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氨(化学物质)

氨(Ammonia,即阿摩尼亚),或称“氨气”,氮和氢的化合物,分子式为NH,是一种无色气体,有强烈的刺激气味。极易溶于水,常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨,水溶液又称氨水。降温加压可变成液体,液氨是一种制冷剂。氨也是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要,它是许多食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途,同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途,氨是世界上产量最多的无机化合物之一,多于八成的氨被用于制作化肥。由于氨可以提供孤对电子,所以它也是一种路易斯碱。

和氧气的反应

燃烧氧化:

氨气能在纯净的氧气中燃烧,产物是空气中的成分,不污染环境,因此有一定的利用前景:

氧化还原反应:

氨的催化氧化是放热反应,产物是NO,是工业生产硝酸的重要反应,条件是催化剂高温:

和水的反应

氨气极容易溶于水,溶于水时和水反应生成一水合氨,俗称氨水,市售氨水的浓度为25%到28%。氨水呈弱碱性,因为在水中存在这样的电离:

氨水使酚酞溶液变红,使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

和金属的反应

NH3亦可与金属离子如Ag、Cu等发生络合,生成络合物:

和酸的反应

氨可以和酸反应生成铵盐,如:

(1)无色有刺激性气味的气体

氨对人体的眼、鼻、喉等有刺激作用,吸入大量氨气能造成短时间鼻塞,并造成窒息感,眼部接触易造成流泪,接触时应小心。如果不慎接触过多的氨而出现病症,要及时吸入新鲜空气和水,并用大量水冲洗眼睛。

(2)密度比空气小

氨气的密度为0.771g/L(标准状况下)

(3)沸点较低

氨极易液化,在常压下冷却至-33.5℃或在常温下加压至700KPa至800KPa,气态氨就液化成无色液体,同时放出大量的热。液态氨汽化时要吸收大量的热,使周围物质的温度急剧下降,所以氨常作为制冷剂。以前一些老式冰棍就是利用氨气制作的

(4)易溶于水

氨极易溶于水,在常温、常压下,1体积水能溶解约700体积的氨。

氨的喷泉实验

将250ml的烧瓶里充满氨气,倒置于酚酞溶液水槽中,会看到红色喷泉现象。
  

氨的主要用途是氮肥、制冷剂、化工原料。

无机方面主要用于制氨水、液氨、氮肥(尿素、碳铵等)、硝酸、铵盐、纯碱。

有机方面广泛应用于合成纤维、塑料、染料、尿素等。

合成氨的工艺分类:低压法、中压法、高压法。

几种合成氨的工艺流程:

美国 KBR 工艺 [1]

KBR 工艺一般多用在以天然气为原料的大型合成氨装置中,目前也在煤化工中被广泛应用,采用卧式径向流氨合成塔内件,组合氨冷系统制冷。

净化装置出口的氢气与来自空分获得的高纯度氮气按摩尔比3:1进行混合,混合后的合成气在合成气压缩机内压缩到15.5MPa,进料与产物进行换热预热,然后进入合成反应器。出氨合成塔的反应气温度约 441.5 ℃,氨含量体积分数约 20.3%。塔出口的热量用于副产蒸汽或预热锅炉给水,回收热量后的气体进入热交换器预热合成气压缩机出口气体,再经水冷器、组合式氨冷器最终冷却至0 ℃后进入氨分离器分离冷凝的液氨。分氨后的循环气经组合式氨冷器回收冷量后进入压缩机循环段与新鲜气汇合,重复上述循环。氨分离器分离出的液氨进入闪蒸槽,通过减压闪蒸出溶解的气体。闪蒸后的液氨送往冷冻工段,闪蒸出来的气体送往燃料气管网。

丹麦托普索工艺 [1]

托普索是合成氨工艺技术专利商中的领导者,拥有 1990 年后新建设的所有合成氨装置总产能50%的市场份额。这样的地位来源于托普索公司几十年来不断的努力以及在合成氨生产和合成氨装置设计上所有重要学科上的经验。此外托普索的科研人员致力于所有相关合成氨生产的催化剂领域的研究,研究范围从催化剂的热力学和表面科学的基础研究,到有关催化剂和催化工艺的应用研究和开发,因此托普索氨合成技术的催化剂只能使用其开发的 KM 型催化剂。

来自气体净化单元的合成气通过离心式合成气压缩机压缩至17.8 MPa,与循环气在合成气压缩机循环段缸内混合压缩到合成压力18.5 MPa,然后进入热交换器。在热交换器中,合成气被来自合成塔出口气体加热至合成塔进口温度126℃。在氨合成塔发生合成气反应后,合成塔出口氨浓度22.39%,反应气出口温度为441 ℃。反应器出口气体所带出的绝大部分热量依次在锅炉给水预热器得到了回收。然后气体依次通过热交换器、水冷器、冷交换器、第1氨冷器、第2氨冷器得到冷却。此时,反应生成的氨绝大部分已被冷凝并在高压氨分离器中分离,高压氨分离器出来的气体含氨3.84%,温度0℃,通过冷交换器加热后进入合成气压缩机循环段与新鲜气混合,然后重复上述循环。高压氨分离器出口液氨送往中压分离器减压至2.8MPa后,气相送往合成气压缩机新鲜段进口。液相产品氨送往下游。

瑞士卡萨利工艺 [1]

瑞士卡萨利公司的氨合成工艺是目前中国应用业绩最多的一种先进氨合成技术。卡萨利内件设计灵活、形式多样,通常采用三床层一冷激一换热的结构形式。该工艺在国内 Kellogg 流程大型合成氨厂合成塔改造中有多家应用实例,同时还参与过热壁塔、钌催化剂合成塔的改造项目,积累了丰富的设计和生产运行经验。

来自净化装置的新鲜合成气和来自中压氨分离器的气体送入合成气压缩机,在新鲜段压缩并冷却后,与循环气在合成气压缩机循环段压缩至14.07MPa(绝),然后送入热交换器。送入热交换器的气体与来自回路锅炉给水预热器的出口反应气换热,温度升至199.5 ℃后送入合成塔。入塔气的温度由该侧的旁路管线控制,并同时控制第 3 床的入口温度。入塔气被送至氨合成塔,在适当的氨合成催化剂作用下产生氨合成反应,使出口氨含量升至19.75%。第1层和第2层床层进口温度由内部换热器的旁路气体控制。出合成塔反应气进入锅炉给水预热器中回收热量。接着冷却后的反应气送至热交换器、水冷器、冷交换器,在冷交换器中用来自高压氨分离器的冷循环气使反应气中的液氨得以进一步冷凝下来。冷交换器的出口气体连接2个氨冷器继续冷却,完成冷凝并在高压氨分离器中分离出液氨,闪蒸的循环气送至冷交换器冷却反应气,接着送至压缩机的循环段。高压氨分离器的液氨在中压分离器中降压至约2.81 MPa(绝)闪蒸,闪蒸气回收至压缩机新鲜段进口,完成上述循环。

在氨的生产制造、运输、贮存、使用中,如遇管道、阀门、贮罐等损坏,泄漏氨气可造成中毒。氨对皮肤黏膜有刺激及腐蚀作用,高浓度可引起严重后果,如化学性咽喉炎、化学性肺炎等,吸入极高浓度可引起反射性呼吸停止、心脏停搏。 [2]

氨中毒机理

氨在人体组织内遇水生成氨水,可以溶解组织蛋白质,与脂肪起皂化作用。氨水能破坏体内多种酶的活性,影响组织代谢。氨对中枢神经系统具有强烈刺激作用。

1.氨具有强烈的刺激性,吸入高浓度氨气,氨中毒主要抑制中枢神经系统,正常情况下,中枢神经系统能够抑制外周的低级中枢,当中枢神经系统受抑制,使得其对外周低级中枢的抑制作用减弱甚至消失,从而外周低级中枢兴奋。引起惊厥、抽搐、嗜睡和昏迷。吸入极高浓度的氨可以反射性引起心搏骤停、呼吸停止。

2.氨系碱性物质,氨水具有极强的腐蚀作用。碱性烧伤比酸性物质烧伤更严重,因为碱性物质的穿透性较强,皮肤的氨水烧伤创面深、易感染、难愈合,与2度烫伤相似。

3.氨气吸入呼吸道内遇水生成氨水。氨水会透过粘膜、肺泡上皮侵入粘膜下、肺间质和毛细血管,引起:

(1)声带痉挛,喉头水肿,组织坏死。坏死物脱落可引起窒息。损伤的粘膜易继发感染。

(2)气管、支气管粘膜损伤、水肿、出血、痉挛等。影响支气管的通气功能。

(3)肺泡上皮细胞、肺间质、肺毛细血管内皮细胞受损坏,通透性增强,肺间质水肿。氨刺激交感神经兴奋,使淋巴总管痉挛,淋巴回流受阻,肺毛细血管压力增加。氨破坏肺泡表面活性物质。上述作用最终导致肺水肿。

(4)粘膜水肿、炎症分泌增多,肺水肿,肺泡表面活性物质减少,气管及支气管管腔狭窄等因素严重影响肺的通气、换气功能,造成全身缺氧。

氨对人的危害

对人体无危害:浓度0.7

轻微伤害:浓度70

中等危害:浓度140~210

重度危害:浓度553

氨中毒临床表现

轻度中毒:眼、鼻、咽部有辛辣感,流泪、咳嗽、喷嚏、咳痰、咳血、胸闷、头痛、头昏、乏力(液氨溅入眼内,应立即拉开眼睑使氨水流出,并及时用清水清洗)临床检查有眼结膜、鼻和咽黏膜充血,肺部可听及干音。

重度中毒:肺水肿、脑水肿、喉头水肿、喉痉挛、窒息,抢救不及时可有生命危险(抢救时严禁使用压迫式人工呼吸法)。

1.迅速脱离中毒现场,呼吸新鲜空气或氧气。呼吸浅、慢时可酌情使用呼吸兴奋剂。呼吸、心跳停止者应立即进行心肺复苏。不应轻易放弃。喉头痉挛、声带水肿应迅速作气管插管或气管切开。

2.脱去衣服用清水或1%~3%硼酸水彻底清洗接触氨的皮肤。用1%~3%硼酸水冲洗眼睛,然后点抗生素及可的松眼药水。

3.静滴10%葡萄糖溶液、葡萄糖酸钙、肾上腺皮质激素、抗生素,预防感染及喉头水肿。

4.雾化吸入氟美松、抗生素溶液。

5.昏迷病人使用20%甘露醇250ml静注,每6~8小时一次,降低颅内压力。

泄漏应急处置措施

⑴少量泄漏。

撤退区域内所有人员。防止吸入蒸气,防止接触液体或气体。处置人员应使用呼吸器。禁止进入氨气可能汇集的局限空间,并加强通风。只能在保证安全的情况下堵漏。泄漏的容器应转移到安全地带,并且仅在确保安全的情况下才能打开阀门泄压。可用砂土、蛭石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物应放在贴有相应标签的密闭容器中,以便废弃处理。

⑵大量泄漏。

疏散场所内所有未防护人员,并向上风向转移。泄漏处置人员应穿上全封闭重型防化服,佩戴好空气呼吸器,在做好个人防护措施后,用喷雾水流对泄漏区域进行稀释。通过水枪的稀释,使现场的氨气渐渐散去,利用无火花工具对泄漏点进行封堵。

向当地政府和“119”及当地环保部门、公安交警部门报警,报警内容应包括事故单位;事故发生的时间、地点、化学品名称和泄漏量、危险程度;有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。

禁止接触或跨越泄漏的液氨,防止泄漏物进入阴沟和排水道,增强通风。场所内禁止吸烟和明火。在保证安全的情况下,要堵漏或翻转泄漏的容器以避免液氨漏出。要喷雾状水,以抑制蒸气或改变蒸气云的流向,但禁止用水直接冲击泄漏的液氨或泄漏源。防止泄漏物进入水体、下水道、地下室或密闭性空间。禁止进入氨气可能汇集的受限空间。清洗以后,在储存和再使用前要将所有的保护性服装和设备洗消。

火灾应急处置措施

在贮存及运输使用过程中,如发生火灾应采取以下措施:

⑴报警:迅速向当地119消防、政府报警。报警内容应包括:事故单位;事故发生的时间、地点、化学品名称、危险程度;有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。

⑵隔离、疏散、转移遇险人员到安全区域,建立500m左右警戒区,并在通往事故现场的主要干道上实行交通管制,除消防及应急处理人员外,其他人员禁止进入警戒区,并迅速撤离无关人员。

⑶消防人员进入火场前,应穿着防化服,佩戴正压式呼吸器。氨气易穿透衣物,且易溶于水,消防人员要注意对人体排汗量大的部位,如生殖器官、腋下、肛门等部位的防护。

⑷小火灾时用干粉或CO灭火器,大火灾时用水幕、雾状水或常规泡沫。

⑸储罐水灾时,尽可能远距离灭火或使用遥控水枪或水炮扑救。

⑹切勿直接对泄漏口或安全阀门喷水,防止产生冻结。

⑺安全阀发出声响或变色时应尽快撤离,切勿在储罐两端停留。

氨的职业危害预防措施

⑴氨作业工人应进行作业前体检,患有严重慢性支气管炎、支气管扩张、哮喘以及冠心病者不宜从事氨作业。

⑵工作时应选用耐腐蚀的工作服、防碱手套、眼镜、胶鞋、用硫酸铜或硫酸锌防毒口罩,防毒口罩应定期检查,以防失效。

⑶在使用氨水作业时,应在作业者身旁放一盆清水,以防万一;在氨水运输过程中,应随身携带2~3只盛满3%硼酸液的水壶,以备急救冲洗;配制一定浓度氨水时,应戴上风镜;使用氨水时,作业者应在上风处,防止氨气刺激面部;操作时要严禁用手揉擦眼睛,操作后洗净双手。

⑷预防皮肤被污染,可选用5%硼酸油膏。

⑸配备良好的通风排气设施、合适的防爆、灭火装置。

⑹工作场所禁止饮食、吸烟、禁止明火、火花。

⑺应急救援时,必须佩带空气呼吸器。

⑻发生泄漏时,将泄漏钢瓶的渗口朝上,防止液态氨溢出。

⑼加强生产过程的密闭化和自动化,防止跑、冒、滴、漏。

⑽使用、运输和贮存时应注意安全,防止容器破裂和冒气。

⑾现场安装氨气监测仪及时报警发现。


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