合成氨资料
第2讲化学平衡常数与化学平衡的计算工业合成氨资料
第2讲化学平衡常数与化学平衡的计算工业合成氨资料工业合成氨是一种非常重要的化学反应，在工业生产中应用广泛。
该反应的平衡常数与化学平衡的计算是关键因素。
背景介绍：工业合成氨是通过氮气与氢气的气相反应，在高温高压条件下进行。
这个反应过程通常使用瑞士化学家哈柏和德国化学家卡尔·博丁提出的哈柏-博丁斯反应方程来描述：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)平衡常数的定义：平衡常数是指在给定反应体系的平衡状态下，反应物与生成物之间的浓度关系。
对于上述的合成氨反应，平衡常数Kc可以定义为：Kc=[NH3]^2/([N2][H2]³)化学平衡的计算：化学平衡的计算是为了确定反应体系在给定温度和压力下的反应物和生成物的浓度。
在工业合成氨的情况下，计算化学平衡可以用于优化反应条件和预测产物的浓度。
下面是一些计算化学平衡的步骤：1.设定初始条件：初始条件是指在反应开始时反应物和生成物的初始浓度。
通常情况下，初始浓度可以通过化学方程式和给定的反应物的摩尔数来确定。
2.确定变量：变量是指在化学平衡计算中需要确定的未知数。
在工业合成氨的情况下，通常需要确定的变量有平衡常数Kc，反应物和生成物的浓度，以及反应物的摩尔比。
3.编写平衡条件方程：平衡条件方程是根据化学方程式和给定的初始条件来确定反应体系的平衡条件。
在工业合成氨的情况下，平衡条件方程可以根据哈柏-博丁斯反应方程和初始浓度来编写。
4.解方程组：解方程组是为了确定反应物和生成物的浓度。
这可以通过求解平衡条件方程组来实现。
在工业合成氨的情况下，可以使用数值方法如牛顿迭代法来解方程组。
5.检验结果：检验结果是为了确定计算得到的平衡浓度是否符合实际情况。
可以通过与实验数据进行比较来检验结果，并进行必要的调整。
总结：工业合成氨的平衡常数与化学平衡的计算对于该反应的工业生产非常重要。
通过计算化学平衡可以优化反应条件，预测产物的浓度，并为工业反应的控制提供参考。
工业合成氨资料讲解
1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。
(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。
(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。
2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
氨合成复习资料
氨合成复习资料1、问答题（江南博哥）如何预防电加热器烧坏？解析：预防措施：（1）电炉开用前应请电工检查绝缘，绝缘不合要求则不能强行使用。
（2）掌握正确的开停电炉顺序。
（3）操作上要禁止发生气体倒流，不要单独使用塔前放空，如系统卸压，塔前、塔后放空同时使用要保证塔前压力大于塔后。
（4）经常注意电流电压变化，发现异常应立即切断电源，检查原因。
设备上应注意作好电炉的外部防雷雨，提高电炉装配质量。
2、问答题什么叫生产强度？解析：单位时间单位体积触媒上生成氨的量叫生产强度.3、问答题使用湿式气体流量计应注意什么？解析：⑴流量计不宜置于过冷处，以免内部结冰，在搬运时，勿使其受震动或倒置、侧放，以免受损；⑵使用时应经常保持水平仪呈水平状态；⑶分析时气体流速要平稳，不宜太快；⑷定期换水，勿使积聚污物；⑸反应管与流量计之间不漏气。
4、问答题活塞式压缩机气缸内有不正常敲击声的原因？解析：（1）气缸余隙过小，撞缸。
（2）气体带液。
（3）机械零件或金属异物进入气缸。
（4）缸套磨损严重，活塞环磨损严重，活塞在气缸内摆动。
（5）活塞紧固螺帽松动。
5、填空题《中华人民共和国劳动法》（）经第八届全国人民代表大会常务委员会第八次会议审议通过。
解析：1994年7月5日6、问答题新鲜气中断如何处理？解析：1、关闭新鲜气阀、蒸发器加氨阀、吹除气阀、放空阀，保压。
2、关闭副线阀，打开系统近路阀及循环机近路阀，保持塔内温度。
3、检查电炉情况，准备送电保温，当塔内温度降到420℃。
以下，开电炉保温。
4、适当控制冷凝踏和分离器的液面，若压力降的太快，可关闭排氨阀门。
7、填空题压缩机在启动前防喘振阀的状态应是（）的。
解析：全开8、问答题氢蚀有什么危害？解析：氢蚀是氢夺取钢材中的碳（脱碳）的作用。
氢蚀生成CH4扩散能力很小，往往聚集在金属内部而产生很大应力，使钢材出现裂纹，机械性能下降。
9、问答题循环机填料漏气严重的原因及处理措施？解析：漏气严重的原因：（1）填料磨损。
合成氨
2、温度怎么选择？ 温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所以降 因为正反应方向是放热的反应， 低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所 温度越低，反应速率越小， 需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③ 催化剂要在一定的温度下才能达到最 佳的催化效果。 佳的催化效果。 综合以上因素， 综合以上因素，实际生产中温度一般选择 400~500℃ 主要考虑催化剂的活性）左右。 在400~500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。
实际选择 适宜条件） （适宜条件）
平衡转化率 产物多） （高 ， 产物多）
压强 温度 催化剂
大 高 用 大
大 低 无关 H2、N2浓度大 NH3浓度小
20MPa ~ 50MPa
450℃ ～500℃ ℃ ℃ 铁触媒
及时分离NH 及时分离 3 不断补充H 不断补充 2、N2 N2、H2循环使用
浓度
三、工业合成氨的流程 合成氨工业的流程： 合成氨工业的流程：
一、合成氨反应的原理
N2(g) + 3H2(g)
请思考这个反应的特点 正反应是一个气体体积缩小的放热反应。 正反应是一个气体体积缩小的放热反应。
2NH3(g) + 112.64kJ
假如你是合成氨工厂的厂长，对产品 假如你是合成氨工厂的厂长， 的生产效率、成本有何要求? 的生产效率、成本有何要求?
要从反应速 率和反应平 衡两方面来 考虑
速度要快 原料的利用率要高 单位时间的产量要高 生产中的消耗能源、原料、 生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素
合成氨
升高 温度
使用 催化 剂
有利于增 大化学反 没有影响 应速率
第四节 合成氨条件的选择
问题2：请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？ 首要：经济效益与社会效益 基本要求：
a、反应快
b、原料利用率高
c、单位时间内产量高
2.2 合成氨生产
1．概述
（1）合成氨工业的重要性
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分 广泛的用途。
②它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可以建立平衡状态 特 征
动：动态平衡 定：外界条件一定，各组分含量一定(不是相等) 变：外界条件改变，平衡被破坏，发生移动而建立新平衡
原因：反应条件改变引起 结果：速率、各组分含量与原平衡比较均发生变化 V(正）＞V（逆）向正反应方向移动 方向 V(正）＝V（逆）原平衡不移动 V(正）＜V（逆）向逆反应方向移动 注意：其他条件不变，改变影响平衡的一个条件才能应用 浓 度:增大反应物浓度或减小生物浓度，平衡向正反应方向移动 压 强：增大(或减小)压强，平衡向气体体积缩小(或扩大)的方向移动 温 度：升高(或降低)温度，平衡向吸热(或放热)方向移动 催化剂：对化学平衡状态无影响
适宜条件: 温度: 700K (速率较快,转化率适中催化剂活性最大) 压强: 2×10 ～5×10 Pa（200～500atm） (有利于氨的合成,对动力、材料强度、 设备制造要求适中)
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催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应。
浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来， 且向循环气中不断补充 N2、H2（1:2.8)。
52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
合成氨工艺流程
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。
分离出的液氨进入液氨贮槽。
?原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气???? ?即造气。
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，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。
整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。
????? 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。
????? 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。
中压法合成氨(年产1万吨)重点讲义资料
1 总论
氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位;同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。
氨主要用于农业合成氨是氮肥工业的基础氨本身是重要的氮素肥料其他氮素肥料也大多是先合成氨再加工成尿素或各种铵盐肥料这部分约占70的比例称之为化肥氨同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料用于生产铵胺染料炸药制药合成纤维合成树脂的原料这部分约占30的比例称之为工业氨
课 程 设 计
设计题目：中压法合成氨（年产1万吨）
世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析,未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变,其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期,改善经济性”的基本目标,进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发[1]。
(1)大型化、集成化、自动化,形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。以Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和Kellogg公司的“基于钌基催化剂KAAP工艺”,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率(提高氨净值) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件;开发低压、高活性合成催化剂,实现“等压合成”。
合成氨反应方程式
合成氨反应方程式
工业合成氨反应的化学方程式为：N+3H2NH（催化剂、高温高压条件下）反应过程采用铁触媒（以铁为主混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。
扩展资料
氨，是氮和氢的化合物，分子式为NH3，常温下是一种无色气体，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，水溶液称为氨水。
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。
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。
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合成氨技术解决方案
Purifier™ 合成氨工艺
BFPL 合成氨工厂，全球最大的 Purifier 合成氨工厂，生产能力为 2200 吨/天，位于澳大利亚 Karratha，于2006年4月投产，能耗极低（< 6.8Gcal/吨产品
氨）。
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KBR 在设计和优化合成氨方面拥有超过 40 年的经验，在合成氨技术领域处于领先地位。自 1966 首个 Purifier 工 厂投产以来，KBR 已在全球许可、设计并/或建造了 18 个 Purifier 合成氨工厂，创下可观的运营记录，并实现低能 耗。我们愿与您分享我们的经验。
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工艺 蒸气 冷凝 气提塔
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KBR 的新 PURIFIERplus 合成氨工艺将 KRES 工艺和 Purifier 技术结合在一起。
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较低的投资成本——比采用传统一段转化炉装置节约 3-5% 的投资成本 较低的运营成本——通过去除一段转化炉降低运营和维护所需成本 操作灵活性——操作简单，具有更强的处理工艺变化的能力 施工成本低——KRES 换热式转化炉的占地空间小，从而节省了现场施工的成本 可靠性高——基于 KRES 和 Purifier 技术的成熟商业设计，停工时间少，在线率超过 97% 环保，低排放——无需一段转化炉，减少了 NOx 和 CO2 排放
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自 1966 年安装第一套设备以来，KBR 已许可全球的许多合成氨工厂使 用其 Purifier 工艺。最近的一次成功应用包括中海石油化学有限公司在 中国建造的化肥厂。
Purifier系统 – 简单设计提供卓越效果
Purifier 系统包含三个设备：一个进出料换热器，一个带有内置冷凝器的精馏塔以及一个膨胀机。所有设备和内部连管线都 整体封装在一个隔热的冷箱里。具体设备的结构特点包括：
• 换热器，板翅式设计，铝制 • 低温精馏塔，其操作温度范围为 -170°C～-200°C • 内置冷凝器，为管壳式设计 • 膨胀机，是一个结构紧凑的低速装置，通常与发电机相连用来回收
欲了解更多信息，请访问 或发送电子邮件至 ammonia@
合成氨技术解决方案
PURIFIERplus™ 合成氨工艺
结合 KBR 的成熟技术，提高合成氨生产过程中的可靠性，并降低成本
KBR 的 PURIFIERplus™ 合成氨工艺结合了我们可靠的专利 KRES™ 系统（KBR 换热式转化炉）、Purifier™ 系统 和卧式合成氨反应器，是一种具有协同作用的低成本工艺，可取消空气分离设备和传统一段转化炉。
KRES™
KBR 的换热式转化炉系统 (KRES) 用预热炉、自热式转化炉(ATR) 和换热式转化炉取代了传统一段炉装置。该专利 设计通过有效利用转化气的自身热量来加热工艺物料，从而大大降低了燃料天然气的消耗。与传统蒸气转化工艺相 比，此工艺还降低了投资和运营成本，并大幅地减少了所需的占地空间。
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合成氨和合成气技术
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40 多年来，KBR 拥有先进的合成氨技术，并牢记您的重要运营目标：提高安全性、降低投资成本和能耗、提高可靠 性和可操作性，并进行可靠的环保运行。我们不但在传统合成氨工艺技术方面提供专业知识和解决方案，同时在合成 气制备和氨合成方面提供许多先进的专利技术，包括：
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KBR 的专利低温净化技术可去除合成气中的甲烷、氩气和多余氮气， 并使合成氨工厂能够在转化中用空气取代氧气， 从而避免使用昂贵的空气分离装置。
合成氨技术解决方案
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合成氨技术解决方案
Purifier™ 合成氨工艺
提供灵活、低成本的高效合成氨方案
通过结合以下专利技术，KBR 的 Purifier 合成氨工艺能够造就一个非常可靠、稳定和低能耗的工厂：
• 利用过量空气进行温和转化 • KBR Purifier 深冷净化器 • 卧式磁性合成氨反应器 通过 KBR 的深冷净化合成气技术，您可以获得一条用于合成氨工厂的低成本高效处理途径，以制备高纯度的合成 气。这项前沿的专利技术能同时利用过量氮气洗去合成气中的杂质（例如，甲烷、氩气），并将氢氮比 (H2/N2) 调 节为 3:1。
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Purifier™ 合成氨工艺的优点
为合成回路提供清洁、干燥的新鲜合成气，并实现 H2/N2 比的简单精确控制， Purifier 技术能够为以下几个关键领域的整体操作带来益处：
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联合技术带来协同益处
KRES 和 Purifier 系统分别具有显著节约成本和提高运转效率的优点，因此在 PURIFIERplus™ 系统中组合使用 这两种技术，将会进一步提高经济效益。包括：
通过通入过量空气，一段转化和二段转化在温和的条件下进行，然后利用KBR 的专利深冷净化器清除多于的氮气和 杂质，得到几乎不含惰性气体的合成气。KBR 的 Purifier 工艺可以降低转化催化剂用量和合成回路驰放气排放量， 并可以免去独立的弛放气回收装置，从而降低投资和操作成本。
管板
末端开口的 管程 ART 排出物
气体 和蒸汽进料
混合 转化气
填充催化剂的 重整管
耐火 衬里
分布器
KBR 换热式转化炉
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Purifier™ 系统
KRES 的下游装置，KBR 的深冷净化器技术可同时去除多种杂质，并将氢氮比调节至 3:1。此系统可接受来自合成回 路的弛放气，因此免去了对独立弛放气回收装置的需求。 Purifier 系统由以下几部分组成：
转。对于冬季原料短缺的地区，KBR 的 KRES 转化系统可以在无须调整操作的情况下应对进料量的改 变，并可以降低燃料天然气的使用量，在有限的气量下最大限度的提高合成气的产量。 • 提高环保合规性——该系统减少了 CO2 和 NOx 的排放。
合成氨技术解决方案
PURIFIERplus™ 合成氨工艺
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降低投资成本
• 不需要独立的驰放气回收装置，因为合成回路排放的弛放气直接送入深冷净化器。 • KBR 的 Purifier 工艺提供非常洁净的新鲜合成气，能够降低合成压力、减少催化剂用量、降低驰放气排放量，减小
低能耗
• 清洁、干燥的新鲜合成气能够降低合成回路压缩机和冷冻系统的负载，节约运营成本 • 转化单元的一段炉、二段炉采用温和的反应温度，降低燃料消耗并延长炉管寿命 • 较少的惰性气体，较高的回路转化率 • Purifier 工厂的操作被证实具有最低的能耗。最近一个工厂实现了6.5 Gcal/吨产品氨（ISBL，LHV ）的能耗。
合成回路设备的尺寸。
灵活性
• 能够实现较高的操作稳定性和灵活性，因为不需要通过严格控制转化单元的空气进料来获得精确的 H2/N2 比 • 即使深冷净化器上游的催化剂钝化，也能维持正常生产
可靠性
• 温和的转化温度能够降低管道内部的应力，并延长一段炉炉管寿命 • 许多 Purifier 工厂已连续运行 3-4 年而没有停车检修。
能量。 一个日产量为 2000 吨 (MTPD) 的合成氨工厂通常配备 200KW 的膨胀机。
KBR Purifier™ 技术可去除合成气中的甲烷、氩气和多余氮气， 并使合成氨工厂能够在转化单元中用空气取代氧气， 从而避免使用昂贵的空气分离装置。
KBR 在澳大利亚为 Burrup Fertilisers Pty Ltd (BFPL) 建造的 Purifier 工艺的工厂。
位于加拿大英属哥伦比亚省的合成氨工厂内的 自热式转化炉（左）和 KRES 换热式 转化炉（右）
卧式合成塔
对于传统的磁性催化剂合成氨回路，KBR 提供了卧式合成氨反应器。该反应器包含二到三段反应床层，合成气从 每段床层的顶部垂直向下流动。床层间设置冷却器，用于最大限度地提高转化率和回收热量。在需要装卸催化剂 时，可以将催化剂内沿轨道轻松推出卧式反应器，从而避免了架设笨重昂贵的高塔吊车。