人工固定氮合成氨.ppt

工程 效益 三废 安全 合成氨的用途 氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 　　 合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。 　　 合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、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生产。液氨常用作制冷剂。 解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；1949年全国氮肥产量仅0.6万吨； 1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。 合成氨新法——电合成 最近，两位希腊化学家——Thessaloniki的阿里斯多德大学的George Marnellos和Michael Stoukides，发明了一种合成氨的新方法（Science，2.Oct. 1998, p98）。 在常压下，把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570oC的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷（SCY）为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%；而几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10-15%。 * * * 1914年，第一次世界大战一开始，英国就从海上封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德国得不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停产，那么德国最迟在1915年或1916年便要自动投降，可使1916年过去了，德国还在顽强的战斗，农田照样一派浓绿，前线的炮火反而更加猛烈。原来……德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题——以廉价的空气、水和煤炭合成了重要的化工原料: 氨 （NH3） 哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。 [问题1] 进行化工生产时需要考虑哪些问题？ [讨论] 根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的化学反应速率增大，应采取哪些措施？应用化学平衡移动原理，说明要提高平衡混合物中氨气的含量，应采取哪些措施？ 使NH3生成得多 （从化学平衡分析） 使NH3生成得快 （从反应速率分析） N2+3H2 2NH3（正反应为放热反应） 浓度 温度 催化剂 压强 合成氨反应 目的 选择 条件 高压 高温 使用催化剂 增大反应物浓度 高压 低温 无影响 增大反应物浓度 减小生成物浓度 [问题2] 要提高合成氨的生产效益，具体应从哪 些方面来考虑？ 要使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量） ——化学反应速率问题 要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量） ——化学平衡问题 提高合成氨的生产效益 请同学们对比下表（的实验数据，检查自己的理论推断是否正确。 分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。 结 论 从反应速率的角度看：温度越高、压强越大，化学反应越快， 使用合适的催化剂，反应加快，单位时间内生成的NH3越多； 从化学平衡的角度看：高压、低温，平衡时生成物NH3的含量（体积分数）高。 [讨论] 1、既然增大压强可提高反应速率，又可提高氨的含量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？ 2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么在合成氨工业中温度是否越低越好？ 3、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工业中是否需要使用催化剂？ 一、合成氨的适宜条件 [提示] 综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的原理，再根据工业生产特点和实际需要，选择合成氨的适宜条件。 [讨论] 从表2-2数据表明，即使在500oC