合成氨的發(fā)展歷程及煤合成氨原理

1、合成氨的發(fā)展歷程及煤合成氨原理 合成氨的發(fā)展歷程及煤合成氨原理一、合成氨的歷程 一、合成氨的歷程1. 1.怎樣固氮 怎樣固氮——問題浮出水面 問題浮出水面氨（Amonia），分子式NH3，1754 年由英國(guó)化學(xué)家普里斯特利（J.Joseph Priestley）加熱氯化銨和石灰石時(shí)發(fā)現(xiàn)。1784 年，法國(guó)化學(xué)家貝托雷（C.L.Berthollet）確定了氨是由氮和氫組成的。從那以后很長(zhǎng)一段時(shí)間，氨的主要來源是氮化物，而氮化物的主要來源是

2、自然界中的硝石礦產(chǎn)。19 世紀(jì)以來，人類步入了現(xiàn)代化的歷程。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，氮肥的需求量在不斷提高；同時(shí)隨著工業(yè)的突飛猛進(jìn)，炸藥的需求量也在迅速增長(zhǎng)。1809 年，在智利發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的硝酸鈉礦產(chǎn)地；但是面對(duì)人類不斷膨脹的需求，自然界的生物和礦產(chǎn)資源畢竟有限。然而全世界無論何處，大氣的五分之四都是氮，如果有人能學(xué)會(huì)大規(guī)模地、廉價(jià)地把單質(zhì)的氮轉(zhuǎn)化為化合物的形式，那么，氮是取之不盡、用之不竭的。因此將空氣中豐富的氮固定下來并轉(zhuǎn)化為可被利用的

3、形式，成為一項(xiàng)受到眾多科學(xué)家注目和關(guān)切的重大課題，而合成氨，作為固氮的一種重要形式，也變成了19 至20 世紀(jì)化學(xué)家們所面臨的突出問題之一。2. 2.歷經(jīng)磨難，終成正果 歷經(jīng)磨難，終成正果——從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn) 從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)在合成氨研究屢屢受挫的情況下，德國(guó)物理化學(xué)家F·哈伯（Fritz Haber）知難而進(jìn)，對(duì)合成氨進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)，決心攻克這一令人生畏的難題。1912 年在德國(guó)奧堡（Oppau）建成世界上第

4、一座日產(chǎn)30t合成氨的裝置，1913 年9 月9 日開始運(yùn)轉(zhuǎn)，氨產(chǎn)量很快達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。一百多年來無數(shù)科學(xué)家們合成氨的設(shè)想，終于得以實(shí)現(xiàn)。合成氨歷經(jīng)磨難，終于從實(shí)驗(yàn)室走向了工業(yè)化，它成了工業(yè)上實(shí)現(xiàn)高壓催化反應(yīng)的一座里程碑。由于哈伯和博施的突出貢獻(xiàn)，他們分別獲得1918、1931 年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)金。3. 3.艱難的探索 艱難的探索N2+3H2=2NH3 N2+3H2=2NH3氨的合成反應(yīng)式：N2+3H2=2NH3合成氨的化學(xué)原理，寫出來

5、，不過這樣一個(gè)方程式；但就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式，從實(shí)驗(yàn)室研究到最終成功、實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，卻經(jīng)歷了約150 年的艱難探索。在此期間，曾有不少著名的化學(xué)家踏上了合成氨的研究之路，但他們的最終結(jié)局卻都是無功而返。除電解水的方法以外，不管用什么原料制取的氮、氫原料氣都會(huì)產(chǎn)生如硫化物、二氧化碳、一氧化碳等氣體、必須將這類雜質(zhì)徹底脫除，以防止在合成氨生產(chǎn)過程中的催化劑中毒。因此，合成氨原料氣的制取過程一般可分為：造氣——即制取含有氮、氫氣的原料

6、氣。凈化——即對(duì)原料氣進(jìn)行凈化處理，脫除氮、氫氣以外的有害雜質(zhì)。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。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。4.從無到有 從無到有——中國(guó)的道路 中國(guó)的道路1949 年前，中國(guó)僅在南京、大連有兩家合成氨廠，在上海有一個(gè)以水電解法制氫為原料的小型合成氨車間，年生產(chǎn)能力共為46kt 氨。由爐頂間歇加入的固體煤自上而下逐一向下移動(dòng)時(shí)，在高溫下發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。1．干燥層新

7、補(bǔ)充的燃料煤與熱煤氣接觸將夾帶的水分蒸發(fā)。2．干餾層由于溫度繼續(xù)升高燃料煤在此受熱分解，釋放出低分子量的碳?xì)浠衔?，煤焦化變?yōu)樘俊?．氣化層氣化層具有很高的溫度，是煤氣發(fā)生爐中氣化煤的最主要的區(qū)域?？諝馔ㄟ^氣化層時(shí)，在氧化層內(nèi)碳與氧作用生成二氧化碳與一氧化碳。4．灰渣層 固體殘?jiān)诿簹獍l(fā)生爐的底部形成灰渣層，它一方面預(yù)熱和均勻分布?xì)饣瘎?，另一方面起到?duì)爐算的保護(hù)作用，以避免爐算過熱發(fā)生過大的變形?；以罱K從爐底誹出。2. 2.一氧化碳

8、的變換 一氧化碳的變換一氧化碳是氨合成的有毒氣體。在生產(chǎn)中，變換是凈化氣體中一氧化碳的過程，也是制取氫氣的過程。所以一氧化碳的變換率對(duì)合成氨的正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。變換反應(yīng)可以用下式表示CO+H2O（g）=CO2+H2 △HOR=-41.19kJ·mol-1變換工藝 變換工藝在合成氨及制氫工業(yè)生產(chǎn)過程中，原料氣中的一氧化碳一般分兩次脫除。大部分一氧化碳通過變換反應(yīng)，將不可利用、較難脫除的一氧化碳變換為較易脫除的二氧化