❶ 氨氣制備方法
氨氣制備方法指的是製取氨氣的方法。氨氣是實驗室與生產中的常用氣體。製取氨氣的方法主要有加熱固體氯化銨與熟石灰的混合物,然後將氣體收集起來。
氨氣制備方法之工藝流程有很多方案,世界各國採用的也不盡相同。至2014年為止世界上比較先進的有布朗三塔三廢鍋氨合成圈[2]、伍德兩塔兩廢鍋氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡薩里軸徑向氨合成工藝。
氨氣制備方法,實驗室製法,固體銨鹽製取
加熱固體銨鹽和鹼的混合物
反應原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O
裝置圖1
反應裝置:固體+固體加熱制氣體裝置。包括試管、酒精燈、鐵架台(帶鐵夾)等。
凈化裝置(可省略):用鹼石灰乾燥。
收集裝置: 向下排空氣法,驗滿方法是用濕潤的紅色石蕊試紙置於試管口,試紙變藍色;或將蘸有濃鹽酸的玻璃棒置於試管口,有白煙產生。
尾氣裝置:收集時,一般在管口塞一團棉花球,可減少NH3與空氣的對流速度,收集到純凈的NH3。
注意事項:
不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反應制氨氣。硝酸銨受撞擊、加熱易爆炸,且產物與溫度有關,可能產生NH3、N2、N2O、NO。[5]
實驗室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2。因為NaOH、KOH是強鹼,具有吸濕性(潮解)易結塊,不易與銨鹽混合充分接觸反應。又KOH、NaOH具有強腐蝕性在加熱情況下,對玻璃儀器有腐蝕作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。
用試管收集氨氣要堵棉花。因為NH3分子微粒直徑小,易與空氣發生對流,堵棉花目的是防止NH3與空氣對流,確保收集純凈;減少NH3對空氣的污染。
實驗室制NH3除水蒸氣用鹼石灰,而不採用濃H2SO4和固體CaCl2。因為濃H2SO4與NH3反應生成(NH4)2SO4。NH3與CaCl2反應能生成CaCl2·8NH3(八氨合氯化鈣)。CaCl2+8NH3= CaCl2·8NH3
氮化物製取
可以用氮化物與水反應或者疊氮化物分解。如:[5]
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3↑
氨氣制備方法之濃氨水製取
反應原理:NH3·H2O NH3↑+H2O。
裝置圖2
這種方法一般用於實驗室快速制氨氣。
裝置:燒瓶,酒精燈,鐵架台,橡膠塞,導管等。
注意事項:加熱濃氨水時也會有水蒸氣,需要用乾燥裝置除雜。同上,這種方法制NH3除水蒸氣用鹼石灰,而不要採用濃H2SO4和固體CaCl2 。[5]
濃氨水中加固態鹼性物質
反應原理:濃氨水中存在以下平衡:
裝置圖3
NH3+H2O⇌ NH3·H2O⇌NH4+ +OH-,[6]
加入固態鹼性物質(如CaO,NaOH,鹼石灰等),消耗水且使c(OH-)增大,使平衡移動,同時反應放熱,促使NH3·H2O的分解。
氨氣制備方法之工業合成氨技術
合成氨指由氫氣、氮氣在高壓、高溫、催化劑作用下直接化合生成的氨,是固氮的一種方法。目前世界上的氨,除少數從焦爐氣中回收的副產品外,絕大部分均由合成法製造。該法生產工藝基本過程如下:[7]
造氣
合成氨原料氣中的氮氣一般來自空氣,氫氣則需要制備。制氫的原料有天然氣、石腦油、重質油、煤等。
脫硫
制氫的原料中,一般含有少量的硫化氫或硫化物,它們會進入原料氣中,這些含硫物質,極易使後續階段使用的催化劑中毒,必須首先將其除去,這個過程稱為脫硫。脫硫主要有物理吸收(用甲醇、聚乙二醇二甲醚作吸收劑)和化學吸收兩種,後者常用的有氨水催化法和改良蒽醌二磺酸法等。[7]
變換
經脫硫後的原料氣中,除氫氣外,還含有一定量的一氧化碳。為提高氫氣產量,利用水蒸氣和一氧化碳反應,使之轉化成氫氣,該過程稱為變換。反應式如下:
CO+H2O→CO2+H2
反應必須通過使用催化劑完成。
脫碳。將變換氣中的二氧化碳除去的過程叫脫碳。其方法有物理吸收和化學吸收兩種,後者效果更好。我國開發的氨水脫除二氧化碳得到碳酸氫銨(一種常用氮肥)的方法在小型合成氨廠普遍使用。其反應式如下:[7]
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
精煉
經過上述幾個過程得到的氮、氫原料氣中還含有少量的一氧化碳和二氧化碳,而合成反應使用的催化劑要求碳的氧化物總量不能大於10ppm,必須進一步脫去;少量水分對催化劑的活性等也有影響, 同樣要除去。除去這些微量有害物質的過程, 稱為精煉。最早採用銅氨液吸收法,反應式為:[7]
Cu(NH3)2+CO+NH3→Cu(NH3)3CO
少量二氧化碳可被氨進一步吸收。
❷ 氨氣尾氣處理 氨氣尾氣處理方法
1、氨氣極易溶於水,因此在處理氨氣廢氣時超日凈化常採用噴淋法。噴淋塔內部含有填料過濾和水噴淋,伴有加葯系統,添加稀硫酸溶液進行吸收。氨氣接入設備後自下而上遊走,經過下層的填料層過濾,然後經過自上而下加了稀硫酸溶液的噴淋系統進行吸收,氨氣溶於水流至底部的水箱。經循環泵作用重復使用,經過一段時期,更換水箱中的水。氨氣經過噴淋塔處理,氨氣被吸收排出,氣體繼續經風機作用由煙囪達標排放。
2、用噴淋塔處理氨氣凈化效率高,在實際案例中已經得到充分證實且已得到廣泛的應用。用稀硫酸溶液吸收氨氣效果好,穩定不易揮發。溶液可以更換,方便快捷。