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產業氯化銨的用處

更新时间:2019-11-07 03:09人气:2071

合成氨 產業氯化銨的用處氨是首要的無機化工產品之一,在國民經濟中占有首要地位。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、氯化銨和各種含氮複合肥,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年提出了產業氨合成方法,即“循環法”,這是目前產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題目 ,將氨產品從合成反應後的氣體平分離出來 ,未反應氣和新鮮氫氮氣混合從頭參與合成反應。合成氨反應式如下: N2+3H2≈2NH3 合成氨的首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構成,即原料氣製備過程、淨化過程和氨合成過程。

1.合成氨的工藝流程 產業氯化銨的用處(1)原料氣製備 將煤和自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,通常采用氣化的方法製取合成氣;渣油可采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,產業中利用二段蒸汽轉化法製取合成氣。 (2)淨化 對粗原料氣進行淨化處理 ,除往氫氣和氮氣以外的雜質,首要包括變換過程、脫硫脫碳過程和氣體精製過程。 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,是以需要除往合成氣中的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,並控製變換段出口殘餘CO含量。第一步是高溫變換,使大部分CO改變為CO2和H2;第二步是低溫變換,將CO含量降至0.3%擺布。是以,CO變換反應既是原料氣製造的繼續,又是淨化的過程 ,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,以自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采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。產業脫硫方法種類很多,通常是采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變換今後,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、碳酸氫銨等氮肥的首要原料 。是以變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方麵的要求。 一般采用溶液吸收法脫除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,如熱鉀堿法,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餘的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)。是以,原料氣在進進合成工序前,必須進行原料氣的終究淨化 ,即精製過程。 目前在產業生產中,終究淨化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法首要是液氮洗法,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 ,如許可以獲得隻含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣,深冷淨化法通常與空分和低溫甲醇洗結合。甲烷化法是在催化劑存鄙人使少量CO、CO2與H2反應天生CH4和H2O的一種淨化工藝,要求進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 將純淨的氫、氮混合氣壓縮到高壓 ,在催化劑的感化下合成氨。氨的合成是提供液氨產品的工序,是全部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,一般隻有10%~20%,故采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 產業氯化銨的用處

熱力學計算表明,低溫、高壓對合成氨反應是有益的,但無催化劑時,反應的活化能很高,反應幾乎不發生 。當采用鐵催化劑時,由於改變了反應曆程 ,降低了反應的活化能 ,使反應以明顯的速率進行。目前以為,合成氨反應的一種可能機理,首先是氮分子在鐵催化劑表麵上進行化學吸附,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麵上的氮分子感化,在催化劑表麵上慢慢天生—NH、—NH2和NH3,最後氨分子在表麵上脫吸而天生氣態的氨。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。加進鐵催化劑後,反應以天生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(天生不穩定的中間化合物),降低了反應的活化能,因此反應速率加快了。

3.催化劑的中毒 產業氯化銨的用處

催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人以為: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以後,便可以永久使用下往。實際上很多催化劑在使用過程中,其活性從小到大 ,逐步達到正常水平,這就是催化劑的成熟期。接著,催化劑活性在一段時間裏保持穩定,然後再下降,一向到朽邁而不能再使用。活性保持穩定的時間即為催化劑的壽命 ,其是非因催化劑的製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 ,這類現象稱為催化劑的中毒 。一般以為是由於催化劑表麵的活性中間被雜質占有而引發中毒。中毒分為臨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。但利用純淨的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時 ,催化劑的活性又能恢複 ,是以這類中毒是臨時性中毒。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,往往完全失往活性 ,這時候即使再用純淨的氫 、氮混合氣體處理,活性也很難恢複。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。產業上為了防止催化劑中毒,要把反應物原料加以淨化,以除往毒物,如許就要增加設備,進步本錢。是以,研製具有較強抗毒能力的新型催化劑,是一個首要的課題。

產業氯化銨的用處:首要為製造尿素、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和冷凍、塑料、冶金、醫藥、國防等產業的原料。

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