2.4.2《工业合成氨的生产流程》课件 2024-2025学年高二上学期化学沪科版（2020）选择性必修1

工业合成氨的生产流程 1 工业合成氨的生产条件 3 工业合成氨的未来和挑战 工业合成氨的生产流程 2 工业合成氨的生产流程 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 工业合成氨的生产条件 目前工业上通常采用以铁为主的催化剂，在500℃左右、20~50MPa、氢氮比为2.8~2.9的条件下合成氨。 工业合成氨的生产流程 造气 净化 合成 1. 造气 工业合成氨的生产流程 （1）制取氮气 【思考】如何从空气中获得氮气？ 工业合成氨的生产流程 N2 O2 稀有气体 CO2 其他 体积分数 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03% 沸点/℃ -196 -183 -78.5 方法一： 工业合成氨的生产流程 N2、O2、CO2、稀有气体、其他 液化、蒸发 O2、CO2、稀有气体、其他 N2（主要） 方法二： 工业合成氨的生产流程 N2、O2、CO2、稀有气体、其他 与碳反应 N2、CO2、稀有气体、其他 N2（主要） 除去CO2 （2）制取氢气 工业合成氨的生产流程 用水、煤、天然气、石油等为原料制得。 例如以天然气为原料制取氢气： H2O + CH4 CO + 3H2 H2O + CO CO2 + H2 高温 高温 2. 净化 工业合成氨的生产流程 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如H2S、CO等杂质会使合成氨所用催化剂中毒，所以必须除去。 【思考】醋酸二氨合铜(Ⅰ)Cu(NH3)2CH3COO溶液常用来吸收原料气中的CO，该反应ΔH<0，化学方程式为：Cu(NH3)2CH3COO(aq) + CO(g) ⇌ Cu(NH3)2CH3COO·CO(aq)。 请分析欲充分吸收CO的适宜条件是什么？已吸收CO的溶液经过适当处理后可再生循环使用，请分析再生的方法是什么？ 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 【答案】 （1）充分吸收CO的适宜条件是高压和低温。 （2）吸收液再生的方法是减压和加热。 3. 合成 工业合成氨的生产流程 净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，加压后的氮气和氢气需加热到催化剂的活性温度后才能进入合成氨塔中的催化区，在催化剂表面反应生成氨。 工业合成氨的生产流程 T↑ 【思考】结合之前学习过的工业制硫酸的生产流程，想一想在工业合成氨加热原料气过程中如何实现能量的充分利用？ 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 【思考】根据氨合成塔的内部结构，从温度和成分的角度分析图中蓝色箭头和红色箭头的意义？ 工业合成氨的生产流程 【答案】 蓝色箭头：温度较低的原料气。 红色箭头：温度较高的原料气和反应后气体。 工业合成氨的生产流程 从合成塔出来的混合气体中氨含量为10% ~ 20%，需要将氨和未反应的氮气和氢气分离，将未反应的氮气和氢气作为循环气再返回合成塔。 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 工业合成氨的生产流程 【思考】结合上述合成氨工业的生产流程图，用方框表示工业操作，箭头表示物质转移方向，画出工艺流程图。 制备原料气 净化 压缩 合成 分离 液氨 氮气和氢气 工业合成氨的未来和挑战 【思考】结合上述合成氨工业的生产流程，分析其中还有哪些可以优化改进的地方？ 工业合成氨的未来和挑战 现在工业合成氨还在不断发展之中，其中研制在更低温度和压强下具有更高活性的催化剂、研究化学模拟生物固氮等课题是目前各国都比较关注的领域。 $$