合成氨人工固氮,燃料和能源氫能、風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能等

合成氨(人工固氮)氮的固定:.定義：氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法。.方法：氮的固定主要方法有：(1)人工合成氨：化學(xué)固氨法。其條件要求高、成本高、轉(zhuǎn)化率低、效率低。(2)根瘤菌，生物固氨。常溫常壓下進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率高、效率高。.工業(yè)應(yīng)用：模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過(guò)程。二、合成氨的反應(yīng)原理.加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后注入氫氣和氨氣的混合氣體，可以看到濕潤(rùn)的PH試紙變藍(lán)色.用氫氣和氨氣合成氨的反應(yīng)式是癌一用、N2+3H2=M?2NH3,屬放熱反應(yīng)。.工業(yè)上，采用以鐵為主的催化劑，在400?500℃和10Mpa?30Mpa的條件下合成氨。(1)催化劑的主要作用：成千上萬(wàn)倍地加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)平衡的時(shí)間，提高日產(chǎn)量。(2)合成氨的適宜條件：以鐵為主的催化劑，在400?500℃和10Mpa?30Mpa的條件(3)選擇適宜生產(chǎn)條件的原則：有較高的反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，能最大限度地提高利潤(rùn)。(4)合成氨生產(chǎn)時(shí)，不采用盡可能高的壓強(qiáng)，通常采用10MPa?30MPa的壓強(qiáng)，否則會(huì)增大設(shè)備的動(dòng)力要求，增大成本。(5)合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度促使平衡向有移動(dòng)，有利于N2、H2轉(zhuǎn)化為NH3；但降溫必然減緩了反應(yīng)速率，影響單位時(shí)間產(chǎn)率。生產(chǎn)中將二者綜合考慮，既要保證N2、H2的轉(zhuǎn)化率，又要保證較快的反應(yīng)速率，只能選擇適中的溫度400?500℃左右。應(yīng)注意該溫度為催化劑活化溫度，低于此溫度，催化劑不起作用。(6)催化劑是影響反應(yīng)速率的幾個(gè)因素中，對(duì)反應(yīng)速率影響程度最大的。催化劑的特點(diǎn)：①選擇性：不同的反應(yīng)選擇不同的催化劑，如合成氨選擇了鐵觸媒。每種催化劑都是對(duì)特定的反應(yīng)有催化作用，并非能改變?nèi)魏位瘜W(xué)反應(yīng)的速率。②靈敏性：催化劑中混入雜質(zhì)，常常會(huì)失去催化作用，稱催化劑“中毒”，因此反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)器前必須凈化。③催化劑只有在活化溫度以上才能起催化作用，如鐵觸媒活化溫度為400?500℃,因此該溫度為合成氨的適宜溫度。人工固氮技術(shù)一一合成氨：.生產(chǎn)原理.合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程(1)原料氣的制備要實(shí)現(xiàn)合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，首先要解決氫氣和氮?dú)獾膩?lái)源問(wèn)題。①氮?dú)獾闹苽浜铣砂彼枰牡獨(dú)舛既∽钥諝狻目諝庵兄迫〉獨(dú)馔ǔＳ袃煞N方法：一是將空氣液化后蒸發(fā)分離出氧氣而獲得氮?dú)?；二是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮?dú)?。②氫氣的制備氫氣主要?lái)源于水和碳?xì)浠衔?。氫氣的制取有下表中的幾條途徑。制取氨氣的途徑 ! 化學(xué)反應(yīng)原理電解水制取氧氣 2KZ()=2HJ+必T由煤或焦炭制取氧氣 C亍也僅十遮迪也十C。C[[j4-H,O^=^31L+CO由天然氣或重油制取氫氣? r ,?CH」-2H,U-妥—昆(2)原料氣的凈化原料氣的凈化就是除去原料氣中的雜質(zhì)。在制取原料氣的過(guò)程中，?；煊幸恍╇s質(zhì)，其中的某些雜質(zhì)會(huì)使合成氨所用的催化劑“中毒”(所謂“中毒”即是催化劑失去催化活性)，所以必須除去。原料氣凈化的主要目的是防止催化劑“中毒”。(3)氨的合成與分離①氨的合成工業(yè)合成氨的主要設(shè)備是合成塔。將凈化后的原料氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后輸人合成塔，經(jīng)過(guò)下列化學(xué)反應(yīng)合成氨：高溫.高壓、聞+3匕二而一”乩②氨的分離從合成塔出來(lái)的混合氣體，通常約含15%(體積分?jǐn)?shù))的氨。為了使氨從未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃饫锓蛛x出來(lái)，要把混合氣體通過(guò)冷凝器使氨液化，然后在氣體分離器里把液態(tài)氨分離出來(lái)導(dǎo)入液氨貯罐。南氣體分離器出來(lái)的氣體，經(jīng)過(guò)循環(huán)壓縮機(jī)，再送到合成塔中進(jìn)行反應(yīng)。3.合成氨適宜條件的選擇外加條件要盡可能加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率.

4.合成氨的環(huán)境保護(hù)4隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，以及相關(guān)的法律、法規(guī)的嚴(yán)格實(shí)施，合成氨生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的“三廢”的處理越來(lái)越成為技術(shù)改造的重要問(wèn)題。(1)廢渣主要來(lái)自造氣階段，特別是以煤為原料而產(chǎn)生的煤渣，用重油為原料產(chǎn)生的炭黑等，現(xiàn)在大都將它們用作建材和肥料的原料。(2)廢氣主要是H2S和co2等氣體。對(duì)H2S氣體的處理，先后采用了直接氧化法(選擇性催化氧化)、循環(huán)法(使用溶劑將其吸收濃縮)等回收技術(shù)。對(duì)co2的處理，正在不斷研究和改進(jìn)將其作為尿素和碳銨生產(chǎn)原料的途徑。(3)廢液主要是含氰化物和含氨的污水。目前，處理含氰化物污水主要有生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法；處理含氨廢水多以蒸餾的方法回收氨達(dá)到綜合利用的目的，對(duì)濃度過(guò)低的含氨廢水，可用離子交換法治理。燃料和能源(氫能、風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能等)燃料和能源：.能源的分類(lèi)：傳統(tǒng)燃料;柴草.格稈等J化石燃料:煤、石油、天然氣等'類(lèi)新能源：太陽(yáng)能■，風(fēng)能、潮汐能.生物質(zhì)能,技能、量能等.各種能源的特點(diǎn)：(1)傳統(tǒng)燃料。柴草是農(nóng)村使用的重要能源，但它的利用率低，且污染嚴(yán)重。(2)化石燃料。這是人們目前使用的主要能源，它們的蘊(yùn)藏量有限，而且不能再生，最終會(huì)枯竭，屬于不可再生能源。(3)新能源。新能源來(lái)源豐富，多數(shù)可以再生，沒(méi)有污染或污染很小，所以可能成為未來(lái)的主要能源，但它們也有自己的缺點(diǎn)，如太陽(yáng)能的能量密度低，使用成本高；氫能儲(chǔ)仔、運(yùn)輸困難；風(fēng)能不穩(wěn)定，受地區(qū)、季節(jié)、氣候的影響大。.我國(guó)的能源狀況(1)能源種類(lèi)。我國(guó)的能源種裝有化石燃料、水能和核能，其中化石燃料和水能的人均值太低，核能一一鈾已探日月的儲(chǔ)量很低，僅夠4000萬(wàn)干瓦核電站運(yùn)行30年。5(2)我國(guó)能源的總消費(fèi)量和人均消費(fèi)量從改革開(kāi)放以來(lái)?直到1995年逐年增加，從1995年開(kāi)始有減少的趨勢(shì)。(3)我國(guó)能源利用率低，只有9%,能源節(jié)約的空間很大。.使用化石燃料的利弊及新能源的開(kāi)發(fā)(1)燃料充分燃燒的兩個(gè)條件：①要有足夠的空氣；②燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。(2)重要的化石燃料：煤、石油、天然氣(3)煤作燃料的利弊問(wèn)題：①煤是重要的化工原料；②煤直接燃燒時(shí)產(chǎn)生SO9等有毒氣體和煙塵，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染；2③煤作為固體燃料，燃燒反應(yīng)速率小，熱利用率低，且運(yùn)輸不方便；④可以通過(guò)清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化以