氨氣

第一章?? 氨氣基礎(chǔ)信息梳理

1.1? 產(chǎn)品概述

氨氣（英文名Ammonia），是一種無(wú)機(jī)化合物，化學(xué)式為NH3，分子量為17.031。標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為0.771g/L，相對(duì)密度0.5971（空氣=1.00）。是一種無(wú)色、有強(qiáng)烈的刺激氣味的氣體。氨氣能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，能在水中產(chǎn)生少量氫氧根離子，呈弱堿性。在常溫下加壓即可使其液化（臨界溫度132.4℃，臨界壓力11.2兆帕，即112.2大氣壓），沸點(diǎn)-33.5℃，也易被固化成雪狀固體，熔點(diǎn)-77.75℃，溶于水、乙醇和乙醚。在高溫時(shí)會(huì)分解成氮?dú)夂蜌錃?，有還原作用。有催化劑存在時(shí)氨氣可被氧化成一氧化氮。氨氣常用于制液氮、氨水、硝酸、銨鹽和胺類等。氨氣可由氮和氫直接合成而制得，能灼燒皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過(guò)多，能引起肺腫脹，甚至失去生命特征。

氨氣被列入《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，并按照《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》管控。

自古以來(lái)，人們就知道氨的氣味。18世紀(jì)著名化學(xué)家約瑟夫·布萊克（蘇格蘭）、彼得·沃爾夫（愛(ài)爾蘭）、卡爾·威廉·舍勒（瑞典/德國(guó)）和約瑟夫·普里斯特利（英格蘭）發(fā)現(xiàn)空氣中的氮能被碳化鈣固定而生成氰氨化鈣，氰氨化鈣與過(guò)熱水蒸汽反應(yīng)制的氨。1785年，法國(guó)化學(xué)家克勞德·路易斯·貝索萊測(cè)定了它的元素組成。?

由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵虾铣傻墓I(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)較難的課題。1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯(E.Haber，1868-1934)經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在500-600℃、17.5～20.0 MPa和鋨為催化劑的條件下，反應(yīng)后氨的含量可達(dá)到6％以上，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。為了把哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)，德國(guó)工程師博施(C. Bosch，1874-1940)改進(jìn)了哈伯首創(chuàng)的高壓合成氨，找到了合適的氧化鐵型催化劑，使合成氨生產(chǎn)工業(yè)化，稱為"哈伯--博施法"。

1913年，一個(gè)年產(chǎn)量7000噸的合成氨工廠建成并投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)。從此，合成氨成為化學(xué)工業(yè)中迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域。由于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)研究對(duì)化學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問(wèn)題，是化學(xué)和技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的巨大貢獻(xiàn)。

2020年，全球氨生產(chǎn)能力為2.24億噸。實(shí)際產(chǎn)量為1.87億噸，在全球生產(chǎn)的化學(xué)品中排名第九。

1.2? 產(chǎn)品性能

1.3? 制備方法

1.市場(chǎng)上有鋼瓶裝純的合成氨出售，因此實(shí)驗(yàn)室中就不再用銨鹽來(lái)制備氨了。市售鋼瓶裝液態(tài)氨(純度在99.8%以上)，在室溫下約有壓力0.8MPa，用氨瓶減壓閥降至常壓放出后，在一般的合成實(shí)驗(yàn)室中，完全可以直接使用，其中一些不重要的雜質(zhì)如油氣、痕量的CO2等可將氨氣通過(guò)熱處理過(guò)的活性炭除去。欲需要徹底干燥，可將瓶裝氨氣分別通過(guò)裝有堿石灰或固體KOH和金屬鈉絲的兩根0.5m長(zhǎng)的管子。最后可讓它在P2O5上通過(guò)，如果此時(shí)氨與P2O5不起反應(yīng)，說(shuō)明前兩步干燥是有效的。精制方法：一般市售的液氨純度很高，雜質(zhì)主要是水。水是在鋼瓶進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)帶入的。其次還有微量的氧化鐵等。這些雜質(zhì)通過(guò)重復(fù)進(jìn)行脫水蒸餾可以完全除去。在鋼瓶中事先放入金屬鈉時(shí)，可在真空耐壓反應(yīng)管中蒸餾液氨，水可以徹底除去。蒸餾時(shí)接受器要充分冷卻。用水反復(fù)吸收氨后冷卻而得。?

2.工業(yè)生產(chǎn)的主要原料為煤（或焦炭、天然氣等）、空氣和水。工業(yè)化生產(chǎn)氨的過(guò)程一般分為造氣、脫硫變換、壓縮精制和合成等工序。氮和氫的混合氣體加壓到15MPa后，由合成塔的上部進(jìn)入合成塔，經(jīng)熱交換器，由中心管進(jìn)入接觸室，自上而下地通過(guò)催化劑層，在480～520℃溫度下進(jìn)行下述反應(yīng)： 反應(yīng)后的氣體（含氨12%～16%的混合氣）經(jīng)熱交換氣降低溫度后，由塔底出口導(dǎo)出。出塔后經(jīng)水冷器進(jìn)一步降溫，使氨液化，再經(jīng)氨分離器分離出液氨。未反應(yīng)的氮、氫混合氣送入合成塔循環(huán)使用。?

第二章?? 氨氣下游應(yīng)用領(lǐng)域梳理

2.1?電子工業(yè)

高純氨用于模集成電路減壓或等離子體CVD，以生長(zhǎng)二氧化硅膜鍋爐給水pH值調(diào)節(jié)劑，氨用來(lái)中和給水中的碳酸，提高pH值，減緩給大規(guī)水中二氧化碳的腐蝕。也是鍋爐停爐保護(hù)劑，對(duì)鍋爐內(nèi)有少量存水不能放出的鍋爐也有較好的保護(hù)效果。

2.2 食品工業(yè)

用作堿性劑、酵母養(yǎng)料、食用色素稀釋劑、凍豆腐制造用劑和溶劑。也可用于可可粉及含糖可可粉、可可豆粉、可可液塊和可可油餅，食用酪蛋白酸鹽的加工，用量按GMP。

3.3 化工、科研等領(lǐng)域

用作標(biāo)準(zhǔn)氣、配制標(biāo)準(zhǔn)混合氣、物性測(cè)定、硅或氧化硅的氮化等。在無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)中用于銨鹽、硝酸、氰化氫、肼、羥胺、硫胺、硝胺、磷胺、尿素等的制造。在有機(jī)化學(xué)工業(yè)中可將液氨與烷基氯或醇反應(yīng)制備烷基胺，如1,2-二氯乙烷反應(yīng)制取乙二胺，與己二腈反應(yīng)制取己二胺，與丙烯反應(yīng)制取丙烯腈等。其他還可用于嗎啉、哌嗪、烏洛托品、皮考啉，2-甲基-5-乙烯基吡啶等的制造和用作冷凍劑等，氨還可以作為生物燃料來(lái)提供能源。?

4.4?制造氨水和液氨

氨水的用途非常廣泛，如，可以檢驗(yàn)HCl等氣體的存在，與鋁鹽溶液反應(yīng)制氫氧化鋁。配制銀氨溶液檢驗(yàn)有機(jī)物分子中醛基的存在等。液氨可用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國(guó)防工業(yè)中，用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑。可用作有機(jī)化工產(chǎn)品的氨化原料，因?yàn)橐喊痹跉饣筠D(zhuǎn)變?yōu)榘睔猓芪沾罅康臒?，被譽(yù)為“冷凍劑”，同時(shí)液氨具有一定的殺菌作用，所以在家禽養(yǎng)殖業(yè)中，被用于殺菌和降溫制冷作用。液氨還可用于紡織品的絲光整理等。