中學化學中有關合成氨工業的教學策略

人教版中學化學(選修)第三冊中講述了合成氨的有關知識，這節內容難度較大，實驗操作危險系數大，如何在課堂教學中順利、準確、系統地完成這項教學任務一直被視為教學難點。下面我結合多年教學經驗談談本節內容的教學策略。

一、合成氨工業在中學化學教學中的地位及作用

知識技能:初步認識合成氨的化學原理;了解應用化學反應速率和化學平衡原理來選擇適宜的化工生產條件的一般原則;了解合成氨生產的主要流程。

二、引導學生思考合成氨工業條件的選擇

1.溫度。從平衡角度考慮，合成氨低溫有利，但溫度過低，速率很慢，需要很長的時間才能達到平衡，很不經濟，所以實際生產中，采用500℃左右的適宜溫度。(此時催化劑的活性最大)

2.壓強。溫度一定時，增大混合氣的壓強有利于氨的合成;但壓強越大需要的動力越大，對材料的強度和設備的制造要求越高。一般采用2×10—5×10Pa的高壓。

3.催化劑。為加快反應速度，采用以鐵為主體的多成分催化劑，以稱鐵觸媒。

在實際生產中，我們還需要將生成的NH及時分離出來，并且不斷地向循環氣體中補充N、H，以增加濃度。

疑難問題分析:適宜條件的選擇。

目的:盡可能加快反應速率和提高反應進行程度。

依據:外界條件對化學反應速率和化學平衡影響的規律。

原則:①既要注意條件對速率的影響，又要注意對轉化率的影響。

②既要注意溫度、催化劑對速率的影響，又要注意催化劑活性對溫度的限制。

③既要注意理論生產，又要注意實際可能性。

適宜條件:①2×10—5×10Pa;②500℃;③鐵觸媒;④循環操作，氨及時分離，增加N、H濃度。

三、展示合成氨工業流程，最好參觀合成氨工廠生產流程

合成氨工藝，其工藝流程為:

1.無煙煤或焦碳破碎篩分→煤氣化→煤氣預處理→煤氣變換→脫除殘硫或脫除CO→甲烷化→合成氣壓縮→氨合成，其特征在于脫除殘硫或脫除CO。

2.采用低溫甲醇洗技術，煤氣預處理后，大部分進入氨合成工藝，小部分作為燃氣透平的燃料，帶動煤氣壓縮機，外來脫鹽水經煤氣變換工序末端冷卻器預熱后進入脫氧槽脫氧，脫氧水大部分泵往煤氣化工序和氨合成工序的鍋爐給水預熱器和廢熱鍋爐，產生壓力為2.5—6.5MPa的飽和蒸汽，經過熱，導入蒸汽透平，膨脹做功，背壓蒸汽小部分導入脫氧槽，大部分經燃氣透平的排煙道加熱后導往煤氣化工序，余熱回收工序和煤氣變換工序的裝置間設有循環熱水管道。

無煙煤或焦碳破碎篩分→煤氣化(C+HO=CO+H)→煤氣預處理→煤氣變換(CO+HO=CO+H)→脫除殘硫或脫除CO→甲烷化→合成氣壓縮→氨合成(N+3H=2NH)，有條件的地方最好參觀合成氨工廠生產流程。參觀工廠生產各環節，邊參觀邊思考，以達到運用知識的目標。

四、了解用途

合成氨是生產尿素、磷酸銨、硝酸銨等化學肥料的主要原料，工業生產過程是以天然氣或煤炭為原料通過水蒸氣重整工藝制得氫氣，然后與氮氣進行高壓合成制得合成氨。

五、國內先進工藝簡介

據中國化工報報道，南京國昌化工科技有限公司已開發成功自熱非等壓醇烷化合成氨原料氣凈化新工藝，并在山東肥城化肥廠裝置上獲應用，總醇氨規模達20萬噸，各項運行指標均達到國內先進水平。該工藝比原銅洗工藝降低噸氨成本90元，且可比其他凈化工藝多產甲醇，為我國氮肥行業節能降耗、保護環境、實現多種經營創出一條新路。

自熱非等壓醇烷化合成氨原料氣凈化新工藝是在合成氨原料氣壓縮至8.0—16.0MPa壓力下設置一套中壓醇化裝置，再在20—31.40MPa壓力等級下設置一套高壓醇化和一套高壓烷化裝置。中壓醇化裝置以產醇為主，可實現1∶1—1∶10的醇氨比;高壓醇化及高壓烷化裝置以凈化為主。

六、合成氨工業廢水污染現狀

我國合成氨企業普遍規模小、能耗高和管理水平低，所以造成了嚴重的水污染等問題。分析原因主要有以下幾個方面。

1.廢稀氨水的大量排放。企業廢水中氨嚴重超標的主要原因是合成、精煉、脫硫等工段大量廢稀氨水的直接排放所造成的。近幾年來，人們在廢稀氨水回收方面做了大量的技術研究工作，對以生產碳酸氫按為主導產品的企業來說，將工藝裝置排放的稀氨水通過逐級提濃后送入碳化工段制成碳酸氫氨的辦法，基本做到了稀氨水的回收與利用。但是對于以生產液氨、尿素和非碳酸氫按產品的合成氨企業來說，氨氮污染問題仍未得到有效的控制。因此走“清潔生產”之路，盡快尋求一種技術先進、經濟合理，適合中、小型合成氨生產企業經濟狀況的氨回收技術已經成為當務之急。

2.工業廢水和污水混合排放，造成排水量大。多年來，合成氨企業廢水排放大多采用混流方式，即各生產工段排放的污水與循環冷卻水系統排放的較清潔廢水混合后一起排放，這不僅增大了污水的排放量，而且造成了大量水資源的嚴重浪費。因此，已建成的污水處理站投資費用和運行費用均居高不下，企業難以正常運行。“清污分流，分質處理，循環利用”應是治理合成氨工業水環境污染重點考慮的問題。

3.污水治理技術相對滯后。由于合成氨企業污水中成分比較復雜，采用傳統的活性污泥法處理工藝，可能對去除COD效果較好，但難以保證特征污染物氨氮的有效去除。盡快加強合成氨污水治理新技術的開發與應用研究，強化氨氮脫除效率，是擺在我們面前新的研究任務。

總之，教師應在宏觀上把握知識結構，在教學活動中采取靈活多樣的方式，讓學生感到化學就在身邊，化學與實際生產密切相關。