合成氨条件的选择讲义资料

热反应)，分析该反应的特点。
一个正反应为放热、气体总体积
缩小的可逆反应。
2、针对反应特点，分别从化学反 应速率和化学平衡两个方面思考，讨 论并完成下表。
2020/9/27
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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【讨论题】
(1)既然增大压强能提高反应速率和氨的产 量，那是否工业上采用的压强越大越好？
(2)降低温度有利于生成氨，那是否温度越 低越好？
目前，全球氨产量约为650万吨/年。近年来， 合成氨装置大型化是世界合成氨发展的主流趋势。 现世界最大单系列合成氨装置为阿根廷 Profertil公司的2050吨/天装置；而3000吨/天 (约100万吨/年)的单系列合成氨装置将于2005年 投产，4000吨/天规模的装置也已完成初步设计。
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S O2 SO2 O2 SO3 H2O H2SO4 FeS2 O2
一、硫酸的工业制法-----接触法
1、接触法制硫酸 的主要反应过程 ① 二氧化硫气体的制备
②二氧化硫的催化氧化 ③三氧化硫的吸收
S＋O2 点燃 SO2
4FeS2＋11O2 高温 2Fe2O3＋8SO2
催化剂
2SO2＋O2
2SO3
SO3 ＋H2O → H2SO4
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催化剂中毒会严重影响生产的正常进 行，工业生产中为了防止催化剂中毒，要 把反应物原料加以净化，以除去有毒物质， 这样就要增加设备，提高成本。因此，研 制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一 个重要的课题。
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二、硫酸的工业制法
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思考：怎样制取硫酸？
温度较低的气体
③三氧化硫跟水化合生成硫酸
发生的反应：SO3＋H2O →H2SO4 用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 生产设备：吸收塔
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98.3%H2SO4
尾气 O2、SO2、N2
SO3
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发烟
吸收塔 H2SO4
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【例】含二氧化硅的黄铁矿样品10g 在空气中充分燃烧，最后剩余
(3)催化剂对化学平衡并没有影响，那为何 工业上还要使用催化剂？
使用催化剂时,应考虑哪些因素?
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二、工业合成氨的适宜条件
1.压强：20MPa～50MPa(受动力、材料、设备等
实际条件的影响)
2.温度：500℃左右(温度过低,速率慢,不经济;
还应考虑催化剂的活性对温度的要求)
3.催化剂：铁触媒(加快反应速率,大大缩短到达
6.3化工生产能否做到又快又多
一、工业合成氨 二、硫酸的工业制法
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一、合成氨工业简介
1909年德国化学家哈伯成功建立了第一套合 成氨的实验装置，产量80g/小时。在此基础上 1913年德国化学工程专家波施建立了第一个工业 规模的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所以合 成氨的方法又叫做哈伯-波施法。
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催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的 杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称 为催化剂中毒。一般认为是由于催化剂表面的活 性中心被杂质占据而引起中毒。中毒分为暂时性 中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成氨反应 中的铁触媒催化剂，氧气、二氧化碳、一氧化碳 和水蒸气都能使催化剂中毒，但利用纯净的氢氮 混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又 能恢复，因此这种中毒是暂时性的中毒。相反， 含磷、硫、砷的化合物则可使催化剂永久失去催 化活性。催化剂永久性中毒后，往往完全失去活 性，这时即使再用纯净的氮、氢混合气体处理， 活性也很难恢复。
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三、选择适宜化工生产条件的原则：
1.既要考虑外界条件对化---学---反---应---速---率--和-化---学---平---衡-
影响的---一---致---性--，又要考虑外界条件对两者影响 的--矛---盾---性---。
2的.一既致要性注，意又--温-要--度-注--、意-催温---化度---剂对--对-催--化-化--学-剂--反-活--应-性--速的率影影响响。 3.既要注意--理---论---上的要求，又要注意-实---际----
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2、硫酸生产过程简介
①二氧化硫的制取和净化
发生的反应
高温
4FeS2＋11O2 == 2Fe2O3＋8SO2
生产设备 沸腾炉
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黄铁矿 空气
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SO2、O2、 N2 矿渣
• 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？
讨 论 • 为什么要从炉底通入强大空气流？
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②二氧化硫氧化成三氧化硫 发生的反应：2SO2＋O2 V2O5 2SO3 + Q
生产设备：接触室
接触氧化的三个适宜条件： 压强用常压； 温度为 400℃～500℃； 催化剂主要为V2O5。
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SO2、O2
温度较高的气体
经净化的 SO2、O2
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接触室
热气体
冷气体
SO3
8g 残渣（残渣中不含硫元素）。又知在接触法制硫酸的生产中，有
目前我国合成氨年产量已居世界第1 位，但是，单系列装置规模较小，已经 无法适应世界合成氨的发展趋势。
据有关资料统计，我国合成氨平均规 模为5万吨/年。而俄罗斯的平均规模为 40万吨/年；美国为30万吨/年以上。
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【问题】
1、合成氨反应的化学方程式
为：N2+3H2
2NH3(正反应为放
平衡的时间)
4.浓度：N2、H2的再循环并及时补充N2和H2 ——
增大反应物的浓度 及时将氨冷却并从平衡气体中分离— —降低生成物的浓度
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【小结】
合成氨的方程式(补充条件)：
N2+3H2
Fe、500℃ 20MPa～50MPa
2NH3
N2+3H2
高温、高压 催化剂
2NH3
合成氨生产示意图 合成氨工厂
操作中的可能性。
2020/9/27
催化剂中毒
催化剂的催化能力一般称为催化活性。有 人认为：由于催化剂在反应前后的化学性质和 质量不变，一但制成催化剂之后，便可以永远 地使用下去。实际上许多催化剂在使用过程中， 其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是 催化剂的成熟期。接着催化剂在一段时间里保 持稳定，然后再逐渐下降，直至不能再使用。 催化剂催化活性保持稳定的时间即为催化剂的 寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件 而异。