合成氨工业发展史
合成氨工业与尿素生产技术
准
添加标题
尿素干燥：将尿素溶液干燥 成固体尿素
Part Three
尿素生产技术简介
尿素生产技术的发展历程
尿素的生产工艺流程
原料准备：将氨气和二氧化碳混合，形成氨气-二氧化碳混合气体 合成反应：在催化剂的作用下，氨气-二氧化碳混合气体发生反应，生成尿素 尿素分离：将生成的尿素从反应混合物中分离出来 尿素纯化：对分离出来的尿素进行纯化处理，得到高纯度的尿素 尿素包装：将纯化后的尿素进行包装，形成尿素产品
降低能耗：通 过改进生产工 艺和设备，降 低能耗，减少
生产成本。
提高原料利用 率：通过改进 生产工艺和设 备，提高原料 利用率，减少
生产成本。
降低废水处理 成本：通过改 进废水处理工 艺和设备，降 低废水处理成 本，减少生产
成本。
开发新型尿素生产工艺
提高生产效率：采用先进的生产工艺，提高尿素的生产效率 降低能耗：采用节能技术，降低尿素的生产能耗 减少污染：采用环保技术，减少尿素的生产污染 提高产品质量：采用先进的生产工艺，提高尿素的产品质量
合成氨工业与尿素生产技术在其他领域的应用
农业领域：作为肥料，提高农作物产量 工业领域：作为原料，用于生产塑料、橡胶、涂料等 环保领域：用于污水处理，减少环境污染 医药领域：用于生产药物，如抗生素、维生素等 食品领域：用于食品添加剂，提高食品品质 军事领域：用于制造炸药，提高军事实力
THANKS
汇报人：
合成氨工业的生产工艺流程
原料准备：天然气、煤炭、 石油等
添加标题
氨气分离：通过冷凝、吸收 等方法将氨气从反应气体中
分离出来
添加标题
尿素包装：将干燥后的尿素 进行包装和运输
合成氨的历史
合成氨的历史利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。
1795年有人试图在常压下进行氨合成，后来又有人在50个大气压下试验，结果都失败了。
19世纪下半叶，物理化学的巨大进展，使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向；提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应将产生重要影响。
当时物理化学的权威、德国的能斯特就明确指出：氮和氢在高压条件下是能够合成氨的，并提供了一些实验数据。
法国化学家勒夏特列第一个试图进行高压合成氨的实验，但是由于氮氢混和气中混进了氧气，引起了爆炸，使他放弃了这一危险的实验。
氮气和氢气的混和气体可以在高温高压及催化剂的作用下合成氨。
但什么样的高温和高压条件为最佳？用什么样的催化剂为最好？在物理化学研究领域有很好基础的哈伯决心攻克这一令人生畏的难题。
哈伯首先进行一系列实验，他并不盲从权威，而是依靠实验来探索，终于证实了能斯特的计算是错误的。
哈伯以锲而不舍的精神，经过不断的实验和计算，终于在1909年取得了鼓舞人心的成果，这就是在600℃的高温、200个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8％的合成氨。
8％的转化率当然会影响生产的经济效益，怎么办？哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，这个工艺过程是可行的。
于是他成功地设计了原料气的循环工艺。
根据哈伯的工艺流程，德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司，组织了以化工专家波施为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸实施。
工程师们改进了哈伯所使用的催化剂，两年间，他们进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了含铅镁促进剂的铁催化剂。
开发适用的高压设备也是工艺的关键，当时能受得住200个大气压的低碳钢，却害怕氢气的脱碳腐蚀。
波施想了许多办法，最后决定在低碳钢的反应管子里加一层熟铁的衬里，熟铁虽没有强度，却不怕氢气的腐蚀，这样总算解决了难题。
合成氨
要实现合成氨的工业化生产，要尽可能加快反应 速率和提高产物产率，所以必须从反应限度和反 应速率两个方面选择合成氨的反应条件
化学反应的 方向 合成氨反应 能否自发进 行 怎样能促使 化学平衡向 合成氨方向 移动
化学反应的 限度
化学反应的 速率
怎样能提 高合成氨 反应速率
适 宜 的 合 成 氨 条 件
工 艺 流 程
2.合成氨反应的限度和平衡转化率：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
在298K时，△H
＝-92.4kJ/mol
△S ＝-198.4J/（K· mol）
1）.根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反 应能否自发进行
△H－T· △S ＝－33.34kJ/mol 在298K时，反应可以自发进行
N2+3H2
2NH3(放热反应)
2)、温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利 于提高平衡混合物中氨的含量。 ②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时 间越长，因而单位时间内产量低，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下效果最好。 实际生产中温度一般选择在700K （主要考虑催化剂 的活性）左右。
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（ 20MPa---50MPa ） (有利于氨的合成,对动力、材料强度、 设备制造要求适中) 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)。
2）.利用化学平衡的知识分析什么条件有利于氨的 合成 降低温度、增大压强有利于化学平衡向生产氨的 方向移动
合成氨工业史话
合成氨工业史话
合成氨，又称氨气或氨水，是一种重要的化工产品，它的应用领域非常广泛，涉及到肥料、制药、农业、皮革制造、食品工业、纺织工业等行业。
合成氨的历史，自柯布西耶（Cobbe）于1828年首次制造氨以来，已经有190多年的历史了。
柯布西耶（Cobbe）1828年首次制造出合成氨，但当时还不成熟。
一些直接过氧化过程只能制备高浓度氨，但这类氨的反应速度很慢，所以当时并不能实用。
1903年，英国科学家威廉莱斯特（William Lister）发明了可以获得低浓度氨的工艺异烷烃过氧化，这才使得合成氨的发展迅速提升。
1913年，菲利普波顿（Philip Bolton）提出了氨及其衍生物精制工艺，它成为合成氨产业的标准工艺。
随着社会发展以及经济全球化，全球合成氨产业在过去的几十年里取得了显著发展，全球合成氨总产量从1985年的20亿多吨增长到2013年的190亿多吨，其全球市场份额也从1985年的5.4%增加到2013年的13.6%。
随着世界各地政府给予合成氨产业的支持，目前全球合成氨市场发展速度非常快，全球合成氨总产量远远超过210亿多吨。
今天，合成氨工业发展已经超过了以往几十年，合成氨产业的生产及使用对全球经济发展影响甚大，合成氨业务被认为是一个价值高达数百亿美元的全球行业。
合成氨产业的发展给人们生活创造出更多的便利，但同时也伴随着各种环境问题的产生，因此，国家和区域的监管界定也在不断发展，为社会健康发挥了很大的作用。
总之，从柯布西耶（Cobbe）首次制造氨到当今的强劲发展，合成氨的发展给人们的生活带来了福祉，推动了经济和工业发展，给世界经济带来了无限可能。
合成氨相关知识点
合成氨相关知识点合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。
它是一种无色气体，具有刺激性气味，可以作为氮肥、制冷剂、合成其他化学品的原料等。
本文将从合成氨的历史、制备方法、应用领域等方面介绍合成氨的相关知识点。
一、合成氨的历史合成氨的历史可以追溯到19世纪。
当时，德国化学家弗里德里希·维勒发现了一种将氮气与氢气反应得到氨的方法，这被认为是合成氨的首次成功制备。
随后，格哈特·诺贝尔等科学家在维勒的基础上进行了进一步研究，发展出了工业化生产合成氨的方法。
二、合成氨的制备方法合成氨的主要制备方法有哈柏-博斯曼法和奥斯特瓦尔德法。
哈柏-博斯曼法是最早使用的工业化合成氨方法，它是通过高温高压下将氮气和氢气催化反应得到氨。
奥斯特瓦尔德法则是一种更为高效的制备合成氨的方法，它是在铁铑催化剂的作用下，将氮气和氢气在适当温度和压力下反应生成氨。
三、合成氨的应用领域1. 农业领域：合成氨是一种重要的氮肥原料。
它可以与其他元素结合，制成氮肥产品，为植物提供充足的氮源，促进植物生长。
合成氨还可以直接用于土壤改良，提高土壤肥力。
2. 化工领域：合成氨是合成其他化学品的重要原料。
例如，合成氨可以与甲醇反应生成甲醇胺，用于制造涂料、纤维、塑料等产品。
此外，合成氨还可以用于制造硝酸、尿素等化学品。
3. 医药领域：合成氨可以作为一种药物原料，用于制造抗生素、维生素等药物。
合成氨还可以用于制造化妆品、洗涤剂等日用品。
4. 制冷领域：合成氨具有良好的制冷性能，可以用作制冷剂。
它被广泛应用于冰箱、空调等制冷设备中。
四、合成氨的环境影响合成氨的生产和应用过程中会产生一定的环境影响。
首先，合成氨的制备过程需要消耗大量的能源，导致二氧化碳等温室气体的排放增加。
其次，合成氨的使用过程中，如果没有正确处理和储存，可能会对土壤和水体造成污染。
因此，合成氨的生产和应用需要严格控制和管理，以减少环境影响。
合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。
工业合成氨发展史
氨是一种制造化肥和工业用途众多的基本化工原料。
随着农业发展和军工生产的需要，20世纪初先后开发并实现了氨的工业生产。
从氰化法演变到合成氨法以后，近30年来，原料不断改变，余热逐渐利用，单系列装置迅速扩大，推动了化学工业有关部门的发展以及化学工程进一步形成，也带动了燃料化工中新的能源和资源的开发。
早期氰化法1898年，德国 A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：Ca(CN)2＋3H2O─→2NH3＋CaCO31905年，德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂，这种制氨方法称为氰化法。
第一次世界大战期间，德国、美国主要采用该法生产氨，满足了军工生产的需要。
氰化法固定每吨氮的总能耗为153GJ，由于成本过高，到30年代被淘汰。
合成氨法利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。
合成氨从实验室研究到实现工业生产，大约经历了150年。
直至1909年，德国物理化学家F.哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成，反应器出口得到6％的氨，并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。
但是，在高压、高温及催化剂存在的条件下，氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。
为此，哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。
这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。
由于金属锇稀少、价格昂贵，问题又转向寻找合适的催化剂。
该公司在德国化学家A.米塔斯提议下，于1912年用2500种不同的催化剂进行了6500次试验，并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。
而在工业化过程中碰到的一些难题，如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法，都被该公司的工程师 C.博施所解决。
此时，德国国王威廉二世准备发动战争，急需大量炸药，而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料，于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置，1913年9月9日开始运转，氨产量很快达到了设计能力。
合成氨工业
武汉市第十一中学2010-2011学年度研究性学习制作者：蔡洋、陈西子、郑哲、郑晴、周慧敏高二（12）班合成氨工业是基本无机化工之一。
氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。
从氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。
合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。
随着科学技术的发展，对氨的需要量日益增长。
50年代后氨的原料构成发生重大变化，近30年来合成氨工业发展很快。
二、合成氨工业的历史1918年诺贝尔化学奖获得者哈伯与合成氨工业哈伯(FritzHaber)，德国化学家。
1868年12月9日生于德国的布劳斯雷。
哈伯先后在柏林大学和海德堡大学学习。
1891年他在夏洛顿堡高等工业学院获得博士学位。
此后，进人瑞士苏黎世的埃德格内西高等工业学院，在德国化学家尤奇的指导下，成为化学工程专业博士后研究生。
毕业后任耶纳大学诺尔教授的助教，后又转人卡尔斯鲁厄高等工业学院任教。
1896年，他任巴登大学讲师。
1902年德国本生学会派哈伯到美国做访问学者。
1905年哈伯在慕尼黑出版了《工业气体反应热力学》一书。
书中阐述了他对氮、氢合成反应平衡关系的研究。
哈伯经过不断探索和不懈努力，从常温常压到高温高压，从火花下反应到使用不同催化剂。
最后，在200个大气压和温度在500-600℃时，氢、氮反应得到6%以上的氨。
1909年7月，哈伯成功地建立了每小时能产生80克氨的实验装置。
哈伯为合成氨工业奠定了基础。
德国巴登苯胺和苏打公司由此看到了合成氨的工业化发展前景，投人巨资，聘请化学工程专家波施从事工业化设计。
耗时5年，终于找到了合适的催化剂，并设计出能长期使用和可操作的简便合成氨装置。
1910年该公司建起了世界第一座合成氨试验厂。
1913年建立了年产7000吨规模的合成氨厂。
1914年第一次世界大战开始，在战争期间该厂为德国提供了世界少有的氮化合物，以生产炸药和化肥。
工业合成氨
• 环保政策的实施对工业合成氨产业的结构调整和转型升
级具有积极推动作用
05
工业合成氨的技术创新与发展趋势
工业合成氨的技术创新方向
提高工业合成氨的环保性能
• 采用环保性能较好的生产工艺，降低环境污染
• 采用先进的污染治理技术，降低污染物排放
提高工业合成氨的生产效率
• 优化生产工艺，降低能源消耗，提高设备性能
需求将继续保持增长
• 机遇主要来自技术创新、市场需求等方面的推动
• 工业合成氨产业将通过技术创新、结构调整等措施，提
高产业竞争力
CREATE TOGETHER
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
DOCS
20世纪后期，工业合
成氨产业在全球范围内
得到了快速发展
• 通过高温、高压条件下的氮气与
• 工业合成氨成为当时化学工业的
• 新建的生产装置不断涌现，产能
大
• 这一发明为工业合成氨的大规模
• 随着技术的不断进步，工业合成
• 工业合成氨的生产技术不断创新，
生产奠定了基础
氨的生产成本逐渐降低
工业合成氨产业面临一定的挑战和机遇
• 挑战主要来自环境保护、能源消耗等方面的压力
• 机遇主要来自技术创新、市场需求等方面的推动
⌛️
02
工业合成氨的生产方法及原料
工业合成氨的主要生产方法
传统的工业合成氨生产方法
改进的工业合成氨生产方法
• 采用哈伯-博施工艺，通过高温、高压条件下的氮气与氢
• 采用甲醇制氨、天然气制氨等工艺，降低生产过程中的
• 反应器是工业合成氨生产的核心设备，用于氮气与氢气的反应
过程
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合成氨工业发展史
一、人口增加与粮食需求
农业出现在12000年以前，是人类企图用增加食物供给来增强自己生存的开始。
那时的人口约1500万。
在2000 年前，由于农业的发展使人口增加到2.5亿。
到1650年，人口又增长一倍，达到5亿。
然后，到1850年世界人口就翻了一番，高达10亿，这段历程仅仅花了200 年时间。
80 年后的1930年，人口超过了20亿。
这种增长速度还未减缓，到1985年地球上供养的人数已达50亿。
如果每年以1985年人口的2％水平继续增长下去的话，到2020年的世界人口将是100亿左右。
因此限制人口的增长势在必行。
目前，人口自然增长率在世界范围内正开始下降，据美国华盛顿人口局（1997年）：2000年全球人口将由目前的58 亿增至61 亿，2025 年将达68 亿。
人口局称，人口增长最快的是全球最贫困的国家。
1996 年全球58 亿人中发展中国家的人口占了47 亿，占全球人口总增长率的98％。
中国人口增长的形势也不容乐观。
根据国家统计局的统计，中国人口已于1995年2 月15 日达到12亿。
据预测，到2000 年中国人口将突破13.5亿。
显然，人类将面临日益严重的问题是给自己提供充足的食物和营养，以及从根本上限制人口增长。
估计，到20 世纪末，严重营养不良的人数将达6.5 亿。
解决问题的出路，必然需要科学的帮助，化学看来是最重要的学科之一。
它之所以重要，首先是因为它能增加食物供给，其次它能给那些有意限制人口增长的人提供可靠的帮助。
在历史上，化学曾在扩大世界粮食供应过程中起过关键作用。
这就是合成氨的发明和现代农药的使用，以及它们的工业化。
二、合成氨工业发展史
20 世纪初化学家们所面临的突出问题之一，是如何为大规模利用大气中氮找到一种实用的途径。
氮化合物是肥料和炸药所必不可少的。
但在当时，这种化合物的质量最优和最大来源是智利硝石。
但智利地处南美而且远离世界工业中心；可是全世界无论何处，大气的五分之四都是氮。
如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转化为化合物的形式，那么，氮是取之不尽、用之不竭的。
利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。
合成氨从实验室研究到实现工业生产，大约经历了150年。
直至1909年，德国物理化学家F ·哈伯（Fritz Haber，1868—1934）用锇催化剂将氮气与氢气在17.5MPa～20MPa和500℃～600℃下直接合成，反应器出口得到6％的氨，并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。
但是，在高压、高温及催化剂存在的条件下，氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。
为此，哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。
这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。
由于金属锇稀少、价格昂贵，问题又转向寻找合适的催化剂。
该公司在德国化学家A ·米塔斯提议下，于1912 年用2500 种不同的催化剂进行了6500 次试验，并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。
而在工业化过程中碰到的一些难题，如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h 以及合成氨用氮氢混合气的制造方法，都被该以司的工程师 C ·博施（Carl Bosch，1874—1940）所解决。
此时，德国皇帝威廉二世准备发动战争，急需大量炸药，而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料，于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置，1913年9月9 日开始运转，氨产量很快达到了设计能力。
人们称这种合成氨法为哈伯-博施法，它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。
由于哈伯和博施的突出贡献，他们分别获得1918、1931年度诺贝尔化学奖金。
其他国家根据德国发表的论文也进行了研究，并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进，先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法（表18－1）。
表18-1 氨合成方法
名称合成压力（MPa ）年份开发国家哈伯-博施法20.3 1913 德国
克劳德法101.3 1917 法国
卡塞莱法70.9 ～81.1 1920 意大利
佛瑟法30.4 1921 意大利
蒙特·塞尼斯-伍德法10.1～15.2 1921 德国
氮气工程公司法30.4 1921 美国到30 年代初合成氨成为广泛采用的制氨方法（表18-2）。
70年代以来，合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属冶炼以及催化剂研制等方面的发展，还对一些化学合成工业，如尿素、甲醇和高级醇、石油加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用。
表18-2 1931—1932 年度世界氨产量（以N 计）
来源产量（kt ）比例（%）
煤气副产氨水472 15.3
氰化法10 0.3
合成氨法2609 84.4
1.原料构成改变
自从合成氨工业化后，原料构成经历了重大的变化。
①煤造气时期第一次世界大战结束，很多国家建立了合成氨厂，开始以焦炭为原料。
20 年代，随着钢铁工业的兴起，出现了用焦炉气深冷分离制氢的方法。
焦炭、焦炉气都是煤的加工产物。
为了扩大原料来源，曾对煤的直接气化进行了研究。
1926年，德国法本公司采用温克勒炉气化褐煤成功。
第二次世界大战结束，以焦炭、煤为原料生产的氨约占一半以上。
②烃类燃料造气时期早在20—30 年代，甲烷蒸汽转化制氢已研究成功。
50 年代，天然气、石油资源得到大量开采，由于以甲烷为主要组分的天然气便于输送，适于加压操作，能降低氨厂投资和制氨成本，在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后，以天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。
接着抗积炭的石脑油蒸汽转化催化剂研制成功，缺乏天然气的国家采用了石脑油为原料。
60 年代以后，又开发了重质油部分氧化法制氢。
到1965年，焦、煤在世界合成氨原料中的比例仅占5.8％。
从此，合成氨工业的原料构成由固体燃料转向以气、液态烃类燃料为主的时期。
2.装置大型化
由于高压设备尺寸的限制，50 年代以前，最大的氨合成塔能力不超过日产200t氨，60 年代初不超过日产400t 氨。
随着由汽轮机驱动的大型、高压离心式压缩机研制成功，为合成氨装置大型化提供了条件，大型合成氨厂的数目也逐年增多。
合成氨厂大型化通常指规模在日产540t 以上的单系列装置。
1963和1966年美国凯洛格公司先后建成世界上第一座日产540t和900t 氨的单系列装置，显示出大型装置具有投资省、成本低、占地少和劳动生产率高等显著优点。
从此，大型化成为合成氨工业的发展方向。
近20 多年来，新建装置大多为日产1000t～1500t 氨，1972 年建于日本千叶的日产1540t 氨厂是目前世界上已投入生产的最大单系列装置。
3.中国合成氨工业的发展
1949年前，全国仅在南京、大连有两家合成氨厂，在上海有一个以水电解法制氢为原料的小型合成氨车间，年生产能力共为46kt 氨。
中华人民共和国成立以后，合成氨的产量增长很快。
为了满足农业发展的迫切需要，除了恢复并扩建旧厂外，50 年代建成吉林、兰
州、太原、四川四个氨厂。
以后在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔的基础上，于60 年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20 多座中型氨厂。
1983年、1984年产量分别为16770kt 和18373kt （不包括台湾省），仅次于前苏联占世界第二位。