工业合成氨原理

工业合成氨：

1.科学史话：1909年，德国化学家哈伯经过反复研究后发现，在500-600℃、17.5-20.0MPa和锇为催化剂的条件下在实验室制备NH3的含量可以达到6%。后来，德国工程师博施做出重要贡献，使合成氨的工业化生产终于实现。两个人都获得诺贝尔奖。

2.原理：N2＋3H2 2NH3 ⊿H < 0

（1）从速率角度理论分析：应该高温，高压，并使用催化剂。

从平衡角度分析（转化率问题）：应该高压、低温。

但在实际生产上,温度过低温度就会使反应速度很慢,到达化学平衡的时间就拖延得很长;压强也不可过高,否则对生产设备和操作技术上都会带来一定的困难。

因此在合成氨工业里,反应是在适当的温度和压强,并有催化剂存在的条件下进行的.目前一般采用450~530C的温度,200~320大气压,用还原铁为催化剂,其中加入少量氧化钾(K2O)和氧化铝(Al2O3)等以增强铁的催化作用.

（2）可划分成三个阶段:

①原料气的净化;②氨的合成;③氨的液化和分离

①. 原料气的净化

N2：一般可以通过蒸发液态空气的方法制得.

H2：通过从水煤气中分离出氢的方法来制得.

这样制得的氮气与氢气,常含有CO、CO2、水蒸气等杂质,必须把它们清除掉,否则这些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”失效或腐蚀设备.这个过程叫做原料的净化.

②.氨的合成：

氮、氢混和气体先通入热交换器进行预热,然后就在接触室里反应生成氨.由于合成氨是个放热反应,反应时放出的热量足以使以后进入的氮、氢混和气体达到反应所需要的温度,同时接触室也能经常保持450-530°C的温度,所以不需再由外界供给热量。

③.氨的液化和分离：

分离氨的方法是根据氨气比氮气和氢气容易液化的性质,把混和气体先通入一个冷却器使氨液化,再通过一个分离器.把液态氨分离出来,然后导入液氨储桶储存.未被液化的氮气和氢气,可以用一个循环压缩机送回到合成塔去.这种使未起反应的物质从反应后的生成物里分离出来,并送回到反应器里去的工艺过程,叫做循环操作过程.

HNO2及NaNO2的性质(补充)

1．亚硝酸(HNO2)

HNO2是弱酸。向NaNO2溶液中加酸，生成亚硝酸(HNO2)。HNO2不稳定，仅存在于冷的稀溶液中，微热甚至常温下也会分解，产生红棕色的NO2气体。

NaNO2＋H2SO4(稀)===NaHSO4＋HNO2 2HNO2===NO↑＋NO2↑＋H2O

2．亚硝酸钠(NaNO2)

(1) NaNO2的物理性质及用途

NaNO2，是可溶性盐。其熔点为271 ℃，分解温度为320 ℃。

用途：建筑业中常用作混凝土掺加剂，以促进混凝土凝固，提高其强度，防止在冬天低温施工时混凝土发生冻结。NaNO2还是一种食品添加剂，用作食品防腐剂和肉类食品的发色剂。

(2) NaNO2的氧化性

在NaNO2中，氮的化合价为＋3价，处于中间价态。因此，NaNO2与强还原性物质反应时，表现出氧化性。如NaNO2与KI反应，

2NO－2＋2I－＋4H＋===2NO↑＋I2＋2H2O 加入淀粉溶液变蓝色，可检验NO－2的存在。

NaNO2与FeCl2溶液反应: NO－2＋Fe2＋＋2H＋===NO↑＋Fe3＋＋H2O

(3) NaNO2的还原性

NaNO2与强氧化性物质反应时，表现出还原性。如NaNO2与K2Cr2O7酸性溶液反应时，K2Cr2O7溶液由橙色变为绿色。Cr2O2－7＋3NO－2＋8H＋===3NO－3＋2Cr3＋＋4H2O

(4) NaNO2与NaCl的鉴别

与NaCl不同，NaNO2与AgNO3溶液反应生成的AgNO2沉淀可溶于稀硝酸。Ag＋＋NO－2===AgNO2↓