合成氨發(fā)展史及未來地發(fā)展方向

實用文檔合成氨

發(fā)展史及未來的發(fā)展方向文案大全實用文檔合成氨發(fā)展史及未來的發(fā)展方向各位同事工友們，下午好：我今天演講的題目是“合成氨發(fā)展史及未來的發(fā)展方向”，是一種科普性質(zhì)的講義，作為一個搞氨合成的專業(yè)技術(shù)人員來說，知道合成氨的發(fā)展歷史和未來的發(fā)展方向，對把握我們公司的發(fā)展和了解我們的現(xiàn)狀，很有必要和意義。一、為什么叫合成氨我們把氨叫做合成氨，為什么在氨的前面加了“合成”兩個字，我們知道氨的分子式是nh3,由于氨的不活潑性，使得人們直到19世紀晚期仍然普遍認為將氮與氨直接合成氨是不可能的，20世紀初，雖然有人借助催化劑的作用合成了氨，但仍然認為無法工業(yè)化，因為確實遇到了諸如可供實際工業(yè)使用的催化劑難以找到、高溫高壓能夠抵抗氫腐蝕的材料無法解決等問題，可以認為合成氨的技術(shù)開發(fā)歷程阻力重重，舉步維艱，經(jīng)過千萬次的不懈努力，才使得世界上第一座工業(yè)規(guī)模的氨系統(tǒng)于1913年在德國建成投產(chǎn)。從此開創(chuàng)了氮肥工業(yè)的新紀元。為了紀念氨開發(fā)的艱難，特在氨前面加“合成”兩個字。二、合成氨在國民經(jīng)濟中的地位和作用1、用氨制造氮肥。我們知道土壤所缺的養(yǎng)份主要是氮磷、鉀。從解放前直至改革開放初期，中國的糧食產(chǎn)量一直不能自給自足，主要原因是中國幾乎所有的土壤都需補氮。文案大全實用文檔由于合成氨工業(yè)不能滿足農(nóng)業(yè)施肥的需要，土壤補氮不足，農(nóng)作物只能在低產(chǎn)水平上徘徊（300斤過黃河，400斤跨長江），為了滿足糧食生產(chǎn)的需要，我國一直把發(fā)展化肥工業(yè)作為整個化學工業(yè)的首要任務，中國要以全世界7%的耕地來養(yǎng)活全世界22%的人口。經(jīng)過60多年的發(fā)展，我國合成氨制造和氮肥產(chǎn)量已居世界首位，合成氨作為制造氮肥的主要原料，為糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收、社會穩(wěn)定立下了汗馬功勞。2、氨的工業(yè)用途氨是氮的一種固定形式，除少數(shù)場合直接使用外，更主要的是使用其中的氮與其他物質(zhì)化合而成各種不同的含氮化合物，然后再用于各工業(yè)領(lǐng)域。雖然氮分子只由兩個氮原子組成，但是氮原子可以形成三個鍵，如果這三個鍵都與氫原子相聯(lián)，就形成了氨（^?，將氨的氫原子以各種不同的化學物質(zhì)取代，就會的到不同的衍生物。氨中的氫原子被碳（C）取代后，由于碳的加入，氨由無機物而變?yōu)橛袡C物---胺，按取代氫原子數(shù)目多少而依次排列為伯胺、仲胺和叔胺，這些都是重要的化工原料。在特殊情況下，氮還可以產(chǎn)生第四個鍵，如也被碳（C）取代，即成為季胺，這是構(gòu)成人體的重要組成部分：膽胺及膽堿的基礎(chǔ)。氨基與苯環(huán)相聯(lián)，就構(gòu)成苯胺，這是苯胺系如染料的基文案大全實用文檔礎(chǔ)原料，同時也是重要的有機化工原料，例如聚氨脂塑料以及醫(yī)藥的麻醉劑等。氨基中的氮與羰基中的碳（C）相聯(lián)，即成酰胺，這是尼龍以及部分抗生素的重要組成部分，氨基與竣基碳、氮相聯(lián)即組成氨基酸，由此形成蛋白質(zhì)。氨基酸種類繁多，僅人體必需的就有19種以上。人們?nèi)粘Ｉ钪械奈毒褪且环N氨基酸的鹽類。氨的三個鍵如全部與同一碳原子相聯(lián)而成CN2-,這種氰根與一價陽離子化合，例如與H+或Na+化合，就會形成劇毒的氫氰酸或氰化鈉，但這種氰根和碳相聯(lián)，就會形成有機腈,這種有機腈不但無毒，還可造福人類，例如制造三聚氰胺樹脂（密胺樹脂）、聚丙烯精纖維（人造羊毛）以及丁睛橡膠等。氨與空氣中的氧化合生成氧化氮，用水吸收即成硝銨，硝銨脫去氫即成硝酸根（N。」，脫去羥基即是硝基（N°Q，這些都是制造炸藥的最基本物質(zhì)，因而是軍事工業(yè)的基礎(chǔ)原料。氨的衍生物實在太多，尤其進入有機世界更是千變?nèi)f化，以上只是選擇幾種有代表意義的加以簡單闡述。除了上述化學品外，在其他領(lǐng)域諸如冶金、煉油、機械加工、礦石浮選、水凈化、造紙皮革等行業(yè)均有使用。氨本身還是很好的制冷劑，其優(yōu)點是標準沸騰溫度低、冷凝和蒸文案大全實用文檔發(fā)壓力適中、單位容積制冷量大、汽化潛熱大、價格低廉，因而被大中型冷庫廣泛使用（提問題：1、我公司用氨做制冷用在哪個工段？2、你知道我公司氨制冷的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度嗎？），總之，合成氨在農(nóng)業(yè)和工業(yè)中起很大的作用。三、氨生產(chǎn)簡史合成氨的基礎(chǔ)條件直接法合成氨其化學方程式非常簡單：3H2+Nj2Ny+Q從化學平衡理論出發(fā)，反應后體積縮小一半，無疑提高壓力會促使反應向右進行。世界上第一個研究成功合成氨技術(shù)并使其實施的是德國卡斯魯荷技術(shù)大學的哈伯教授，他于1902年在美國的尼亞加拉瀑布參觀了正在研究的電弧固定氮工廠后，對將空氣中的氮直接固定成化合物產(chǎn)生了興趣，回到德國就開始了氮和氫氣直接合成的研究，在此之前，法國人夏特利埃在1901年曾采用高溫高壓合成了氨，并獲得了一項專利，但最終結(jié)果是發(fā)生了爆炸。哈伯于1902年與他的學生剛開始進行這項試驗時，在常壓及1000℃的條件下，反獲得不到0.01%的氨，以后又與他人合作進行提高壓力與降低溫度的實驗，于1908年在3.0Mpa下測出反應的平衡常數(shù)，同時指出，提高壓力將提高平衡氨含量，但提高溫度則對平衡極端不利，并測出了一組平衡數(shù)據(jù)，最高氨的平衡濃度只有0.9%。文案大全實用文檔哈伯的實驗不斷受到來自各方面的批判，認為這么低的氨平衡濃度不能實現(xiàn)工業(yè)化，也就認為哈伯的實驗沒有實際意義。但是哈伯堅持他的實驗，認為氨的合成轉(zhuǎn)化率非常小,只要把高壓氣體進行循環(huán)，并將生成的氨在此高壓下除去，氨合成技術(shù)的方法應是可行的。1908年底哈伯將這一想法系統(tǒng)地加以闡述并申請了專利。這一著名的“循環(huán)法”專利大致包括以下內(nèi)容：氣體通過高溫催化劑、低溫除氨、補充新鮮氣后再次循環(huán)通過高溫催化劑，全過程在一個壓力下進行，進出催化劑的氣體進行冷熱交換，用蒸發(fā)成品氨來冷卻分離氣體中的氨，他的這些內(nèi)容一直用到現(xiàn)在的合成氨廠。哈伯繼續(xù)做了大量研究和試驗，用餓為催化劑在17.5---20Mpa、500---600℃條件下，已可獲得6%的氨含量,對于哈伯的杰出貢獻，被授予1918年的諾貝爾化學獎，德國巴斯夫公司購買了哈伯的專利，并派博施作為代表進行工業(yè)化合成氨試驗。于1913年建成世界上第一座合成氨工廠并正式進入商業(yè)運行，對博施的特殊貢獻，被授予1931年的諾貝爾化學獎。由此開始，世界合成氨工業(yè)迅速發(fā)展，帶動化學工業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是對農(nóng)業(yè)的貢獻，對糧食的增產(chǎn)起到了非常重要的作用。2007年德國的化學家埃特爾闡明合成氨相關(guān)表面反應機理，獲得了當年諾貝爾化學獎?！昂铣砂鳖I(lǐng)域也許還將出現(xiàn)第四個諾貝爾獎，因為他的影響實在是太大文案大全實用文檔了”這是中科院院士、南京大學陳義教授的預測。四、中國合成氨工業(yè)發(fā)展史1、早期合成氨工業(yè)的建立1931年，當時的國民政府決定指派實業(yè)部與英國的卜內(nèi)門公司及德國的藹奇顏料公司協(xié)商合資在中國建立合成氨廠，隨即在當年成立了氮氣公司籌備委員會，并開始了艱苦的談判歷程。實業(yè)部針對當時的情況，決定派專人到天津與我國化學界實業(yè)家范旭東先生商談，請其加入氮氣公司籌委會，同時爭取自辦氮氣公司，范旭東欣然接受了這一建議，并隨即提出了“創(chuàng)辦氮氣公司意見書”一份呈請實業(yè)部，1931年是中國合成氨工業(yè)的籌備階段。由于外國公司所提出的條件過于苛刻，使中方無法接受，1933年10月談判破裂。南京化學公司(前身為永和錘廠)和外國公司談判破裂不足一個月，永和堿廠總經(jīng)理范旭東先生于1933年11月22日向?qū)崢I(yè)部呈交申辦硫酸鈾廠，另外提出以天津堿廠做抵押，向銀行申請貸款。1933年11月28日國民政府第136次行政會議批準了范旭東先生在南京建硫酸鈾廠的申請，自呈報到批準只用了6天時間永和鈾廠于1934年開始征地拆遷，1935年安裝，1936年12月建成，1937年1月31日合成氨投產(chǎn)，2月5日產(chǎn)出文案大全實用文檔第一包硫酸銨，從此打破了外國控制中國化肥市場的局面。永和鈾廠由美國公司設(shè)計，日產(chǎn)合成氨39噸、濃硫酸120噸，硫酸銨150噸、濃硝酸10噸，設(shè)備采購由永和公司負責。1952年6月永和公司實現(xiàn)公私合營，1958年1月以永和鈾廠為主成立南化公司。上?；ぱ芯吭旱诙囼瀼S(原天和氮氣廠)上?；崢I(yè)家吳蘊初先生于1932年去美國杜邦公司訪問，該廠有一套日產(chǎn)4噸的液氨中試裝置有意出售，吳蘊初先生即購買下，拆運到上海安裝，1934年1月正式成立了天和氮氣制品有限公司。天和廠于1935年8月產(chǎn)出液氨，9月產(chǎn)出稀硝酸，10月產(chǎn)出濃硝酸。解放初期，因抗美援朝急需炸藥，自行設(shè)計了硝銨裝置。1957年該廠并入上海化工研究院，成為該院第二化工試驗廠。(3)大連化學工業(yè)公司化肥廠(前身為滿洲化學工業(yè)株式會社)，其發(fā)起人為山本條太郎，1935年投產(chǎn)，1938年4月又建成兩套合成氨裝置，使年產(chǎn)合成氨達到5萬噸，硫銨18萬噸。1957年與大連堿廠合并，成立大連化學公司。新中國成立后第一個五年計劃引進蘇聯(lián)的三套年產(chǎn)15萬噸的合成氨廠，分別建在吉化、太化和蘭化。文案大全實用文檔特別提出的碳化法生產(chǎn)碳銨工藝是我國著名的化學家侯德榜創(chuàng)立的，由江蘇省化工廳陳東完善的，解決了氨碳不平衡問題。我國幾乎每個縣都建立了小化肥廠，為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。60年代末70年代初，周總理親自批準引進了八套年產(chǎn)30萬噸合成氨、52萬噸尿素的大型裝置，通過消化吸收引進技術(shù)，我國合成氨制造水平和技術(shù)也得到了大幅度提高。八九十年代，又一次引進了十套大型化肥裝置，不僅建成了世界上最先進的合成氨廠，也帶動了自身水平的大幅度提高，合成氨生產(chǎn)能力已居世界首位。近年來，通過自身的技術(shù)積累和消化吸收引進的技術(shù)，我國自己設(shè)計的30萬噸合成氨裝置在華魯恒升于2006年投產(chǎn)，各項指標均達到了世界先進水平，我國自己設(shè)計的18.30裝置2004年在晉城投產(chǎn)，各項指標均達到了國際水平。我公司的裝置就是在18.30的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計出來的，目前運行情況良好。五、合成氨工業(yè)的發(fā)展及遠景合成氨工業(yè)從開始建立到現(xiàn)在已經(jīng)歷了100多年的歷史，對于氨的合成技術(shù)及催化劑，除合成壓力有所不同外沒有原則性的變化，但對合成氨生產(chǎn)過程如造氣、凈化變換，傾注了大量的精力，克服了金屬材料、設(shè)備制造等方面的困難，終于達到了現(xiàn)有的水平。但是當今的能源問題、環(huán)保問文案大全實用文檔題、溫室效應問題又擺在了合成氨工業(yè)面前。1、原料我國引進的30.52裝置，大部分是以天然氣和石油為原料的，在投資和能耗方面均占絕對的優(yōu)勢，但是中國資源狀況是缺油少氣富煤，發(fā)展天然氣和油品造氣不符合中國的實際，我國大部分中小合成氨廠的造氣采用固定層常壓間歇造氣，對無煙煤的依賴過大，近年來無煙煤的價格上漲過快，使得合成氨成本過高。從資源著眼看，以后合成氨的發(fā)展要以煤為主，以劣質(zhì)煤加壓氣化為發(fā)展方向，這是著眼資源可持續(xù)發(fā)展的方向，近年來我國自主開發(fā)了四噴嘴對置式加壓氣化爐、航天爐、灰溶聚等造氣技術(shù)，取得了一定的成果，但是和外國技術(shù)還是有一定的差距，需要我們努力完善，提高我們的造氣水平，形成我們的核心技術(shù)。2、單系統(tǒng)大型化目前世界上最大的單系統(tǒng)已達日產(chǎn)2150噸合成氨，單系統(tǒng)大型化的優(yōu)點是降低建設(shè)費用和生產(chǎn)過程中的節(jié)能。單系統(tǒng)大型化與離心式壓縮機的使用是分不開的，兩者相輔相成構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，離心式壓縮機造價低、維修量小、運行穩(wěn)定，由于氨廠動力用蒸汽大多來自余熱，即使是由輔助鍋爐供給，只要背壓的蒸汽能進一步利用，這時的總熱效率可達60%以上，要比電動方案高出一倍，這里需指出的是氨廠所用的蒸汽透平應盡量使用背壓的，因為任何工文案大全實用文檔業(yè)用的冷凝汽輪效率都低于背壓式的。3、能源的綜合利用和節(jié)能合成氨工業(yè)實際上是一個能源轉(zhuǎn)換工業(yè)，不同種類原料，通過適當?shù)墓に嚰夹g(shù)途徑，最終都轉(zhuǎn)換為氫及氮，初期巴斯夫生產(chǎn)噸氨能耗為88GJ,我國以煤為原料的合成氨廠的能耗為53GJ，先進指標為37GJ,合成氨生產(chǎn)的理論能耗為20.67GJ,故節(jié)約能耗的潛力仍然很大，化工熱力學研究機構(gòu)對合成氨生產(chǎn)過程做過yong平衡分析。什么叫yongyong又稱作有效能、可用能，能流或物流變化到環(huán)境狀態(tài)時所做出的最大功；或者說yong是能流或物流所具有的能量中在環(huán)境狀態(tài)條件下理論上可轉(zhuǎn)化為功的那部分能量。通俗地說，yong就是可回收的能量，比如造氣夾套產(chǎn)生的熱，我們回收成蒸汽，這部分熱就能叫做yong?；以懦鋈ё叩臒岵豢苫厥?，這部分能量就不可以稱為yong。這是個非常復雜的過程，有機會我們再一起探討，今天只說過程。通過對yong的分析，能量總有效利用率尚不及60%，針對高達40%的能量損耗，就需要進行技術(shù)改造，這是今后合成氨工作者要為之長期奮斗的任務。4、催化劑的前景我們知道催化反應過程的工藝條件是依照催化劑的性質(zhì)來決定的，由于催化劑的突破而徹底改變工藝過程及操作文案大全實用文檔條件的情況屢見不鮮。由于當年巴斯夫艱巨細致的工作，使得布什等人所開發(fā)的催化劑至今一直在廣泛使用，使全世界的合成氨工業(yè)受益匪淺，可是絕對永恒的事是沒有的，新型的催化劑已經(jīng)工業(yè)化，預計將會給合成氨帶來重大的革命性變化。傳統(tǒng)的催化劑是磁鐵型加促進劑型，已經(jīng)應用了100余年，這期間各國一直研究和改進的是降低合成壓力和溫度，在傳統(tǒng)的催化劑磁鐵礦中加約1%鉆。可以提高催化劑的活性、降低合成壓力。2000年后，我國已開發(fā)出含鉆催化劑A201、HA202等，已應用到實際生產(chǎn)中，起到了很好的作用。最具革命性的變化是美國凱澤格公司推出了以釘（Ru）為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑，他的活性比鐵系催化劑高好幾倍，可以在很低的壓力下操作（10Mpa下）。我國浙江工業(yè)大學獨立自主地開發(fā)了高鐵比催化劑，這種催化劑是以FeO為主體，F(xiàn)e2+/Fe3+是3---9,具有高溫低活