课题2　人工固氮技术──合成氨 (3)(精品).ppt

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1、含氮化合物在生活中的意义：含氮化合物在生活中的意义：氮是植物生长必不可少的元素之一。氮是植物生长必不可少的元素之一。农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。导入新课导入新课含氮化合物的作用：含氮化合物的作用：制造染料制造染料制造人造纤维制造人造纤维制造油漆制造油漆制造炸药制造炸药自然界中的氮循环自然界中的氮循环氮的固定氮的固定：将游离态的氮转化为化合态氮的方法将游离态的氮转化为化合态氮的方法土壤中含氮化合物的主要来源：土壤中含氮化合物的主要来源：1.雷雨放电；雷雨放电；2.生物固氮；生物固氮；3.动物的排泄物或腐败尸体中动物的排泄物或腐败尸体中含氮化合物进入

2、土壤。含氮化合物进入土壤。在大气中，氮的含量在大气中，氮的含量为为78%，却不能被人类呼，却不能被人类呼吸利用，如何有效地利用吸利用，如何有效地利用廉价的自然资源生产含氮廉价的自然资源生产含氮的化合物？的化合物？1.合成氨的反应原理合成氨的反应原理2.合成氨的基本生产过程合成氨的基本生产过程3.合成氨的工业生产合成氨的工业生产第二节：人工固氮技术合成氨1.了解合成氨的反应原理了解合成氨的反应原理2.了解合成氨的基本生产过程了解合成氨的基本生产过程3.了解合成工业发展中需要解决的问题了解合成工业发展中需要解决的问题教学目标教学目标知识与能力知识与能力情感与态度情感与态度过程与方法过程与方法 利用

3、多媒体动画、电脑图片等学习有研利用多媒体动画、电脑图片等学习有研究合成氨的一般步骤和方法。究合成氨的一般步骤和方法。充分发挥学生学习的主动性。充分发挥学生学习的主动性。培养学生勤于观察、勤于总结思考的科学态度。培养学生勤于观察、勤于总结思考的科学态度。提高学生的科学素养。提高学生的科学素养。合成氨的反应原理合成氨的反应原理合成氨生产的适宜条件合成氨生产的适宜条件合成氨生产的适宜条件合成氨生产的适宜条件教学重难点教学重难点重点重点难点难点N2(g)+3H2(g)2NH3(g)高温、高压高温、高压催化剂催化剂通常以铁为主的催化剂。通常以铁为主的催化剂。在在400500和和1030MPa的条件下最适

4、宜。的条件下最适宜。注意注意11.合成氨反应中催化剂的主要作用是什么？合成氨反应中催化剂的主要作用是什么？铁做催化剂可以显著提高反应速率。铁做催化剂可以显著提高反应速率。2.合成氨方案的主要优点是什么？合成氨方案的主要优点是什么？反应物中氮气和氢气都可以从大气中获得。反应物中氮气和氢气都可以从大气中获得。想一想想一想3.合成氨反应是一个可逆、放热、气合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减少的反应，根据勒夏特列原体分子总数减少的反应，根据勒夏特列原理分析工业适宜的反映条件。理分析工业适宜的反映条件。根据勒夏特列原理，温度越低，压强根据勒夏特列原理，温度越低，压强越大，该反应的平衡体系中氨的含

5、量越高；越大，该反应的平衡体系中氨的含量越高；但降低温度则反应速率降低，因此，适宜但降低温度则反应速率降低，因此，适宜的条件才能适应工业生产。的条件才能适应工业生产。4.从原料、能源、设备等方面分析和推测合从原料、能源、设备等方面分析和推测合成氨反应在实际生产中可能遇到的问题？成氨反应在实际生产中可能遇到的问题？从经济上考虑：产品的市场前景如从经济上考虑：产品的市场前景如何，物料的使用和转运、能耗、设备的投何，物料的使用和转运、能耗、设备的投入和产出是否合理；入和产出是否合理；从环境影响考虑：厂址的选定、从环境影响考虑：厂址的选定、原料的处理、生产过程及原料的处理、生产过程及“三废三废”的处的

6、处理理还要考虑设备和技术条件能否合还要考虑设备和技术条件能否合理，操作是否安全可靠，能否实现自动理，操作是否安全可靠，能否实现自动控制等。控制等。设备：设备：三步骤：三步骤：造气造气 制备合成氨的原料气制备合成氨的原料气净化净化 原料气的净化处理原料气的净化处理 合成合成 使原料气进行反应合成氨使原料气进行反应合成氨制备合成氨的原料气制备合成氨的原料气氮气的来源氮气的来源:取自空气，一是将空气取自空气，一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气;另一另一是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳碳,再除去二氧化碳得氮气再除去二氧化碳得氮气

7、.氢气的来源氢气的来源:碳与水的作用或碳氢碳与水的作用或碳氢化合物与水的作用化合物与水的作用.C+H2O=CO+H2石油石油天然气天然气焦炉气焦炉气炼厂气炼厂气含有大量碳含有大量碳氢化合物氢化合物石油石油CH4+H2O=3H2+COCH4+2H2O=4H2+CO原料气净化处理：原料气净化处理：在制取原料其的过程中，常混有一些在制取原料其的过程中，常混有一些杂质，其中某些杂质会使合成氨的催化杂质，其中某些杂质会使合成氨的催化剂剂“中毒中毒”，必须出去的过程。，必须出去的过程。用稀氨水吸收用稀氨水吸收H2S杂质：杂质：NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O原料气中将原料气中将CO转化为转化为CO

8、2的方法：的方法：CO+H2O=CO2+H2将将CO2吸收的方法：吸收的方法：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体。等少量有害气体。氨的合成与分离氨的合成与分离净化气体净化气体压缩机压缩机氨合成塔氨合成塔冷凝器冷凝器分离器分离器高高温温高高压压循环循环三步骤：三步骤：造气造气 制备合成氨的原料气制备合成氨的原料气净化净化 原料气净化处理原料气净化处理 合成合成 使原料气进行化学反应合成使原料气进行化学反应合成氨氨为什么要循环操作？为什么要循环操作？1.可以充分利用原料，降低成本。可以充分利用

9、原料，降低成本。2.有利于实现全封闭、连续化生产、有利于实现全封闭、连续化生产、有利于减少工序、控制废弃物的排放。有利于减少工序、控制废弃物的排放。想一想想一想说明合成氨工业可以进行的联合生说明合成氨工业可以进行的联合生产有或深加工有那些？产有或深加工有那些？合成氨与硝铵、碳铵等氮合成氨与硝铵、碳铵等氮肥生产的联合；肥生产的联合；石油精炼厂与合成洗涤剂厂石油精炼厂与合成洗涤剂厂的联合生产。的联合生产。1.原料及原料气的净化原料及原料气的净化原料中氮气在空气中是取之不尽原料中氮气在空气中是取之不尽用之不竭的；用之不竭的；早期：以焦炭和水为原料生产水煤早期：以焦炭和水为原料生产水煤气制得氢。气制得

10、氢。现在：用不同的固态、液态和气态的现在：用不同的固态、液态和气态的可燃物为原料制得氢。可燃物为原料制得氢。2.催化剂的改进催化剂的改进催化剂的性质往往决定化学反应的条件，催化剂的性质往往决定化学反应的条件，催化剂的突破可以彻底改变工艺流程。催化剂的突破可以彻底改变工艺流程。3.环境保护环境保护废渣废渣主要来自造气阶段。主要来自造气阶段。例：以煤为原料的产生的煤渣，以中有为原料例：以煤为原料的产生的煤渣，以中有为原料产生的炭黑等，大都用于建材和肥料的原料。产生的炭黑等，大都用于建材和肥料的原料。废气废气主要是主要是H2S和和CO2等有害气体等有害气体H2S用直接接触法或循环法回收用直接接触法或

11、循环法回收CO2不是有害气体，但过多会导致温室效不是有害气体，但过多会导致温室效应，可作为尿素、碳铵等原料。应，可作为尿素、碳铵等原料。废液废液主要是含氰化物和氨的污水主要是含氰化物和氨的污水可以用生化、加压水解、氧化分解、化可以用生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法处理含氰化物。学沉淀、反吹回炉等方法处理含氰化物。可用蒸馏法回收含氨废水。可用蒸馏法回收含氨废水。工业合成氨的原理是什么？工业合成氨的原理是什么？氢气和氮气在一定条件下发生化学氢气和氮气在一定条件下发生化学反应生成氨气。反应生成氨气。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)高温、高压高温、高压催化剂催化剂课堂小结课堂小

12、结工业合成氨的反映条件是什么？工业合成氨的反映条件是什么？高温高温400500高压高压1030MPa催化剂催化剂Fe合成氨使用的催化剂合成氨使用的催化剂工业合成氨的生产过程是什么？工业合成氨的生产过程是什么？造气造气 制备合成氨的原料气制备合成氨的原料气净化净化 原料气净化处理原料气净化处理 合成合成 使原料气进行化学反应合成使原料气进行化学反应合成氨氨工业合成氨中产生的三废如何处理？工业合成氨中产生的三废如何处理？废气废气H2S用直接接触法或循环法回收用直接接触法或循环法回收;CO2不是有害气体，但过多会导致温室不是有害气体，但过多会导致温室效应，可作为尿素、碳铵等原料。效应，可作为尿素、碳

13、铵等原料。废渣废渣做建材和肥料的原料做建材和肥料的原料废液废液生化、加压水解、氧生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法处理反吹回炉等方法处理含氰化物。含氰化物。蒸馏法回收含氨废水蒸馏法回收含氨废水1.回答合成氨生产中的各种措施的主要作用是什么？回答合成氨生产中的各种措施的主要作用是什么？（1）及时将生产出的氨从混合气体中分离出来。）及时将生产出的氨从混合气体中分离出来。作用：提高原料的利用率。作用：提高原料的利用率。（2）在设备允许的条件下采用高压。）在设备允许的条件下采用高压。作用：提高混合气体中氨的含量。作用：提高混合气体中氨的含量。课堂练习课堂练习（3）使用

14、铁为主的催化剂。）使用铁为主的催化剂。作用：提高反应速率。作用：提高反应速率。（4）除去原料气中的有害物质。）除去原料气中的有害物质。作用：防止催化剂中毒。作用：防止催化剂中毒。（5）不采用很高的温度。）不采用很高的温度。作用：提高混合气体中氨的含量。作用：提高混合气体中氨的含量。CA增大压强增大压强B降低温度降低温度C增大水蒸气浓度增大水蒸气浓度D加催化剂加催化剂（正反应放热），下列措施中，能提高（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（转化率的是（）2.合成氨所需的合成氨所需的可由煤和水蒸气反应而制得，可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：其中一步的反应为：3.合成氨工业有下列流程：合成氨工业有下列流程：原料气制备：原料气制备：氨的合成；氨的合成；原料原料气净化和压缩；气净化和压缩；氨的分离。其先后氨的分离。其先后顺序为（顺序为（）ABCDB