氨气制法，一种化学制作氨气的方法

氨气概述

理化性质

氨气，Ammonia，，无色气体。有强烈的刺激气味。密度0.7710。相对密度0.5971（空气=1.00）。易被液化成无色的液体。在常温下加压即可使其液化（临界温度，临界压力11.2兆帕，即112.2大气压）。沸点。也易被固化成雪状固体。熔点。溶于水、乙醇和乙醚。在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。有催化剂存在时可被氧化成一氧化氮。用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。可由氮和氢直接合成而制得，能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡。

重要性

氨作为化工产品的重要组成部分，也是化肥的最主要原料之一，在我国的消耗使用量巨大。氨的生产对农业的发展具有十分重要的作用，据统计，化肥对世界粮食增产有超过的贡献率。近百年来，世界人口增加了4.5倍，而口粮的产量却增加了7.7倍。现在全球氮肥产量约1.2亿吨，世界人均消耗氮肥20kg，合成氨工业为人体提供了的氮元素。可以这样说，如果没有合成氨技术，世界上将有近一半的人无法存活。

现阶段（2019年），每年有3亿吨的大气中的N2通过活化作用被固定，但通过反硝化作用返回到大气中的N2只有1亿吨。其他活化的氮素以氮氧化物形式返回大气中会造成空气污染和温室效应，若以NO3的形式进入地表水体会造成富营养化和近海赤潮。减少合成氨工业负面影响并发挥其正面作用对保护生态环境具有十分重要的意义。

氨气的三种实验室制法

一。加热固体胺盐和碱的混合物

氨气制法反应原理：

反应装置：固体+固体==△==气体

净化装置；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，可减少与空气的对流速度，收集到纯净的.

实验室，氨常用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备：

(1)不能用跟反应制氨气

硝酸铵受撞击、加热易爆炸，且产物与温度有关，可能产生

(2)实验室制不能用代替

因为是强碱，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，所以不用代替制。

(3)用试管收集氨气为什么要堵棉花

因为分子微粒直径小，易与空气发生对流，堵棉花目的是防止与空气对流，确保收集纯净。

(4)实验室制除水蒸气为什么用碱石灰，而不采用浓和固体

因为浓与反应生成

与反应能生成（八氨合氯化钙）

(5)实验室快速制得氨气的方法

用浓氨水加固体NaOH(或加热浓氨水）

二，加热浓氨水

反应原理：

装置：

氨气制法三，浓氨水中加固态碱性物质

装置：

氨气制法反应原理：浓氨水中存在以下平衡：

，

加入固态碱性物质（如，碱石灰等），消耗水且使增大，使平衡移动，同时反应放热，促使的分解。

氨气工业制法

空气中的氮气加氢

工艺特点：高压催化

工艺流程有很多方案，世界各国采用的也不尽相同。目前世界上比较先进的有布朗三塔三废锅氨合成圈、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。

合成与冷冻工段的有效能损耗占全装置的15%左右。流体流动、压缩、传热、冷冻、化学反应等诸方面的有效能损耗相当。降低这些能耗的关键在于催化剂，如能找到一种低温高活性催化剂，则操作压力就可降低，压缩功和循环功也可降低。氨合成反应是放热反应，合理回收能量是降低能耗的一个方面，适当增大一些反应设备和通气截面，就可降低传热、流动和化学反应的不可逆损耗。减少弛放气，降低新鲜气的单耗是降低能耗的重要方面。

随着大型化的发展，氨合成圈已成为降低合成氨能耗的主要单元之一。近代大型氨合成装置的代表设计有三种：

1）布朗的三塔三废锅氨合成圈

布朗三塔三废锅氨合成圈由3个合成塔和3个废锅组成。塔内有催化剂筐，气体由外壳与筐体的间隙从底部向上流过，再由上向下轴向流过催化剂床。三塔催化剂装填量比二塔多，最终出口氨含量可以从提高到以上，减少了循环气量，节省了循环压缩功。合成塔控制系统非常简单，各塔设有旁路用阀门调节气体入塔温度。由于氨合成反应平衡的限制，决定了催化剂温度，不需要调节催化剂床层反应温度。

2）伍德两塔三床两废锅氨合成圈

伍德两塔三床两废锅氨合成圈采用两个较小的合成塔，3个催化剂床，两塔塔后各连一个废锅。这种结构使反应温度分布十分接近最优的反应温度，气体的循环量和压降小，投资和能耗节省，副产高压蒸汽多。

3）托普索两塔三床两废锅氨合成圈

托普索S-250系统采用无下部换热的S-200合成塔和S-50合成塔组成。还包括：（1）废锅和锅炉给水换热器回收废热；（2）合成塔进出气换热器，水冷器，氨冷器和冷交换器，氨分离器及新鲜气氨冷器等。合成塔为径向流动催化剂床，采用小催化剂，压降为0.3MPa。由S-200型塔出来的合成气，经废热锅炉回收热量，并保证入S-50型塔的合适温度，以提高单程合成率。

此外还有：

生产方法：生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。

①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（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。

②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、甲烷及氩的洗涤剂。

③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。

用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。

贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

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：

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。

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：

反应必须通过使用催化剂完成。

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：

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：

少量二氧化碳可被氨进一步吸收。反应式为：

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：

以天然气为原料的合成氨厂一般采用此工艺。

近年来，工业上新开发的分子筛吸附法，对少量水蒸气、微量二氧化碳的清除效果很好，通过加热，分子筛仍可再生复用。

合成

经过上述处理并经过多级压缩后达到指定高压（一般为32MPa）的氮、氢混合气，送到合成塔中在一定温度（）范围内，经催化剂（为主体）作用，进行合成反应。反应式如下：

必须指出，这个过程只有少部分反应气转化成氨，大部分仍将循环使用。