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合成氨工業的主要原料（合成氨工業大致流程是怎樣的）

標簽：添加時間：2022-10-24 瀏覽次數:3225

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　　氨是由什么組成的?氨是一種無機化合物，由下列元素組成:氫和氮。氨水中氮與氫的比例為1:3，氨的分子式為NH3。

　　氨在工業生產之前就已經存在了;它是一種自然存在的化合物，是由土壤中的一些細菌捕獲空氣中的氮并將其轉化為氨而形成的。氨是通過生物分解產生的，比如枯萎的植物和腐爛的動物。在工業過程發展之前，氨的主要來源是有機物。

　　合成氨概述

　　氨合成是由氫氣和氮氣結合生產氨的過程。生產出來的大部分氨被用作肥料，盡管它也可以用于其他用途，比如制造炸藥。這一過程是20世紀初在德國發展起來的。

　　大氣中充滿了氮氣，但它是不活潑的，通常不與其他元素結合。制取氨的基本策略，NH3，是在高溫高壓下，將氫氣H2和氮氣N2結合。從化學上講，這是一個困難的反應，因此需要一種試劑來加速這個過程。

　　20世紀初，德國發明了氨合成技術。

　　催化劑是一種使反應進行得更快的化合物。在氨合成中，使用的催化劑一般是鐵。使用的鐵是還原磁鐵礦。還有其他化學物質可以用作催化劑，但鐵是最常見的。

　　氫氣的來源通常是天然氣，也稱為甲烷，CH4。介紹了氨合成的基本工藝。在合成氨廠還有許多其他步驟。硫化合物首先通過與氧化鋅反應從天然氣中除去，氧化鋅轉化為硫化鋅。這就剩下了游離的甲烷，甲烷再經過幾次轉化生成氫氣。

　　使用的溫度約為400°C，使用的壓力小于最佳的反應。出于安全考慮，使用的壓力約為200個大氣壓。在此條件下，產率約為10-20%。當混合物離開反應堆時，它被冷卻，這樣氨就會變成液體。熱量被捕獲并重新用于加熱進入的氣體。

　　這種氨合成方法被稱為哈伯法，因為它是由德國化學家弗里茨?哈伯發明的，他開發了化學反應的條件。20世紀初，他在含氮化肥短缺的情況下研制出了氨。當時德國需要為第一次世界大戰制造炸藥。目前，全世界都在大規模生產氨。

　　另一種制備反應所需氫的方法是電解水。電解利用電來分解化合物。在這種情況下，水被分解成氫和氧。這已經與水力發電廠的電力生產結合起來了。早在1911年，電解水就被用來為合成氨提供氫氣。

　　有些微生物能夠利用空氣中的氮氣生產氨。這個過程叫做固氮。在這種情況下，催化劑是稱為固氮酶的復合酶。進行這一過程的細菌生活在豆科植物的根部，如豌豆。固氮顯著改善了許多土壤的養分狀況。

　　--合成氨流程

　　--氫的制備

　　如前所述，氨是一種無機分子，由三個氫和一個氮組成。氫是氨中的主要元素之一。問題是，氫分子是如何分離和得到的?傳統的制氫方法有兩種，分別是電解水和甲烷與蒸汽的反應。

　　--水的電解

　　電解水是利用電流將水分子分解為氫分子和氧分子的方法。很簡單，水分子被分解成氧和氫。這種生產方法使用電解槽，電解槽是由電解液、陽極和陰極組成的單元。每個電解槽都有獨特的功能，但最終，它們都提供了相同的結果——水分子的分解。

　　在聚合物電解質膜電解槽(PEM)中，采用塑料固體作為電解液。本單元的內容如下:

　　--水在陽極形成質子(帶正電的氫離子)和氧。

　　--質子到達陰極(氧氣留在陽極)。

　　--陽極產生的電子通過一個外部電路傳到陰極。

　　--質子和電子在陰極上結合形成氫氣。

　　--陽極和陰極上的反應。

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