条件简单,不需要特殊的气氛或溶剂,可以在常温常压下进行。
但是,肯尼斯-汉森反应也存在一些缺点。例如,反应需要高压和高温的条件,需要使用大型的反应装置;反应产生的废气中含有大量的氮氧化物,对环境造成污染;催化剂的使用寿命短,需要定期更换。因此,在生产过程中需要注意这些问题,避免造成环境污染。
除了肯尼斯-汉森反应外,还有其他一些方法可以用来制备氨。例如:
电解法:将氮气电解成氨和氢气,再将氢气与过氧化氢反应生成氨。这种方法通常用于实验室小规模的氨制备,产率较低。
铵氰酸法:将铵氰酸与过氧化氢反应生成氨和碳酸铵。这种方法通常用于小规模的氨制备,产率较低。
碳酸钾法:将碳酸钾与过氧化氢反应生成氨和碳酸钾。这种方法通常用于小规模的氨制备,产率较低。
除了以上几种方法外,还有一些新的氨生产工艺正在研究和开发中,例如利用太阳能、生物质、电化学等方法生产氨等。这些新的氨生产工艺具有较高的生产效率,且对环境的影响较小,有望在未来成为主要的氨生产。
工业合成氨的流程:
1、原料气制备:将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气;
2、净化:对粗原料气进行净化处理,除去氢气和氮气以外的杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程;
3、氨合成:将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在催化剂的作用下合成氨,氨的合成是提供液氨产品的工序,是整个合成氨生产过程的核心部分,氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行,由于反应后气体中氨含量不高,一般只有100,故采用未反应氢氮气循环的流程。
煤、空气、水。
化肥厂生产合成氨的原料是煤、空气、水,煤气发生炉中主要反应有C+O2,将合成的氨气部分通入碳化塔,既除去了二氧化碳又得到了化肥NH4HCO3。
氨气制法指的是制取氨气的方法。氨气是实验室与生产中的常用气体。实验室制取氨气的方法主要是加热固体氯化铵与熟石灰的混合物,然后将气体收集起来。
制取氨气的方程式:
氨气, NH₃,无色气体。有强烈的刺激气味。密度 0.7710。相对密度0.5971(空气=1.00)。易被液化成无色的液体。在常温下加压即可使其液化(临界温度132.4℃,临界压力11.2兆帕,即112.2大气压)。
扩展资料氨用于制造氨水、氮肥(尿素、碳铵等)、复合肥料、硝酸、铵盐、纯碱等,广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域。含氮无机盐及有机物中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。此外,液氨常用作制冷剂,氨还可以作为生物燃料来提供能源。
氨气检验
1、方法一:
用湿润的红色石蕊试纸检验,试纸变蓝证明有氨气。
2、方法二:
用玻璃棒蘸浓盐酸或者浓硝酸靠近,产生白烟,证明有氨气。
(/),氨的主要用途:主要为制造尿素、磷铵、三聚氰胺、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、硝酸、丙烯腈等无机和有机化工产品以及冷冻、塑料、冶金、医药、国防等工业的原料。那么氨气的工业制法是怎样的呢?
随着大型化的发展,氨合成圈已成为降低合成氨能耗的主要单元之一。近代大型氨合成装置的代表设计有三种:
1.布朗的三塔三废锅氨合成圈:布朗三塔三废锅氨合成圈由3个合成塔和3个废锅组成。塔内有催化剂筐,气体由外壳与筐体的间隙从底部向上流过,再由上向下轴向流过催化剂床。三塔催化剂装填量比二塔多,最终出口氨含量可以从16.5%提高到21%以上,减少了循环气量,节省了循环压缩功。合成塔控制系统非常简单,各塔设有旁路用阀门调节气体入塔温度。由于氨合成反应平衡的限制,决定了催化剂温度,不需要调节催化剂床层反应温度。
2.伍德两塔三床两废锅氨合成圈:伍德两塔三床两废锅氨合成圈采用两个较小的合成塔,3个催化剂床,两塔塔后各连一个废锅。这种结构使反应温度分布十分接近最优的反应温度,气体的循环量和压降小,投资和能耗节省,副产高压蒸汽多。
3.托普索两塔三床两废锅氨合成圈:托普索S-250系统采用无下部换热的S-200合成塔和S-50合成塔组成。还包括:(1)废锅和锅炉给水换热器回收废热;(2)合成塔进出气换热器,水冷器,氨冷器和冷交换器,氨分离器及新鲜气氨冷器等。合成塔为径向流动催化剂床,采用1.5mm~3mm小催化剂,压降为0.3MPa。由S-200型塔出来的合成气,经废热锅炉回收热量,并保证入S-50型塔的合适温度,以提高单程合成率。
其他方法
天然气制氨。天然气先经脱硫,然后通过二次转化,再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序,得到的氮氢混合气,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%~0.3%(体积),经甲烷化作用除去后,制得氢氮摩尔比为3的纯净气,经压缩机压缩而进入氨合成回路,制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油,可用部分氧化法制得合成氨原料气,生产过程比天然气蒸气转化法简单,但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化,氮作为氨合成原料外,液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
煤(焦炭)制氨。随着石油化工和天然气化工的发展,以煤(焦炭)为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
氨是实验室和生产中常见的气体。制备氨的实验室方法有氮化合物、固体铵盐和浓氨。氯化钙是一种中性干燥剂,可干燥酸性气体、碱性气体、中性气体等气体。然而,它不能用于干燥氨,因为氯化钙与氨反应生成八氨氯化钙。
化学反应方程式是,CaCl2+NH3=CaCl2.8NH3,所以不能用浓氨水和氯化钙制取氨气。浓氨水,浓度22-25%,工业一级品。浓氨水与挥发性酸,如浓盐酸和浓硝酸相遇会产生白烟。 NH3·H2O=NH3↑+H2O 实验室中,氨可以通过加热浓氨或在室温下将浓氨与固体烧碱混合来生产。其装置和操作简单,得到的氨浓度大,喷泉实验效果较好。
应添加沉淀氨和Fe2以产生沉淀氨。氨是一种很好的沉淀剂。它能与多种金属离子反应,形成不溶性弱碱或两性氢氧化物。一种由氯和钙组成的盐,化学式为CaCl2。略带苦味,无味。它是一种典型的离子卤化物,在室温下呈白色、坚硬的碎片或颗粒。它的常见应用包括用于制冷设备的盐水、道路融冰剂和干燥剂。
在高比表面积载体上负载氯化钙,可以大大提高氯化钙与氨气的接触面积。以往的研究表明,分子筛负载氯化钙制备的复合吸附剂比单一吸附剂具有更好的吸附性能和稳定性。氨也是所有药物的直接或间接成分。氨用途广泛,但也具有腐蚀性和其他危险特性。由于氨的用途广泛,氨是世界上生产最多的无机化合物之一,80%以上的氨用于制造化肥。氨也是路易斯碱,因为它能提供孤对电子。