合成氨工業(yè)的主要原料（合成氨工業(yè)大致流程是怎樣的）
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氨是由什么組成的?氨是一種無(wú)機(jī)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(yè)生產(chǎn)之前就已經(jīng)存在了;它是一種自然存在的化合物，是由土壤中的一些細(xì)菌捕獲空氣中的氮并將其轉(zhuǎn)化為氨而形成的。氨是通過(guò)生物分解產(chǎn)生的，比如枯萎的植物和腐爛的動(dòng)物。在工業(yè)過(guò)程發(fā)展之前，氨的主要來(lái)源是有機(jī)物。
合成氨概述
氨合成是由氫氣和氮?dú)饨Y(jié)合生產(chǎn)氨的過(guò)程。生產(chǎn)出來(lái)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(guò)程是20世紀(jì)初在德國(guó)發(fā)展起來(lái)的。
大氣中充滿了氮?dú)猓遣换顫姷模ǔ２慌c其他元素結(jié)合。制取氨的基本策略，NH3，是在高溫高壓下，將氫氣H2和氮?dú)釴2結(jié)合。從化學(xué)上講，這是一個(gè)困難的反應(yīng)，因此需要一種試劑來(lái)加速這個(gè)過(guò)程。
20世紀(jì)初，德國(guó)發(fā)明了氨合成技術(shù)。
催化劑是一種使反應(yīng)進(jìn)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(xué)物質(zhì)可以用作催化劑，但鐵是最常見(jiàn)的。
氫氣的來(lái)源通常是天然氣，也稱(chēng)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(guò)與氧化鋅反應(yīng)從天然氣中除去，氧化鋅轉(zhuǎn)化為硫化鋅。這就剩下了游離的甲烷，甲烷再經(jīng)過(guò)幾次轉(zhuǎn)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(yīng)。出于安全考慮，使用的壓力約為200個(gè)大氣壓。在此條件下，產(chǎn)率約為10-20%。當(dāng)混合物離開(kāi)反應(yīng)堆時(shí)，它被冷卻，這樣氨就會(huì)變成液體。熱量被捕獲并重新用于加熱進(jìn)入的氣體。
這種氨合成方法被稱(chēng)為哈伯法，因?yàn)樗怯傻聡?guó)化學(xué)家弗里茨?哈伯發(fā)明的，他開(kāi)發(fā)了化學(xué)反應(yīng)的條件。20世紀(jì)初，他在含氮化肥短缺的情況下研制出了氨。當(dāng)時(shí)德國(guó)需要為第一次世界大戰(zhàn)制造炸藥。目前，全世界都在大規(guī)模生產(chǎn)氨。
另一種制備反應(yīng)所需氫的方法是電解水。電解利用電來(lái)分解化合物。在這種情況下，水被分解成氫和氧。這已經(jīng)與水力發(fā)電廠的電力生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)了。早在1911年，電解水就被用來(lái)為合成氨提供氫氣。
有些微生物能夠利用空氣中的氮?dú)馍a(chǎn)氨。這個(gè)過(guò)程叫做固氮。在這種情況下，催化劑是稱(chēng)為固氮酶的復(fù)合酶。進(jìn)行這一過(guò)程的細(xì)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(yǎng)分狀況。
--合成氨流程
--氫的制備
如前所述，氨是一種無(wú)機(jī)分子，由三個(gè)氫和一個(gè)氮組成。氫是氨中的主要元素之一。問(wèn)題是，氫分子是如何分離和得到的?傳統(tǒng)的制氫方法有兩種，分別是電解水和甲烷與蒸汽的反應(yīng)。
--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(jiǎn)單，水分子被分解成氧和氫。這種生產(chǎn)方法使用電解槽，電解槽是由電解液、陽(yáng)極和陰極組成的單元。每個(gè)電解槽都有獨(dú)特的功能，但最終，它們都提供了相同的結(jié)果——水分子的分解。
在聚合物電解質(zhì)膜電解槽(PEM)中，采用塑料固體作為電解液。本單元的內(nèi)容如下:
--水在陽(yáng)極形成質(zhì)子(帶正電的氫離子)和氧。
--質(zhì)子到達(dá)陰極(氧氣留在陽(yáng)極)。
--陽(yáng)極產(chǎn)生的電子通過(guò)一個(gè)外部電路傳到陰極。
--質(zhì)子和電子在陰極上結(jié)合形成氫氣。
--陽(yáng)極和陰極上的反應(yīng)。
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