❶ 氨气制备方法
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。
氨气制备方法之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。
氨气制备方法,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↑
氨气制备方法之浓氨水制取
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。
氨气制备方法之工业合成氨技术
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。
❷ 氨气尾气处理 氨气尾气处理方法
1、氨气极易溶于水,因此在处理氨气废气时超日净化常采用喷淋法。喷淋塔内部含有填料过滤和水喷淋,伴有加药系统,添加稀硫酸溶液进行吸收。氨气接入设备后自下而上游走,经过下层的填料层过滤,然后经过自上而下加了稀硫酸溶液的喷淋系统进行吸收,氨气溶于水流至底部的水箱。经循环泵作用重复使用,经过一段时期,更换水箱中的水。氨气经过喷淋塔处理,氨气被吸收排出,气体继续经风机作用由烟囱达标排放。
2、用喷淋塔处理氨气净化效率高,在实际案例中已经得到充分证实且已得到广泛的应用。用稀硫酸溶液吸收氨气效果好,稳定不易挥发。溶液可以更换,方便快捷。