在農業生產中,化肥是大家再熟悉不過的東西,它對提高農作物產量起著關鍵作用。然而,作為化肥主要原料的合成氨,卻少有人深入了解。合成氨是一種重要的化工產品,其生產過程在化工領域有著舉足輕重的地位。它以氮氣和氫氣為原料,通過特定的化學反應合成而來。如今,合成氨工業已發展多年,但隨著科技進步和環保要求提高,合成氨的生產技術也在不斷革新,在提高產量的同時,更加注重節能減排,力求實現綠色可持續發展。接下來,讓我們一起深入探究合成氨的奧秘。
合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨,為一種基本無機化工流程。現代化學工業中,氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料。
合成氨工業在20世紀初期形成,開始用氨作火炸藥工業的原料,為戰爭服務,第一次世界大戰結束后,轉向為農業、工業服務。隨著科學技術的發展,對氨的需要量日益增長,目前使用最廣泛的制氨工藝是煤化工制氨和天然氣化工制氨,原理大致相同,煤化工主要是使用煤粉和水在高溫高壓下行程半水煤氣,除去里面的雜質(硫及硫化氫,其他顆粒)后,煤里面的炭原子和水分子里的氧原子結合行程二氧化碳和一氧化炭,在把一氧化碳氧化成二氧化碳,二氧化碳經過提純可以作為副產品用于汽水、可樂的原料。然后用MDEA溶液除去二氧化碳,剩下的氫分子與從加入系統的空氣中的氮氣在合成塔高溫高壓作用下反應生產氨。天然氣化工則簡單得多,直接用天然氣和水蒸氣在高溫高壓和催化劑的作用下反應生成二氧化碳、一氧化碳和氫氣,再加入富氧空氣使一氧化碳燃燒徹底,變成二氧化碳,除去二氧化碳后,剩余的氫氣和氮氣在合成塔高溫高壓,催化劑作用下反應生產氨。
德國化學家哈伯(F.Haber,1868-1934)從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨。于1908年申請專利,即“循環法”,在此基礎上,他繼續研究,于1909年改進了合成,氨的含量達到6上。這是工業普遍采用的直接合成法。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后的氣體中分離出來,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:3H2+N2=2NH3?(該反應為可逆反應,等號上反應條件為:“高溫高壓”,下為:“催化劑”)
氨是種無色有刺激性氣味的游離性液體,氨極易溶于水,能在氧氣中燃燒,氨的水溶液對人體皮膚具有腐蝕性,氣態氨能腐蝕人的呼吸道粘膜,因此具有很大的危險性。一般化肥廠都會把氨儲存在球形儲罐內,所以小伙伴們,如果你家鄉的化工廠也有這樣的球形儲罐,可就要小心了。
液氨球罐
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