哈柏法條件 哈柏法氨氣
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哈柏法,是一種通過氮氣及氫氣產生氨氣的方法,外文名叫做Haber Process,直到20世紀初期,德國的弗裏茨·哈伯(Fritz Haber)和卡爾·博施(Carl Bosch)才開發出大氣中的氮轉化為可提供營養的氨的第一個實用過程來。
歷史
這個實驗首先在1908年由弗裏茨·哈伯進行。於1910年,Carl Bosch於德國巴斯夫化學公司工作時,成功把這個實驗商業化,使之符合成本效益。這個實驗最早期於1911年被德軍於第一次世界大戰使用。之前,德國要製作氨氣需要從智利進口硝酸鈉,但由於戰爭使其供應不穩定。哈伯亦以此項發明獲得1918年諾貝爾化學獎。
原料的製備
合成氨的原料氮氣來自於空氣(以液態空氣的分餾取得),氫氣來自於水和燃料。原料氣包含雜質,因此在參與反應前需要去除雜質,即原料氣的淨化。
第一步先把原料中的硫化物清除,是為硫化物會毒害哈柏法所使用的催化劑。催化加氫可以把有機硫化物變成硫化氫:
產生的硫化氫會被氧化鋅吸收,變成水和硫化鋅:
在鎳的催化下與水反應,經脱硫的碳氫化合物(如甲烷)轉變成氫氣和一氧化碳的混合物:
一氧化碳與水反應,轉化成二氧化碳及製造更多的氫氣:
接下來二氧化碳可經2-氨基乙醇溶液吸收或使用變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA,在此使用具有專利的固態吸附媒介)清除。
製備氫的最後步驟是以使用催化劑的甲烷化(methanation)移除在氫氣中殘留的少量一氧化碳及二氧化碳:
反應過程
一個歷史性(1921年)的用於生產氨的哈柏法高壓合金鋼反應器被展示, 在德國的卡爾斯魯厄理工學院(KIT)。
合成氨的反應是在高壓環境的合成塔中完成的,氮氣和氫氣混合後經過壓縮從塔的上部進入合成塔。經過合成塔下部的熱交換器,混合氣體的温度升高,並進入放有觸媒(催化劑)的接觸室。在接觸室,一部分氮氣和氫氣發生反應,合成了氨,混有氮氣,氫氣和氨氣的混合氣體經過熱交換器離開合成塔。混合氣體要經由冷凝器,將氨液化,因而將氨分離出來,而氮氣和氫氣的混合氣體經壓縮再次送入合成塔,形成循環。 這樣做節省原料,循環利用。硫酸合成工業中也有類似應用。
參看
氨
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