1. 암모니아 공정

(1) 원료가스의 제비는 석탄, 천연가스 등의 원료를 수소와 질소를 함유한 거친 원료가스로 만든다. 고체 원탄과 코크스의 경우, 보통 기화를 통해 합성가스를 준비한다. 잔류 물의 비 촉매 부분 산화는 합성 가스를 얻을 수있다. 기체 탄화수소와 석뇌유의 경우, 공업에서는 두 개의 증기 전환법을 이용하여 합성가스를 생산한다.

(2) 정화는 거친 원료가스를 정화하고 수소와 질소를 제외한 불순물은 주로 전환 공정, 탈황 탈탄 공정, 가스 정제 공정을 포함한다.

① 일산화탄소 변환 과정

암모니아 생산에서 각종 방법으로 준비한 원료가스는 모두 CO 를 함유하고 있으며, 그 부피점수는 일반적으로 12%~40% 이다. 합성 암모니아에 필요한 두 가지 그룹은 H2 와 N2 이므로 합성가스에서 CO 를 제거할 필요가 있다. 변환 반응은 다음과 같습니다.

Co+h2oh → 2+CO2 =-41.2kj/mol0298h δ

CO 전환 과정은 강한 발열 과정이므로 반응열을 회수하고 변환 세그먼트 출구의 잔여 CO 함량을 제어하기 위해 단계적으로 진행해야 합니다. 첫 번째 단계는 대부분의 CO 를 CO2 및 H2 로 변환하는 고온 변환입니다. 두 번째 단계는 저온 변환으로 CO 함량을 약 0.3% 로 낮추는 것이다. 따라서 CO 전환반응은 원료가스 제조의 지속이자 정화 과정으로 후속 탈탄 과정을 위한 조건을 마련한다.

② 탈황 탈탄 공정

각종 원료로 만든 원유 원료가스에는 황과 탄소의 산화물이 함유되어 있어 암모니아 생산 과정에서 촉매제 중독을 막기 위해서는 암모니아 합성 과정 전에 이 산화물을 제거해야 한다. 천연가스를 원료로 한 증기 전환의 첫 번째 공정은 탈황으로 전환 촉매제를 보호하는 것이다. 중유와 석탄을 원료로 하는 부분 산화법은 일산화탄소 전환에 따라 황 내성 촉매제를 사용하는지 여부에 따라 탈황 위치를 결정한다. 산업 탈황 방법에는 여러 가지가 있는데, 일반적으로 저온 메탄올 세척 및 셀렉솔과 같은 물리적 또는 화학적 흡수법입니다.

일산화탄소가 전환된 후, 전환가스에는 H2 외에 CO2, CO, CH4 등의 성분이 함유되어 있는데, 이 중 CO2 함량이 가장 많다. CO2 는 암모니아 합성 촉매의 독물일 뿐만 아니라 우레아, 탄산수소 및 기타 질소 비료를 제조하는 중요한 원료이기도 하다. 따라서 변환 가스에서 CO2 를 제거하는 것은 이 두 가지 요구 사항을 모두 고려해야 합니다.

일반적으로 CO2 는 용액 흡수를 통해 제거된다. 흡수제의 성질에 따라 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 하나는 저온 메탄올 세척, 셀레소 및 프로필렌 카보네이트와 같은 물리적 흡수법입니다. 하나는 열칼륨 알칼리법, 저열소비벤젠필법, 활성화MDEA 법, MDEA 법 등과 같은 화학흡수법이다. 사

③ 가스 정제 공정

일산화탄소 전환과 이산화탄소가 제거된 후에도 원료가스는 여전히 소량의 잔여 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있다. 암모니아 합성 촉매제 중독을 막기 위해 CO 와 CO2 의 총 함량은 10cm3/m3 (부피 점수) 보다 클 수 없습니다. 따라서 원료가스는 합성공정에 들어가기 전에 최종 정화, 즉 정제를 거쳐야 한다.

현재 산업 생산에서 최종 정제 방법은 극저온 분리법과 메탄화법으로 나뉜다. 극저온 분리법은 주로 액체 질소 세척법으로, 그것은 깊이 얼고 있다.

Co+3 H2 → CH4+H2O =-206.2 kj/몰 0298h δ

Co2+4h2 → CH4+2h2o =-165.1kj/mol0298h δ

(3) 암모니아 합성: 수소와 질소의 순수 혼합물을 고압으로 압축하고 촉매제의 작용으로 암모니아를 합성한다. 합성 암모니아는 액체 암모니아 제품을 제공하는 과정이며, 전체 암모니아 생산 과정의 핵심 부분이다. 암모니아 합성 반응은 고압과 촉매의 존재 하에서 진행된다. 반응 후 기체의 암모니아 함량이 높지 않아 보통 10%~20% 에 불과하기 때문에 순환반응이 없는 수소와 질소 공예를 사용한다. 암모니아 합성 반응식은 다음과 같습니다:

N2+3H2→2NH3 (g) =-92.4kJ/mol

암모니아의 촉매 메커니즘

열역학 계산에 따르면 저온고압은 암모니아 반응에 유리하지만 촉매제가 없을 경우 반응활성화에너지가 높아 반응이 거의 발생하지 않는다. 철 촉매제를 사용하면 반응 과정이 바뀌고 반응의 활성화가 줄어들어 반응이 눈에 띄는 속도로 진행된다. 현재 암모니아 합성반응의 가능한 이치 중 하나는 질소 분자화학이 철촉매제 표면에 흡착되어 질소 원자 사이의 화학결합을 약화시킨다는 것이다. 그런 다음 화학적으로 흡착된 수소 원자는 표면의 질소 분자와 계속 상호 작용하여 촉매 표면에 -NH, --NH2, NH3 을 생성한다. 마지막으로, 암모니아 분자는 표면에 탈착되어 기체 암모니아를 생산한다. 위의 반응 경로는 간단히 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

XFe+N2→FexN

Fexn+[h] 흡수 →FexNH

Fexnh+[h] 흡수 →FexNH2

Fexnh2+[h] FexNH3xFe+NH3 흡수.

촉매제 없이 암모니아 합성의 활성화에너지는 약 335 kJ/mol 로 매우 높다. 철촉매제를 첨가한 후 반응은 두 단계로 진행된다: 질화와 수소화질소. 1 단계의 활성화에너지는126Kj/mol ~167Kj/mol 이고, 2 단계의 활성화에너지는 13 kJ/mol 입니다. 반응 경로의 변화 (불안정한 중간화합물) 로 인해 반응의 활성화가 줄어들기 때문에 반응 속도가 빨라진다.

3. 촉매 중독

촉매의 촉매 능력은 일반적으로 촉매 활성이라고합니다. 촉매제의 화학적 성질과 질량은 반응 전후에 변하지 않기 때문에 촉매제를 만들면 영원히 사용할 수 있다고 생각하는 사람들도 있다. 사실, 많은 촉매제는 사용 과정에서 활성성이 작은 것에서 큰 것으로 점차 정상 수준에 이르는데, 이것이 바로 촉매제의 성숙도이다. 그런 다음 촉매제의 활성성이 일정 기간 안정되어 있다가 늙어서 다시 사용할 수 없을 때까지 하강한다. 활성이 안정된 시간은 촉매제의 수명이며, 그 길이는 촉매제의 제비 방법과 사용 조건에 따라 달라진다.

활성안정기에는 소량의 불순물과의 접촉으로 인해 촉매제의 활성화가 눈에 띄게 떨어지거나 파괴되는 현상을 촉매제 중독이라고 한다. 중독은 일반적으로 촉매 표면의 활성 센터가 불순물에 의해 점령되어 생긴 것으로 여겨진다. 중독은 일시적인 중독과 영구적인 중독으로 나뉜다. 예를 들어, O2, CO, CO2, 증기는 암모니아 반응에서 철촉매제를 중독시킬 수 있다. 그러나 수소와 질소의 순수 혼합가스가 중독된 촉매제를 통과할 때 촉매제의 활성성이 회복될 수 있기 때문에 이런 중독은 일시적이다. 반면 인, 황, 비소를 함유한 화합물은 철촉매제를 영구적으로 중독시킬 수 있다. 촉매제 중독 후, 왕왕 완전히 활성을 잃는다. 이때 순수 수소 질소 혼합 가스 처리를 사용해도 활성성을 회복하기 어렵다. 촉매제 중독은 정상 생산에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 공업상 촉매제 중독을 막기 위해서는 반응물 원료를 정제하여 소독해야 하는데, 이렇게 하면 설비와 비용이 증가할 수 있다. 따라서 항독성이 강한 신형 촉매제 개발은 중요한 과제다.

중국의 암모니아 산업 발전

해방 전에 전국에 두 개의 소형 암모니아 공장만 있었는데, 해방 후 암모니아 공업이 급속히 발전하였다. 1949 년 전국 질소 비료 생산량은 0 만 6000 톤, 1982 년 102 1.9 만톤에 달하며 세계에서 생산량이 가장 높은 국가 중 하나이다.

최근 몇 년 동안 중국은 연간 30 만 톤의 질소 비료를 생산하는 대형 비료 공장을 도입했다. 중국이 설계하고 건설한 상하이 오징 화학공장도 연간 30 만 톤의 질소 비료를 생산하는 대형 비료 공장이다. 이 비료 공장들은 천연가스, 석유, 정제가스를 원료로 하여 에너지 소비량이 낮고 생산량이 높으며 기술 장비가 선진적이다.

생물학적 질소 고정의 화학적 시뮬레이션

현재, 생물 질소 고정 화학 시뮬레이션의 중요한 연구 과제 중 하나는 고질소효소 활성 센터 구조의 연구이다. 고질소효소는 철단백질과 몰리브덴 철이라는 두 가지 과도금속을 함유한 단백질로 구성되어 있다. 철단백질은 주로 전자전달의 작용을 하는데, 두 개의 원자와 20 ~ 30 개의 철, 황 원자를 함유한 몰리브덴 철단백질은 N2 또는 기타 반응물 (기질) 분자를 융합하여 반응하는 활성 센터이다. 활성센터의 구조에 대해 의견이 분분하여 현재로서는 아직 정론이 없다. 각종 기질 조합의 활성화 및 복원 수소 실험을 보면 이중핵을 함유한 활성 센터가 더 합리적이다. 1973- 1974 기간 동안 국내의 두 연구팀이 몰리브덴과 철을 함유한 삼핵과 쿼드 코어 활성 센터 모델을 제시하여 질소효소의 일련의 성질을 잘 설명할 수 있지만, 그 구조 세부 사항은 새로운 실험 결과에 따라 세분화해야 한다.

국제 연구 결과에 따르면, 온화한 조건 하에서의 질소 고정 작용은 일반적으로 다음 세 가지 부분을 포함한다.

(1) 착화 과정. 그것은 일부 과도금속의 유기복합물을 사용하여 N2 를 융합하는데, 이것은 그것의 화학 결합을 약화시킨다. ② 복원 과정. 화학적 복원제나 기타 복원 방법을 이용하여 전자를 복합 N2 로 옮겨 N2 의 N-N 키를 끊는다. ③ 수소화 공정. H+ 와 음수 n 을 결합하여 NH3 을 생성합니다.

현재 화학모의 생물학적 질소 고정의 주요 어려움 중 하나는 N2 착물이지만 기본적으로 활성화되지 않거나, 착화는 활성화되지만 활성화가 부족하다는 것이다. 따라서 안정된 중질소 복합체는 온화한 조건 하에서만 N2 를 침전시킬 수 있으며 불안정한 중질소 복합물의 복원으로 인해 발생하는 NH3 의 양은 매우 적다. 따라서 돌파구를 찾기 위해 심도 있는 이론 분석이 절실히 필요하다.

고질소효소의 생화학 및 화학 시뮬레이션은 복잡한 촉매 연구, 특히 촉매 효율이 높은 암모니아 합성 촉매제를 찾는 데 도움이 될 수 있는 진전을 이루었다.

[이 단락 편집] 제작 방법

합성 암모니아를 생산하는 주요 원료는 천연가스, 석뇌유, 중유와 석탄 (또는 코크스) 이다.

① 천연 가스로 암모니아를 만든다. 천연가스는 먼저 탈황한 다음 두 번 전환한 다음 각각 일산화탄소 전환, 이산화탄소 제거 등의 과정을 거쳐 질소수소 혼합가스를 얻어 약 0. 1% ~ 0.3% (부피) 의 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있다. 메탄화 제거 후 수소질소 무어비 3 을 만든 순가스는 압축기를 통해 압축한 후 암모니아 합성 회로로 들어가 제품 암모니아를 얻는다. 석뇌유를 원료로 한 암모니아 생산 공정은 이 공정과 비슷하다.

② 중유는 암모니아를 만든다. 중유는 심도 있게 가공된 각종 찌꺼기를 포함한다. 암모니아 원료 가스는 부분 산화를 통해 얻을 수 있다. 생산 공정은 천연가스 증기 전환보다 간단하지만 공기 분리 장치가 필요하다. 공기 분리 공장에서 나오는 산소는 중질유 가스화에 쓰이고, 질소는 합성 암모니아의 원료로 쓰이며, 액체 질소도 일산화탄소, 메탄, 아르곤을 제거하는 세제로 쓰인다.

③ 석탄 (코크스) 암모니아. 석유화학과 천연가스화공이 발달하면서 석탄 (코크스) 암모니아를 만드는 방법은 국제적으로 거의 사용되지 않았다. 그러나, 에너지 구조가 변화함에 따라 석탄기 암모니아 생산이 다시 중시되었다. 외국의 분탄가스화 기술은 발전이 매우 빠르며, 우리나라의 연탄제기 기술은 이미 매우 성숙했다.

용도 암모니아는 주로 질소 비료와 복합비료를 만드는 데 쓰인다. 암모니아는 공업 원료와 암모니아 사료로 세계 생산량의 약 12% 를 차지한다. 질산, 각종 질소 무기염, 유기 중간체, 술폰아미드, 폴리우레탄, 폴리아미드 섬유, 니트릴 고무 등은 모두 암모니아를 원료로 직접 필요로 한다. 액체 암모니아는 종종 냉매로 사용됩니다.

일부 저장 및 운송된 상품인 암모니아는 액체 형태로 공장에서 다른 곳으로 운송된다. 또한, 제조 공장에서 암모니아와 암모니아 가공 작업장 간의 공급과 수요의 균형을 보장하기 위해 단기 사고로 인한 생산을 막기 위해서는 액체 암모니아 창고를 설치해야 한다. 액체 암모니아 저장에는 냉동되지 않음, 반냉동, 완전 냉동의 세 가지 유형이 있습니다. 액암모니아는 해운, 바지선, 파이프, 유조선, 트럭을 통해 운송할 수 있다.

알칼리 제조 방법 1. 연합제염기법

(허우 소다회 공정)

Nh3+CO2+H2O+NaCl = NH4Cl+nahco3 ↓ (nahco3 은 용해도가 낮아 석출되어 반응이 진행됨).

2 nahco3 = Na2CO3+CO2 =+H2O ("= "가열해야 하는 기호).

관건은 베수비오 알칼리 필터액에 소금 고체를 넣고 30 C ~ 40 C 에서 암모니아와 이산화탄소 가스를 여과액에 넣어 포화시킨 다음 65438 00 C 이하로 식히는 것이다. NH4Cl 상온에서 NaCl 보다 녹기 쉽고, 저온에서 NaCl 보다 녹기 어려운 원리에 따라 염화암모늄 (화학비료) 을 결정지어 그 모액을 베수비오 알칼리법으로 되돌려 쓸 수 있다.

이 방법의 장점: 암모니아 알칼리법의 장점을 보존하고, 단점을 없애고, 소금의 이용률을 96% 로 높인다. NH4Cl 은 질소 비료로 사용할 수 있습니다. 그것은 암모니아 공장과 연합하여 암모니아 원료인 CO 를 CO2 로 전환하여 CaCO3 에서 CO2 를 준비하는 과정을 없앨 수 있다.

탄산나트륨이 널리 사용되고 있다. 사람들은 알칼리성 토양과 염호에서 탄산나트륨을 얻었지만 여전히 공업 생산의 수요를 만족시킬 수 없다.

1862 년 벨기에 솔비 (1838- 1922) 는 소금, 암모니아, 이산화탄소로 탄산나트륨을 제조하는 솔비염기 (암모니아 알칼리법이라고도 함) 를 발명했다. 이후 영국, 프랑스, ​​독일, 미국 및 기타 국가는 계속해서 소다회 생산을위한 대규모 공장을 설립하고 베수비오 길드를 조직하여 회원 이외의 국가에 기술 봉쇄를 가했다.

제 1 차 세계 대전 중에 유럽과 아시아에서 교통 체증이 발생했다. 우리나라가 필요로 하는 순수 알칼리는 모두 영국에서 수입되기 때문에, 한동안 순수 알칼리는 매우 부족하여, 순수 알칼리를 원료로 한 일부 민족 공업은 생존하기 어렵다. 19 17 년, 애국실업가 범욱동은 천진탕구에 이영알칼리업 회사를 설립하여 외국인의 독점을 깨고 중국에서 순염기를 생산하기로 결심했다. 그는 미국에서 공부하고 있는 후선생을 총엔지니어로 초빙했다.

1920, 후선생은 의연하게 귀국하여 재직했다. 그는 전심전력으로 알칼리 공예와 설비의 개선에 힘쓰고, 결국 소위법의 모든 생산 기술을 파악하였다. 8 월, 1924 탕구 알칼리 공장이 정식으로 생산에 들어갔다. 1926 년 중국이 생산한' 레드삼각' 브랜드 탄산음료가 미국 필라델피아 엑스포에서 금상을 수상했다. 제품은 국내뿐만 아니라 일본과 동남아시아에도 많이 팔린다.

소금 이용률이 낮고, 알칼리 원가가 높으며, 환경 오염, 폐폐폐폐폐기물 처리 등의 문제를 해결하기 위해 후선생은 1943 에서 수천 번의 실험을 거쳐 공동 제염기법을 성공적으로 연구했다. 이 방법은 암모니아와 소다회를 결합하여 소금 활용도를 높이고 생산 과정을 단축하며 환경 오염을 줄이고 소다회 비용을 낮춘다. 연합 알칼리법은 곧 세계에 의해 채택되었다.

호프제염기법의 원리는 이온 반응의 원리에 기반을 두고 있으며 이온 반응은 이온 농도를 감소시킨다. 즉, 중고등학교 교과서에서 말하는 복잡한 분해 반응은 침전, 가스, 이온화하기 어려운 물질이 있어야 한다는 것이다. 그는 소다회 (Na2CO3) 를 만들고 싶었기 때문에 NaHCO3 이 용액에 용해가 적다는 특징을 활용해 먼저 NaHCO3 을 만들었다. 그런 다음 중탄산 나트륨이 불안정하게 분해되어 소다회를 얻는다. 탄산나트륨을 준비하려면 나트륨이온과 탄산수소근이온이 많이 있어야 하기 때문에 포화염수에 암모니아를 넣어 포화암모니아염수를 형성하고 이산화탄소로 통하기 때문에 용액에는 나트륨 이온, 암모늄 이온, 염소 이온, 탄산수소근이온이 많이 들어 있는데, 그 중 NaHCO3 의 용해도가 가장 낮기 때문에 침전되어 남은 산물은 비료나 처리 후 재활용할 수 있다.

둘째, 암모니아 알칼리 방법

1862 년 벨기에 솔비 (1832- 1922) 는 소금, 암모니아, 이산화탄소를 원료로 탄산나트륨을 제조하는 암모니아법 소다회 공예이다.

반응은 세 단계로 나뉩니다.

NH3+CO2+H2O===NH4HCO3

중탄산 암모늄+염화나트륨 = = = 중탄산 나트륨+염화 암모늄

2 중탄산 나트륨 = = = 탄산나트륨+이산화탄소 +H2O

반응으로 인한 CO2 재활용이 가능하고, NH4Cl 은 생석회와 반응하여 NH3 을 생성할 수 있으며, 원료로 재사용할 수 있습니다. 2nh4cl+Cao = = 2nh3+CaCl2+H2O.

암모니아 알칼리법은 생산을 지속적인 생산으로 만들고, 소금의 이용률이 높아지고, 제품의 품질이 순수하기 때문에 순수 알칼리라고 불리지만, 가장 큰 장점은 원가가 낮다는 것이다. 1867 년 솔비의 공장에서 만든 제품이 파리 엑스포에서 동상을 수상한 이 법칙은 솔비의 법칙으로 정식 명명되었다. 이때 소다회 가격이 크게 떨어졌다. 영국의 루브란에서 알칼리를 생산하는 회사인 Hutchinson Company 가 2 년 동안 Solvefa 를 독점할 권리를 얻었다는 소식이 영국에 전해졌다. 1873 년 하칭슨은 부네멘사로 개편되어 소다회를 생산하는 대형 공장을 설립했다. 나중에 프랑스, 독일, 미국 등이 잇달아 공장을 열었다. 이들 국가들은 Solway Guild 라는 단체를 발동했고, 설계도는 회원국에만 개방되어 절대 기밀로 유지되었다. 개선이나 새로 발견된 곳이 있어 회원국들은 서로 소통하고 특허를 신청하지 않고 누설을 방지하기로 동의했다. 기술 외에 업무에도 제한이 있다. 그들은 분할 판매 방식을 채택하고 있다. 예를 들어 중국 시장은 영국 브레멘 회사에 의해 독점되었다. 이처럼 치밀한 조직 때문에 솔비 공회의 허가를 받을 수 없는 사람은 암모니아 알칼리 생산의 세부 사항을 전혀 물어볼 수 없다. 여러 해 동안, 많은 나라들은 Solvefa 의 제조업체를 탐구하지 못했다. 영국의 루브란에서 알칼리를 생산하는 회사인 Hutchinson Company 가 2 년 동안 Solvefa 를 독점할 권리를 얻었다는 소식이 영국에 전해졌다. 1873 년 하칭슨은 부네멘사로 개편되어 소다회를 생산하는 대형 공장을 설립했다. 나중에 프랑스, 독일, 미국 등이 잇달아 공장을 열었다.