氨气制备方法

Question

如题所述

Answer 1

氨气制备方法指的是制取氨气的方法。氨气是实验室与生产中的常用气体。制取氨气的方法主要有加热固体氯化铵与熟石灰的混合物，然后将气体收集起来。

氨气制备方法的工艺流程有很多方案，世界各国采用的也不尽相同。至2014年为止世界上比较先进的有布朗三塔三废锅氨合成圈[2]、伍德两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。

氨气制备的实验室制法，固体铵盐制取
加热固体铵盐和碱的混合物
反应原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O

装置图1
反应装置：固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）等。
净化装置（可省略）：用碱石灰干燥。
收集装置： 向下排空气法，验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。
尾气装置：收集时，一般在管口塞一团棉花球，可减少NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3。
注意事项：
不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气。硝酸铵受撞击、加热易爆炸，且产物与温度有关，可能产生NH3、N2、N2O、NO。[5]
实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2。因为NaOH、KOH是强碱，具有吸湿性(潮解)易结块，不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下，对玻璃仪器有腐蚀作用，所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。
用试管收集氨气要堵棉花。因为NH3分子微粒直径小，易与空气发生对流，堵棉花目的是防止NH3与空气对流，确保收集纯净；减少NH3对空气的污染。
实验室制NH3除水蒸气用碱石灰，而不采用浓H2SO4和固体CaCl2。因为浓H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4。NH3与CaCl2反应能生成CaCl2·8NH3（八氨合氯化钙）。CaCl2+8NH3= CaCl2·8NH3
氮化物制取
可以用氮化物与水反应或者叠氮化物分解。如：[5]
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3↑

氨气制备方法中浓氨水制取
反应原理：NH3·H2O  NH3↑+H2O。
装置图2
这种方法一般用于实验室快速制氨气。
装置：烧瓶，酒精灯，铁架台，橡胶塞，导管等。
注意事项：加热浓氨水时也会有水蒸气，需要用干燥装置除杂。同上，这种方法制NH3除水蒸气用碱石灰，而不要采用浓H2SO4和固体CaCl2 。[5]
浓氨水中加固态碱性物质
反应原理：浓氨水中存在以下平衡：

装置图3
NH3+H2O⇌ NH3·H2O⇌NH4+ +OH-，[6]
加入固态碱性物质（如CaO，NaOH，碱石灰等），消耗水且使c(OH-)增大，使平衡移动，同时反应放热，促使NH3·H2O的分解。

氨气制备方法中工业合成氨技术
合成氨指由氢气、氮气在高压、高温、催化剂作用下直接化合生成的氨，是固氮的一种方法。目前世界上的氨，除少数从焦炉气中回收的副产品外，绝大部分均由合成法制造。该法生产工艺基本过程如下：[7]
造气
合成氨原料气中的氮气一般来自空气，氢气则需要制备。制氢的原料有天然气、石脑油、重质油、煤等。
脱硫
制氢的原料中，一般含有少量的硫化氢或硫化物，它们会进入原料气中，这些含硫物质，极易使后续阶段使用的催化剂中毒，必须首先将其除去，这个过程称为脱硫。脱硫主要有物理吸收(用甲醇、聚乙二醇二甲醚作吸收剂)和化学吸收两种，后者常用的有氨水催化法和改良蒽醌二磺酸法等。[7]
变换
经脱硫后的原料气中，除氢气外，还含有一定量的一氧化碳。为提高氢气产量，利用水蒸气和一氧化碳反应，使之转化成氢气，该过程称为变换。反应式如下：
CO+H2O→CO2+H2
反应必须通过使用催化剂完成。
脱碳。将变换气中的二氧化碳除去的过程叫脱碳。其方法有物理吸收和化学吸收两种，后者效果更好。我国开发的氨水脱除二氧化碳得到碳酸氢铵(一种常用氮肥)的方法在小型合成氨厂普遍使用。其反应式如下：[7]
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
精炼
经过上述几个过程得到的氮、氢原料气中还含有少量的一氧化碳和二氧化碳，而合成反应使用的催化剂要求碳的氧化物总量不能大于10ppm，必须进一步脱去;少量水分对催化剂的活性等也有影响， 同样要除去。除去这些微量有害物质的过程， 称为精炼。最早采用铜氨液吸收法，反应式为：[7]
Cu(NH3)2+CO+NH3→Cu(NH3)3CO
少量二氧化碳可被氨进一步吸收。反应式为：
CO2+H2O+NH3→NH4HCO3
60年代后新开发的镍作催化剂， 使二氧化碳、一氧化碳与氢反应生成甲烷的精炼工艺效果更好。反应式如下：
CO+3H2→H4+H2O
CO2+4H2→CH4+2H2O
以天然气为原料的合成氨厂一般采用此工艺。

Answer 2

氨气制备方法指的是制取氨气的方法。氨气是实验室与生产中的常用气体。制取氨气的方法主要有加热固体氯化铵与熟石灰的混合物，然后将气体收集起来。
工艺流程有很多方案，世界各国采用的也不尽相同。至2014年为止世界上比较先进的有布朗三塔三废锅氨合成圈[2]、伍德两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。
天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%～0.3%（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩[8]的洗涤剂。
煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。