合成氨发展史及未来的发展方向教学内容
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原创《合成氨条件的选择》网络课教案第一章:引言1.1 教学目标让学生了解合成氨工业的重要性和发展历程。
让学生理解合成氨反应的基本原理。
1.2 教学内容合成氨工业的重要性和发展历程。
合成氨反应的基本原理。
1.3 教学方法采用问题引导的方式,激发学生的兴趣和思考能力。
通过图片和数据展示,帮助学生直观地理解合成氨工业的重要性和发展历程。
1.4 教学评估观察学生在课堂上的参与程度和思考表达能力。
收集学生的提问和讨论情况。
第二章:合成氨反应的基本原理2.1 教学目标让学生了解合成氨的化学反应方程式和反应机理。
让学生理解合成氨反应的平衡常数和影响因素。
2.2 教学内容合成氨的化学反应方程式和反应机理。
合成氨反应的平衡常数和影响因素。
2.3 教学方法通过动画和示意图展示,帮助学生理解合成氨的化学反应方程式和反应机理。
采用案例分析和讨论的方式,引导学生思考合成氨反应的平衡常数和影响因素。
2.4 教学评估观察学生在课堂上的参与程度和理解能力。
收集学生的提问和讨论情况。
第三章:温度对合成氨反应的影响3.1 教学目标让学生了解温度对合成氨反应的平衡位置和反应速率的影响。
让学生能够运用Le Chatelier原理分析温度变化对合成氨反应的影响。
3.2 教学内容温度对合成氨反应的平衡位置和反应速率的影响。
运用Le Chatelier原理分析温度变化对合成氨反应的影响。
3.3 教学方法通过实验模拟和动画展示,帮助学生直观地了解温度对合成氨反应的影响。
引导学生运用Le Chatelier原理分析温度变化对合成氨反应的影响。
3.4 教学评估观察学生在实验模拟和案例分析中的参与程度和理解能力。
收集学生的提问和讨论情况。
第四章:压力对合成氨反应的影响4.1 教学目标让学生了解压力对合成氨反应的平衡位置和反应速率的影响。
让学生能够运用Le Chatelier原理分析压力变化对合成氨反应的影响。
4.2 教学内容压力对合成氨反应的平衡位置和反应速率的影响。
合成氨工业发展现状及重要性1. 引言1.1 合成氨工业的背景合成氨工业作为世界上最重要的化工工业之一,在近百年的发展历程中发挥着举足轻重的作用。
合成氨是一种重要的化工原料,广泛应用于农业、化工、医药等领域。
早在20世纪初,德国化学家哈伯成功地发现了合成氨的制备方法,开创了合成氨工业的先河。
合成氨工业的背景可以追溯到当时人们对于提高农业生产效率的迫切需求,合成氨被广泛应用于化肥生产,大大提高了农作物产量。
随着工业化进程的加快,合成氨在化工领域的应用也日益广泛,被用于制造化学品、纺织品等。
合成氨工业的快速发展使得世界各国的经济得到了极大的推动,为人类生活的改善和进步作出了重要贡献。
在现代生活中,合成氨已经成为不可或缺的化工原料,其重要性日益凸显。
1.2 合成氨在现代生活中的重要性合成氨在现代生活中的重要性体现在许多方面。
合成氨是化肥生产的主要原料,而化肥对于农业生产至关重要。
通过合成氨制成的氮肥可以有效地提高作物的产量和品质,保障粮食安全。
合成氨也被广泛应用于化工领域,用于制造各种化工产品,如塑料、涂料、合成纤维等,满足了人们对各类化工产品的需求。
合成氨还被用于制造炸药、医药等领域,促进了这些行业的发展。
合成氨也可以应用于环保领域,如净化废水、处理废气等,保护环境,促进可持续发展。
合成氨在现代生活中起着不可替代的作用,对农业、化工、医药、环保等领域都具有重要意义。
其发展和应用将继续推动社会经济的进步,为人类生活带来更多福祉。
2. 正文2.1 合成氨工业的发展历程合成氨工业的发展历程可以追溯到20世纪初,当时德国化学家哈伯和鲁认识到合成氨对提高农业生产的重要性。
他们成功地发现了一种合成氨的方法,这种方法后来被称为哈伯-鲁法。
在哈伯-鲁法的基础上,合成氨工业逐渐得到了发展。
20世纪初期,德国率先开始了商业化生产合成氨的尝试。
随后,其他国家纷纷效仿,建立起自己的合成氨工业基地。
第一次世界大战后,合成氨工业得到了进一步的发展,应用领域也逐渐扩大。
氨能应用现状与前景展望一、前言在碳中和目标成为国际热点的背景下,氢气以其清洁能源属性被视为未来燃料,许多国家积极开展技术研究并规划产业布局。
氢气来源广泛,作为零碳燃料具有燃烧极限范围宽、点火能量低、火焰传播速度快等优点,就能量传递本质而言,绿氢才是实现碳中和目标的有效途径。
然而,当前绿氢制取受限于电解水技术的经济瓶颈和储存运输的安全隐患,配套基础设施建设缓慢,阻碍了氢能规模应用的商业化进程。
致力于打造“氢社会”的日本在国际上首次提出了氨能概念,即在氢能大规模使用之前,将合成氨视为承担绿电转化为零碳燃料的有效手段。
从储能角度看,氨可经催化分解制取氢气,解决氢能难以低成本、远距离输送及单一氢能“长尾”问题,还可解决大规模绿氢如何使用的问题,延续氢能终端消费的产业链,进一步壮大氢能产业规模。
从能源角度看,氨的完全燃烧产物只有氮气和水,既可替代部分煤炭为电力系统提供清洁燃料,也可替代部分化石能源为发动机提供清洁燃料。
在此背景下,许多国家正在积极开展氨能技术研发与规划布局。
氨能作为另一种具有战略价值的清洁能源,为实现能源结构快速调整、加快碳中和进程提供了新选择。
在我国,氨的生产、储运、供给等环节已成体系,拥有良好的合成氨及氨利用基础条件,理应在未来全球氨能产业中占据重要地位。
本文系统分析氨能应用价值、应用现状、产业格局及产业规划等研究进展,据此提出我国氨能产业发展举措,以期为氨能技术攻关、氨能产业培育壮大等研究提供先导性、基础性参考。
二、氨能应用价值(一)氨是一种氢载体氨是富氢化合物,重量载氢能力高达17.6%,体积载氢效率是氢气的150%。
相比于氢气在常压下的极低液化温度(-283 ℃),氨在-33 ℃就能够被液化(或者在常温下,9个大气压)。
在成本上,同质量的液氨储罐是液氢储罐的0.2%~1%,且液氨的单位体积重量密度是液氢的8.5倍。
据国际能源署(IEA)预计,2040年全球绿氢和蓝氢的需求总量将达到7.5×107 t。
合成氨工业发展史一、人口增加与粮食需求农业出现在12000年以前,是人类企图用增加食物供给来增强自己生存的开始。
那时的人口约1500万。
在2000 年前,由于农业的发展使人口增加到2.5亿。
到1650年,人口又增长一倍,达到5亿。
然后,到1850年世界人口就翻了一番,高达10亿,这段历程仅仅花了200 年时间。
80 年后的1930年,人口超过了20亿。
这种增长速度还未减缓,到1985年地球上供养的人数已达50亿。
如果每年以1985年人口的2%水平继续增长下去的话,到2020年的世界人口将是100亿左右。
因此限制人口的增长势在必行。
目前,人口自然增长率在世界范围内正开始下降,据美国华盛顿人口局(1997年):2000年全球人口将由目前的58 亿增至61 亿,2025 年将达68 亿。
人口局称,人口增长最快的是全球最贫困的国家。
1996 年全球58 亿人中发展中国家的人口占了47 亿,占全球人口总增长率的98%。
中国人口增长的形势也不容乐观。
根据国家统计局的统计,中国人口已于1995年2 月15 日达到12亿。
据预测,到2000 年中国人口将突破13.5亿。
显然,人类将面临日益严重的问题是给自己提供充足的食物和营养,以及从根本上限制人口增长。
估计,到20 世纪末,严重营养不良的人数将达6.5 亿。
解决问题的出路,必然需要科学的帮助,化学看来是最重要的学科之一。
它之所以重要,首先是因为它能增加食物供给,其次它能给那些有意限制人口增长的人提供可靠的帮助。
在历史上,化学曾在扩大世界粮食供应过程中起过关键作用。
这就是合成氨的发明和现代农药的使用,以及它们的工业化。
二、合成氨工业发展史20 世纪初化学家们所面临的突出问题之一,是如何为大规模利用大气中氮找到一种实用的途径。
氮化合物是肥料和炸药所必不可少的。
但在当时,这种化合物的质量最优和最大来源是智利硝石。
但智利地处南美而且远离世界工业中心;可是全世界无论何处,大气的五分之四都是氮。
合成氨工艺技术的现状及其发展趋势合成氨工艺技术是一种重要的化工工艺,它在农业、工业以及能源等领域具有广泛的应用。
本文将介绍合成氨工艺技术的现状以及其发展趋势。
合成氨工艺技术主要有哈伯-博士过程、氨水法以及电解法等。
其中,哈伯-博士过程是最为常见和成熟的合成氨工艺技术,它是通过在高温高压条件下将氮气和氢气进行催化反应来合成氨气。
该过程所需的催化剂以及反应条件的优化对于提高合成氨产率和降低能耗非常关键。
氨水法则是通过在氨水中溶解空气中的氮气来合成氨气,该工艺技术相对简单,但能耗较高,因此在工业应用中较少使用。
电解法则是通过电解水来制备氢气和氮气,然后将其进行催化反应来合成氨气。
电解法相比于哈伯-博士过程能耗较低,但目前在工业上尚未得到广泛应用。
随着科学技术的不断发展,合成氨工艺技术也在不断进步。
目前的研究主要集中在提高合成氨的产率和降低工艺能耗上。
为了提高合成氨的产率,研究人员正在寻找更有效的催化剂,改进反应条件以及优化反应器的设计。
同时,通过改变催化剂的组成和结构,可以提高催化剂的活性和选择性,从而提高合成氨的产率。
此外,研究人员还在探索新的合成氨工艺,如光催化合成氨等,以期实现更低能耗和更高产率。
除了提高合成氨的产率,降低工艺能耗也是当前的研究重点。
工艺能耗的降低可以通过改进反应条件、优化反应器的设计以及改良催化剂等手段来实现。
此外,研究人员还在探索利用可再生能源和废弃物资源来替代传统的氢气制备方法,以进一步降低工艺能耗。
在未来,合成氨工艺技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面。
首先,随着对环境保护意识的提高,研究人员将更加注重合成氨工艺的环境友好性,努力开发低碳排放的合成氨工艺。
其次,研究人员将继续探索新的催化剂和反应条件,以提高合成氨的产率和选择性。
最后,随着能源资源的日益紧缺,研究人员将更加关注合成氨工艺的能耗问题,努力寻找新的能源替代品,以降低工艺能耗。
合成氨工艺技术是一项重要的化工工艺,它在农业、工业以及能源等领域具有广泛应用。
合成氨发展史合成氨是一种重要的化工原料,广泛应用于农业、化工、医药等领域。
其发展历程可以追溯到19世纪末,经历了多个阶段的探索和突破。
19世纪末,化学家哈伯发现了一种重要的合成氨方法,即通过氨气和氮气在高温高压条件下进行催化反应。
这一方法被称为哈伯—玻什合成,成为了合成氨的主要工业方法。
然而,由于该方法需要高温高压,能耗较大,工艺复杂,限制了其规模化生产。
20世纪初,化学家卡尔·博什提出了一种新的合成氨方法,即通过将氮气和氢气通过催化剂进行反应,产生合成氨。
这一方法被称为博什—霍尔斯过程,被广泛应用于合成氨工业生产中。
博什—霍尔斯过程具有能耗低、成本低、工艺简单等优点,使得合成氨工业得以快速发展。
随着合成氨工业的兴起,合成氨的应用范围也逐渐扩大。
在农业领域,合成氨被广泛用作氮肥的主要成分,为农作物提供充足的氮源,提高农作物的产量和品质。
在化工和医药领域,合成氨则用于合成各种化学品和药物,如合成纤维、合成树脂、合成染料等。
在合成氨的发展过程中,化学家们不断探索新的合成方法和改进工艺,旨在提高合成氨的产量和质量,降低生产成本。
例如,通过改进催化剂的性能和选择合适的反应条件,可以提高合成氨的转化率和选择性,提高工业化生产的效率。
此外,还有一些新型的合成氨方法正在研究和开发中,如电解法、光催化法等,这些方法有望在未来取得突破性进展。
总结起来,合成氨的发展史可以概括为从哈伯—玻什合成到博什—霍尔斯过程的演变。
随着合成氨工业的兴起,合成氨的应用范围不断扩大,对于农业、化工、医药等领域的发展起到了重要的推动作用。
未来,合成氨的发展仍将面临挑战和机遇,需要继续进行研究和创新,以满足社会和经济的需求。
氨是一种制造化肥和工业用途众多的基本化工原料。
随着农业发展和军工生产的需要,20世纪初先后开发并实现了氨的工业生产。
从氰化法演变到合成氨法以后,近30年来,原料不断改变,余热逐渐利用,单系列装置迅速扩大,推动了化学工业有关部门的发展以及化学工程进一步形成,也带动了燃料化工中新的能源和资源的开发。
早期氰化法1898年,德国 A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙(又称石灰氮),进一步与过热水蒸气反应即可获得氨:Ca(CN)2+3H2O─→2NH3+CaCO31905年,德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂,这种制氨方法称为氰化法。
第一次世界大战期间,德国、美国主要采用该法生产氨,满足了军工生产的需要。
氰化法固定每吨氮的总能耗为153GJ,由于成本过高,到30年代被淘汰。
合成氨法利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。
合成氨从实验室研究到实现工业生产,大约经历了150年。
直至1909年,德国物理化学家F.哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5~20MPa和500~600℃下直接合成,反应器出口得到6%的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。
但是,在高压、高温及催化剂存在的条件下,氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。
为此,哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。
这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。
由于金属锇稀少、价格昂贵,问题又转向寻找合适的催化剂。
该公司在德国化学家A.米塔斯提议下,于1912年用2500种不同的催化剂进行了6500次试验,并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。
而在工业化过程中碰到的一些难题,如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法,都被该公司的工程师 C.博施所解决。
此时,德国国王威廉二世准备发动战争,急需大量炸药,而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料,于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置,1913年9月9日开始运转,氨产量很快达到了设计能力。
合成氨发展史及未来(de)发展方向合成氨发展史及未来(de)发展方向各位同事工友们,下午好:我今天演讲(de)题目是“合成氨发展史及未来(de)发展方向”,是一种科普性质(de)讲义,作为一个搞氨合成(de)专业技术人员来说,知道合成氨(de)发展历史和未来(de)发展方向,对把握我们公司(de)发展和了解我们(de)现状,很有必要和意义.一、为什么叫合成氨我们把氨叫做合成氨,为什么在氨(de)前面加了“合成”两个字,我们知道氨(de)分子式是NH,由于氨(de)不活泼性,使得人们直到19世纪晚期3仍然普遍认为将氮与氨直接合成氨是不可能(de),20世纪初,虽然有人借助催化剂(de)作用合成了氨,但仍然认为无法工业化,因为确实遇到了诸如可供实际工业使用(de)催化剂难以找到、高温高压能够抵抗氢腐蚀(de)材料无法解决等问题,可以认为合成氨(de)技术开发历程阻力重重,举步维艰,经过千万次(de)不懈努力,才使得世界上第一座工业规模(de)氨系统于1913年在德国建成投产.从此开创了氮肥工业(de)新纪元.为了纪念氨开发(de)艰难,特在氨前面加“合成”两个字.二、合成氨在国民经济中(de)地位和作用1、用氨制造氮肥.我们知道土壤所缺(de)养份主要是氮磷、钾.从解放前直至改革开放初期,中国(de)粮食产量一直不能自给自足,主要原因是中国几乎所有(de)土壤都需补氮.由于合成氨工业不能满足农业施肥(de)需要,土壤补氮不足,农作物只能在低产水平上徘徊(300斤过黄河,400斤跨长江),为了满足粮食生产(de)需要,我国一直把发展化肥工业作为整个化学工业(de)首要任务,中国要以全世界7%(de)耕地来养活全世界22%(de)人口.经过60多年(de)发展,我国合成氨制造和氮肥产量已居世界首位,合成氨作为制造氮肥(de)主要原料,为粮食增产、农民增收、社会稳定立下了汗马功劳.2、氨(de)工业用途氨是氮(de)一种固定形式,除少数场合直接使用外,更主要(de)是使用其中(de)氮与其他物质化合而成各种不同(de)含氮化合物,然后再用于各工业领域.虽然氮分子只由两个氮原子组成,但是氮原子可以形成三个键,如果),将氨(de)氢原子以各种不同这三个键都与氢原子相联,就形成了氨(NH3(de)化学物质取代,就会(de)到不同(de)衍生物.氨中(de)氢原子被碳(C)取代后,由于碳(de)加入,氨由无机物而变为有机物---胺,按取代氢原子数目多少而依次排列为伯胺、仲胺和叔胺,这些都是重要(de)化工原料.在特殊情况下,氮还可以产生第四个键,如也被碳(C)取代,即成为季胺,这是构成人体(de)重要组成部分:胆胺及胆碱(de)基础.氨基与苯环相联,就构成苯胺,这是苯胺系如染料(de)基础原料,同时也是重要(de)有机化工原料,例如聚氨脂塑料以及医药(de)麻醉剂等.氨基中(de)氮与羰基中(de)碳(C)相联,即成酰胺,这是尼龙以及部分抗生素(de)重要组成部分,氨基与羧基碳、氮相联即组成氨基酸,由此形成蛋白质.氨基酸种类繁多,仅人体必需(de)就有19种以上.人们日常生活中(de)味精就是一种氨基酸(de)盐类.氨(de)三个键如全部与同一碳原子相联而成CN2-,这种氰根与一价阳离子化合,例如与H +或Na +化合,就会形成剧毒(de)氢氰酸或氰化钠,但这种氰根和碳相联,就会形成有机腈,这种有机腈不但无毒,还可造福人类,例如制造三聚氰胺树脂(密胺树脂)、聚丙烯腈纤维(人造羊毛)以及丁腈橡胶等.氨与空气中(de)氧化合生成氧化氮,用水吸收即成硝铵,硝铵脱去氢即成硝酸根(NO 3-),脱去羟基即是硝基(NO 22-),这些都是制造炸药(de)最基本物质,因而是军事工业(de)基础原料.氨(de)衍生物实在太多,尤其进入有机世界更是千变万化,以上只是选择几种有代表意义(de)加以简单阐述.除了上述化学品外,在其他领域诸如冶金、炼油、机械加工、矿石浮选、水净化、造纸皮革等行业均有使用.氨本身还是很好(de)制冷剂,其优点是标准沸腾温度低、冷凝和蒸发压力适中、单位容积制冷量大、汽化潜热大、价格低廉,因而被大中型冷库广泛使用(提问题:1、我公司用氨做制冷用在哪个工段2、你知道我公司氨制冷(de)冷凝温度和蒸发温度吗),总之,合成氨在农业和工业中起很大(de)作用.三、氨生产简史合成氨(de)基础条件直接法合成氨其化学方程式非常简单:3H 2+N 2=2NH 3+Q从化学平衡理论出发,反应后体积缩小一半,无疑提高压力会促使反应向右进行.世界上第一个研究成功合成氨技术并使其实施(de)是德国卡斯鲁荷技术大学(de)哈伯教授,他于1902年在美国(de)尼亚加拉瀑布参观了正在研究(de)电弧固定氮工厂后,对将空气中(de)氮直接固定成化合物产生了兴趣,回到德国就开始了氮和氢气直接合成(de)研究,在此之前,法国人夏特利埃在1901年曾采用高温高压合成了氨,并获得了一项专利,但最终结果是发生了爆炸.哈伯于1902年与他(de)学生刚开始进行这项试验时,在常压及1000℃(de)条件下,反获得不到%(de)氨,以后又与他人合作进行提高压力与降低温度(de)实验,于1908年在下测出反应(de)平衡常数,同时指出,提高压力将提高平衡氨含量,但提高温度则对平衡极端不利,并测出了一组平衡数据,最高氨(de)平衡浓度只有%.哈伯(de)实验不断受到来自各方面(de)批判,认为这么低(de)氨平衡浓度不能实现工业化,也就认为哈伯(de)实验没有实际意义.但是哈伯坚持他(de)实验,认为氨(de)合成转化率非常小,只要把高压气体进行循环,并将生成(de)氨在此高压下除去,氨合成技术(de)方法应是可行(de).1908年底哈伯将这一想法系统地加以阐述并申请了专利.这一着名(de)“循环法”专利大致包括以下内容:气体通过高温催化剂、低温除氨、补充新鲜气后再次循环通过高温催化剂,全过程在一个压力下进行,进出催化剂(de)气体进行冷热交换,用蒸发成品氨来冷却分离气体中(de)氨,他(de)这些内容一直用到现在(de)合成氨厂.哈伯继续做了大量研究和试验,用锇为催化剂在、500---600℃条件下,已可获得6%(de)氨含量,对于哈伯(de)杰出贡献,被授予1918年(de)诺贝尔化学奖,德国巴斯夫公司购买了哈伯(de)专利,并派博施作为代表进行工业化合成氨试验.于1913年建成世界上第一座合成氨工厂并正式进入商业运行,对博施(de)特殊贡献,被授予1931年(de)诺贝尔化学奖.由此开始,世界合成氨工业迅速发展,带动化学工业相关产业(de)发展,尤其是对农业(de)贡献,对粮食(de)增产起到了非常重要(de)作用.2007年德国(de)化学家埃特尔阐明合成氨相关表面反应机理,获得了当年诺贝尔化学奖.“合成氨领域也许还将出现第四个诺贝尔奖,因为他(de)影响实在是太大了”这是中科院院士、南京大学陈义教授(de)预测.四、中国合成氨工业发展史1、早期合成氨工业(de)建立1931年,当时(de)国民政府决定指派实业部与英国(de)卜内门公司及德国(de)蔼奇颜料公司协商合资在中国建立合成氨厂,随即在当年成立了氮气公司筹备委员会,并开始了艰苦(de)谈判历程.实业部针对当时(de)情况,决定派专人到天津与我国化学界实业家范旭东先生商谈,请其加入氮气公司筹委会,同时争取自办氮气公司,范旭东欣然接受了这一建议,并随即提出了“创办氮气公司意见书”一份呈请实业部,1931年是中国合成氨工业(de)筹备阶段.由于外国公司所提出(de)条件过于苛刻,使中方无法接受,1933年10月谈判破裂.(1)南京化学公司(前身为永和铔厂)和外国公司谈判破裂不足一个月,永和碱厂总经理范旭东先生于1933年11月22日向实业部呈交申办硫酸铔厂,另外提出以天津碱厂做抵押,向银行申请贷款.1933年11月28日国民政府第136次行政会议批准了范旭东先生在南京建硫酸铔厂(de)申请,自呈报到批准只用了6天时间永和铔厂于1934年开始征地拆迁,1935年安装,1936年12月建成,1937年1月31日合成氨投产,2月5日产出第一包硫酸铵,从此打破了外国控制中国化肥市场(de)局面.永和铔厂由美国公司设计,日产合成氨39吨、浓硫酸120吨,硫酸铵150吨、浓硝酸10吨,设备采购由永和公司负责.1952年6月永和公司实现公私合营,1958年1月以永和铔厂为主成立南化公司.(2)上海化工研究院第二试验厂(原天和氮气厂)上海化工实业家吴蕴初先生于1932年去美国杜邦公司访问,该厂有一套日产4吨(de)液氨中试装置有意出售,吴蕴初先生即购买下,拆运到上海安装,1934年1月正式成立了天和氮气制品有限公司.天和厂于1935年8月产出液氨,9月产出稀硝酸,10月产出浓硝酸.解放初期,因抗美援朝急需炸药,自行设计了硝铵装置.1957年该厂并入上海化工研究院,成为该院第二化工试验厂.(3)大连化学工业公司化肥厂(前身为满洲化学工业株式会社),其发起人为山本条太郎,1935年投产,1938年4月又建成两套合成氨装置,使年产合成氨达到5万吨,硫铵18万吨.1957年与大连碱厂合并,成立大连化学公司.新中国成立后第一个五年计划引进苏联(de)三套年产15万吨(de)合成氨厂,分别建在吉化、太化和兰化.特别提出(de)碳化法生产碳铵工艺是我国着名(de)化学家侯德榜创立(de),由江苏省化工厅陈东完善(de),解决了氨碳不平衡问题.我国几乎每个县都建立了小化肥厂,为我国农业(de)发展做出了巨大(de)贡献.60年代末70年代初,周总理亲自批准引进了八套年产30万吨合成氨、52万吨尿素(de)大型装置,通过消化吸收引进技术,我国合成氨制造水平和技术也得到了大幅度提高.八九十年代,又一次引进了十套大型化肥装置,不仅建成了世界上最先进(de)合成氨厂,也带动了自身水平(de)大幅度提高,合成氨生产能力已居世界首位.近年来,通过自身(de)技术积累和消化吸收引进(de)技术,我国自己设计(de)30万吨合成氨装置在华鲁恒升于2006年投产,各项指标均达到了世界先进水平,我国自己设计(de)装置2004年在晋城投产,各项指标均达到了国际水平.我公司(de)装置就是在(de)基础上优化设计出来(de),目前运行情况良好.五、合成氨工业(de)发展及远景合成氨工业从开始建立到现在已经历了100多年(de)历史,对于氨(de)合成技术及催化剂,除合成压力有所不同外没有原则性(de)变化,但对合成氨生产过程如造气、净化变换,倾注了大量(de)精力,克服了金属材料、设备制造等方面(de)困难,终于达到了现有(de)水平.但是当今(de)能源问题、环保问题、温室效应问题又摆在了合成氨工业面前.1、原料我国引进(de)装置,大部分是以天然气和石油为原料(de),在投资和能耗方面均占绝对(de)优势,但是中国资源状况是缺油少气富煤,发展天然气和油品造气不符合中国(de)实际,我国大部分中小合成氨厂(de)造气采用固定层常压间歇造气,对无烟煤(de)依赖过大,近年来无烟煤(de)价格上涨过快,使得合成氨成本过高.从资源着眼看,以后合成氨(de)发展要以煤为主,以劣质煤加压气化为发展方向,这是着眼资源可持续发展(de)方向,近年来我国自主开发了四喷嘴对置式加压气化炉、航天炉、灰溶聚等造气技术,取得了一定(de)成果,但是和外国技术还是有一定(de)差距,需要我们努力完善,提高我们(de)造气水平,形成我们(de)核心技术.2、单系统大型化目前世界上最大(de)单系统已达日产2150吨合成氨,单系统大型化(de)优点是降低建设费用和生产过程中(de)节能.单系统大型化与离心式压缩机(de)使用是分不开(de),两者相辅相成构成一个完整(de)系统,离心式压缩机造价低、维修量小、运行稳定,由于氨厂动力用蒸汽大多来自余热,即使是由辅助锅炉供给,只要背压(de)蒸汽能进一步利用,这时(de)总热效率可达60%以上,要比电动方案高出一倍,这里需指出(de)是氨厂所用(de)蒸汽透平应尽量使用背压(de),因为任何工业用(de)冷凝汽轮效率都低于背压式(de).3、能源(de)综合利用和节能合成氨工业实际上是一个能源转换工业,不同种类原料,通过适当(de)工艺技术途径,最终都转换为氢及氮,初期巴斯夫生产吨氨能耗为88GJ,我国以煤为原料(de)合成氨厂(de)能耗为53GJ,先进指标为37GJ,合成氨生产(de)理论能耗为,故节约能耗(de)潜力仍然很大,化工热力学研究机构对合成氨生产过程做过yong平衡分析.什么叫yongyong又称作有效能、可用能,能流或物流变化到环境状态时所做出(de)最大功;或者说yong是能流或物流所具有(de)能量中在环境状态条件下理论上可转化为功(de)那部分能量.通俗地说,yong就是可回收(de)能量,比如造气夹套产生(de)热,我们回收成蒸汽,这部分热就能叫做yong.灰渣排出去带走(de)热不可回收,这部分能量就不可以称为yong.这是个非常复杂(de)过程,有机会我们再一起探讨,今天只说过程.通过对yong(de)分析,能量总有效利用率尚不及60%,针对高达40%(de)能量损耗,就需要进行技术改造,这是今后合成氨工作者要为之长期奋斗(de)任务.4、催化剂(de)前景我们知道催化反应过程(de)工艺条件是依照催化剂(de)性质来决定(de),由于催化剂(de)突破而彻底改变工艺过程及操作条件(de)情况屡见不鲜.由于当年巴斯夫艰巨细致(de)工作,使得布什等人所开发(de)催化剂至今一直在广泛使用,使全世界(de)合成氨工业受益匪浅,可是绝对永恒(de)事是没有(de),新型(de)催化剂已经工业化,预计将会给合成氨带来重大(de)革命性变化.传统(de)催化剂是磁铁型加促进剂型,已经应用了100余年,这期间各国一直研究和改进(de)是降低合成压力和温度,在传统(de)催化剂磁铁矿中加约1%钴.可以提高催化剂(de)活性、降低合成压力.2000年后,我国已开发出含钴催化剂A201、HA202等,已应用到实际生产中,起到了很好(de)作用.最具革命性(de)变化是美国凯泽格公司推出了以钌(Ru)为基础活性物质(de)新型催化剂,他(de)活性比铁系催化剂高好几倍,可以在很低(de)压力下操作(10Mpa下).我国浙江工业大学独立自主地开发了高铁比催化剂,这种催化剂是以FeO为主体,Fe2+/Fe3+是3---9,具有高温低活性、还原时间短、出水少、操作过程温度比传统(de)催化剂低30℃,使A301系列(de)催化剂在我国以得到了大力推广,取得了非常好(de)效果.钌(Ru)基催化剂(A304系列)在我国得到了工业化生产,目前还在推广阶段.总(de)来说,新型催化剂降低了操作压力和温度,是以后合成氨工作者(de)首选.5、气体催化及氨合成技术(1)合成技术合成塔内件结构是多年来一直为人们热衷(de)改造对象,主要(de)思路是使床层温度分布均匀,降低床层阻力,合理(de)移走反应热,增大反应(de)推动力,现代塔型设计(de)思想主要是以上(de)想法,我们国内主要是两轴两径一轴三径,还有卧室径向塔等,均取得了不错(de)效果.另外单塔大型化,DN2400mm、DN2500mm(de)塔均已投入生产.(2)气体净化方面国内外气体净化方面主要工艺有热钾碱法、NHD、MDEA、碳丙低温甲醇法,能耗和操作稳定性各有特色.国内近年来脱碳采用变压吸附工艺,在生产实践中缺点不少,是否是今后发展(de)方向,还需要完善.从合成氨工业(de)发展远景来看,人类需要食物,食物需要氮素,各种工业用氮也在日益增长.眼下除了合成氨工业外,其他获取氮(de)途径还只是科学研究(de)课题,生产合成氨所需(de)氢气还只有从各种含碳燃料中获取,无论能源如何紧张,环境控制如何严格,合成氨工业仍将靠科技进步来面对这些严峻(de)形势,以满足人类生存(de)需要.我(de)演讲就到这里,由于水平有限,不当(de)地方一定很多,敬请各位批评指正.谢谢。
合成氨发展史及未来的发展方向合成氨发展史及未来的发展方向各位同事工友们,下午好:我今天演讲的题目是“合成氨发展史及未来的发展方向”,是一种科普性质的讲义,作为一个搞氨合成的专业技术人员来说,知道合成氨的发展历史和未来的发展方向,对把握我们公司的发展和了解我们的现状,很有必要和意义。
一、为什么叫合成氨我们把氨叫做合成氨,为什么在氨的前面加了“合成”两个字,我们知道氨的分子式是NH3,由于氨的不活泼性,使得人们直到19世纪晚期仍然普遍认为将氮与氨直接合成氨是不可能的,20世纪初,虽然有人借助催化剂的作用合成了氨,但仍然认为无法工业化,因为确实遇到了诸如可供实际工业使用的催化剂难以找到、高温高压能够抵抗氢腐蚀的材料无法解决等问题,可以认为合成氨的技术开发历程阻力重重,举步维艰,经过千万次的不懈努力,才使得世界上第一座工业规模的氨系统于1913年在德国建成投产。
从此开创了氮肥工业的新纪元。
为了纪念氨开发的艰难,特在氨前面加“合成”两个字。
二、合成氨在国民经济中的地位和作用1、用氨制造氮肥。
我们知道土壤所缺的养份主要是氮磷、钾。
从解放前直至改革开放初期,中国的粮食产量一直不能自给自足,主要原因是中国几乎所有的土壤都需补氮。
由于合成氨工业不能满足农业施肥的需要,土壤补氮不足,农作物只能在低产水平上徘徊(300斤过黄河,400斤跨长江),为了满足粮食生产的需要,我国一直把发展化肥工业作为整个化学工业的首要任务,中国要以全世界7%的耕地来养活全世界22%的人口。
经过60多年的发展,我国合成氨制造和氮肥产量已居世界首位,合成氨作为制造氮肥的主要原料,为粮食增产、农民增收、社会稳定立下了汗马功劳。
2、氨的工业用途氨是氮的一种固定形式,除少数场合直接使用外,更主要的是使用其中的氮与其他物质化合而成各种不同的含氮化合物,然后再用于各工业领域。
虽然氮分子只由两个氮原子组成,但是氮原子可以形成三个键,如果这三个键都与氢原子相联,就形成了氨(NH3),将氨的氢原子以各种不同的化学物质取代,就会的到不同的衍生物。
氨中的氢原子被碳(C)取代后,由于碳的加入,氨由无机物而变为有机物---胺,按取代氢原子数目多少而依次排列为伯胺、仲胺和叔胺,这些都是重要的化工原料。
在特殊情况下,氮还可以产生第四个键,如也被碳(C)取代,即成为季胺,这是构成人体的重要组成部分:胆胺及胆碱的基础。
氨基与苯环相联,就构成苯胺,这是苯胺系如染料的基础原料,同时也是重要的有机化工原料,例如聚氨脂塑料以及医药的麻醉剂等。
氨基中的氮与羰基中的碳(C)相联,即成酰胺,这是尼龙以及部分抗生素的重要组成部分,氨基与羧基碳、氮相联即组成氨基酸,由此形成蛋白质。
氨基酸种类繁多,仅人体必需的就有19种以上。
人们日常生活中的味精就是一种氨基酸的盐类。
氨的三个键如全部与同一碳原子相联而成CN2-,这种氰根与一价阳离子化合,例如与H+或Na+化合,就会形成剧毒的氢氰酸或氰化钠,但这种氰根和碳相联,就会形成有机腈,这种有机腈不但无毒,还可造福人类,例如制造三聚氰胺树脂(密胺树脂)、聚丙烯腈纤维(人造羊毛)以及丁腈橡胶等。
氨与空气中的氧化合生成氧化氮,用水吸收即成硝铵,硝铵脱去氢即成硝酸根(NO3-),脱去羟基即是硝基(NO22-),这些都是制造炸药的最基本物质,因而是军事工业的基础原料。
氨的衍生物实在太多,尤其进入有机世界更是千变万化,以上只是选择几种有代表意义的加以简单阐述。
除了上述化学品外,在其他领域诸如冶金、炼油、机械加工、矿石浮选、水净化、造纸皮革等行业均有使用。
氨本身还是很好的制冷剂,其优点是标准沸腾温度低、冷凝和蒸发压力适中、单位容积制冷量大、汽化潜热大、价格低廉,因而被大中型冷库广泛使用(提问题:1、我公司用氨做制冷用在哪个工段?2、你知道我公司氨制冷的冷凝温度和蒸发温度吗?),总之,合成氨在农业和工业中起很大的作用。
三、氨生产简史合成氨的基础条件直接法合成氨其化学方程式非常简单:3H2+N2=2NH3+Q从化学平衡理论出发,反应后体积缩小一半,无疑提高压力会促使反应向右进行。
世界上第一个研究成功合成氨技术并使其实施的是德国卡斯鲁荷技术大学的哈伯教授,他于1902年在美国的尼亚加拉瀑布参观了正在研究的电弧固定氮工厂后,对将空气中的氮直接固定成化合物产生了兴趣,回到德国就开始了氮和氢气直接合成的研究,在此之前,法国人夏特利埃在1901年曾采用高温高压合成了氨,并获得了一项专利,但最终结果是发生了爆炸。
哈伯于1902年与他的学生刚开始进行这项试验时,在常压及1000℃的条件下,反获得不到0.01%的氨,以后又与他人合作进行提高压力与降低温度的实验,于1908年在3.0Mpa下测出反应的平衡常数,同时指出,提高压力将提高平衡氨含量,但提高温度则对平衡极端不利,并测出了一组平衡数据,最高氨的平衡浓度只有0.9%。
哈伯的实验不断受到来自各方面的批判,认为这么低的氨平衡浓度不能实现工业化,也就认为哈伯的实验没有实际意义。
但是哈伯坚持他的实验,认为氨的合成转化率非常小,只要把高压气体进行循环,并将生成的氨在此高压下除去,氨合成技术的方法应是可行的。
1908年底哈伯将这一想法系统地加以阐述并申请了专利。
这一著名的“循环法”专利大致包括以下内容:气体通过高温催化剂、低温除氨、补充新鲜气后再次循环通过高温催化剂,全过程在一个压力下进行,进出催化剂的气体进行冷热交换,用蒸发成品氨来冷却分离气体中的氨,他的这些内容一直用到现在的合成氨厂。
哈伯继续做了大量研究和试验,用锇为催化剂在17.5---20Mpa、500---600℃条件下,已可获得6%的氨含量,对于哈伯的杰出贡献,被授予1918年的诺贝尔化学奖,德国巴斯夫公司购买了哈伯的专利,并派博施作为代表进行工业化合成氨试验。
于1913年建成世界上第一座合成氨工厂并正式进入商业运行,对博施的特殊贡献,被授予1931年的诺贝尔化学奖。
由此开始,世界合成氨工业迅速发展,带动化学工业相关产业的发展,尤其是对农业的贡献,对粮食的增产起到了非常重要的作用。
2007年德国的化学家埃特尔阐明合成氨相关表面反应机理,获得了当年诺贝尔化学奖。
“合成氨领域也许还将出现第四个诺贝尔奖,因为他的影响实在是太大了”这是中科院院士、南京大学陈义教授的预测。
四、中国合成氨工业发展史1、早期合成氨工业的建立1931年,当时的国民政府决定指派实业部与英国的卜内门公司及德国的蔼奇颜料公司协商合资在中国建立合成氨厂,随即在当年成立了氮气公司筹备委员会,并开始了艰苦的谈判历程。
实业部针对当时的情况,决定派专人到天津与我国化学界实业家范旭东先生商谈,请其加入氮气公司筹委会,同时争取自办氮气公司,范旭东欣然接受了这一建议,并随即提出了“创办氮气公司意见书”一份呈请实业部,1931年是中国合成氨工业的筹备阶段。
由于外国公司所提出的条件过于苛刻,使中方无法接受,1933年10月谈判破裂。
(1)南京化学公司(前身为永和铔厂)和外国公司谈判破裂不足一个月,永和碱厂总经理范旭东先生于1933年11月22日向实业部呈交申办硫酸铔厂,另外提出以天津碱厂做抵押,向银行申请贷款。
1933年11月28日国民政府第136次行政会议批准了范旭东先生在南京建硫酸铔厂的申请,自呈报到批准只用了6天时间永和铔厂于1934年开始征地拆迁,1935年安装,1936年12月建成,1937年1月31日合成氨投产,2月5日产出第一包硫酸铵,从此打破了外国控制中国化肥市场的局面。
永和铔厂由美国公司设计,日产合成氨39吨、浓硫酸120吨,硫酸铵150吨、浓硝酸10吨,设备采购由永和公司负责。
1952年6月永和公司实现公私合营,1958年1月以永和铔厂为主成立南化公司。
(2)上海化工研究院第二试验厂(原天和氮气厂)上海化工实业家吴蕴初先生于1932年去美国杜邦公司访问,该厂有一套日产4吨的液氨中试装置有意出售,吴蕴初先生即购买下,拆运到上海安装,1934年1月正式成立了天和氮气制品有限公司。
天和厂于1935年8月产出液氨,9月产出稀硝酸,10月产出浓硝酸。
解放初期,因抗美援朝急需炸药,自行设计了硝铵装置。
1957年该厂并入上海化工研究院,成为该院第二化工试验厂。
(3)大连化学工业公司化肥厂(前身为满洲化学工业株式会社),其发起人为山本条太郎,1935年投产,1938年4月又建成两套合成氨装置,使年产合成氨达到5万吨,硫铵18万吨。
1957年与大连碱厂合并,成立大连化学公司。
新中国成立后第一个五年计划引进苏联的三套年产15万吨的合成氨厂,分别建在吉化、太化和兰化。
特别提出的碳化法生产碳铵工艺是我国著名的化学家侯德榜创立的,由江苏省化工厅陈东完善的,解决了氨碳不平衡问题。
我国几乎每个县都建立了小化肥厂,为我国农业的发展做出了巨大的贡献。
60年代末70年代初,周总理亲自批准引进了八套年产30万吨合成氨、52万吨尿素的大型装置,通过消化吸收引进技术,我国合成氨制造水平和技术也得到了大幅度提高。
八九十年代,又一次引进了十套大型化肥装置,不仅建成了世界上最先进的合成氨厂,也带动了自身水平的大幅度提高,合成氨生产能力已居世界首位。
近年来,通过自身的技术积累和消化吸收引进的技术,我国自己设计的30万吨合成氨装置在华鲁恒升于2006年投产,各项指标均达到了世界先进水平,我国自己设计的18.30装置2004年在晋城投产,各项指标均达到了国际水平。
我公司的装置就是在18.30的基础上优化设计出来的,目前运行情况良好。
五、合成氨工业的发展及远景合成氨工业从开始建立到现在已经历了100多年的历史,对于氨的合成技术及催化剂,除合成压力有所不同外没有原则性的变化,但对合成氨生产过程如造气、净化变换,倾注了大量的精力,克服了金属材料、设备制造等方面的困难,终于达到了现有的水平。
但是当今的能源问题、环保问题、温室效应问题又摆在了合成氨工业面前。
1、原料我国引进的30.52装置,大部分是以天然气和石油为原料的,在投资和能耗方面均占绝对的优势,但是中国资源状况是缺油少气富煤,发展天然气和油品造气不符合中国的实际,我国大部分中小合成氨厂的造气采用固定层常压间歇造气,对无烟煤的依赖过大,近年来无烟煤的价格上涨过快,使得合成氨成本过高。
从资源着眼看,以后合成氨的发展要以煤为主,以劣质煤加压气化为发展方向,这是着眼资源可持续发展的方向,近年来我国自主开发了四喷嘴对置式加压气化炉、航天炉、灰溶聚等造气技术,取得了一定的成果,但是和外国技术还是有一定的差距,需要我们努力完善,提高我们的造气水平,形成我们的核心技术。
2、单系统大型化目前世界上最大的单系统已达日产2150吨合成氨,单系统大型化的优点是降低建设费用和生产过程中的节能。