Производство на амоняк в лабораторен и промишлен мащаб. Суровини за производство на амоняк. Синтез на амоняк от смес азот-водород (ABC) Схема на промишлено производство на амоняк

Амонякът е вещество, вероятно познато на всеки възрастен. Всичко е свързано с физиологичната роля, която играе амонякът.

Бързото нарастване на обемите на производство на амоняк традиционно се улеснява от относителната наличност на суровините, необходими за неговото производство.

Химическата формула на амоняка е добре позната на всички от училище - NH3. От това е очевидно: за получаването му са необходими азот и водород.

Обикновеният атмосферен въздух е отличен източник на азот тук. Този ресурс е почти неограничен. По този начин суровинната база за производството на амоняк (и съответно цялата азотна индустрия) е ограничена от водород. Или по-скоро горивото, необходимо за получаването му.

Като правило за тези цели се използва природен газ. Това обстоятелство, между другото, значително допринесе за развитието на вътрешната азотна индустрия: Русия е богата на газ.

Въпреки това, ако някой е с впечатлението от горното, че широкомащабното производство на амоняк е прост и достъпен процес, тогава това със сигурност е погрешно. Създаването на наистина ефективно производство изискваше сериозни научни усилия и технологични решения.

Достатъчно е да се каже, че процесът на производство на амоняк на практика се извършва в присъствието на катализатор при температура от около 500 ° C и налягане от 350 атмосфери. Така става ясно колко енергоемко е съответното производство. Но създаването на такива условия позволява да се постигне добив на необходимото вещество на ниво от приблизително 30 процента.

Като цяло, според експертите, историята на развитието на мащабното производство на амоняк трябва да се разглежда като постоянна борба за увеличаване на полезното използване на енергия: електрическа, топлинна и механична. Но този процес в крайна сметка даде отлични резултати. Ако в първите промишлени инсталации ефективността е била само около 10%, то в съвременните високопроизводителни инсталации, способни да произвеждат половин милион тона продукти годишно, тази цифра е пет пъти по-висока.

Работата на една съвременна инсталация за амоняк е много сложна. Това твърдение изглежда изненадващо, ако се „съсредоточите“ само върху сравнително просто уравнение на реакцията, което е в основата на синтеза на амоняк. Изявлението за сложността на промишления синтез на амоняк обаче няма да изглежда прекомерно след първото запознаване с работната схема на инсталация за амоняк, работеща на природен газ.

Първи етапв процеса на синтез на амоняк включва десулфуратор - техническо устройство за отстраняване на сяра от природен газ. Това е абсолютно необходима стъпка, тъй като сярата е каталитична отрова и „отравя“ никеловия катализатор в последващия етап на производство на водород.

Втори етапиндустриалният синтез включва преобразуване на метан (промишлено производство на водород). Конверсията на метан е обратима реакция, протичаща при 700 – 800 °C и налягане от 30 – 40 atm с помощта на никелов катализатор, когато метанът се смеси с водна пара: CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2

Водородът, образуван в тази реакция, изглежда вече може да се използва за синтеза на амоняк - за това е необходимо да се въведе въздух, съдържащ азот в реактора. Това е, което те правят, но на този етап се случват други процеси. Частично изгаряне на водород се случва в кислород на въздуха:

2H 2 + O 2 = H 2 O (пара)

Резултатът на този етап е смес от водна пара, въглероден оксид (II) и азот. Водната пара от своя страна се редуцира отново, за да образува водород, както във втория етап. Така след първите три етапа има смес от водород, азот и „нежелан“ въглероден (II) оксид.

Окислението на CO, образуван в двата предишни етапа, до CO2 се извършва точно в съответствие с тази реакция:

CO + H 2 O (пара) ↔ CO 2 + H 2 (3)

Процесът на „смяна“ се извършва последователно в два „сменни ректора“. Първият от тях използва катализатор Fe 3 O 4 и процесът протича при доста висока температура от около 400 ° C. Вторият процес използва по-ефективен меден катализатор и може да се извърши при по-ниска температура.

На петия етап въглеродният оксид (IV) се отстранява от газовата смес чрез абсорбция с разтвор на aMDEA (активиран метил диетанол амин).

В началото въглеродният диоксид се абсорбира, след това се десорбира и отстранява от процеса.

Въпреки това, качеството на aMDEA пречистване не е достатъчно, за да може сместа азот-водород да се използва за синтеза на амоняк. Останалото количество CO е напълно достатъчно, за да разруши железния катализатор в основния етап на синтеза на амоняк (1). На 6-ти етап въглеродният оксид (II) се отстранява чрез реакция на превръщане с водород в метан върху специален никелов катализатор при температури 300 – 400 ºС:

CO + 3H 2 ↔ CH 4 + H 2 O

Газовата смес, която сега съдържа ≈75% водород и 25% азот, се компресира; налягането му нараства от 25 – 30 до 200 – 250 атм. В съответствие с уравнението на Клайперон-Менделеев такова компресиране води до много рязко повишаване на температурата на сместа. Веднага след пресоването е необходимо да се охлади до 350 - 450 ºС.

Предишна567891011121314151617181920Следваща

ВИЖ ПОВЕЧЕ:

ПРОИЗВОДСТВО НА АМОНЯК

За нормалния живот на растенията и животните азотът е необходим само в усвоима форма. Въпреки това, поради високата химическа инертност на азота, неговите неизчерпаеми ресурси * са практически недостъпни за живата природа. За да реши проблема с храната, човечеството превръща азота в усвоима форма, „свързвайки“ го в най-простото съединение - амоняк, от който след това се получават азотна киселина и минерални торове.

Темпът на растеж на производството на амоняк непрекъснато се увеличава. В същото време количественият растеж на производството е съпроводен с качествени промени в структурата на производствената база. Разширява се капацитетът на отделните агрегати за синтез на амоняк ** въвеждат се нови ефективни катализатори и сорбенти, разработват се съвременно оборудване и технологични схеми за осигуряване на по-пълно използване на суровините и горивото.

През последните години, благодарение на по-доброто оползотворяване на топлината, производството на амоняк може да се организира на принципа на енергийната технология, при който процесът е напълно самодостатъчен с пара и механична енергия.

Производството на амоняк се състои от три етапа: получаване на азотно-водородна смес, нейното пречистване и същинския синтез на амоняк.

Първи етап - получаване на смес азот-водород.Суровините за производството на амоняк са азот и водород. Азотът се изолира от въздуха - газова смес, съдържаща обемно 78,05% азот, 20,95% кислород, 0,94% аргон и в малки количества въглероден диоксид, неон, хелий, криптон и ксенон. За тази цел въздухът се превежда в течно състояние чрез дълбоко охлаждане и след това се разделя на съставните си части чрез ректификация въз основа на разликата в точките на кипене на отделните газове.

Водородът се получава по един от следните начини: чрез електролиза на вода или водни разтвори на готварска сол; от коксов газ чрез последователно втечняване на всички негови компоненти с изключение на водорода; преобразуване на въглероден окис от генераторен газ; превръщане на метан или негови хомолози.

Производството на водород е най-скъпият етап от производството. В момента по-голямата част от водорода за синтез на амоняк се получава от най-евтините видове суровини - газове, съдържащи метан и неговите хомолози. Те включват свързани газове от производството на нефт, природен газ и газове от рафиниране на нефт. В присъствието на водна пара и кислород метанът се превръща във водород:

CH 4 + H 2 O CO + H 2 - Q

CH4 + 0.5O2CO + 2H2+ Q

и полученият въглероден окис се превръща в CO 2 и H 2:

CO + H 2 0 C0 2 + H 2 + Q

Конверсията на природен газ се извършва при атмосферно или повишено налягане с помощта на катализатори (каталитична конверсия) или без тях (високотемпературна конверсия). Често процесът на никелов катализатор се извършва така, че концентрацията на остатъчен метан да е 8 - 10%. При тази концентрация на метан, по-нататъшното му преобразуване с въздух (т.е. смес от азот и кислород в съотношение 4:1) позволява незабавно получаване на смес азот-водород със съотношение N2:H2 = 1:3 . Това елиминира необходимостта от изграждане на скъпи и енергоемки инсталации за разделяне на въздуха и значително подобрява техническите и икономически показатели на процеса.

Въпреки това, получените азот, водород и азотно-водородната смес са замърсени със серни съединения от природен газ, както и въглеродни оксиди и диоксиди, образувани по време на преобразуването.

Поради високата чувствителност на катализатора за синтез на амоняк към тези примеси, които значително намаляват неговата активност и причиняват необратими отравяния (особено съединения, съдържащи сяра), газът се пречиства напълно.

Втори етап - пречистване на газ. Заотстраняване на примеси от серни съединения като въглероден дисулфид CS 2, въглероден дисулфид COS и меркаптани R -SH те се хидрогенират на кобалтово-молибденов катализатор при температура от 350-450 ° C до лесно събран сероводород;

9H 2 + примеси (CS 2 + COS + R - SH) 4H 2 S + 2CH 4 4+ H 2 O

Полученият сероводород се отстранява от газа с помощта на различни абсорбери, например цинков оксид: ZnO + H 2 S à ZnS + H 2 O

След такова пречистване газът съдържа не повече от 1 mg/m 3 сероводород.

Пречистването на газа от CO 2 се извършва с помощта на течни абсорбери. Пречистването на водата, което изразходва големи количества вода и енергия за изпомпването й, беше заменено с по-ефективно пречистване с помощта на водни разтвори на етаноламини или горещи разтвори на поташ, активиран с арсен. При промиване на газа с посочените водни разтвори CO 2 примесите образуват карбонати и бикарбонати. Регенерирането на абсорбери с отстраняване на CO 2 в десорбер се извършва: за етаноламини - чрез нагряване до 120 ° C, за разтвори на поташ - чрез намаляване на налягането.

Примесите на CO се отстраняват от газа чрез абсорбиране на медно-амонячен разтвор на слаба оцетна или мравчена киселина. Ефективността на почистване се увеличава с повишаване на налягането до 30 MPa и намаляване на температурата до 25 - 0 °C. След почистване в газа остават не повече от 0,003% CO. При пречистване на азотно-водородна смес, получена от коксов газ, останалият CO се отстранява чрез промиване с течен азот. В този случай част от азота се изпарява и преминава в сместа азот-водород, осигурявайки съотношение N 2: H 2 близо до 1: 3. Чрез разреждане на сместа с допълнителен азот, тя се довежда до точното съотношение N2:H2 = 1:3, необходимо за синтеза на амоняк. В случаите, когато остатъчните количества CO и CO 2 в газа са малки (до 1%), примесите се отстраняват чрез хидрогениране (метаниране) в съответствие с реакциите

CO + ZN 2 CH 4 + H 2 O; CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O

Температурата на процеса е 200 - 400 °C, катализаторът е никел, нанесен върху алуминиев оксид.

Трети етап - синтез на амоняк.Образуване на амоняк чрез реакция

N2 +3H22NH3+ Qпротича доста бързо само в присъствието на катализатори, съдържащи алуминиеви, калиеви и калциеви оксиди като активатори. Топлинният ефект на реакцията се увеличава с повишаване на температурата, а равновесният добив зависи не само от температурата, но и от налягането.

Синтезът на амоняк е обратим екзотермичен процес.

Според принципа на Льо Шателие отвеждането на топлина трябва да измести реакцията надясно. За тази цел след всеки контакт с катализатора се извършва междинно охлаждане на газовата смес с по-малко нагрят противоток. Това гарантира, че процесът е автотермичен. Въпреки това, въпреки отстраняването на топлината, температурата все още леко се повишава по време на процеса. Следователно колоната за синтез на амоняк използва катализатори, които работят ефективно в различни температурни диапазони.

Съвременните колони за синтез на амоняк с висок единичен капацитет имат четири рафта с катализатори. На първия (по газовия поток) има нискотемпературен катализатор (350-500 °C), на втория - среднотемпературен катализатор (400-550 °C); на третия и четвъртия - висока температура (550 - 700 °C).

В допълнение към изброените фактори, действителният добив на амоняк се влияе от активността на катализатора, състава на газовата смес, конструктивните характеристики на апарата (колкото по-ниско е хидравличното съпротивление, толкова по-висока е пропускателната способност и толкова по-ниска е енергията разходи) и продължителността на контакт на газа с катализатора (или реципрочната стойност, наречена обемна скорост на газа). С увеличаване на обемната скорост отстраняването на амоняк от 1 m 3 контактна маса рязко се увеличава. Но в същото време обемът на нереагиралата смес азот-водород се увеличава. За да се избегнат загуби, тази смес трябва многократно да се изпомпва през катализатора в затворен цикъл. Това увеличава консумацията на енергия за изпомпване. От икономическа гледна точка такива разходи могат да бъдат сведени до минимум при определени оптимални стойности на обемната скорост на газа (от 15 000 до 30 000 m 3 газова смес през 1 m 3 катализатор на час).

Технико-икономическите показатели на това производство могат да бъдат подобрени чрез преминаване към енерго-, ресурсо- и трудоспестяващи технологии. Това се постига чрез използване на мощни агрегати, нисководни вериги и автоматизирани системи за контрол на процесите. Особено внимание се обръща на оползотворяването на топлината на димните газове, напускащи пещта за нагряване на метан, както и газовите потоци, напускащи реактора за хидрогениране на органична сяра, конверторите за метан и въглероден оксид, колоните за синтез на амоняк, метанатора и др.

Възстановената висококачествена топлина се използва за производство на пара под високо налягане. Енергията на тази пара в турбините се преобразува в механична енергия за компресиране и преместване на газове с помощта на компресори. Нискокачествената топлина се използва за производство на технологична пара с ниско налягане, затопляне на вода, производство на студ и т.н. Този енергоспестяващ принцип сам захранва процеса с пара и механична енергия. За райони с недостиг на гориво това дава възможност да се организира производство с минимален разход на енергия. Замяната на водното охлаждане с въздушно значително намалява консумацията на вода. Тези принципи се използват в съвременните схеми за производство на амоняк, използващи големи (1500 t/ден) агрегати с единичен капацитет. Една такава единица осигурява годишно спестяване на оперативни разходи в размер на 15 милиона рубли. и капиталови инвестиции до 25 милиона рубли. Посочената схема включва блокове за получаване на азотно-водородна смес, пречистване на газа и синтез на амоняк.

В блока за синтез на амоняк за компресиране на азотно-водородната смес до 30 MPa и нейната циркулация, възстановената топлина се преобразува в механична енергия на компресия и движение (фиг. 7.6). За да направите това, водната пара с високо налягане и температура, получена в котела за отпадна топлина, се насочва към парна турбина 7, на чийто вал е монтиран турбокомпресор 2.

Турбокомпресорът компресира свежата азотно-водородна смес, като в последния етап тя се смесва и с обратната смес N2 + 3H2, която не е реагирала на катализатора, съдържаща до 2 - 3% NH3. За улавяне на амоняк, газът след турбокомпресора преминава през амонячен хладилник 3, където кондензира и лесно се отделя като течност в сепаратор 4. След сепаратора сместа от азот и водород преминава през два топлообменника 5 и 6, загрява до 425 °C

и се изпраща към колоната за синтез на рафта 7. В сравнение с традиционния контактен апарат с двойна топлообменна тръба в радиалните колони на рафта, хидравличното съпротивление и следователно загубите на енергия са значително намалени. В такава колона с вътрешен диаметър до 2,1 m, височина до 25 m и дебелина на стената от хром-молибденова стомана 10 - 30 cm има четири рафта. Рафтовете се зареждат с катализатор в нарастващи количества и с нарастващ диапазон на работни температури от първия до последния.

За да се поддържа зададен температурен режим по височината на колоната, след всеки рафт топлината от екзотермичната реакция се отвежда в котела за отпадна топлина. Финото регулиране на температурата се постига чрез въвеждане на определено количество студена смес в горещата газова смес.

Приблизително 15-20% от сместа азот-водород се превръща в амоняк на катализатора. Излизайки от колоната за синтез при температура от 320 - 380 °C, сместа последователно пренася топлина към захранващата вода на котела за отпадна топлина във водонагревателя 8, и след това загрява насрещния студен газов поток в "горещия" топлообменник 6. След това се охлажда в апарата за въздушно охлаждане 9 и "студения" топлообменник 5. При налягане от около 30 MPa в такава газова смес амонякът кондензира вече при температура 25 - 40 ° C и след отделяне в сепаратора 10 отива на съхранение.

Газова смес, съдържаща до 2 - 3% некондензиран амоняк и нереагирали азот и водород от турбокомпресор 2 върнат в производствения цикъл.

Степента на превръщане на азотно-водородната смес в амоняк в колоната за синтез е от 15 до 20%. Но благодарение на повтарящата се циркулация в затворена верига, действителният добив на амоняк в системи със средно налягане е 91 - 95%. В сравнение със системите, работещи при ниско (10 MPa) и високо (100 MPa) налягане, системите със средно налягане, които са най-разпространени в световната практика, успешно решават проблемите с отделянето на амоняк при достатъчна скорост на процеса в контактния апарат. В допълнение към течния амоняк се получава и газообразен амоняк, който обикновено веднага се преработва в урея, амониев нитрат и азотна киселина.

Технологична схема - производство - амоняк

Страница 1

Технологичните схеми за производство на амоняк включват от 5 до 9 основни технологични блока, като пречистване на суровината, производство на азотно-водородна смес, синтез на амоняк и др.

Ако технологичната схема за производство на амоняк включва промиване на газ с течен азот, препоръчително е да се извърши високотемпературна конверсия на природен газ под налягане до 30 часа при температура около 1350 С. В този случай сухият конвертиран газ съдържа приблизително 96% (CO H2) с остатъчна концентрация на метан около 1% и ниски коефициенти на потребление на природен газ и кислород.

Ако технологичната схема за производство на амоняк включва промиване на газ с течен азот, препоръчително е да се извърши високотемпературна конверсия на природен газ под налягане до 30 МРа при температура около 1350 С. В този случай сухият конвертиран газ съдържа приблизително 95 5% (CO H2) с остатъчна концентрация на метан около 1% и ниски коефициенти на потребление на природен газ и кислород.

Ако технологичната схема за производство на амоняк не предвижда промиване с течен азот, но има пречистване на мед-амоняк, препоръчително е да се използва обогатен с кислород въздух за високотемпературна конверсия на природен газ. В този случай остатъчната концентрация на метан в конвертирания газ не трябва да надвишава приблизително 0–5%; постигането на това е свързано с повишаване на реакционната температура до 1400 С.

Ако технологичната схема за производство на амоняк не предвижда промиване на газ с течен азот, но има отделения за нискотемпературна конверсия на въглероден окис и метаниране, препоръчително е да се използва въздух, обогатен с кислород, за високотемпературна конверсия на природен газ. В този случай остатъчната концентрация на метан в конвертирания газ не трябва да надвишава приблизително 0–5%, което е свързано с повишаване на температурата на реакцията до 1400 ° С.

В зависимост от процеса на производство на амоняк маслото, разтворено и диспергирано в сгъстения газ, има различни ефекти върху следващите етапи на производството на амоняк. Ако инсталацията има медно-амониево пречистване при същото налягане като синтеза, газовият поток, съдържащ масло, влиза първо в медно-амониевите скрубери за пречистване, където замърсява разтвора, влошава условията за пречистване на газа и регенериране на медно-амониеви решение, увеличава коефициентите на потребление. Има доказателства, че пречистването на газ от нефт само на етапа на пречистване на мед-амоняк дава.

В зависимост от технологичната схема за производство на амоняк, високотемпературната конверсия на природния газ се извършва в смес с технически кислород или обогатен с кислород въздух.

На фиг. Фигура 3 показва диаграма на процес за производство на амоняк от природен газ.

Инсталацията е основна в технологичната схема за производство на амоняк и правилното функциониране на режима в нея в крайна сметка определя необходимия състав на азотно-водородната смес за синтеза на амоняк. Спазването на топлинния режим допринася за нормалната и стабилна работа на системата за генериране на пара.

Създадените в момента технологични схеми за производство на амоняк с капацитет над 1000 тона MNZ в суши от един блок не предвиждат отделяне на пречистване на конвертирания газ от въглероден оксид с медно-амониеви разтвори или промиване с течен азот.

15 показва опростена диаграма на процеса за производство на амоняк от природен газ. Както виждате, схемата е сложна.

По този начин в момента се изпълняват технологични схеми за производство на амоняк с мощност на една единица 400 tf. А в бъдещ период ще бъде усвоено оборудване за производство на амоняк до 800 tf.

Преходът на производството на фиксиран азот към евтин природен газ значително намалява разходите за суровини. Освен това по този начин се подобряват условията на труд във фабриките, произвеждащи синтетичен амоняк. Това също води до опростяване на схемата на производствения процес на амоняк.

Страници: 1

Общинско учебно заведение

Новосафоновска гимназия

Производство на амоняк: кратко описание

Прокопиевски район 2006 г

Въведение

1. Методи за получаване на амоняк

2. Съвременен процес за производство на амоняк

Списък на използваната литература

Въведение

Общата икономическа задача на всяко химическо предприятие е да произвежда висококачествени химикали и в достатъчно количество, така че продажбата им да е печеливша. С това е свързано изискването всички ресурси да се използват възможно най-ефективно. Това обаче може да се постигне само ако самият химичен процес е възможно най-ефективен. В химическата промишленост вместо понятието „реагенти“ много по-често се използват термините „изходни материали“, „суровини“ или просто суровини, понякога „руда“. За да бъде икономически оправдан всеки процес, е необходимо да се постигне оптимален добив на целевия продукт от суровините. Оптималният добив не е непременно същият като теоретичния добив или дори максимално постижимия добив. Получаването на максималната постижима продукция може например да изисква твърде много консумация на някакъв скъп изходен материал или процесът може да отнеме твърде дълго време или се създават екстремни условия (много високи температури или налягания), които са изпълнени с опасни извънредни ситуации и т.н. , - всичко това може да направи максимално постижимия добив икономически нежизнеспособен.

Действителният добив на всеки даден химичен процес може да зависи от редица фактори, основните от които са температура, налягане, наличие на катализатор, чистота на изходните материали и ефективността на извличане на крайния продукт. Индустриалното производство на вещества предполага отлично познаване на теоретичните закони на химичните реакции (енергетика на химичните реакции, химична кинетика и катализа, химично равновесие).

Всички изброени по-долу фактори са важни, особено когато става въпрос за мащабно производство, като например производството на амоняк.

Проектантите на химически заводи създават тежки инсталации за производство на амоняк. Например, създадени са инсталации, които произвеждат 1000-1200 тона амоняк на ден. В момента около 5 милиона тона амоняк се произвеждат годишно в световен мащаб.

1. Методи за получаване на амоняк

амоняк цианамид процес десулфуризатор

Първият промишлен процес, използван за производство на амоняк, е цианамидният процес. При нагряване на вар CaO и въглерод се получава калциев карбид CaC2. След това карбидът се нагрява в азотна атмосфера, за да се получи калциев цианамид CaCN2; след това се получава амоняк чрез хидролиза на цианамид:

CaCN2(s) + 3H2O = 2NH3‍‍ + CaCO3(s)

Този процес изискваше много енергия и беше икономически неизгоден.

През 1908 г. немският химик Ф. Хабер открива, че амонякът може да бъде произведен от водород и атмосферен азот върху железен катализатор. Първият завод за производство на амоняк, използващ този метод, използва водород, който се получава чрез електролиза на вода. Впоследствие водородът започва да се получава от вода чрез редукция с кокс. Този метод за производство на водород е много по-икономичен. След откритието на Хабер производството на амоняк започна бързо да нараства; това не е изненадващо, тъй като за производството на азотсъдържащи торове са необходими огромни количества амоняк. Приблизително 80% от целия амоняк, произведен в света, се използва за производството им. Заедно с азотсъдържащите торове азотът се въвежда в почвата в разтворима форма, от която се нуждаят повечето растения. Останалите ≈20% от произведения амоняк се използват за производство на полимери, експлозиви, багрила и други продукти.

Съвременният процес за производство на амоняк се основава на неговия синтез от азот и водород с помощта на специален катализатор:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ (1)

Тъй като тази реакция е обратима, възниква въпросът: при какви температури и налягания е най-изгодно да се постигне максимален добив?

продукт? Тъй като реакцията е екзотермична, въз основа на принципа на Льо Шателие, ясно е, че колкото по-ниска е температурата на процеса, толкова повече равновесието ще се измести към образуването на амоняк и може да се приеме, че температурата трябва да се понижи толкова, колкото възможен. Но в действителност всичко е по-сложно: при ниски температури реакцията практически не се случва, така че трябва да се намери компромисно решение. Тъй като е необходима ниска температура за установяване на оптимално състояние на равновесие на реакцията и висока температура е необходима за постигане на задоволителна скорост, на практика процесът се провежда при температура ≈ 400 – 500 °C.

Но дори при такава висока температура е необходимо наличието на специален катализатор, за да се постигне достатъчна скорост на реакцията. Като катализатор се използва гъбесто желязо, активирано от калиеви и алуминиеви оксиди.

От уравнението на реакцията става ясно, че общият брой молове намалява от 4 на 2. Според принципа на Le Chatelier в този случай е изгодно процесът да се извърши чрез повишаване на налягането. Но това заключение е само качествено; на практика трябва да знаете колко точно ще се увеличи добивът на NH3 (с 10% или само 0,1%) с увеличаване на налягането. Таблица 1 определя количествено ефекта на температурата и налягането върху добива на амоняк (процент на амоняк в равновесната смес) за реакцията.

От тази таблица може да се види, че повишаването на температурата при всяко налягане значително намалява съдържанието на амоняк в газовата смес, но при температури под 500 °C скоростта на реакцията е много ниска, така че на практика процесът обикновено се извършва при температура 450°C.

маса 1

Що се отнася до налягането, тук се използват налягания от порядъка на 300 - 100 atm, но най-често "средното" налягане е ≈ 250 atm. Въпреки че при тези условия само около 20% от изходните вещества се превръщат в амоняк, обаче, в резултат на използване на циркулационна технологична схема (въвеждане на нереагирали H2 и N2 обратно в реакцията), общата степен на превръщане на изходните вещества в амоняк е много високо.

2. Съвременен процес за производство на амоняк

Работата на една съвременна инсталация за амоняк е много сложна. Това твърдение изглежда изненадващо, ако се „съсредоточите“ само върху доста простото на вид уравнение на реакцията (1), което е основата за синтеза на амоняк. Въпреки това твърдението за сложността на промишления синтез на амоняк няма да изглежда прекомерно след първото запознаване с оперативната схема на инсталация за амоняк, работеща с природен газ (фиг. 1). Първата стъпка в процеса на синтез на амоняк включва десулфуратор. Десулфуризаторът е техническо устройство за отстраняване на сяра от природен газ. Това е абсолютно необходима стъпка, тъй като сярата е каталитична отрова и „отравя“ никеловия катализатор в последващия етап на производство на водород.

Вторият етап от промишления синтез на амоняк включва преобразуване на метан (промишлено производство на водород). Конверсията на метан е обратима реакция, която протича при 700–800 °C и налягане от 30–40 atm с помощта на никелов катализатор, когато метанът се смеси с водна пара:

CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 (2)

Водородът, образуван от тази реакция, изглежда вече може да се използва за синтеза на амоняк съгласно реакция (1) - за това е необходимо да се въведе въздух, съдържащ азот в реактора. Това се прави на етап (3), но на този етап се случват други процеси.

Частично изгаряне на водород се случва в кислород на въздуха:

2H2 + O2 = H2O (пара)

Резултатът на този етап е смес от водна пара, въглероден оксид (II) и азот. Водната пара от своя страна отново се редуцира до образуване на водород, като във втория етап според тях след първите три етапа има смес от водород, азот и „нежелания” въглероден оксид (II).

На фиг. 1, етап (4) е обозначен като реакция на „изместване“, но може да се осъществи при две температурни условия и различни катализатори. Окисляване

CO, образуван в двата предишни етапа, се превръща в CO2, използвайки точно тази реакция:

CO + H2O (пара) ↔ CO2 + H2 (3)

Процесът на „смяна“ се извършва последователно в два „сменни ректора“. Първият от тях използва Fe3O4 катализатор и процесът протича при доста висока температура от около 400 °C. Вторият процес използва по-ефективен меден катализатор и може да се извърши при по-ниска температура.

При пета степен въглеродният окис (IV) се "отмива" от газовата смес чрез абсорбция с алкален разтвор:

KOH + CO2 = K2CO3.

Реакцията на „изместване“ (3) е обратима и след 4-тия етап в газовата смес действително остава ≈ 0,5% CO. Това количество CO е напълно достатъчно, за да разруши железния катализатор в основния етап на синтеза на амоняк (1). На 6-ти етап въглеродният окис (II) се отстранява чрез реакция на преобразуване с водород в метан върху специален никелов катализатор при температури 300 – 400 oC:

CO + 3H2 ↔ CH4 +H2O

Газовата смес, която сега съдържа ≈75% водород и 25% азот, се компресира; налягането му нараства от 25 – 30 до 200 – 250 атм.

В съответствие с уравнението на Клайперон-Менделеев такова компресиране води до много рязко повишаване на температурата на сместа.

Веднага след пресоването е необходимо да се охлади до 350 - 450 oC. Именно този процес е точно описан от реакция (1).

Списък на използваната литература

1.N.E. Кузменко, В.В. Еремин, В.А. Попков. Химия. Теория и задачи. - М.: ОНИКС 21 век", "Свят и образование", 2003 г.

Какво е амоняк

Амонякът или водородният нитрид е едно от азотните съединения. Това е безцветен газ с остър характерен мирис, с химична формула NH3. При замразяване или под налягане амонякът се превръща в течна форма.

Амонякът се използва широко в промишлеността и също така е ключов компонент в производството на азотни торове.

Растенията се нуждаят от азот за правилно развитие и растеж. Използването на торове повишава съдържанието на азот в почвата, увеличавайки добивите.

Използване на амоняк в селското стопанство

Амонякът се използва предимно за производството на много видове азотни торове като урея и нитрат (амониев нитрат) и амониев сулфат. Повечето от световното производство на амоняк се продава на селскостопански или промишлени потребители.

Широко използван в индустрията

Амонякът е едно от най-важните вещества за химическата промишленост. Използва се за производство на полимери, текстил, експлозиви и етанол. Амонякът се използва както като разтворител, така и като охладител. Амонякът се използва в производството на лекарства и козметика.

Производство на амоняк

Амонякът се получава чрез комбиниране на азот и водород при температури от 380 - 500 градуса по Целзий и налягане от 250 atm в присъствието на катализатор.

Въглищата, коксът и коксовият газ могат да се използват като суровини за производството на амоняк, но амонякът се произвежда главно от природен газ. Производството на амоняк е силно енергоемко, а потреблението на природен газ е един от най-важните фактори, определящи рентабилността.

Използване на амоняк

Като тор

Безводният амоняк се използва самостоятелно като тор, който се получава чрез втечняване на амонячен газ под високо налягане. Това е течност със съдържание на азот от 82,3%, което го прави най-концентрираният и рентабилен азотен тор.

Много видове азотни торове се произвеждат от амоняк.

Най-важните от тях са урея, амониев нитрат и амониев сулфат.

Уреята (карбамид) се получава от амоняк и въглероден диоксид.

Предлага се под формата на гранули и микро гранули и съдържа 46% азот, което го прави най-концентрираният наличен азотен тор.

Амониевият нитрат (NH 4 NO3) е най-разпространеният универсален азотен тор, съдържащ 35% азот, използван като основен тор и за подхранване.

Амониевият сулфат съдържа 21% азот и до 24% сяра, следователно е и източник на сяра. Усвоява се добре, не се отмива от почвата и се използва за всички земеделски култури.

Промишлена употреба

Амонякът е един от най-важните продукти на химическата промишленост. Веществата, произведени от амоняк, служат като основа за производството на пропилен, текстилни влакна, проводници, тръби, контейнери, гуми, автомобилни части и телефони. Експлозиви се произвеждат и от амоняк.

Течният амоняк се използва като разтворител и хладилен агент. Амонякът се използва и като добавка против замръзване към сухи хоросани.

Амониеви производни на амоняка се използват в медицината. Това е амоняк, компоненти на козметика и лекарства.

Воден разтвор на амоняк се използва като източник на азот в процеса на производство на дрожди. Световното търсене на етанол нараства, а дрождите са единственият вид микроорганизми, използвани за превръщане на захарта в етанол.

Съхранение и транспортиране

При замразяване или под налягане амонякът преминава в течна форма и изисква специално оборудване и технология за транспортиране и съхранение.

Течният амоняк се съхранява в свързани помежду си резервоари, оборудвани с предпазни клапани. За повишаване на безопасността резервоарите се вкопават и се монтират допълнителни палети и стени.

При съхранение на големи количества въглеводородни газове най-ефективни са подземните газови хранилища. Съхранението на амоняк в изотермични газови резервоари стана широко разпространено.

Амонякът се транспортира в специални транспортни контейнери с железопътен, воден и автомобилен транспорт или по магистрални тръбопроводи.

Основни потребители

Основното търсене на продукта идва от Китай, чиито предприятия консумират около 30% от амоняка, произвеждан в света. Няколко други страни и региони демонстрират приблизително същото ниво на потребление на амоняк: САЩ (10%), страните от ОНД и Западна Европа (8-9% всяка), Индия (8%).

Търсене на амоняк

Според експертни прогнози през 2020 г. производството на амоняк ще бъде около 190 милиона тона годишно. Около три четвърти от световния амоняк се използва за производство на торове, около 50% отива само за производството на урея.

В момента търсенето на карбамид нараства на световния пазар, така че се прогнозира, че търсенето на амоняк, от който се произвежда, ще нараства с поне 2% годишно до 2020 г.

Прогнозираното нарастване на търсенето на продукта създава възможности за новопостроени заводи за производство на карбамид.

Цели на урока.

Образователни- по време на урока осигурете формирането на нови знания на учениците за амоняка, неговата структура, свойства, производство и употреба.
Помислете за структурата на молекулата на амоняка. Запознайте учениците с водородната връзка. Проучете свойствата на амоняка. Помислете за донорно-акцепторния механизъм на образуване на химична връзка
Развитие- способността за сравняване, обобщаване, развиване на мислене, интерес към темата.
Образователни- поведение в кабинета по химия, наблюдателност при гледане на видео, за формиране на информационна и комуникативна култура.

Оборудване. Амонячна вода, кристален NH4Cl и Ca(OH)2, фенолфталеин, устройство за получаване на газове, HCl (конц.), KMnO4 (за получаване на O2), KI, нишесте, лакмусова хартия, кристализатор, цилиндър, стъклени пръчици, лабораторен стенд.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

I. Актуализиране на опорни знания.

Правим химическо загряване.

а) назовете възможните степени на окисление на азота,

б) в какви случаи азотът ще проявява окислителни свойства и в кои ще проявява редуциращи свойства?

в) избройте физичните свойства на азота.

г) на какво се дължи химическата инертност на азота?

д) при какви условия азотът реагира с други вещества?

е) под каква форма се среща азотът в природата?

з) каква е ролята на азота в живота на природата?

II. Учене на нов материал.

1. Структурата на молекулата.

Когато отворите вратата на хладилника, усещате студ. И така, какво вещество е причината за това явление?

Работете по двойки.

Инструкция №1.

1. Напишете уравненията на реакцията на водородните съединения на азота.

2. Начертайте електронната и структурната формула на това съединение.

3. Идентифицирайте химичната връзка в тази молекула.

4. Каква особеност на електронната структура виждате в азотния атом?

Учениците работят самостоятелно по двойки с учебника стр.47-48

След това проверяваме правилността на изпълнената задача чрез мултимедия (слайд № 1, 2, 3 и 4) Презентация .

2. Определете физичните свойства на амоняка.

Проблемен въпрос.Каква е причината за добрата разтворимост на амоняка във вода?

Кристалната решетка на амоняка е молекулярна; Молекулата е лека, но за разлика от молекулата на азота е полярна.

Следователно какви точки на кипене и топене трябва да има амонякът?

Ученици: можем да приемем, че са ниски.

Тъй като полярността на молекулата прави възможно свързването на електростатичните сили на привличане с просто междумолекулни сили.

Структурата на молекулата позволява да се предвиди добра разтворимост във вода.

Това се дължи на появата на специална химична връзка между неговите молекули - водород. (слайд номер 5). Азотният атом има свободна електронна двойка в молекулата на амоняка, наличие на частичен (+) заряд на водородния атом и наличие на частичен (-) заряд на азотния атом.

Водородната връзка е връзка между водородните атоми на една молекула и атомите на електроотрицателни елементи на друга молекула (F, O, N). (слайд № 5)

Заключение: амонякът преминава в течно състояние при повишаване на налягането. Изпаряването на течен амоняк с намаляване на налягането е придружено от силно охлаждане на околните предмети. Това свойство се използва в хладилни агрегати.

Амонякът е безцветен газ.
Кара ме да гъделичка устата.
Боде в носа и щипе в очите.
Амонякът е отровен!
Амонякът е разтворител.
Промени от газ към течност
Амонякът е диамагнитен.
Освен това не провежда ток.
Сух амоняк
Експлодира във въздуха.
Разтваря се във вода.
Експлозиви, торове

Това не е пълен списък на неговите употреби.

3. Получаване на амоняк в лаборатория.

Ние демонстрираме опит. Загрейте смес от амониев хлорид и калциев хидроксид.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + H 2 O

Разтваряме получения амоняк във вода, към която добавяме фенолфталеин. Амонячният разтвор става пурпурен.

Защо разтворът на амоняк става пурпурен?

Ученици: в разтвора има хидроксиден йон, средата е алкална.

Учител. В амонячната вода по-голямата част от амоняка се съдържа под формата на молекули NH3, равновесието е изместено наляво (тъй като NH3 е слаб електролит) и такава вода съдържа много молекули NH3, така че мирише на амоняк. Показвам ви как правилно да боравите с разтвори на силно миришещи вещества.

Ние демонстрираме обезцветяването на оцветената с фенолфталеин амонячна вода при нагряване.Защо се случи това?

Ученици: хлабава връзка.

При нагряване разтворимостта на газовете (NH3 газ) намалява, амонякът се изпарява, реакционното равновесие се измества още повече наляво и хидроксидният йон (ОН) практически не остава в разтвора. Водният разтвор става неутрален.

Проблемен въпрос:От какви суровини и по какви начини могат да се произвеждат азотни торове?

УченициПредполага се, че от азота във въздуха.

Тази задача беше поставена пред вътрешната наука от Д. И. Менделеев, който пише: „Една от задачите на приложната химия е да се намери технически изгоден метод за получаване на азотни съединения, съдържащи усвоим азот откриването на такъв метод."

Икономически най-изгодният метод за индустриална фиксация на атмосферния азот е синтезът на амоняк от азот и водород:

Учител: Опишете тази реакция.

Ученици:

екзотермичен
обратими
каталитичен
разнородни
с намаляване на обема

Учител: Какви условия за изместване на равновесието са необходими за увеличаване на добива на амоняк?

Ученици: понижаване на температурата, повишаване на налягането.

Добивът на амоняк е нисък и индустриалният синтез с такива показатели е нерентабилен.

Обсъждаме със студентите възможността за увеличаване на практическия добив на амоняк.Важен критерий за ефективност на производството е производителността на реактора. Анализът на количествените данни за увеличаването на концентрацията на амоняк в сместа азот-водород по време на реакцията ни позволява да стигнем до извода: производителността на реактора може да се увеличи чрез намаляване на времето за реакция. Това намалява добива на амоняк по време на едно преминаване на газовата смес през реактора и нереагиралият газ може да бъде върнат в производството. По този начин идеята за циркулация е важен технологичен принцип, икономически осъществим, увеличаващ производителността на реактора. Съществуват изисквания към качеството на суровината, тя трябва да съдържа възможно най-малко примеси като аргон и метан. Суровините трябва да бъдат добре почистени от вещества, които са токсични за катализатора (например серни съединения). Катализаторът за синтеза на амоняк е желязото, активирано чрез добавки (алуминиеви и калиеви оксиди) за придаване на висока стабилна активност.

4. Образуването на амониев катион следва донорно-акцепторен механизъм.

Азотният атом има свободна електронна двойка, поради което се образува друга ковалентна връзка с водородния катион, който се прехвърля към амоняка от водни молекули или киселини. (слайд номер 6)

По този механизъм към молекулата на амоняка се присъединява водородният катион +Н от водната молекула и се образува йонът +NH4, при който по обменния механизъм се образуват три ковалентни връзки, а по донорно-акцепторния - четвъртата. Въпреки това всички връзки са равни.

5. Химични свойства.

а) разтворимост на амоняк във вода.

Демонстриращ опит:Поставете епруветка, пълна с амоняк, в кристализатор с вода, към която е добавено малко фенолфталеин. Водата бързо изпълва епруветката и разтворът на амоняка става пурпурен.

Разтворимостта на амоняка във вода е много висока - в 1 обем вода се разтварят 700 обема амоняк. Защо амонякът се разтваря добре във вода?

Ученици. Причината е образуването на водородни връзки.

Учител: Каква среда има водният разтвор на амоняк?

Ученици: алкален.

Учител: Какви свойства трябва да има водният разтвор на амоняк?

Ученици: основен.

Какво заключение можем да направим от това?

Заключение: Амонякът във воден разтвор е основа.

Учител: ако воден разтвор на амоняк е основа, тогава с какви вещества ще взаимодейства?

Ученици: с киселини.

Демонстриращ опит:„дим без огън“, приближаваме две стъклени пръчки, навлажнени с концентрирани разтвори на амоняк и солна киселина един към друг. Между тези пръчки има много дим.

Напишете уравнението за реакцията на воден разтвор на амоняк със солна киселина в пълна и кратка йонна форма.

Един ученик записва уравнението на реакциите на дъската, след което проверяваме записите в техните тетрадки.

NH3 +HCl = NH4Cl

Учител: каква сол се е образувала и дайте име?

Учениците дават името на тази сол.

Образуването на амониев катион при взаимодействие с киселини става по донорно-акцепторния механизъм.

Обръщаме внимание на учениците, че донорът е азот, а акцепторът е водород, т.к Азотът има свободна електронна двойка, а водородът има свободна орбитала.

В амоняка азотът има по-ниска d.o. (-3).

И така, какво ще бъде амонякът в редокс реакциите?

Гледаме видео за взаимодействието на амоняка с кислорода (със и без катализатор).

След като изгледах видеото, моля момчетата да напишат уравненията за реакции с кислород, въведете s.o. и коефициенти по метода на електронния баланс.

Проверяваме правилността на писане на уравненията (слайд № 7, 8)

Заключение: азотът в амоняка има по-ниска d.o. (-3), следователно азотът може да отдава само електрони, увеличавайки s.o., следователно амонякът проявява само редуциращи свойства. Химичните свойства на амоняка вървят с промяна на d.o. азот и с образуването на ковалентна връзка чрез донорно-акцепторния механизъм.

III. Закопчаване:

а) по какви признаци се разпознава амонякът? (чрез миризма; чрез оцветяването на мокра индикаторна хартия - става синя; чрез появата на дим при държане на стъклена пръчка, навлажнена с концентрирана солна киселина).

б) какъв тип реакция възниква, когато амонякът реагира с киселини? (връзки)

в) напишете уравненията за реакцията на амоняк с ортофосфорна киселина и дайте имената на получените соли.

IV. Домашна работа$17 стр.52 упражнения 6,7,9- 1-во ниво; 6-11- 2-ро ниво. Подгответе съобщение за употребата и значението на амоняка.

Общинско учебно заведение

Новосафоновска гимназия

Производство на амоняк: кратко описание

Прокопиевски район 2006 г

Въведение

1. Методи за получаване на амоняк

2. Съвременен процес за производство на амоняк

Списък на използваната литература

Въведение

1. Методи за получаване на амоняк

амоняк цианамид процес десулфуризатор

CaCN2(s) + 3H2O = 2NH3‍‍ + CaCO3(s)

Този процес изискваше много енергия и беше икономически неизгоден.

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ (1)

маса 1

2. Съвременен процес за производство на амоняк

CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 (2)

Частично изгаряне на водород се случва в кислород на въздуха:

2H2 + O2 = H2O (пара)

CO, образуван в двата предишни етапа, се превръща в CO2, използвайки точно тази реакция:

CO + H2O (пара) ↔ CO2 + H2 (3)

При пета степен въглеродният окис (IV) се "отмива" от газовата смес чрез абсорбция с алкален разтвор:

KOH + CO2 = K2CO3.

CO + 3H2 ↔ CH4 +H2O

Списък на използваната литература

1.N.E. Кузменко, В.В. Еремин, В.А. Попков. Химия. Теория и задачи. - М.: ОНИКС 21 век", "Свят и образование", 2003 г.

1. Химична връзка в молекулата на амоняка: А) йонна; Б) ковалентен полярен; Б) ковалентен неполярен. 2. Как се получава амоняк в лаборатория: А) директен синтез от азот и водород; Б) термично разлагане на амониеви соли; В) взаимодействието на амониеви соли с алкали. 3. Как можете да различите амониевия хлорид от натриевия хлорид: А) по миризмата; Б) върху действието на сребърния нитрат; В) чрез действието на алкали при нагряване. 4. Воден разтвор на амоняк не реагира: А) със солна киселина; Б) с калциев хидроксид; Б) с вода. 5. Амонякът може да се окислява до свободен азот: А) без катализатор; Б) с високо кръвно налягане; Б) с катализатор. 6. Механизмът на образуване на амониев йон (катион): А) донорно-акцепторен; Б) йонна; Б) радикален; 7. Уравнението на реакцията NaOH + NH 4 Cl = NaCl + NH 3 + H 2 O съответства на кратко йонно уравнение: A) NH H + = NH 4 + B) NH 4 + = NH 3 + H + C) NH OH ¯ = NH 3 + H 2 O B B B B A A B

Приготвяне на амоняк В лабораторията амонякът се получава чрез леко нагряване на смес от калциев хидроксид и амониев сулфат. Напишете уравнение за реакцията за получаване на амоняк. Ca(OH) 2 + 2(NH 4) 2 SO 4 = CaSO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O В промишлеността амонякът се получава чрез синтез от азотно-водородна смес от 200 atm, 400ºC, Fe N 2 + 3H 2 2NH 3 или Ca(OH) 2 + 2NH 4 Cl = CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O експеримент

Физични свойства Амонякът е безцветен газ с остър характерен мирис, по-лек от въздуха. Определете плътността на амоняка във въздуха. При леко повишаване на налягането или при охлаждане до – 33Cº амонякът се втечнява, превръщайки се в безцветна подвижна течност. Амонякът е разтворим във вода: при стайна температура в 1 обем вода се разтварят 700 обема амоняк, а при 0ºC – 1200 обема. D въздух (NH3) = M (въздух) / M (NH3) = 29 g/mol / 17 g/mol = 1,7 пъти

Химични свойства на NH 3 + H 2 O NH 3 · H 2 O NH OH – 1) Разтварянето на амоняка във вода се придружава от химично взаимодействие с него: N H+H+ + H HH HH H H N + амониев катион донор акцептор 2) Взаимодействие на амоняк с киселини: NH 3 + HCl = NH 4 Cl Запишете уравнения за реакциите на амоняк със сярна киселина (с образуването на средни и киселинни соли), азотна киселина. NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4 NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 Механизъм за образуване на връзка – донорно-акцепторен NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 експеримент

3) Окисление на амоняк (с катализатор) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O. Разгледайте реакцията като редокс реакция. Назовете окислителя и редуктора. N –3 – 5e N окисление O e 2O –2 4 5 редукция NH 3 (поради N –3) – редуктор; O 2 е окислител.

4) Окисление на амоняк (без катализатор) 4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Разгледайте реакцията като редокс реакция. Назовете окислителя и редуктора. N –3 – 5e N окисление O e 2O –2 4 5 редукция NH 3 (поради N –3) – редуктор; O 2 е окислител. 5) Амонякът е способен да редуцира оксиди на нискоактивни метали NH 3 + СuO N 2 + Cu + H 2 O. Разгледайте реакцията като редокс. Назовете окислителя и редуктора. Подредете коефициентите. 2N –3 – 6e N окисление Cu e Cu редукция NH 3 (поради N –3) – редуктор; CuO (поради Cu +2) е окислител. 2NH 3 + 3СuO = N 2 + 3Cu + 3H 2 O експеримент

6) Активните метали са способни да заменят водородния атом в амоняка. Парче натрий, пуснато в течен амоняк, го оцветява в лилаво; с течение на времето цветът изчезва и след като амонякът се изпари, на дъното на чашата остава бял прах от натриев амид: разглеждайте реакцията като редокс реакция. Назовете окислителя и редуктора. Подредете коефициентите. NH 3 + Na NaNH 2 + H 2 2H e H Na 0 – 1e Na NH 3 (поради H +1) – окислител, редукционен процес; Na 0 е редуциращ агент, процес на окисление. 2NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2 натриев амид

Лабораторен експеримент: Свойства на амониеви соли Извършете качествена реакция на амониевия йон. Поставете смес от амониев хлорид и калциев хидроксид в епруветка и загрейте сместа. Определете произведения амоняк по характерната му миризма и с помощта на мокра индикаторна хартия.

Н.Х.

1. Воден разтвор на амоняк има: А) алкална среда; Б) кисела среда; Б) неутрална среда; Г) сред посочените по-горе няма верен отговор. 2. Взаимодействието на амоняка с хлороводорода се отнася до реакциите: А) разлагане; Б) връзки; Б) заместване; Г) обмен. 3. Амонякът реагира с нагрят меден (II) оксид, редуцирайки го до метална мед. В този случай амонякът се окислява до: А) свободен азот; Б) азотен оксид (IV); Б) азотен оксид (II); Г) азотен оксид (V). 4. Реакцията на амоняка с: А) кислород в отсъствие на катализатор не е окислително-възстановителна реакция; Б) кислород в присъствието на катализатор; Б) солна киселина; Г) меден (II) оксид. 5. Лабораторният метод за получаване на амоняк е: А) синтез от азот и водород; Б) взаимодействие на амониев хлорид с алкали; Б) термично разлагане на амониев хлорид; Г) всички горни отговори са верни. 6. Напишете уравнението за реакцията на амоняк със сярна киселина в моларни съотношения 1:1 и 2:1. Сумите на коефициентите в тези реакции са А) 3 и 5; Б) 3 и 4; Б) 4 и 5; Г) 5 и 6. A D A B B B

Технологични свойства на амоняка.

Амоняк (NH 3) е безцветен газ с остра миризма и точка на кипене - 33.4˚Си точка на топене - 77.8˚С Амоняк силно разтворим във вода ( 750 литра на литър вода), ограничена разтворимост в органични разтворители.

При взаимодействие с вода амонякът образува хидрати със следния състав:

NH3H2OИ NH32H2O

Малко количество амонячни молекули, разтворени във вода, се йонизират в резултат на реакцията:

NH 3 + H 2 O « NH 4 + + OH –

Степен на дисоциация 0,004.

Течният амоняк разтваря алкални и алкалоземни метали, фосфор, сяра, йод и много други неорганични и органични съединения.

При температура 1300 °C амонякът се разпада на азот и водород:

2NH 3=N2 + 3H2

Сухият амоняк образува експлозивни смеси с въздуха, чиито граници на експлозия зависят от температурата.

Свят производство амоняк възлиза на 1980 повече от година 90 милиона тона.

Първо растениевърху производството амоняк беше допуснат в 1913 година с производителност 25 тна ден.

Суровината при производството на амоняк е азотно-водородна смес (AHM) със състав N 2:H 2 = 1:3. Ресурсите на атмосферен азот са практически неизчерпаеми, така че производството на амоняк се определя главно от метода на производство на водород.

Фигура 4.3. – Суровини за производство на амоняк.

Азотполучени чрез ректификация (дестилация) на втечнен атмосферен въздух.

Водородза синтеза на амоняк може да се получи:

1. отделяне на обратен коксов газ,

2. газификация на твърдо гориво,

3. преобразуване на природен газ (метан или негови газообразни хомолози),

4. превръщане на въглероден окис с водна пара,

5. крекинг на метан

6. електролиза или термично разлагане на вода

От първостепенно значение са методите за преобразуване на метан и въглероден оксид, както и отделянето на коксовия газ.

За дългосрочни планове за широко използване на водорода за промишлени и енергийни цели се предвижда масовото му производство от вода - най-евтината суровина, чиито запаси са неограничени. Съществуващите и развиващите се методи за производство на водород от вода са разделени на три групи:

1. електролиза на вода

2. термохимични методи

3. комбинирани термо- и електрохимични методи.

ЕЛЕКТРОЛИЗАТА е най-утвърденият метод за производство на водород от вода и понастоящем се използва в малък мащаб, когато е налична евтина електроенергия. Електрохимичните процеси се основават на взаимното преобразуване на електрическата енергия в химическа енергия и обратно. Предимствата на електрохимичните процеси са тяхната простота в хардуерното проектиране, нискоетапен технологичен процес, висока чистота на получените продукти, постижима по химични методи и др. Основният недостатък на електролизата е високата консумация на електроенергия, цената на която представлява основен дял в себестойността на продуктите - повече от 90%. Освен това при промишлената електролиза на водни разтвори степента на използване на енергията е не повече от 50–60%, което допълнително увеличава цената на електролизните продукти. При производството на водород чрез електролиза на вода като електролит се използват водни разтвори на киселини, основи или соли, тъй като електрическата проводимост на чистата вода е незначителна - при 18 ° C специфичната електрическа проводимост на водата е (2-6) × 10 -10 S × m -1. Най-често се използват алкални електролити, които са най-малко агресивни за строителните материали на електролизарите. Отделянето на водород става на катода според реакцията:

2H 2 O + 2 e - ® H 2 + 2OH -

Общата ефективност на производството на водород чрез електролиза на вода с електричество, генерирано от атомна електроцентрала, е не повече от 20–30%, което се отразява негативно на цената на водорода. Намаляването на цената на електролитния водород може да бъде постигнато чрез подобряване на дизайна на електролизьорите, намаляване на тяхната цена и, най-важното, използване на евтина електроенергия. Като основна перспектива се разглежда възможността за захранване на водородни електролизатори с „отпаднала“ енергия от АЕЦ, т.е. използване на електричество в периоди, когато станциите са недостатъчно натоварени, например през нощта.

Термохимичен методпроизводството на водород се основава на разграждане вода, използваща топлинна енергия, която се предполага, че се получава от охлаждани с хелий ядрени реактори, използващи топлина на охлаждащия газ на изхода на реактора . Директно разлагане на водата чрез реакция

H 2 O « H 2 + 0,5 O 2 + D з

не е възможно, тъй като при високата температура, необходима за това (около 1000 °C), равновесната константа на реакцията е незначителна (10 -6). Прилагането на процеса е възможно чрез замяна на реакцията на директно разлагане на водата с термохимичен цикъл, състоящ се от няколко етапа, за всеки от които стойностите на равновесната константа биха били приемливи за практиката. Много термохимични цикли са разработени и предложени за разлагане на вода при температури, достъпни от гледна точка на използване на топлината на охлаждащите газове на ядрените реактори. В повечето от предложените цикли междинните вещества имат висок афинитет към водород или кислород - това са халогени, елементи от група IV (сяра), метали от група II (Mg, Ca. Ba) и преходни елементи с променливи степени на окисление (V , Fe). По-долу е даден пример за термохимичен цикъл от реакции, водещи до разлагане на водата на H 2 и O 2:

Целият термохимичен цикъл на разлагане на водата е затворен цикъл, тъй като всички първоначални реагенти се отделят от реакционните продукти и се връщат в цикъла, с изключение на водата, която се изразходва за образуването на водород и кислород. Максималната реакционна температура не надвишава 700 °C и може да се осигури с охлаждаща течност на изхода на техния ядрен реактор на ниво 800 - 900 °C.

Понастоящем нито един от предложените термохимични цикли все още не е внедрен в индустрията и ефективността на циклите, както и изчисленията на разходите за производство на водород по този метод, все още не са определени.

Комбиниран метод за производство на водородсе състои в комбиниране на термо- и електрохимични етапи на процеса. Очакваните предимства на комбинирания метод са, че могат да се използват предимствата на всеки от разглежданите методи: електрохимичният метод е добре усвоен и има прост хардуерен дизайн, докато термохимичният метод е по-икономичен, но е слабо развит и включва етапи, които са труден за индустриална реализация.

Пример е комбинираният цикъл на сярна киселина за производство на водород и кислород от вода. Това е двуетапен процес, включващ 2 етапа

1. термохимична – ендотермична реакция, протичаща при 900 °C

H 2 SO 4 = H 2 O + SO 2 + ½ O 2

2. нискотемпературен електрохимичен процес:

2H 2 O + SO 2 - 2e - = H 2 + H 2 SO 4

Последната реакция може да се осъществи само чрез електролиза, тъй като нейната константа на равновесие и теоретичният добив на водород са изключително малки. Източникът на енергия за комбинираната инсталация може да бъде ядрен газов реактор, доставящ отпадна топлина към термохимичния етап и електричество към електрохимичния етап. Очакваните разходи за комбинирана инсталация са по-малки, отколкото за директна електролиза на вода. Общата ефективност на процеса трябва да бъде 35 – 37%. Според експерти комбинирането на термохимични и електрохимични етапи е най-перспективното направление за мащабно производство на водород от вода.

Основен методполучаване водород Аза синтез амоняк е каталитично преобразуване метан . Сурови материализа този метод е природен и свързан газ съдържащи до 90-98% метан .