合成氨
化学工艺学第2章合成氨
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第2章 合成氨
• 2.1 概述
1、氨的性质：
物理性质：冰点-77.7℃，汽化热大，所以 可作为冷冻剂使用。有刺激性气味。 化学性质：较活泼，可制化肥、硝酸等。 氨的用途：生产化肥（固氮）、生产硝酸、纯碱、 含氮无机盐、化纤、塑料。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2章 合成氨
• 2.1 概述
2、合成氨的原料 原料：（包括提供H2的原料和燃料） 固体原料：焦碳、煤 气体原料：天然气、重油、焦炉气等 液体原料：石脑油、重油、原油等 常用的原料有：焦碳、煤、天然气、重油
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第2章 合成氨
• 2.2 原料气的制取
煤气的类型： 空气煤气：H2：0.9%，CO：33.4%、N2：64.6% 水煤气：H2：50%，CO：37.3%、N2：5.5% 半水煤气：H2：37%，CO：33.3%、N2：22.4% （接近H2：N2=3.2:1） 半水煤气可采取分阶段制得空气煤气及水煤气， 然后将两者按一定比例混合而成。
钴钼加氢 反应器
排风机
天然气蒸气转化工艺流程图
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第2章 合成氨
• 2.2.5 甲烷蒸气转化的生产方式 一段转化：
采用管子炉，3~4MPa下，在多根耐热合金钢管 内填放催化剂，侧壁（或顶部）设有多个烧嘴，燃烧 天然气，产生高温。炉膛温度：1000℃，管子内温 度：750~800℃。 进入一段的原料气：3~4MPa，H2O/CH4=3.5， 500~520℃； 出一段的转化气：850~860℃
CO2+N2
CO+N2
空气
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第2章 合成氨
第二阶段（一次上吹）： 水蒸气从下往上，一次地吹过炽热的C层，产生水煤 气送往气柜，炭层的温度上移，温度下降。
合成氨
合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
工艺路线：造气-> 半水煤气脱硫-> 压缩机1 ，2 工段-> 变换-> 变换气脱硫-> 压缩机3 段-> 脱硫-> 压缩机4 ，5 工段-> 铜洗-> 压缩机 6 段-> 氨合成-> 产品NH3 1. 合成氨的工艺流程(1) 原料气制备：将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。
半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到 1.9~2.0Mpa ，送入脱硫塔，用 A.D.A. 溶液或其他脱硫溶液洗涤, 以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。
变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。
然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。
脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20 （ppm ）以下，以满足合成氨的要求。
净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0 MPa 进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。
分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。
在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。
出合成塔的气体中，约含氨10~20% ，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。
合成氨的化学反应方程式
合成氨的化学反应方程式氨（Ammonia）是一种有机物质，它是人们熟悉的日常化学制品，也是非常重要的原材料，在医药、农药和农业肥料行业中都有广泛的应用。
氨的英文符号是NH3，为了达到生产氨的目的，我们必须尽可能清楚地了解它的合成原理和合成反应方程式。
氨的合成反应是一个非常基础的反应，主要有两种方式：热法合成氨和电解法合成氨。
热法是指将氮、碳、水和碳酸钾等原料煅烧，经过温度和压力控制后，按下列化学反应方程式产生氮:1.N2 + 3H2 2NH3其中，N2为氮气，H2为氢气，NH3为氨气。
电解法是指将氯气等原料电解溶液，发生电化学反应后产生氨，其反应方程式如下：2.2N2 + 3H2 2NH3其中，N2为氮气，H2为氢气，NH3为氨气。
氨合成反应通常是在室内温度下进行，化学反应可能会放出有毒气体，所以操作时要注意安全。
氨的合成反应虽然简单，但也可以用于更多复杂的反应。
它可以与硫酸、乙酸、甲醛和其他有机物和无机物进行反应，以获得具有不同功能性的有机化合物。
例如，氨可与烯烃和醇类反应，在一定的温度和压力下，可以产生一种有机氨基化合物，如丙烯酰胺和苯甲醛等。
此外，氨也可以与有机硫化物进行反应，生成了一种特殊的化合物，可能会对生物有害，这种物质称为硝酸盐。
例如，氨可与硫酸反应，可以产生亚硝酸盐：3.NH3 + H2SO4 NH4HSO4其中，NH3为氨气，H2SO4为硫酸，NH4HSO4为亚硝酸盐。
此外，氨还可以与碳酸氢钠、磷酸三氢钠对水反应，可以得到氨水和碳酸氢铵：4.NH3 + NaHCO3 + Na3PO4 NH4HCO3 + Na3PO4 + H2O其中，NH3为氨气，NaHCO3为碳酸氢钠，Na3PO4为磷酸三氢钠，NH4HCO3为氨水，Na3PO4为碳酸氢铵。
氯化氢的反应也可以与氨发生反应，这种反应可以获得氯溴酸、氯溴化钠或氯溴钠，如下所示：5.NH3 + HCl NH4Cl6.NH3 + HBr NH4Br7.NH3 + NaCl NaCl + NH4Cl其中，NH3为氨气，HCl为氯化氢，NH4Cl为氯溴酸，HBr为溴化氢，NH4Br为氯溴化钠，NaCl为氯化钠，NH4Cl为氯溴钠。
合成氨
5、循环时间及分配
一般一个循环时间为2.5~3min。 工作循环时间取决于燃料的性质和各阶段的操作要求。不同燃料循环时 间分配百分比例如表所示。
吸收
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燃料种类 吹风 无烟煤，粒度 25~75mm 无烟煤，粒度 15~25mm 焦 炭，粒度 15~50mm 炭化煤球 6、气体成分 24.5~25.5 25.5~26.5 22.5~23.5 27.5~29.5
吸收
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工业煤气的组成如下表：
煤气名称 H2 CO 气体组成，体积% CO2 N2 CH4 O2 H2S
空气煤气
水煤气 混合煤气 半水煤气
0.9
50.0 11.0 37.0
33.4
37.3 27.5 33.3
0.6
6.5 6.0 6.6
64.4
5.5 55.0 22.4
0.5
0.3 0.3 0.3
半水煤气，并经
废热锅炉、洗涤 塔后送入气柜。
吸收
3、下吹造气：
上吹后炉层温度降 低，但上层温度尚 高，仍可利用热能， 故改为下吹造气。
先从炉顶向下吹几
秒水蒸气，防止直 接吹空气与煤气相 遇爆炸。得半水煤 气从炉底导出，并
送至气柜。
吸收
4、二次上吹：
自炉底吹水蒸气， 将炉中水煤气排出，
为重新进行空气吹风
做准备，同时回收炉 内残存的半水煤气，
防止直接送入空气引
起爆炸。 持续时间很短。
吸收
5、空气吹净：
将空气从炉底吹
入，把炉内残存的
半水煤气和含氮吹
风气一起吹出并送
入气柜。持续时间
更短。
吸收
五个阶段为一个循环，每个循环需3~4min。生产 出的半水煤气中： H2%=38~42%; N2%=19~22%;
合成氨的工艺流程
合成氨工艺流程氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位.除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥,都是以氨为原料的.合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料,20％作为其它化工产品的原料.德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法,即“循环法"，这是目前工业普遍采用的直接合成法.反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来,未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。
合成氨反应式如下：N2+3H2≒2NH3合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近百年的发展,合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
1。
合成氨的工艺流程（1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
对于固体原料煤和焦炭,通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2）净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
① 一氧化碳变换过程在合成氨生产中,各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。
合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。
变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2 =—41.2kJ/mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量.第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右.因此，CO变换反应既是原料气制造的继续,又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
② 脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除,以天然气为原料的蒸汽转化法,第一道工序是脱硫,用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法,根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。
合成氨的化学反应方程式
合成氨的化学反应方程式以《合成氨的化学反应方程式》为标题，本文将分析合成氨的化学反应方程式，阐述其中所涉及的各种反应原理。
氨是一种经常用于工业制造和生活消费的重要化学物质，由于它可以被作为组成其他化合物的重要组成部分，并可以普遍应用于农药、食品添加剂、纤维素和肥料等领域，因此，制备氨的反应方法也受到了广泛的关注。
合成氨是利用氮气与氢气在高温高压条件下发生反应，形成氨的一种反应方法。
一般可以采用两种反应方式合成氨，一种是利用热力学反应，另一种是利用催化反应。
热力学反应是利用放大热力活化分子而实现的反应，其反应方程式为：N2 + 3H2 = 2NH3，即氮气加三份氢气生成两份氨。
这种反应是基于氮气和氢气可以经过一系列能量加热后，发生反应，从而形成氨的反应原理。
在此过程中，关键的是将氮气和氢气的放大热力活化分子，使其发生反应，这种反应是热活化反应，以形成氨的反应方式称为热力学反应。
另一种反应方式是采用催化反应的方式，这是为了解决热力学反应中反应温度和压力要求过高的现象，即以氮气和氢气为原料，通过催化剂原理，在低温低压条件下，实现高效反应，并形成氨，反应方程式：N2 + 3H2 = 2NH3，即氮气加三份氢气生成两份氨。
催化反应所采用的催化剂有很多，常见的如钯催化剂、氧化铜催化剂和磷酸催化剂。
这些催化剂经过精心调配，可以有效地降低反应温度和压力，从而改善反应效率，在较低的温度和压力条件下，形成氨。
以上就是合成氨的化学反应方程式，无论是采用热力学反应还是催化反应，两者的反应原理和反应方程式都是基于氮气和氢气之间发生反应而形成氨，也都可以使用催化剂来降低反应温度和压力，从而达到改善反应效率的目的。
此外，反应温度和压力的变化，也会直接对反应的效率进行调节，从而影响到所生成的氨的化学特性和性能。
综上所述，合成氨的化学反应方程式可以利用热力学反应和催化反应两种反应方式，其反应原理是基于氮气和氢气之间发生反应而形成氨，反应方程式为：N2 + 3H2 = 2NH3，即氮气加三份氢气生成两份氨。
合成氨化学反应方程式
合成氨化学反应方程式
氨化学反应，又称催化氨化，是指一种通过催化剂来分解，使物质产生氨气的反应。
它是化学反应中最重要的一类，也是生化氧化研究的基础，被广泛应用于电化学、药物的制备及无机合成等领域，合成氨化学反应的方程式如下：
一、原料与催化剂
1. 亚硝酸根（nitrite，No₂⁻）与质子（H⁺）可以形成亚硝酸（HNO₂）：
HNO₂ + H⁺ = HNO₂
2. 亚硝酸和游离碱（alkali）可以形成氨（NH₃）：
HNO₂ + OH⁻ = NH₃ + H₂O
3. 还原剂（reductant）可以将氮离子（N₃O⁴⁻）还原为氨：
N₃O⁴⁻ + RH = NH₃ + ROH
二、氨化反应的实际过程
1. 首先，水中溶解的亚硝酸根将把水分子中的质子（H⁺）取出来，形成亚硝酸：
No₂⁻ + H₂O = HNO₂ + OH⁻
2. 然后，亚硝酸将会继续反应，与碱反应，形成氨：
HNO₂ + OH⁻ = NH₃ + H₂O
3. 最后，还原剂将把氮离子（N₃O⁴⁻）反应，形成氨：
N₃O⁴⁻+ RH = NH₃ + ROH
三、总结
氨化学反应的方程式如下：
No₂⁻ + H₂O = HNO₂ + OH⁻
HNO₂ + OH⁻ = NH₃ + H₂O
N₃O⁴⁻+ RH = NH₃ + ROH。
第七章 合成氨
氮是蛋白质中的主要组成部分，蛋白质用来维持植物和动物 的生命。空气中含有79％（体积）的氮。但是大多数植物不 能直接吸收这种游离的氮。只有当氮与其他元素化合以后， 才能为植物所利用。这种使空气中游离态氮转变成化合态氮 的过程。称为“氮的固定”。固定氮的方法很多，合成氨 法是目前世界各国采用最广、最经济的方法。 氨的合成及其加工，首先用于生产肥料，液氨含氮82.3％， 本身就是一种高效肥料，可直接施用，但因易挥发，液氨的 储存、运输与施肥都需要一套特殊的设备。目前大多将氨与 其他化合物加工成种固体氮肥和部分液体肥料，如尿素、氯 化铵、氨水和碳化氨水等。
（2）铁催化剂的还原 氨合成的铁催化剂中的Fe3O4必须将其 还原成金属铁后才有催化活性，催化剂还原的反应式为：
Fe3O4 + 4 H 2 ⇔ 3Fe + 4 H 2O
催化剂经还原处理后，晶体被还原成细小的α-Fe晶体，它们 疏松地附在氧化铝的骨架上，还原前后表观容积并无显著改 变，因此，除去氧后的催化剂便成为多孔的海绵状结构。催 化剂的颗粒密度（表观密度）与纯铁的密度（7.86g/cm3） 相比要小得多，说明孔隙率是很大的，一般孔呈不规则树枝 状。还原态催化剂的内表面积约为4～6m2／g。
氨不仅对农业有着重要作用，而且也是重要的工业 原料。氨可以加工成胺与磺胺，是合成纤维及制药 的重要原料；尿素不仅是高效肥料，而且又是制造 塑料、合成纤维和医药的原料；在制碱、石油炼制 和橡胶工业以及冶金、采矿、机械加工等工业部门， 也都要用到氨或氨的加工品；此外，在食品、冷冻 工业上，氨是最好和最常用的冷冻剂。氨对于国防 工业也十分重要，氨氧化可制成硝酸，在炸药工业 中，硝酸是基本的原料，用硝酸作硝化剂可以制得 三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油及其他各种炸 药。所以氨是基本化工产品之一，在国民经济中占 有十分重要的地位。
《合成氨的概述》课件
合成氨的发现
总结词
合成氨的发现可以追溯到19世纪末期，当时科学家们开始探索氮和氢合成氨的可能性。
详细描述
1898年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和助手卡尔·博施（Carl Bosch）成功地开发出了一 种能够实现大规模合成氨的方法，这种方法被称为哈伯-博施法。这一发现为工业生产和农业提供了大 量的氨，对全球经济发展和人类生存具有重要意义。
原料气的净化
总结词
原料气的净化是合成氨生产工艺的重要环节，主要是通过化学和物理方法去除 原料气中的杂质，如二氧化碳、硫化氢和氧气等。
详细描述
原料气的净化通常包括脱硫、脱碳和脱氧等过程。脱硫主要是用碱性溶液或固 体吸收剂去除硫化氢；脱碳主要是用溶液吸收或固体吸附剂去除二氧化碳；脱 氧主要是通过催化剂或氧化反应将氧气转化为水。
环保与安全问题
总结词
合成氨工艺中存在一些环保与安全问题，需要采取相应的措施加以解决。
详细描述
合成氨工艺中会产生大量的废气和废水，如果处理不当会对环境造成污染。因此，需要 采取一系列环保措施，如废气处理、废水处理和废弃物回收等。此外，由于合成氨工艺 需要在高温高压下进行，也存在一定的安全风险。因此，需要采取相应的安全措施，如
《合成氨的概述》 ppt课件
目 录
• 合成氨的简介 • 合成氨的生产工艺 • 合成氨的工艺特点 • 合成氨的未来发展 • 总结
01
合成氨的简介
合成氨的定义
总结词
合成氨是指将氮和氢在高温高压和催化剂的作用下合成为氨的过程。
详细描述
合成氨是一种化学反应，通常在高温高压和催化剂存在的条件下进行，将氮气和氢气合成为氨气。这个反应是工 业上大规模生产氨的重要方法，也是化学工业中的重要反应之一。
氨的合成方法
氨的合成方法
1.氨气与氢气的直接合成：常见的直接合成氨的方法是通过气态氮气和氢气在高温高压条件下催化反应制得。
这种方法需要使用特殊的催化剂，如铁钾催化剂或铁锆催化剂，反应温度通常在400500摄氏度，压力在100200大气压。
这个方法广泛应用于工业生产中。
2.氧化铵法：氧化铵法是一种将铵盐经过催化剂催化氧化产生氨的方法。
具体步骤为首先将铵盐（如尿素或氨盐）与气态空气或氧气在高温下催化燃烧，生成一氧化氮和水蒸气，然后将一氧化氮与过量的氢气在催化剂的作用下反应生成氨。
这种方法的优点是反应条件较为温和，使用方便，但产氨量一般较低。
3.超临界氮气合成法：超临界氮气合成法是一种新的氨合成方法，可以在常压下实现氮气与氢气的合成。
该方法利用氢气和氮气在超临界条件下（如高温高压或低温低压）直接反应，产生氨。
这种方法具有操作简单、环境友好、能源消耗低等优点，但目前仍处于实验研究阶段。
4.微生物发酵法：微生物发酵法是通过利用氮固定菌，如植物根际中的根瘤菌或土壤中的氮固定细菌，将大气中的氮气固定成氨。
这种方法需要种植植物或在土壤中添加适当的菌种，通过微生物代谢过程产生氨。
这种方法在农业中广泛应用，可提供植物生长所需的氮源，促进作物生长。
合成氨方程式
合成氨方程式合成氨（Ammonia，NH3）是一种无色气体，具有强烈的刺激性气味，广泛应用于农业、医药、化工等领域。
合成氨的制备方法有多种，其中最常用的方法是哈伯-博士过程（Haber-Bosch process）。
本文将介绍合成氨方程式及其反应条件。
哈伯-博士过程哈伯-博士过程是一种通过合成氮气和氢气制备合成氨的重要工业方法。
以下是哈伯-博士过程的化学方程式：N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)从上述方程式中可以看出，合成氮气和氢气在高温和高压条件下反应生成合成氨。
该反应是一个可逆反应，反应产物也可以分解为反应物。
反应条件1.温度：该反应需要在较高的温度下进行，通常在400-550摄氏度之间。
高温有助于提高反应速率和氨的产率。
2.压力：合成氨的制备需要在高压下进行，通常在100-250 atm之间。
高压可以提高反应的平衡常数，从而增加产氨的效率。
3.催化剂：为了增加反应速率和提高产氨量，通常会使用铁、钴或镍等金属催化剂。
这些催化剂有助于降低反应活化能，促进反应的进行。
4.反应时间：由于该反应是一个可逆反应，通常需要较长时间才能达到平衡。
反应时间通常在几小时到几天之间。
5.反应开展条件：哈伯-博士过程通常在工业规模下进行，需要有恒定的供氢、供氮及催化剂循环使用的系统。
需要注意的是，雅虎数据显示，合成氨法是世界各国主要的合成氨生产方法。
中国、印度等发展中国家主要使用合成气法，而德国、美国等发达国家主要使用合成氨法。
应用领域合成氨在农业、医药、化工等行业有着广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域：1.农业：合成氨是生产化肥的重要原料，可以用作制造氨基酸和其他氮肥的原料。
氨水也可以作为土壤改良剂使用。
2.医药：合成氨在医药领域被用作药物的原料，例如用于制造某些药物的中间体。
3.化工：合成氨可以作为其他化工反应的起始物质，例如用于制造杀虫剂、塑料、合成纤维等。
4.冷冻工业：合成氨作为低温制冷剂，被广泛应用于冷冻食品、冷库、制冷设备等领域。
合成氨
合成氨工业综述1.氨的性质氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。
氨在高温下(800℃以上)分解成氮和氢；氨具有易燃易爆和有毒的性质。
氨的自燃点为630℃，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。
氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。
常温下氨在空气中的爆炸范围为15.5～28％，在氧气中为13.5～82％。
液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用【2】。
合成氨工艺流程在200MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2====2NH3,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应，合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料生产方法生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，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，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。
②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气转化法简单，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，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是:造气 -> 半水煤气脱硫 -> 压缩机1，2工段 -> 变换 -> 变换气脱硫 ->压缩机3段 -> 脱硫 ->压缩机4，5工段 -> 铜洗 -> 压缩机6段 -> 氨合成 -> 产品NH3采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时, 合成氨工艺流程图如下: 造气 ->半水煤气脱硫 ->压缩机1,2段 ->变换 -> 变换气脱硫 -> 压缩机3段 ->脱碳 -> 精脱硫 ->甲烷化 ->压缩机4,5,6段 ->氨合成 ->产品NH32.合成氨工艺2.1依据合成条件—压力的不同的几种合成方法氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合成为氨。
合成氨生产过程三个基本步骤
合成氨生产过程三个基本步骤合成氨，这个听上去有点高大上的东西，实际上和我们的生活息息相关。
你知道吗？合成氨是化肥的重要原料，而化肥又是我们吃的粮食的“营养师”。
今天就让咱们轻松聊聊合成氨的生产过程，看看它是怎么一步步变成我们赖以生存的宝贝的。
1. 原料准备首先，合成氨的生产离不开原料，那就是氢气和氮气。
氢气主要来自于天然气，听起来是不是有点复杂？其实就是把天然气经过一系列化学反应，把里面的氢分离出来。
说到这儿，我总是想起那些化学课上讲的公式，真是头疼得要命。
不过，放心吧，这里咱们不纠结于公式，只要知道氢气的来源就好。
然后，氮气呢？大自然赐予我们大量的氮气，空气中大约有78%的氮气。
我们只需要把空气中的氮气分离出来，真是简单粗暴。
想象一下，像是在大自然的厨房里，随便拿点空气就能做出美味的合成氨，简直太划算了！2. 合成反应原料准备好之后，就要进入“烹饪”阶段了。
这个过程叫做合成反应。
简单来说，就是把氢气和氮气按照一定的比例混合，然后在高温高压下进行反应。
哇，这可不是随便在家里炒个菜那么简单哦！需要的温度大约在400500摄氏度，压力也是很高，达到200个大气压左右。
真是个“火力全开”的过程，仿佛在进行一场化学“烧烤”。
在这个环节，氢气和氮气经过反应，最终生成了合成氨。
这里面其实还有个小插曲，就是反应过程中产生了一些副产物，比如一氧化碳。
你要是想搞定这场化学聚会，得想办法把这些副产物处理掉，否则可就乱套了。
所以，现代化的生产设备中会加入一些催化剂，来加速反应，减少副产物的生成。
就像厨师加点调料，让菜品更加美味！3. 产品分离与净化当合成氨生产出来后，还不能急着就把它拿去装瓶。
接下来，我们要进行产品的分离与净化。
这就好比在一锅粥里捞出想吃的米粒，咱们需要把未反应的氢气和氮气分离出来，继续回收利用。
这个过程也是精细的，不然可就浪费了。
分离完成后，合成氨还需要经过净化，确保里面没有杂质。
净化的过程就像是在洗澡，把合成氨洗得干干净净，才能安心用来生产化肥。
合成氨工艺流程详解
合成氨工艺流程详解
第一步，氮气和氢气制备。
氮气可以通过空分装置从空气中分离得到，氢气可以通过蒸汽重整、加气鼓风等工艺得到。
两种气体需要经过严格的
处理，包括除尘、除湿、除CO2等。
第二步，催化剂的制备。
合成氨反应需要使用催化剂，一般使用铁、钴、钼等金属催化剂。
制备催化剂时需要先制备金属盐溶液，再与载体进
行混合、干燥、焙烧等处理步骤，最后制得活性催化剂。
第三步，反应器的设计。
合成氨反应一般通过用反应管搅拌气液相过
程来实现，在反应器中加入氮气、氢气和催化剂。
反应器的设计需要考虑
反应温度、压力、催化剂种类及其活性等因素，以确保反应的高效进行。
合成氨反应的主要反应过程为：N2+3H2->2NH3
反应发生在高温高压下，通常反应温度在300-500摄氏度之间，反应
压力在100-250atm之间。
催化剂起到了加速反应速率的作用，而反应速
率与催化剂的活性有关。
合成氨工艺的特点是需要消耗大量的能量，工艺设备的运行和维护费
用也很高。
此外，合成氨反应的平衡位置靠近氨气一侧，所以需要通过一
系列措施来提高氨的合成率，如适当降低反应温度、增加反应压力、优化
催化剂的选择等。
综上所述，合成氨工艺是一项复杂而重要的化学反应过程。
通过控制
反应条件、催化剂的选择和改进工艺设备，可以提高合成氨的产率和质量，满足不同领域的需求。
合成氨
合成氨⏹氨的性质与用途⏹氨水——阿摩尼亚水，指氨气的水溶液，有强烈刺鼻气味，具弱碱性。
⏹氨水中，氨气分子发生微弱水解生成氢氧根离子及铵根离子。
NH3 + H2O ＝NH4+ + OH−⏹氨水- 主要用途：⏹用于工业生产、农用化肥，在化工、科研等领域用作标准气、配制标准混合气等⏹氨水- 化学性质：⏹1、氨水有一定的腐蚀作用，碳化氨水的腐蚀性更加严重。
对铜的腐蚀比较强，钢铁比较差，对水泥腐蚀不大。
对木材也有一定腐蚀作用，具有弱碱性，受热分解；⏹2、能与酸反应，生成铵盐.⏹氨水- 主要用途：⏹用于工业生产、农用化肥，在化工、科研等领域用作标准气、配制标准混合气等⏹、氨的性质与用途⏹氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。
氨也是很多药物和商业清洁用品直接或间接的组成部分。
⏹由于氨有广泛的用途，它成为世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成被用于制作化肥。
2006年，氨的全球产量估计为1.465亿公吨，主要用于制造商业清洁产品。
⏹氨水- 化学性质：⏹1、氨水有一定的腐蚀作用，碳化氨水的腐蚀性更加严重。
对铜的腐蚀比较强，钢铁比较差，对水泥腐蚀不大。
对木材也有一定腐蚀作用，具有弱碱性，受热分解；⏹2、能与酸反应，生成铵盐.⏹氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。
氨也是很多药物和商业清洁用品直接或间接的组成部分。
⏹由于氨有广泛的用途，它成为世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成被用于制作化肥。
2006年，氨的全球产量估计为1.465亿公吨，主要用于制造商业清洁产品。
⏹、氨的性质与用途⏹性质⏹数值⏹性质⏹数值⏹相对分子质⏹17.3 ⏹临界密⏹0.235量度/g/cm3⏹含氮量/% ⏹82.2 ⏹临界压缩系数pV=ZRT⏹0.242⏹摩尔体积（0℃,0.1M pa）（L/mol）⏹22.08⏹临界热导率〔kJ/(K⋅k⋅m)〕⏹0.522⏹气体密度(0℃,0.1Mp a)/(g/L) ⏹0.7714⏹沸点(0.1Mpa)/ ℃⏹-33.35⏹液体密度（-33.4℃,0. 1Mpa）/g/cm3 ⏹0.6818⏹蒸发热（-33.4℃）/(kJ/kg)⏹1368.02⏹临界温度/℃⏹132.4⏹冰点/℃⏹-77.7⏹临界压力/ Mpa ⏹11.3⏹熔化热(-77.7℃) /⏹332.42(kJ/kg)⏹临界比体积/(L/kg) ⏹4.257⏹空气中爆炸极限(体积分数/%)⏹15.5-28⏹二、氨合成制备的发展史⏹1774年，化学家普利斯特里加热氯化铵和氢氧化钠的混合物，利用排汞取气法取得氨。
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由上式可得到下列结论： a) 氨含量与总压力P几乎成正比， p58的图4－4的压力 线几乎是一根线性增函数曲线； b) 从 p57 的式 (4－8) 可见，温度越高，KP 越小。x 与 KP 也几乎成正比，所以x与温度几乎成反比， p58的图4－4的温 度线几乎是一根线性减函数曲线； c) 考虑惰性气体，i越小，(1－x－i)越大，则x越大。图4 －4的惰性气体线是一根减函数曲线； d) x与R的关系可通过求导并导数值为0而获得：dx/dR = [1.5 PKpR0.5(1＋R)2－2PKpR1.5(1＋R)]/ (1＋R)4 = 0 1.5(1＋R)－2R = 0 n=3 即H2/N2 = 3时，氨含量最大。如图4－4所示。
4.4.3 其他合成塔 其他合成塔还有大型氨合成塔：凯洛格轴向冷激式合成 塔、托普索 S100,S200 型径向合成塔、伍德三段中间换热式 合成塔、卡萨里改造型合成塔等。（自学） 4.4.4 最适温度区(或最适曲线) 在化工生产中，并不是在化学平衡时才停止反应转入下 一步；而是尚未达到平衡时就终止而转入下一步。很明显， 转化率有所下降。前面己述，越靠近平衡点，正向反应速度 越慢，为了争取一点点转化率,而需花费许多时间；表面看， 转化率提高了，但单位时间内的产量反而减少了，是更不利 的。要以单位时间内的产量为目标函数，确立合适的转化率 。 合成氨转化率可体现为温度，这个合适的转化率对应的温 度区(或最适曲线)叫最适温度区(或最适温度曲线) (p71图4－ 16和p115图6－12)。所以化工生产均遵守这一准则，而不象 化学工作者，追求高转化率。
4.4.2 氨合成塔 氨合成塔是合成氨厂的核心设备，是复杂的反应器，如图 4－9所示。 (1) 合成塔结构 合成塔要接受高温和高压的苛刻条件，因此对合成塔材质 要求很高，成本很高。为克服这一困难，合成塔采取套筒式设 计。为防止高压、高温下氢对钢铁的渗透造成的氢脆腐蚀，合 成塔由耐高压的封头、耐高压的外筒和耐高温的内筒组成。内 筒外设有保温层，进入塔的原料气先经过内、外筒间的环隙， 避免外筒温度过高，原料气也被预热。所以，外筒主要承受高 压，不承受高温，可用优质低碳钢制造。由于原料气与内筒中 的反应系统的压差很小，内筒只承受反应放照带来的高温而不 承受高压，可用耐热的合金钢制作。克服了材质要求高、成本 高的困难。
(2) 反应速度 宏观净反应速度是正向反速度与逆向反速度之差。刚开始 时，正向速度很大，而反向速度为0(尚无产物)； 随着反应物氮气和氢气变为氨，浓度减小，根据质量作用 定律V = kpαH2pβNH3，正向速度变小；而氨的浓度升高，使反向 速度增加；两者相同时，达到平衡。特别要提出：越靠近平衡 点，正向反应速度越小。 4.4 合成氨工艺路线与设备 4.4.1 合成氨工艺路线 合成氨工艺路线有许多种，如：中小型氨厂的流程、凯 洛格流程、ICI－伍德流程。 虽然它们各有特点，也与原料、设备、规模等因素有关。 并不是所有企业都可以采用较先进的ICI－伍德流程的。但各流 程都必须具有以下几个特点：
Kf = f NH3/（fN20.5· fH21.5）。 Kf与温度T的经验公式见p56式(4－5)。KP与Kf 的关系为： KP=Kr-1· Kf 。 Kr 由实验测得，在不同压力和温度下的 Kr 值见 p56表4－3和图4－3。 平衡时, NH3的含量(摩尔分数)为x，总压力为P(MPa)， 原料气比nH2/nN2 = R，惰性气体含量为i： p NH3 = Px pN2 = P(1－x－i)/(1+R) pH2 = PR(1－x－i)/(1+R) 代入 KP = p NH3/(pN20.5· pH21.5) 得到： x /(1－x－i)2= PKP R1.5/(1+R)2 当 x<<1 ， 惰 性 气 体 极 少 时 ，1 － x － i≈1 ， 所 以 ： x = PKP R1.5/(1+R)2
(7) 氨的合成 工艺条件是： a) 压力 10~22Mpa(大型合成氨厂，使用离心式压缩 机) 。 3H2 + N2 = 2NH3 是摩尔数减小反应。压力高时，转化率高。 30Mpa 时， 转化率为 25~30% 、 15Mpa 时为 10~15% 。对小型合成氨厂 (使用往复式压缩机) ，压力高有利，以20~30Mpa为主。选 择压力的主要依据是能量消耗、原料费用和温度曲线进行(后面再讲最 适宜温度曲线概念) ，一般选择426~510 oC，但床层中温度 最高不得超过催化剂的使用温度。
d) 催化剂 采 用 铁 催 化 剂 ， 组 成 为 ： Al2O3 ： 2~4% ； K2O ： 0.5~0.8% ； CuO － MgO ： 3~4% ； FeO ： 29~35% ； Fe2O3 ： 55~65%；能使催化剂永久性中毒的物质有硫化物、砷化物、 磷化物；而O2、CO2、CO为暂时中毒性物质。这些物质在进 入合成塔之前一定要清除至很小浓度。 (8) 氨的液化与分离 在30MPa以上的工艺中，合成氨混合气中氨的浓度高， 先回收热量，再用水冷却、液化后分离。中、低压法由于压 力和氨浓度低，它在低温(~－20 oC)下冷却、液化后分离。
(1) 惰性气体排放点设置 应选择在全流程中氨和原料气含量最低、惰性气体含量 最高、温度最低的氨分离器之后。如此，氨、原料气(未反应 完的氢和氮)和热的损失都较小，得率较大、惰性气体排除量 大、能量损失也小。 (2) 压缩机的位置 应选择在全流程中温度最低的氨分离器和冷凝塔之间。 循环气温低、压缩比小，省功、节约动力消耗又便于氨的二 次冷凝。 (3) 新鲜原料气补充点 新鲜气在冷凝塔与氨冷器间补入，可以在二次氨分离时 再次得到净化，可大量去除油污和新鲜原料气带入的微量 CO2和水汽。
4.3.2 氨合成的反应速度与机理 (1) 反应机理 分为四个过程： a) N2被催化剂[M]吸附 N2 + [M]→[M] N2 →2[M] N
b) H2被催化剂[M]吸附
3H2 + [M]→3[M] H2 →6[M] H c) 催化剂表面反应 2[M] N + 6[M] H→2[M] NH3 d) 氨从催化剂表面脱附 2[M] NH3→2[M] + 2NH3 其中氮的吸附a)是反应速度的控制步骤。
(9) 未反应的氢、氮气循环使用
最佳循环气氢氮比与反应距平衡的远近有关。接近平衡 时 ， 氢 氮 比 以 2.9~3.0 为 宜 ( 大 型 厂 为 2.2~2.7 ， 小 型 厂 为 2.5~2.9)；远离平衡以1.5为宜。 (10) 适当排放惰性气体(甲烷、氩气等)
为了提高氨合成的净值，循环气中含氨越少越好。 30Mpa 时，氨 =3.2~3.8% ； 15Mpa 时 , 氨 = 2.0~3.2% 。惰性 气体<15%。所以，要选择合适位置将一定量的循环气体排放 掉。
合
成
氨
4. 合成氨
4.1 概述（自学） 4.2 合成氨基本过程 无论采取何种工艺合成氨，都有下列三个步骤。 (1) 原料气制备 需3份氢气，1份氮气。合成气制法如 第3章所述。 (2) 原料气净化 如笫3章所述。 (3) 氨的合成 氢、氮混合压缩至高压，在铁催化剂与 高温条件下合成为氨。流程示意图如图4－1所示。 以天然气为原料合成氨有 10 个步骤，前 6 个工序为合成 气制造与净化，在笫3章中论述过。(p53~54)
b) 直接换热（冷激式） 在催化床层间通入温度较低的原料气 (反应物质) ，降低 反应体系温度。它的特点是：不仅改变了体系的温度，而且 由于加入了反应气体，因而也改变了体系的物质组成(p71： 图4－16)。 从图看，氨的百分含量降低了，这是因为加入了新的原 料气。它的绝对量并未降低。反而因原料气的增加而有所上 升。它使得通过各催化剂床层的原料气的空速更均匀并略有 增大，催化剂床层的温度分布更均匀、合理，有利于增大生 产强度和合成氨总产量的上升。
c) 空速(SV) 空速定义：单位时间通过单位体积催化剂的标准状态气 体的体积量。 SV可根据生产强度而定。 空速过大，生产强度增加，但原料气与催化剂的接触时 间短，转化率低。 空速过低，原料气与催化剂的接触时间长，转化率高， 但生产强度低，总产量不高。 所以，应综合考虑转化率和产量两个因素，采取既不过 大、也不过小的合适空速。高压小型厂，SV=20000~30000h1 、 氨 净值(合成塔出口与进口氨含量之差)10~15% ； 15Ma 的 大型厂，SV=10000h-1、氨净值 10%；10.5Ma的大型厂，SV = 6000h-1。
4.3 氨合成机理
4.3.1 氨合成反应 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3
放热反应，热量是温度的函数。
其平衡常数 KP = p NH3/(pN20.5· pH21.5) 反应是摩尔数减小反应，在高压下有利氨的生成。所以 KP 不仅是温度的函数，也与压力有关。因为不是理想气体， 可用逸度代替分压：
(2) 换热方式 合成塔内筒从下到上分成 2~4 层催化剂床，由于从下到 上氨的含量逐步上升，温度会越来越高。为将其控制在 426~510oC ，必须将多余的热量交换出合成塔。尤其是反应 较快的下部。化工中换热方式主要有两种（包括氨合成塔的 换热）： a) 间接换热(列管式、冷管式) 将列管置于需换热处(合成氨塔为各催化剂床层内) ，管 内通冷却剂(根据需要，可选择水、空气、联苯等) ，冷却剂 将一定的热量移出 ( 相反过程也是可以的 ) 。冷却管有单管、 双管和三套管之分。并流三套管的特点是：内冷管内衬一根 薄壁内衬管，内衬管与内冷管一端层间间隙焊死，形成〝滞 气层〞，因而改善了上部床层的冷却效果，使床层温度分布 合理，提高催化剂生产强度，有利于增加合成氨产量。间接 换热法的特点是：只改变了体系的温度，由于冷却剂与热流 体不直接接触，不改变体系的物质组成。 (见p115图6-12)