合成氨用途合成氨用什么原料( 二 ) _百科达人

电解厂排放的废水量令人担忧。这些电厂的能源消耗和需求很大。【合成氨用途合成氨用什么原料】甲烷与蒸汽的反应
这种生产方法是将最简单的烃类甲烷CH4 与温度从700度到1000度的热水蒸汽反应而成。这个过程发生在非常高的压力下，在300kPa到2500kPa的范围内。反应如下:
CH4 + H_2O + 热量——CO + 3H2
水蒸气和甲烷之间的反应也会产生少量的二氧化碳。这个反应吸热性很强;它需要大量的热量才能发生。一氧化碳被收集起来，在镍或铂等催化剂的存在下与水蒸气发生反应。产生的产物是二氧化碳和更多的氢。
CO + H2O ——CO2 + H2
这种气体混合物经过一个称为变压吸附的过程，这是一种利用压力来分离气体混合物成分的分离技术。氢气被从其他杂质中分离出来，然后收集起来。
甲烷与蒸汽反应的优点是:
氢气的产率非常高。这种方法重新利用产生的一氧化碳来制造更多的氢气。甲烷与蒸汽反应的缺点是:吸热反应的发生需要过量的能量。这个过程发生在极端条件下(高温和高压);而且极端的条件是昂贵的。该过程使用昂贵的催化剂。氮的制备氮是氨中的主要元素之一。它可以通过液态空气的分馏或甲烷与空气的反应得到。
液体空气的分馏
压缩空气和所有气体(氮气和氧气除外)被过滤掉。将纯空气混合物的温度设定在氧和氮的液化点以下即可液化。液氮通过分馏从液态空气混合物中分离出来。由于氮的沸点低于氧，氮的占比上升，而氧留在底部。
液气分馏的优点有:
与常规蒸馏塔相比，分馏法有更多的理论塔板，这使得分馏法在分离气体混合物时非常有效。提取的氮气非常纯净。液气分馏的缺点有:分馏是非常昂贵的。需要大量的能量。甲烷与空气的反应甲烷与空气的反应是放热燃烧反应。甲烷与空气中的氧气发生反应，氧气约占空气的21% 。剩下的79%的空气是由氮组成的。当甲烷与空气反应时，它被氧化成二氧化碳。惰性的氮;它不参与反应。
CH4 +空气 ——CO2 + H2O + N2
产品混合物可以经过一个分离步骤，其中氮被收获并从水和二氧化碳中分离出来。
甲烷与空气反应的优点:
燃烧反应是放热的，不需要像其他方法一样多的能量。这个过程比其他方法更便宜。甲烷与空气反应的缺点:
碳产物的形成可能对环境造成潜在危害。氮的纯度取决于产物分离步骤的效率。氢气和氮气生成氨反应塔中的化学合成
3 H 2 + N 2 ? 2 NH 3 ?
氨合成是一种放热反应（负焓变），它在低温下自发发生（负熵变）。尽管它在室温下是有利的，但在室温下发生的反应的反应速率太慢而不能应用于工业规模。为了提高反应动力学以达到目标转化率，需要高压和高温。为了有效地从其主要成分（氢气和氮气）合成氨，反应应在铁基催化剂的辅助下分别在 400-500 ℃和 10-30 MPa 的较高温度和压力下进行。由于三键氮的高解离能 (941 kJ/mol) ，需要此条件。
冷却
由于氨的合成反应是一个放热过程，为了得到液氨，需要将化学合成得到的氨气冷却处理。
氨的分离，以及氢氮的回收
当气体离开反应器时，它们是热的并且处于非常高的压力下。只要氨不太热，在压力下很容易液化，因此混合物的温度降低到足以使氨变成液体。即使在这些高压下，氮和氢仍以气体形式存在，并且可以循环使用。

合成氨用途 合成氨用什么原料( 二 )

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