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燃烧反应
氨气在空气中很难燃烧,但在纯氧中可以燃烧生成氮气:4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。
常温下氮气难以与氧气反应,但在放电或者高温的条件下,可以与氧气反应:N2+O2=2NO。闪电能够使空气里的氮气转化为一氧化氮,是一种自然固氮。
合成氨反应
工业上的氨气是由氢气和氮气直接合成的:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(反应条件为高温高压、催化剂)。氨气的合成是一个体积缩小的放热反应,体系压强和降低体系温度对合成反应有利。
该方法是以压缩空气为原料,一般以分子筛为吸附剂,在一定的压力下,利用空气中氧气和氮气分子在不同分子筛表面吸附量的差异,在一定时间内氧在吸附相富集, 氮在气体相富集,实现氧、氮分离;而卸压后分子筛吸附剂解析再生,循环使用。 [3] 吸附剂除了分子筛之外,还可应用活性氧化铝、硅胶等。
目前, 常用变压吸附制氮装置是以压缩空气为原料,碳分子筛为吸附剂,利用氧和氮在碳分子筛上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差异及分子筛对氧和氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性来实现氧、氮分离。首先,空气中的氧被碳分子筛**吸附,从而在气相中富集氮气。为连续获得氮气,需两个吸附塔交替工作。
深冷分离法又称为低温精馏法,利用空气中氮气与氧气的沸点不一致来分离氧气和氮气。由于氮气的沸点(-196℃) 低于氧气(-183℃),在液态空气的蒸发过程中,液氮比液氧更容易变成气态,而在空气液化过程中,氧气比氮气更容易变成液态。由于氮气与氧气的沸点相差不大,液态空气与气态空气需经过反复多次的蒸发、冷凝、再蒸发过程(该过程称为低温精馏过程),终在精留塔**部气相馏分中就可以过得较高高纯度的氮气,氮气的纯度取决于精馏塔的塔板级数和精馏效率。