合成氨工艺教学初探

2011年第15期周刊 （1）CO2固定源的扩大：如沙漠绿化、植树、森林保护、贝类 大量养殖、珊瑚保育再生等。 （2）利用微生物固定CO2：利用微细藻类及光合成菌类固 定CO2。 （3）利用球石藻等固定CO2。 3.CO2的用途 CO2用途广泛，是人们生产生活中经常用到的物质。 作为致冷剂：广泛用于食物、饮料的冷却、冷冻及低温保 存和输送；用于原子炉冷却；低温粉碎、冷嵌、金属低温处理； 配管的冻结检修；医疗方面的低温手术，等等。 作为惰性气体：保护电弧焊，焊条上可不用焊药，焊丝可 以是连续的，不仅可节约焊丝，而且可提高劳动生产率；作为 灭火剂，可以扑灭电气设备等多种场合的火灾；作为冲洗剂， 可以清除很多物质上的污物而物体不被破坏；作为杀菌剂，与 其它气体混合使用，可杀死许多种细菌；作为阻氧剂，等等。 作为化学试剂：为含碱废水的pH值调节剂；制造碳酸盐、 合成碳酸酯、制造尿素、制造一氧化碳、水质处理，等等。 此外CO2在生物化学、农业、化学工业及油田三次采油等 方面都有广泛的应用。 参考文献： ［1］陈长虹，鲍仙华 .全球能源消费与CO2排放量［J］.上海 环境科学，1999，18，(2)：62-64. ［2］费维扬，艾宁，陈健.温室气体CO2的捕集和分离［J］.气 体净化，2005，5，(2)：1-4. ［3］夏明珠，严荷莲.二氧化碳的分离与综合利用［J］.现代 化工，1999，19，(5)：46-48. 合成氨工艺涵盖的知识面广，涉及到化工基础、化工机械 及设备、化工制图、热力学和动力学等知识。许多教师没有接触 过生产实际，加上大部分学校没有配套的教学器材和合成氨模 拟装置，教学过程枯燥乏味，学生更加抽象难理解，往往课程结 束了，却不知道学到了什么。因而在合成氨工艺的教学中，无论 是教师还是学生都存在许多困难。 在多年的教学过程中，我结 合生产实际，逐步对合成氨工艺教学进行了一些探索。 一、教师应该是一个“双师型”的教师，才能胜任这门科的 教学 教师一定要在合成氨生产系统进行过一定的生产实践， 熟悉生产的设备、工艺流程、工艺条件。 尤其是工艺条件的确 定是合成氨工艺的难点，也是整个化工生产的难点，所有化工 理论知识在这里交汇。 温度、压力、浓度、流量、物料和热量的 衡算等理论数据和实际生产要求的数据出现一定偏差， 甚至 出现脱节，造成教学的难点和学生的迷茫。所以如何把理论知 识和生产知识结合起来进行对照、分析，就显得非常重要。 二、理清思路，抓住主线条 在课堂上要把氨的用途和氨的生产原理和生产过程进行 简明扼要的讲解，让学生有一个初步的认识。 氨是重要的无机化工产品之一， 在国民经济中占有重要 地位。 除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿 素、硝酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵、氯化铵及各种含氮复合肥，都 是以氨为原料的，同时氨还是生产纯碱的主要原料。 氨合成反应式如下： N2+3H2葑2NH3+Q 合成氨的主要原料可分为固体原料、 液体原料和气体原 料。 工艺流程都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、 净化过程及氨合成过程。 1.原料气制备。 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。 对于固 体原料煤和焦炭，通常采用气化的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 制取合成气；渣油可采 用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油， 工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。 2.净化。 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质， 主要包括变换过程、脱硫脱碳过程及气体精制过程。 （1）一氧化碳变换过程。 在合成氨生产中，各种方法制取 的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%—40%。 合成氨需 要的是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。 变换反应如下： CO+H2葑H2O+CO2 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回 收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。 第一步是高温变 换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含 量降至0.3%左右。 因此，CO变换反应既是原料气制造的继续， 又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。 （2）脱硫脱碳过程。 各种原料制取的粗原料气，都含有一 些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒， 必须在氨合成工序前加以脱除。 以天然气为原料的蒸汽转化 法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为 原料的部分氧化法， 根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化 剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物 理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙 二醇二甲醚法(Selexol)等。 粗原料气经CO变换以后，变换气中 除H2 和CO2外，还有少量的CO和CH4等组分，其中以CO2含量 最多。 CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造纯碱、尿素、碳 酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾 这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除CO2。 根据吸收剂 性能的不同，可分为两大类。 一类是物理吸收法，如低温甲醇 洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)、碳酸丙烯酯法。 一 类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA 法、MEA法。 （3）气体精制过程。 经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚 含有少量残余的CO和CO2。 为了防止对氨合成催化剂的毒害， 规定CO和CO2总含量不得大于30ppm。 因此，原料气在进入合 成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。 目前在工业生产中， 最终净化方法分为深冷分离法和甲 烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃) 条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分 氩， 这样可以获得只含有惰性气体100cm 3 /m 3 以下的氢氮混合 气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是 在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一 种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一 （金昌市金化集团职工培训学校，甘肃 金昌 737109） 周永新 合 成 氨 工 艺 教 学 初 探 ○ 理化生教学与研究 181 周刊2011年第15期 般应小于0.7%。 甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2) 含量脱除到10cm 3 /m 3 以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增 加了惰性气体CH4的含量。 甲烷化反应如下： CO+3H2葑CH4+H2O CO2+4H2葑CH4+2H2O 3.氨合成。 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合 成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过 程的核心部分。 氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件 下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%—20%， 故采用未反应氢氮气循环的流程。 氨合成反应式如下： N2+3H2葑2NH3(g) 三、在教学过程中找到合成氨过程的一些共同点 1.脱硫、脱碳、气体精制的共同点。 （1）反应原理有共同点：大多都采用溶液吸收和再生两个 过程。 a.大都是采用碱性溶液吸收；b.吸收过程都是可逆反应； c.反应都放出热量；d.反应后气相介质体积减小；e.再生过程都 是吸收的逆反应，都是吸热和体积增大的反应。 （2）使用的设备有共同点：a.都使用吸收塔和再生塔；b.吸 收塔和再生塔都是钢板卷焊而成的；c.吸收塔必须承受吸收的 高压力要求；d.吸收塔的直径小于再生塔。 （3）工艺条件有共同点：吸收过程采用低温、加压的方法， 再生采用加热、减压的方法。 （4）工艺流程有共同点：为了节约能源和动力消耗吸收和 再生过程采用互相换热的装置。 2.氨的合成和一氧化碳的变换有共同点。 （1）反应过程都使用催化剂，开车前必须对催化剂进行升 温还原，停车时都要对催化剂进行钝化（缓慢氧化）保护。 （2）都是可逆反应，反应不彻底，变换采用两段以上的反 应，合成采用气体循环的方式。 （3）反应前要求进入塔内气体温度高，都在450℃以上，反应 后都是放热反应，反应后温度超出操作温度要求，所以工艺上都 采取反应前后的气体进行间壁换热，达到节约热能的目的。 （4）因为都是可逆放热反应，化学热力学要求提高温度， 以达到快的反应速度，而化学动力学要求降低温度，以提高最 终转化率。 （5）由于都使用催化剂，同时考虑化学热力学和动力学对 温度的相反影响，因此都存在最适宜温度，操作要在最适宜温 度附近才能达到高产和合格产品。 总之，合成氨的教学需要理论和实践的有机结合，理论知 识需要在实践中证明，实际操作需要靠理论知识来指导。教师 应该在生产实践中锻炼自己，在理论知识上多下功夫，仔细研 究教材和教法，才能达到教学目的。 摘 要： 在初中化学教学实践中，作者发现大部分学生 缺少分析解决问题的能力， 在考试答题中实验探究综合性题 目和推断题的失分率比较高。 针对这些情况， 作者进行了研 究，制定了中考总复习的策略并认真实施实践。教师应该在落 实基础知识与基本技能同时，延伸学生学习化学的兴趣，通过 巧设问题、科学探究、适度开放等方式增加课堂的思维容量， 提高学生的能力，并正确引导学生对学习进行反思，提高思维 品质，为终身学习打下坚实的基础。 关键词： 化学学科 中考总复习 复习策略 以新课程 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 为依据，中考既是水平考试，又是选拔性考 试。化学学科的考试以促进学生全面发展为本，考查学生的基 本知识和基本技能， 同时考查学生运用化学知识和科学方法 来分析和解决实际问题的能力。试题的特点活而不偏，适度开 放。 从学生的答题情况来看，大部分学生缺少分析、解决问题 的能力， 特别是实验探究综合性题目和推断题的失分率比较 高。 针对这些情况，我对中考总复习进行了研究，制定了复习 策略并实施于教学实践。 一、延伸兴趣，落实学科双基 基础知识和基本技能是学习化学的基础， 没有基础就谈 不上能力， 而且对于题目的分析和解决问题的能力是建立在 基础之上的， 因此夯实基础是解决综合探究题必不可少的条 件。 双基是一点一点积累的结果， 其中有很多需要识记的知 识，也有在实验和探究中获得的知识。 为了落实双基，教师采 取最多的方法就是背诵和做大量的习题。 但这种方法会使学 生感到复习就是枯燥无味的知识重复， 不利于延伸学生学习 化学的兴趣，激发学生的潜能。 为了达到好的效果，教师可以 在课堂教学中加入一些激发趣味的方法， 诸如实验的重现和 创新、游戏趣味记忆、多媒体课件的应用、习题改编等。举个例 子来说： 三大气体的性质和实验室制取在整个教材中有着至 关重要的地位，在中考必不可少。 例1：某研究性学习小组欲利用下列装置进行相关气体制 取的探究，请你分析并填空。 (1)写出图中标有①、②仪器的名称：① %% 酒精灯 %% ，② % %集气瓶%% 。 (2)若实验室选用B装置制氧气，则所用的药品是% KClO3% (3)实验室用锌和稀硫酸制氢气，发生装置可选择 % A%% ， 收集装置可选择 %% C%% 或F，若选用F装置收集氢气，则氢气 应从 %% b% 口通入(填“a”或“b”)。 (4)该小组成员查阅资料知道：氯气(Cl2)是一种黄绿色、有 刺激性气味的有毒气体；常温下1体积水约能溶解2体积氯气， 其水溶液叫氯水 (具有挥发性)； 常温下，Cl2能和NaOH溶液反 应；实验室可用固体高锰酸钾与浓盐酸在常温下反应制取Cl2。 根据上述信息判断实验室制取Cl2的最佳装置组合是下列 ： (Ⅰ)—(Ⅳ)中的 %A% 。 (Ⅰ)AD (Ⅱ)AE (Ⅲ)AFG (Ⅳ)AFH 这道中考题是典型的基础知识的重现与应用， 为了使学 生不感到枯燥，教师可以把仪器再次带入课堂，让学生通过仪 器和实验原理的复述来加深知识点， 然后让学生把相关联的 其他知识进行复习， 继而采用分组讨论法尝试让学生把题目 进行改编，并互相交流。 总之，利用实验来激发并延伸学习兴趣是最好的方法。书 本上的实验可以直接用，也可以改动后用，还可以增加一些课 （徐州市第十中学，江苏 徐州 221007） 高 会 在新课程化学复习中如何提高学生的解题能力 ○ 理化生教学与研究 182