氨的制备

背景及概述^[1][2]

氨，无机化合物，常温下为气体，无色有刺激性恶臭的气味，易溶于水，氨溶于水时，氨分子跟水分子通过氢键结合成一水合氨(NH3·H2O)，一水合氨能小部分电离成铵离子和氢氧根离子，所以氨水显弱碱性，能使酚酞溶液变红色。氨与酸作用得可到铵盐，氨气主要用作致冷剂及制取铵盐和氮肥。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。氨易溶于水，溶于水后形成氢氧化铵的碱性溶液。氨在20℃水中的溶解度为34%。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。氨为氮和氢的化合物，合成氨工业的主产品和炼焦工业的副产品，能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡。体内氨主要自氨基酸代谢产生，氨是毒性物质，血氨增多对脑神经组织损害最明显。虽然氨在人体内不断产生，但肝脏有强大能力将氨转变为无毒的尿素，维持人血中氨在极低浓度。

氨使酚酞变红

制备^[2]

20世纪初，工业上开发了氰化法和合成氨法生产氨，前者因能耗远大于后者而被淘汰。世界上的氨绝大部分是在高压、高温和催化剂存在下由氮气和氢气合成制得。氮气主要来源于空气；氢气主要来源于含氢和一氧化碳的合成气（纯氢也来源于水的电解）。由氮气和氢气组成的混合气即为合成氨原料气。从燃料化工来的原料气含有硫化合物和碳的氧化物，它们对于合成氨的催化剂是有毒物质，在氨合成前要经过净化处理。

天然气制氨：天然气先经脱硫，然后通过二次转化（见合成气），再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%～0.3%（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气（见合成氨原料气），经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

重质油制氨：重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸汽转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氨还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

煤（焦炭）制氨：焦炭是早期合成氨生产的原料，现除中国、联邦德国外,其他国家已很少采用。煤直接气化(见煤气化)有常压固定床间歇气化、加压氧－蒸汽连续气化等多种方法。例如早期的哈伯－博施法合成氨流程，以空气和蒸汽为气化剂，在常压、高温下与焦炭作用，制得含(CO+H2)/N2摩尔比为3.1～3.2的煤气，称为半水煤气。半水煤气经洗涤除尘后，去气柜，经过一氧化碳变换，并压缩到一定压力后，用加压水洗涤除去二氧化碳，再进一步用压缩机压缩后用铜氨液进行洗涤，以除去少量一氧化碳、二氧化碳，然后送去合成。如用水将氨吸收，所得产品为氨水。商品氨水浓度为15%～30%（质量）。如用冷凝法分离氨，所得产品为液氨，含氮82.3%。氨水和液氨均可直接用作肥料。

主要参考资料

[1] 吕锡武, 李峰, 稻森悠平, & 水落元之. (2000). 氨氮废水处理过程中的好氧反硝化研究. 给水排水, 26(4), 17-20.

[2] 李开喜, 凌立成, 刘朗, 张碧江, & 刘振宇. (2001). 氨水活化的活性炭纤维的脱硫作用. 环境科学学报, 21(1).

[3] 李凤, 张之练, 顾雪莲, & 张建超. (2020). 氨水制备装置.