① 為什麼工業生產要用氮氣和氫氣合成氨氣,為什麼不用硵砂和石灰
首先氮氣和氫氣成本比較低,因為空氣中就含有氮氣和氫氣,只需要通過採用將空氣液化然後再升溫就能分離出氮氣和氫氣。
第二使用硵砂和石灰成本過高,並且生成的物質需要再進一步分離,並且還會產生氯化鈣,化學方程式:CaO+2NH4Cl=加熱=CaCl2+H2O+2NH3↑後期處理氯化鈣也需要一定的費用。
所以一般使用氮氣和氫氣合成氨氣。
工業制備流程
工業制氨絕大部分是在高壓、高溫和催化劑存在下由氮氣和氫氣合成製得。氮氣主要來源於空氣;氫氣主要來源於含氫和一氧化碳的合成氣(純氫也來源於水的電解)。由氮氣和氫氣組成的混合氣即為合成氨原料氣。從燃料化工來的原料氣含有硫化合物和碳的氧化物,它們對於合成氨的催化劑是有毒物質,在氨合成前要經過凈化處理。
反應化學方程式
N2(g)+3H2(g)=高溫高壓催化劑=2NH3(g)(可逆反應)
② 液氨是如何生產出來的主要作用是什麼
液氨,又稱為無水氨,是一種無色液體.氨作為一種重要的化工原料,應用廣泛,為運輸及儲存便利,通常將氣態的氨氣通過加壓或冷卻得到液態氨.
液氨主要用於生產硝酸、尿素和其他化學肥料,還可用作醫葯和農葯的原料. 液氨在國防工業中,用於製造火箭、導彈的推進劑.可用作有機化工產品的氨化原料,還可用作冷凍劑.液氨還可用於紡織品的絲光整理.NH3分子中的孤電子對傾向於和別的分子或離子形成配位鍵,生成各種形式的氨合物.如[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+、BF3·NH3等都是以NH3為配位的配合物. 液氨是一個很好的溶劑,由於分子的極性和存在氫鍵,液氨在許多物理性質方面同水非常相似.一些活潑的金屬可以從水中置換氫和生成氫氧化物,在液氨中就不那麼容易置換氫.但液氨能夠溶解金屬生成一種藍色溶液.這種金屬液氨溶液能夠導電,並緩慢分解放出氫氣,有強還原性.例如鈉的液氨溶液: 金屬液氨溶液顯藍色,能導電並有強還原性的原因是因為在溶液中生成「氨合電子」的緣故.例如金屬鈉溶解在液氨中時失去它的價電子生成正電子:
液氨加熱至800~850℃,在鎳基催化劑作用下,將氨進行分解,可以得到含75%H2、25%N2的氫氮混合氣體.用此法製得的氣體是一種良好的保護氣體,可以廣泛地應用於半導體工業、冶金工業,以及需要保護氣氛的其他工業和科學研究中.
③ 水泥廠為什麼用氨水
水泥廠用氨水的作用是脫硝固氮。
原理為:水泥廠產生的有毒氣體NO2溶於水後,通氧並且充分反應後生成了硝酸HNO3,然後用氨水來中和硝酸,就生成了硝酸銨,這是重要的氮肥。所以不僅消除了有毒氣體,還得到了化肥。
氨水又稱阿摩尼亞水,主要成分為NH3·H2O,是氨氣的水溶液,無色透明且具有刺激性氣味。熔點-77℃,沸點36℃,密度0.91g/cm^3。易溶於水、乙醇。易揮發,具有部分鹼的通性,由氨氣通入水中製得。有毒,對眼、鼻、皮膚有刺激性和腐蝕性,能使人窒息,空氣中最高容許濃度30mg/m^3。主要用作化肥。
④ 鑄造廠廢氣如何處理
鑄造業屬於高能耗、污染嚴重的行業,主要污染源是在翻砂揚塵、熔煉燃燒、鑄件澆注、塗料噴塗等過程中所產生的各類粉塵和廢氣。這類廢氣問題不能僅依靠設備,同時還需要使用葯劑除臭劑相互結合使用效果才能達到更佳的效果。目前針對鑄造廠車間的廢氣問題,大都以有組織收集處理為主,通過噴淋塔將室內的廢氣和煙粉統一凈化處理,因此在這里建議在處理前廢氣先通過雙層的過濾板,利用自身的纖維過濾原理將廢氣中的粉塵雜質過濾一遍,在進入到噴淋塔內,通過塔內的噴淋系統將剩殘留的粉塵和有害氣體攔截在循環水內,從而凈化消除臭氣。而為什麼說要加入除臭劑葯劑更好,那是因為當噴淋塔循環水在處理一段時間後,粉塵和雜質的沉澱會導致廢水發臭,從而產生二次臭氣污染源,因此鑄造車間除臭劑就需要倒入在此環節,來去除廢水中的氨氣、苯類等氣體。
⑤ 屠宰場為什麼要用液氨
氨是冷庫冷凍機的製冷劑,類似冰箱的氟里昂。
⑥ 狄塞爾為什麼會想到用氨氣來作為工質
這同他在巴黎期間的實際工作有著密切的關系。由於他是製冰廠的工程師,非常了解氨氣的性質和用途。在製冰生產過程中,離不開氨。氨是一種製冷劑,它在製冷機中能夠把熱量從低溫處傳送到高溫處。正因為氨氣具有促使熱量轉移的性能,所以狄塞爾就想利用它來代替蒸汽。他想把氨氣作為熱力發動機中的媒介物質,促使熱能轉化為機械能,成為動力做功。
⑦ 氨的主要用途和工業製法
合成氨
氨是重要的無機化工產品之一,在國民經濟中佔有重要地位。除液氨可直接作為肥料外,農業上使用的氮肥,例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥,都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工產品之一,世界每年合成氨產量已達到1億噸以上,其中約有80%的氨用來生產化學肥料,20%作為其它化工產品的原料。
德國化學家哈伯1909年提出了工業氨合成方法,即「循環法」,這是目前工業普遍採用的直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題,將氨產品從合成反應後的氣體中分離出來,未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。合成氨反應式如下:
N2+3H2≈2NH3
合成氨的主要原料可分為固體原料、液體原料和氣體原料。經過近百年的發展,合成氨技術趨於成熟,形成了一大批各有特色的工藝流程,但都是由三個基本部分組成,即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程。
1.合成氨的工藝流程
(1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料製成含氫和氮的粗原料氣。對於固體原料煤和焦炭,通常採用氣化的方法製取合成氣;渣油可採用非催化部分氧化的方法獲得合成氣;對氣態烴類和石腦油,工業中利用二段蒸汽轉化法製取合成氣。
(2)凈化 對粗原料氣進行凈化處理,除去氫氣和氮氣以外的雜質,主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精製過程。
① 一氧化碳變換過程
在合成氨生產中,各種方法製取的原料氣都含有CO,其體積分數一般為12%~40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2,因此需要除去合成氣中的CO。變換反應如下:
CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ
由於CO變換過程是強放熱過程,必須分段進行以利於回收反應熱,並控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換,使大部分CO轉變為CO2和H2;第二步是低溫變換,將CO含量降至0.3%左右。因此,CO變換反應既是原料氣製造的繼續,又是凈化的過程,為後續脫碳過程創造條件。
② 脫硫脫碳過程
各種原料製取的粗原料氣,都含有一些硫和碳的氧化物,為了防止合成氨生產過程催化劑的中毒,必須在氨合成工序前加以脫除,以天然氣為原料的蒸汽轉化法,第一道工序是脫硫,用以保護轉化催化劑,以重油和煤為原料的部分氧化法,根據一氧化碳變換是否採用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業脫硫方法種類很多,通常是採用物理或化學吸收的方法,常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
粗原料氣經CO變換以後,變換氣中除H2外,還有CO2、CO和CH4等組分,其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物,又是製造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。
一般採用溶液吸收法脫除CO2。根據吸收劑性能的不同,可分為兩大類。一類是物理吸收法,如低溫甲醇洗法(Rectisol),聚乙二醇二甲醚法(Selexol),碳酸丙烯酯法。一類是化學吸收法,如熱鉀鹼法,低熱耗本菲爾法,活化MDEA法,MEA法等。 4
③ 氣體精製過程
經CO變換和CO2脫除後的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害,規定CO和CO2總含量不得大於10cm3/m3(體積分數)。因此,原料氣在進入合成工序前,必須進行原料氣的最終凈化,即精製過程。
目前在工業生產中,最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法,是在深度冷凍(<-100℃)條件下用液氮吸收分離少量CO,而且也能脫除甲烷和大部分氬,這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣,深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成CH4和H2O的一種凈化工藝,要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分數)一般應小於0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下,但是需要消耗有效成分H2,並且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應如下:
CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔ
CO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ
(3)氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓,在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產品的工序,是整個合成氨生產過程的核心部分。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行,由於反應後氣體中氨含量不高,一般只有10%~20%,故採用未反應氫氮氣循環的流程。氨合成反應式如下:
N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol
2.合成氨的催化機理
熱力學計算表明,低溫、高壓對合成氨反應是有利的,但無催化劑時,反應的活化能很高,反應幾乎不發生。當採用鐵催化劑時,由於改變了反應歷程,降低了反應的活化能,使反應以顯著的速率進行。目前認為,合成氨反應的一種可能機理,首先是氮分子在鐵催化劑表面上進行化學吸附,使氮原子間的化學鍵減弱。接著是化學吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用,在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最後氨分子在表面上脫吸而生成氣態的氨。上述反應途徑可簡單地表示為:
xFe + N2→FexN
FexN +〔H〕吸→FexNH
FexNH +〔H〕吸→FexNH2
FexNH2 +〔H〕吸FexNH3xFe+NH3
在無催化劑時,氨的合成反應的活化能很高,大約335 kJ/mol。加入鐵催化劑後,反應以生成氮化物和氮氫化物兩個階段進行。第一階段的反應活化能為126 kJ/mol~167 kJ/mol,第二階段的反應活化能為13 kJ/mol。由於反應途徑的改變(生成不穩定的中間化合物),降低了反應的活化能,因而反應速率加快了。
3.催化劑的中毒
催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人認為:由於催化劑在反應前後的化學性質和質量不變,一旦製成一批催化劑之後,便可以永遠使用下去。實際上許多催化劑在使用過程中,其活性從小到大,逐漸達到正常水平,這就是催化劑的成熟期。接著,催化劑活性在一段時間里保持穩定,然後再下降,一直到衰老而不能再使用。活性保持穩定的時間即為催化劑的壽命,其長短因催化劑的制備方法和使用條件而異。
催化劑在穩定活性期間,往往因接觸少量的雜質而使活性明顯下降甚至被破壞,這種現象稱為催化劑的中毒。一般認為是由於催化劑表面的活性中心被雜質占據而引起中毒。中毒分為暫時性中毒和永久性中毒兩種。例如,對於合成氨反應中的鐵催化劑,O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時,催化劑的活性又能恢復,因此這種中毒是暫時性中毒。相反,含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒後,往往完全失去活性,這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理,活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業上為了防止催化劑中毒,要把反應物原料加以凈化,以除去毒物,這樣就要增加設備,提高成本。因此,研製具有較強抗毒能力的新型催化劑,是一個重要的課題。
主要用途:主要為製造尿素、磷銨、三聚氰胺、碳酸氫銨、氯化銨、硫酸銨、硝酸銨、硝酸、丙烯腈等無機和有機化工產品以及冷凍、塑料、冶金、醫葯、國防等工業的原料。
⑧ 氨的物理與化學性質有哪些
主要化學性質
1、NH₃(揮發性)遇HCl(揮發性)氣體有白煙產生,可與氯氣反應。
2、氨水(一水合氨,NH3·H2O)可腐蝕許多金屬,一般若用鐵桶裝氨水,鐵桶應內塗瀝青。
3、氨的催化氧化是放熱反應,產物是NO,是工業制硝酸的重要反應,NH₃也可以被氧化成N₂。
4、NH₃能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍。
電離方程式
在水中產生少量氫氧根離子,呈弱鹼性.
⒌氨與酸反應生成銨鹽:NH₃+HCI=NH₄CI
氨在英文中有時會被稱作anhydrous ammonia(譯為無水氨),以和在英文中與它名稱類似的氨水區別。中文中很少有人會把氨氣和氨水混為一談。
氨氣溶於水得到氨水,氨水的主要成分是一水合氨,但是不能認為一水合氨就是氨水。而且氨水成鹼性的原因就是一水合氨在水中電離出氫氧根離子。市售氨水濃度為25%-28%。
NH₃· H₂O ⇌ NH₄++OH-其性質和氨氣完全不一樣。實驗室的稀氨水一的濃度一般為1M至2M。氨的飽和水溶液(大約18M)的密度是0.880g cm,故可稱之為.880 Ammonia。
3氨的物理性質
(1)有刺激性氣味的氣體
氨對人體的眼、鼻、喉等有刺激作用,吸入大量氨氣能造成短時間鼻塞,並造成窒息感,眼部接觸以造成流淚,接觸時應小心。如果不慎接觸過多的氨而出現病症,要及時吸入新鮮空氣和水蒸氣,並用大量水沖洗眼睛。
(2)密度小
氨氣的密度為0.771g/L(標准狀況下)
(3)沸點較高
氨很容易液化,在常壓下冷卻至-33.5℃或在常溫下加壓至700KPa至800KPa,氣態氨就液化成無色液體,同時放出大量的熱。液態氨汽化時要吸收大量的熱,使周圍物質的溫度急劇下降,所以氨常作為製冷劑。以前一些老式冰棍就是利用氨氣製作的
(4)易溶於水
氨極易溶於水,在常溫、常壓下,1體積水能溶解約700體積的氨。
⑨ 鋼廠煉鋼為什麼要用液氨
液氨,又稱為無水氨,是一種無色液體,有強烈刺激性氣味。氨作為一種重要的化工原料,為運輸及儲存便利,通常將氣態的氨氣通過加壓或冷卻得到液態氨。液氨易溶於水,溶於水後形成銨根離子NH4+、氫氧根離子OH-,溶液呈鹼性。液氨多儲於耐壓鋼瓶或鋼槽中,且不能與乙醛、丙烯醛、硼等物質共存。