研究工业合成氨催化剂气反应催化剂的目的是提高工业合成氨催化剂的?

(1)原料气中的H2S、CO、CO2等杂质容易造成催化剂中毒,降低催化效果,所以必须将原料气中往往含有的H2S、CO、CO2等杂质除去,防止催化剂中毒,
故答案为:防止催化剂中毒;
(2)氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩,来增大压强,这样可以加快化学反应速率,还可以让化学平衡朝生成NH3的方向进行,
故答案为:增大压强,加快反应速率,使平衡朝生成NH3的方向进行;
(3)氮气和氢气经过压缩、除油后进入合成塔合成氨气,所以A为合成塔;工业合成氨中合成塔中的反应为:氮气和氢气在高温高压条件下生成氨气,反应方程式为:N2+3H22NH3
故答案为:合成(氨)塔;N2+3H22NH3
(4)从合成塔出来的气体温度较高,需要先降温再吸收,则B为冷却塔(或冷凝器);一元高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好,所以入水口为n,
故答案为:n;高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好;
(5)设备C是分离塔,将生成的液态氨气与未反应的原料气分离,氨气不断被液化分离,减小氨气的浓度,促使平衡不断正向移动,提高原料的利用率,
故答案为:分离液氨和未反应的原料气;
故答案为:77.8%.

  近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在构建高效硼掺杂氮化碳纳米片光催化剂应用于固氮合成氨研究方面取得新进展,通过构建B-N-C用于稳定氮化碳光催化剂表面暴露的活性氮原子并且促进氮气分子吸附和活化,最终实现增强光催化固氮合成氨相关研究成果以全文形式发表在国际期刊Small

  氨是世界上产量最大的化工产品之一,在全球经济中占有重要地位。到目前为止,最成熟的人工固氮合成氨(NH3)工艺是哈伯-博施(Haber-Bosch)法即在高温、高压条件下利用铁基催化剂将高纯度的氮气和氢气转化为氨气),然而由于工作条件非常苛刻200-300 atm350-550并产生巨大的能耗,因此,发展高能源利用效率、低CO2排放和直接利用空气中N2在常温常压下合成NH3是非常必要的,同时也具有一定的挑战性。

  近年来,光催化氮还原反应(NRR)被认为是在常温常压条件下可持续合成氨的最有前途的方法之一。其中,石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种典型的二维非金属聚合物半导体光催化剂,因其具有元素来源丰富、可见光响应高、光/化学稳定性强、制备方法廉价等优势,在合成氨光催化反应中展现出巨大潜力。然而,g-C3N4基光催化剂用于合成氨反应还存在一些关键性问题,包括:(1g-C3N4表面暴露的活性N原子(例如边缘N和氨基N)是否会在光催化过程中发生加氢反应从而合成了NH3分子?(2)如果暴露的活性N原子在光催化NRR过程中确实参与了合成NH3,是否能开发出稳定这些活性N原子有效的方法,同时构建新的N2吸附、活化和加氢的活性位点?(3)纯块体g-C3N4的比表面积非常低,不利于N2的吸附、活化,并且光生载流子的复合率高,导致光催化效率相对较低。

  基于上述问题,课题组通过引入硼(B)原子掺杂制备出B原子掺杂g-C3N4纳米片光催化剂(BCN)应用于固氮合成氨反应,并结合理论计算方法(分子动力学模拟)对相关结果进行了理论预测和展望。一系列实验及分子动力学模拟证明:B掺杂构建的B-N-C键不仅能够稳定地锚定C3N4表面暴露的活性N原子,同时通过形成纳米级别的p-n结可以有效抑制g-C3N4的光生载流子复合。N2化学吸附测试及分子动力学模拟证明:B原子位点的引入成为了N2分子吸附和活化的活性位点,有利于光催化合成氨反应的进行。因此,制备的BCN光催化剂的产氨效率达到了313.9 g–1 h–1,约为纯g-C3N4纳米片(CN)光催化效率的10倍。此工作通过非金属原子掺杂策略调控半导体的能带结构及光/电化学性质,显著提升了光催化固氮合成氨的活性,为未来常温常压下开发新的合成氨催化剂提供了新的思路和重要的参考价值。

  该项目工作得到国家自然科学基金和中科院创新研究团队国际合作项目的资助。

  aBCN样品的TEM图片;bCNBCN样品的漫反射光谱对比cCN和BCN样品的荧光光谱对比;(dCNBCN样品的光电流响应对比;eCNBCN样品的N2化学吸附测试对比;(fBCN催化剂在水分子、氮气分子及牺牲剂环境中分子动力学模拟结果模型。

要:近年来在我国社会多领域快速发展背景下,我国多项科学技术快速发展,在人们日常生产生活中各类化工制品应用范围逐步扩大。在化工制品生产制作中,氨工艺应用范围较广,合成氨主要是以石油、煤、炼油气等为主要原材料,之后进行氮、氨合成,能制成农业生产中的氨元素,其作为重要肥料资源,对具有重要推动作用。但是合成氨工艺实施中要消耗较多能源与材料成本,生产效率较低,所以当前要注重做好氨工艺节能改造。

关键词:合成氨工艺;作用;节能改造;措施

在社会发展新时期更注重建立节能环保型社会,在氨工业技术创新发展中也要注重实现节能改造。近年来多方面生产发展中对合成氨应用提出了更多更高的应用需求。氨属于化学工艺技术领域中重要的应用原材料,当前我国合成氨技术工艺全面发展,对推动社会发展具有重要作用,为了适应节能减排发展要求要注重做好氨工艺节能改造。

1 合成氨工艺相关分析

1.1 制造生产工艺中要应用的原料

在合成氨工艺操作中,要注重做好氨气、氮气制备控制,将此类气体补充到原料气体中。在氨气制备过程中要应用石油、天然气等原料,将各类原料补充到高温环境中,与水蒸气能产生化学反应,制备成合成气体。其中在合成气体中要含有一氧化氮以及氢元素,基于原料煤以及各类固体材料结合能制备更多合成气体。各类合成气也要通过渣油进行制作,通过有效催化之后能制成氢气。在氢气制作过程中将空气物理液化,或是基于多种化学操作方式生产更多氢气。再通过物理方式对温度进行控制,促使空气有效液化,使得空气中温度能逐步增加。其中氮气沸点偏低,基于此类方式能获取更多纯度较高的氮气。或是基于其他方式获取氮气,基于此类化学方式应用,将空气燃烧过程中较多可燃碳物质中的二氧化碳有效排出,能获取较多纯度较高氮气。

1.2 原料氣体净化方法应用

合成氨制备工艺中,要注重对获取的原料气体实施净化,对氧化氮合理转化,将部分一氧化碳有效转为二氧化碳与氢气。这样能有效消除更多一氧化碳,促使氢气含量有效补充。在一氧化碳转化中,多数可利用能源较多,通过规范化措施能降低能源损失,对生产成本进行控制,优化能源资源浪费问题。在操作中要注重脱去原材料气体中含有的碳硫,基于物理方式合理吸收,排出原料气体中含有的较多碳物质与硫物质,对催化剂中毒现象集中控制。在脱碳脱硫操作中,要做好二氧化碳高效化利用。对能源资源浪费现象集中控制,实现节能环保发展目标。在脱碳脱硫中要合理选取科学化的脱硫方式,比如常用的干法脱硫、湿法脱硫等。

2 合成氨生产中存有的问题概述

在新时期化工产业发展中氨的应用范围较广,是各类化工产品主要应用原料,在现代化工业生产中占有重要作用。在合成氨工艺技术应用中存有较多问题,生产效率有待强化。为了对此类现状进行优化,有较多企业积极选取各项针对性应对措施,例如选取更多性能较好的催化剂材料,对工业设备合理优化。此类措施能有效降低能源、原料消耗,提高生产效益。在合成氨工艺中,主要是受到生产技术应用、能源不足、生产管理制度缺陷等要素影响,限制了合成氨工艺技术全面发展。

3 合成氨技术节能改造探析

3.1 优化合成氨流程造气加工技术改造

现阶段合成氨工艺流程操作中要注重做好原料气体提取操作,此环节对合成氨完整的制备工艺具有较大影响。对原料气体提取中各项资源浪费问题进行控制,要注重创新现有的工业机械以及工艺技术。比如选取自动加焦机,此类机器设备在原料气提取中能有效实现节能目标,加上自动加焦机应用安全性较高。在气体合成中要注重在高温高压环境中实施,合成完成之后,要注重对煤气预热集中利用,做好煤气余热回收与再利用,能实现节能减排发展要求。在合成氨中,要注重对检测技术以及油压微机控制技术合理应用,对具体合成时间进行控制,提高各项操作效率。技术人员还要注重运用入炉蒸汽品质对温度稳定性进行控制,在蒸汽有效分解中实现能源消耗控制,集中优化合成氨整体品质。

3.2 提高废水循环技术应用节能效果

在合成氨工艺操作中,为了对合成氨消耗成本进行控制,可以选取碎煤作为基本材料,有助于降低生产消耗成本。但是合成氨中会产生粉尘以及焦油类物质,此类物质较多将会导致合成氨较多管道产生堵塞情况,诱发较为严重的能源浪费问题。在合成氨中要注重对水资源循环利用,提高合成氨整体产能。选取碎煤进行合成氨操作能实现废水资源循环利用,促使碎煤中各类悬浮废物与油有效融合,加速合成氨装置生产速度。

3.3 提高合成氨流程中氨气分离技术节能效果

在合成氨工艺操作中,做好氨气有效分离至关重要。在操作中要注重对此环节实施高效化的技术改造,能有效优化资源浪费现象。比如在操作过程中选取冷凝分离方式促使案例可以有效分离,应用水吸收方式对氨气进行分离。不同分离方式操作中要注重发挥分离器应用作用,通过分离器应用能对分离中的资源浪费现象集中控制。在分离中优化气体流转方向,提高分离成效的同时提升氨气基本纯度。

目前在合成氨工艺生产阶段,为了能对能源资源以及工艺生产成本集中优化。要注重做好合成氨工艺流程改进,选取各项新型应用技术,对工艺加工流程进行控制。依照生产优点做好造气工段技术、氨分离技术、废水循环应用技术创新,实现高效化的节能改造目标。

[1]王悠悠.合成氨工艺及节能改造措施的分析[J].化工管理,2019,(22):208-209.

[2]裴宇.合成氨工艺分析及节能改造措施[J].建筑工程技术与设计,2018,(31):3339.

[3]马利军.合成氨工艺及节能改造分析[J].化学工程与装备,2017,(10):34-35.

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