合成氨生产原料确定参考课件
合成氨生产原料的确定
小组成员：骆骁 张杰华 包二 刘灿 刘江霞
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一、 合成氨生产条件的比较
目前，合成氨的生产方法主要有固体燃料 气化法（煤或焦炭的气化），烃类蒸汽转化法 （天然气，石脑油），重油部分氧化法。由于 合成氨原料气中的氮气容易取得，所以原料气 的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能 产生同体积的氢气，因此把原料气中的CO和 H2看作有效气体成分。
5
（1）温度
由图可知：压力一定、温度升高时，H2及CO含量增 加；CO2及CH4等减小。 由上述热力学和动力学分析可知，温度必须在900℃以 上才有满意的气化速度，且H2、CO含量较高，一般操 作温度在1100℃以上。近年来新工艺采用 1500~1600℃进行气化，使生产强度大大提高。
6
（2）压力
氨的合成需要H2：N2为3:1的原料气，要 求造气制得的煤气中有效气成分与氮气比例为 （3.1—3.2）：1，这就是通常所说的半水煤 气。
2
（一）固体燃料气化法
工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将 碳转换为可燃性气体的过程，称为固体燃料 的气化。气化所得的可燃性气体通称为煤气 ⑴空气煤气：以空气为汽化剂制得的煤气。 主要成分为 N2+CO(CO2) ⑵水煤气：以水为气化剂,主要成分为H2+CO ⑶混合煤气：以空气和水为汽化剂所得煤气。 ⑷半水煤气：以适量空气（或富氧空气）和 水蒸汽作为气化剂，所得气体的组成符合 （CO+H2)/N2=3.1～3.2(摩尔比)以能满足 生产合成氨对氢氧比的要求.
温度一定、压力升高时，H2及CO含量增加；CO2 CH4等减小；降低压力有利于提高CO和H2的平衡浓度， 但加压有利于提高反应速率并减小反应体积，目前气化一 般采用2.5~3.2MPa，其CH4含量较常压高些。
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（3）水蒸气和氧气的比
氧的作用是与煤燃烧放热供给水蒸气与煤的气 化反应，H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，其 比值要依据采用煤气化生产方法而定。
14
4.固体燃料气化法生产合成氨工艺流程图
13
⑷气流床连续式气化制水煤气
强烈返混和气化，强化了传热和传质，水煤浆在炉中仅停 留5~7S，液态排灰。当压力为4MPa时，出口气的体积组成为 CO44~51%,H235~36%,CO213~18%，CH40.1%.碳转化率达97~99%。 回收高温出口气显热的方式有废热锅炉式和冷激式（氨厂采 用）。
10
吹风 → 蒸汽吹净 → 一次上吹制气→下吹制气
（空气↑） （蒸汽↑） （蒸汽↓）
→二次上吹制气→空气吹净
（蒸汽↑）（空气↑）煤气发生炉内，燃 料层自上而下分为： 干燥区、 干馏区 还原区和氧化区、 灰渣区。
11
间歇操作是通过控制阀门的开启顺序和 开启时间达到制气的目的-气体组成及热量的 利用。间歇法制气非制气时间较多，生产强 度低，而且阀门开关频繁，阀件易损坏，故 工艺落后。优点是不用纯氧只用空气，生产 成本和投资费用低。
（4）吹风速度
提高炉温的主要手段是提高入炉空气量。入炉空气量是 由吹风速度和吹风时间来决定的。在氧化层中，碳的燃烧速 度很快，属于扩散控制。所以提高吹风速度，有利于碳的燃 烧反应，还可缩短二氧化碳与灼热碳层的接触时间，以减少 一氧化碳的生成量，从而减少了热损失，增加了炉内的蓄热 量。在入炉空气量一定的情况下，提高吹风速度，还可以延 长制气时间，有利于提高煤气发生炉的生产能力。但吹风速 度过大，将导致吹出物量增加，燃料损失加大，严重时，出 现风洞甚至吹翻，造成气化条件恶化。
3
1.固体燃料气化的基本原理
CC O O 12 O 2 C CO2 O H H0 0 3 283.. 28 kk J9 // mm oJ l 3
2
2
C 1 2 O 2 CO H 0 1.1 6 k0 /J mo
C C 2 C OO H 0 1 . 3 k 7 / m J 2 2
①碳和氧的反应 实践证明： Ⅰ、在温度高于1000℃时，燃烧产物主要是CO、在500℃ 以下时主要是CO２， Ⅱ、温度低于775℃ ，属动力学控制； Ⅲ、温度高于900℃ ，扩散控制加剧。 ②碳和水蒸气的反应 实践证明：
Ⅰ、t＝400℃～1100℃ ，属动力学控制； Ⅱ、t大于1100℃ ，属扩散控制。
由反应原理可知：碳与水蒸气的反应为吸热反
应，而碳与空气的反应为放热反应，如果控制空气
和水蒸气的比例，使碳与空气反应放出的热量等于
碳与水蒸气反应所需的热量，则制气过程可以维持
自热运行，但生产的气体组成难以满足要求。
4
2.固体燃料气化法的条件分析
固体燃料中的碳和汽化剂在煤气发生炉中所进 行的反应属于气固相系统的多相反应。其反应速度的 大小不仅与碳和汽化剂的化学反应速度有关，同时还 受汽化剂向碳的表面扩散速度的影响。
9
⑵间歇式制取半水煤气的工作循环及设备
固定床间歇式气化制半水煤气的操作方式为燃 烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。炉 中填满块状煤或焦炭，首先吹入空气使煤完全燃烧 生成CO2并放出大量的热,使煤层升温，烟道气放空； 待煤层温度达1200℃左右，停止吹风，转吹水蒸气， 与高温煤层反应，生成CO、H2等气体，制成水煤 气，送入气柜。气化吸热使煤层温度下降，当降至 950℃时，停止送蒸汽，重新进行燃烧阶段。如此 交替操作，完成制气。
12
⑶固定床连续式气化制水煤气
固定床连续式气化制水煤气法由德国鲁奇公司开发。燃 料块状煤或焦炭由炉顶定时加入，气化剂为水蒸气和纯氧混 合气，在汽化炉中同时进行碳与氧的燃烧放热反应和碳与蒸 汽的气化吸热反应，调H2O/O2比例，就可连续制气，生产强 度较高，且煤气质量稳定。但因煤气中CH4和CO2含量高，CO 含量低，一般作城市煤气。
8
3.固体燃料气化法的生产方法及主要设备
⑴生产方法分类
煤气化过程需要吸热和高温，工业上采 用燃烧煤来实现。气化过程按操作方式分为： 间歇式和连续式，前者的工艺较后者落后， 现正在被淘汰。现一般按采用的反应器类型 分为：固定床（移动床）、流化床、气流床 和熔融床。前三种以被工业生产采用，而熔 融床处于中试阶段。
小组成员：骆骁 张杰华 包二 刘灿 刘江霞
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一、 合成氨生产条件的比较
目前，合成氨的生产方法主要有固体燃料 气化法（煤或焦炭的气化），烃类蒸汽转化法 （天然气，石脑油），重油部分氧化法。由于 合成氨原料气中的氮气容易取得，所以原料气 的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能 产生同体积的氢气，因此把原料气中的CO和 H2看作有效气体成分。
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（1）温度
由图可知：压力一定、温度升高时，H2及CO含量增 加；CO2及CH4等减小。 由上述热力学和动力学分析可知，温度必须在900℃以 上才有满意的气化速度，且H2、CO含量较高，一般操 作温度在1100℃以上。近年来新工艺采用 1500~1600℃进行气化，使生产强度大大提高。
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（2）压力
氨的合成需要H2：N2为3:1的原料气，要 求造气制得的煤气中有效气成分与氮气比例为 （3.1—3.2）：1，这就是通常所说的半水煤 气。
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（一）固体燃料气化法
工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将 碳转换为可燃性气体的过程，称为固体燃料 的气化。气化所得的可燃性气体通称为煤气 ⑴空气煤气：以空气为汽化剂制得的煤气。 主要成分为 N2+CO(CO2) ⑵水煤气：以水为气化剂,主要成分为H2+CO ⑶混合煤气：以空气和水为汽化剂所得煤气。 ⑷半水煤气：以适量空气（或富氧空气）和 水蒸汽作为气化剂，所得气体的组成符合 （CO+H2)/N2=3.1～3.2(摩尔比)以能满足 生产合成氨对氢氧比的要求.
温度一定、压力升高时，H2及CO含量增加；CO2 CH4等减小；降低压力有利于提高CO和H2的平衡浓度， 但加压有利于提高反应速率并减小反应体积，目前气化一 般采用2.5~3.2MPa，其CH4含量较常压高些。
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（3）水蒸气和氧气的比
氧的作用是与煤燃烧放热供给水蒸气与煤的气 化反应，H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，其 比值要依据采用煤气化生产方法而定。
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4.固体燃料气化法生产合成氨工艺流程图
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⑷气流床连续式气化制水煤气
强烈返混和气化，强化了传热和传质，水煤浆在炉中仅停 留5~7S，液态排灰。当压力为4MPa时，出口气的体积组成为 CO44~51%,H235~36%,CO213~18%，CH40.1%.碳转化率达97~99%。 回收高温出口气显热的方式有废热锅炉式和冷激式（氨厂采 用）。
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吹风 → 蒸汽吹净 → 一次上吹制气→下吹制气
（空气↑） （蒸汽↑） （蒸汽↓）
→二次上吹制气→空气吹净
（蒸汽↑）（空气↑）煤气发生炉内，燃 料层自上而下分为： 干燥区、 干馏区 还原区和氧化区、 灰渣区。
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间歇操作是通过控制阀门的开启顺序和 开启时间达到制气的目的-气体组成及热量的 利用。间歇法制气非制气时间较多，生产强 度低，而且阀门开关频繁，阀件易损坏，故 工艺落后。优点是不用纯氧只用空气，生产 成本和投资费用低。
（4）吹风速度
提高炉温的主要手段是提高入炉空气量。入炉空气量是 由吹风速度和吹风时间来决定的。在氧化层中，碳的燃烧速 度很快，属于扩散控制。所以提高吹风速度，有利于碳的燃 烧反应，还可缩短二氧化碳与灼热碳层的接触时间，以减少 一氧化碳的生成量，从而减少了热损失，增加了炉内的蓄热 量。在入炉空气量一定的情况下，提高吹风速度，还可以延 长制气时间，有利于提高煤气发生炉的生产能力。但吹风速 度过大，将导致吹出物量增加，燃料损失加大，严重时，出 现风洞甚至吹翻，造成气化条件恶化。
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1.固体燃料气化的基本原理
CC O O 12 O 2 C CO2 O H H0 0 3 283.. 28 kk J9 // mm oJ l 3
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C 1 2 O 2 CO H 0 1.1 6 k0 /J mo
C C 2 C OO H 0 1 . 3 k 7 / m J 2 2
①碳和氧的反应 实践证明： Ⅰ、在温度高于1000℃时，燃烧产物主要是CO、在500℃ 以下时主要是CO２， Ⅱ、温度低于775℃ ，属动力学控制； Ⅲ、温度高于900℃ ，扩散控制加剧。 ②碳和水蒸气的反应 实践证明：
Ⅰ、t＝400℃～1100℃ ，属动力学控制； Ⅱ、t大于1100℃ ，属扩散控制。
由反应原理可知：碳与水蒸气的反应为吸热反
应，而碳与空气的反应为放热反应，如果控制空气
和水蒸气的比例，使碳与空气反应放出的热量等于
碳与水蒸气反应所需的热量，则制气过程可以维持
自热运行，但生产的气体组成难以满足要求。
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2.固体燃料气化法的条件分析
固体燃料中的碳和汽化剂在煤气发生炉中所进 行的反应属于气固相系统的多相反应。其反应速度的 大小不仅与碳和汽化剂的化学反应速度有关，同时还 受汽化剂向碳的表面扩散速度的影响。
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⑵间歇式制取半水煤气的工作循环及设备
固定床间歇式气化制半水煤气的操作方式为燃 烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。炉 中填满块状煤或焦炭，首先吹入空气使煤完全燃烧 生成CO2并放出大量的热,使煤层升温，烟道气放空； 待煤层温度达1200℃左右，停止吹风，转吹水蒸气， 与高温煤层反应，生成CO、H2等气体，制成水煤 气，送入气柜。气化吸热使煤层温度下降，当降至 950℃时，停止送蒸汽，重新进行燃烧阶段。如此 交替操作，完成制气。
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⑶固定床连续式气化制水煤气
固定床连续式气化制水煤气法由德国鲁奇公司开发。燃 料块状煤或焦炭由炉顶定时加入，气化剂为水蒸气和纯氧混 合气，在汽化炉中同时进行碳与氧的燃烧放热反应和碳与蒸 汽的气化吸热反应，调H2O/O2比例，就可连续制气，生产强 度较高，且煤气质量稳定。但因煤气中CH4和CO2含量高，CO 含量低，一般作城市煤气。
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3.固体燃料气化法的生产方法及主要设备
⑴生产方法分类
煤气化过程需要吸热和高温，工业上采 用燃烧煤来实现。气化过程按操作方式分为： 间歇式和连续式，前者的工艺较后者落后， 现正在被淘汰。现一般按采用的反应器类型 分为：固定床（移动床）、流化床、气流床 和熔融床。前三种以被工业生产采用，而熔 融床处于中试阶段。
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合成氨生产原料的选择
合成氨工业
• 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。
原料气净化比较
• 在合成氨工业中，经变换和脱碳工艺处理，合成氨原料气 中仍含有对氨合成催化剂有毒的CO和CO2气体，必须进一 步处理将其降低至10 mL／m3左右，以保护氨合成催化剂 。目前合成氨厂脱除微量CO、CO2的工艺方法较多，主要 有醋酸铜氨液洗涤法(铜洗法)、低压甲烷化法、甲醇甲烷 化法(双甲工艺)、醇化工艺、非等压醇烷化净化工艺等 。
原料气制备方法比较
氨的合成，首先必须制备合格的氢、氨原料气。 • 氮气可取之于空气或将空气液化分离而得氮气 ；或使空气通过燃料层燃烧，将生成的CO和CO2 除去而制得。 • 氢气一般常用含有烃类的各种燃料，即通过用 焦炭、无烟煤、天然气、重油等为原料与水蒸气 作用的方法来制取。
合成氨的生产原料
•
1.2 合成氨贸易量及利用 每年全球合成氨贸易量约占总产量的12%以上 。2008年约为1870万吨，比2007年下降2.4% 中国的商品液氨很少，主要用于生产肥料， 非肥料需求不到10%，用于浓硝酸、己内酰胺 、丙烯腈等。
1.3 合成氨装置大中小并存，规模趋于合理 引进合成氨装置经扩能改造，单套日产能力提 高20%-50%，年产45万t/a。 新建天然气、煤原料的大型合成装置单套能力 达到50万t/a； 中小规模装置逐步调整改造达到8-18-30万t/a 。企业数量由1500多家，减少至435家。
《合成氨生产》PPT课件
3.1～3.2,用作合成氨的原料气。 特点：空气和水蒸汽同时通入气化装置，如满足
系统自热平衡，那么气体成份不能满足要求； 反之，假设气体成分满足要求，那么不能满足 系统自热平衡。 生产方法：外热法、富氧空气氧化法、蓄热法。
〔1〕外热法
须采用高温热源〔如原子能反响堆余热〕， 以熔融盐、熔融铁作加热介质。由于固体导热 性差，需优质耐火砖，故未推广。
灰渣区：位于燃料层底部，可预热由炉底 部进入的气化剂，同时灰渣被冷却可保护炉箅 不致过热变形。
分析：综合前三个吸热可逆反响，有：
C ﹢ H2O〔g〕 ≒ CO ﹢ H2 △H﹥0 吸热反 响
综合后两个放热可逆反响，有：
C ﹢ H2O〔g〕﹢ CO ﹢ H2 ≒ CO2 ﹢ CH4 △H﹥0 吸热反响
由以上两个综合反响式可看出：t↑，〔CO ﹢ H2〕 ↑与水蒸汽的反响速率，取决于反响温度
在该式中不计纯固体和纯液体〔溶液除外〕 的浓度，并将化学反响系数转化为计算式中的 指数。
平衡常数与温度的关系：△H﹤0，t↑，KP↓； △H﹥0，t↑，KP↑。
讨论：气体平衡组成与温度的关系？
〔2〕反响速率
气化剂与固体燃料在煤气发生炉中的反响 属于气—固相反响。随着反响的进展，固体燃 料的粒度逐渐减小，不断生成气体产物。反响 过程由五个步骤组成：扩散→外表吸附→外表 反响→脱附→反扩散。
〔2〕富氧空气氧化法
用富氧空气替代空气，可满足系统热量平 衡及半水煤气成份的双重要求，实现连续制气。
在实际生产中，由于存在热损失，富氧空气 中的O2含量控制在50％左右。
〔3〕蓄热法
该法又称为间歇气化法。所用设备为煤气 发生炉，内装固体燃料。往炉内先送入空气以 提高燃料层温度，生成的气体〔吹风气〕大局 部放空；然后送入水蒸汽进展气化反响，此时 燃料层温度下降。如此间歇地往炉内送入空气 和水蒸汽重复进展，所得水煤气配入局部吹风 气即成半水煤气。该法是我国多数中小型合成 氨厂采用的气化方法。
系统自热平衡，那么气体成份不能满足要求； 反之，假设气体成分满足要求，那么不能满足 系统自热平衡。 生产方法：外热法、富氧空气氧化法、蓄热法。
〔1〕外热法
须采用高温热源〔如原子能反响堆余热〕， 以熔融盐、熔融铁作加热介质。由于固体导热 性差，需优质耐火砖，故未推广。
灰渣区：位于燃料层底部，可预热由炉底 部进入的气化剂，同时灰渣被冷却可保护炉箅 不致过热变形。
分析：综合前三个吸热可逆反响，有：
C ﹢ H2O〔g〕 ≒ CO ﹢ H2 △H﹥0 吸热反 响
综合后两个放热可逆反响，有：
C ﹢ H2O〔g〕﹢ CO ﹢ H2 ≒ CO2 ﹢ CH4 △H﹥0 吸热反响
由以上两个综合反响式可看出：t↑，〔CO ﹢ H2〕 ↑与水蒸汽的反响速率，取决于反响温度
在该式中不计纯固体和纯液体〔溶液除外〕 的浓度，并将化学反响系数转化为计算式中的 指数。
平衡常数与温度的关系：△H﹤0，t↑，KP↓； △H﹥0，t↑，KP↑。
讨论：气体平衡组成与温度的关系？
〔2〕反响速率
气化剂与固体燃料在煤气发生炉中的反响 属于气—固相反响。随着反响的进展，固体燃 料的粒度逐渐减小，不断生成气体产物。反响 过程由五个步骤组成：扩散→外表吸附→外表 反响→脱附→反扩散。
〔2〕富氧空气氧化法
用富氧空气替代空气，可满足系统热量平 衡及半水煤气成份的双重要求，实现连续制气。
在实际生产中，由于存在热损失，富氧空气 中的O2含量控制在50％左右。
〔3〕蓄热法
该法又称为间歇气化法。所用设备为煤气 发生炉，内装固体燃料。往炉内先送入空气以 提高燃料层温度，生成的气体〔吹风气〕大局 部放空；然后送入水蒸汽进展气化反响，此时 燃料层温度下降。如此间歇地往炉内送入空气 和水蒸汽重复进展，所得水煤气配入局部吹风 气即成半水煤气。该法是我国多数中小型合成 氨厂采用的气化方法。
合成氨工业PPT课件
（1）物理吸收法 利用二氧化碳能溶解于水或有机溶剂这一性质完成。吸收二 氧化碳后的溶液可用减压解吸法再生。
（2）化学吸收法 利用二氧化碳具有酸性特征而与碱性物质反应将其吸收。
常用脱碳方法（书43）
名称
吸收剂 方法特点
温度
1、 加压水洗法 物理
吸收 2、 低温甲醇法 法
水 甲醇
加压下 CO2 溶于水，净化度不 常温
鼓风
制气工艺流程 （1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度
（2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分 空 气进行气化。
（3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应， 使燃料层温度趋于均衡。
（4）、蒸汽二次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准 备
。 （5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中
法
液中添加
2． 改良热碱法 二乙醇胺、 在较高温度下加压吸收，出 73-110 2.7
五 氧 化 二 口 CO2 0.1%
矾等
4、原料气的最终净化
原料气经脱硫、变换和脱碳后尚含有少量残余的一氧化 碳及二氧化碳，由于它们对氨合成催化剂有较大的毒害，因 此，在送往合成工序前，必须作最后的净化处理。使CO与 CO2两者之和少于10X10－6。 （1）、铜氨液吸收法
4NH3＋5O2 = 4NO＋6H2O 2NH3＋CO2 = NH2COONH4 NH2COONH4 = CO（NH2）2＋H2O
氨还可以与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸等） 反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。 可用于生 产化肥。
2、用途
药物
机械工业
磺胺 冷 冻 (致 冷 剂 )
石油加工
化肥工业
辐射段 (高温燃料气体对转化反应管进行辐射传热 )
（2）化学吸收法 利用二氧化碳具有酸性特征而与碱性物质反应将其吸收。
常用脱碳方法（书43）
名称
吸收剂 方法特点
温度
1、 加压水洗法 物理
吸收 2、 低温甲醇法 法
水 甲醇
加压下 CO2 溶于水，净化度不 常温
鼓风
制气工艺流程 （1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度
（2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分 空 气进行气化。
（3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应， 使燃料层温度趋于均衡。
（4）、蒸汽二次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准 备
。 （5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中
法
液中添加
2． 改良热碱法 二乙醇胺、 在较高温度下加压吸收，出 73-110 2.7
五 氧 化 二 口 CO2 0.1%
矾等
4、原料气的最终净化
原料气经脱硫、变换和脱碳后尚含有少量残余的一氧化 碳及二氧化碳，由于它们对氨合成催化剂有较大的毒害，因 此，在送往合成工序前，必须作最后的净化处理。使CO与 CO2两者之和少于10X10－6。 （1）、铜氨液吸收法
4NH3＋5O2 = 4NO＋6H2O 2NH3＋CO2 = NH2COONH4 NH2COONH4 = CO（NH2）2＋H2O
氨还可以与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸等） 反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。 可用于生 产化肥。
2、用途
药物
机械工业
磺胺 冷 冻 (致 冷 剂 )
石油加工
化肥工业
辐射段 (高温燃料气体对转化反应管进行辐射传热 )
《合成氨生产》课件(13)
铁系催化剂为黑色不规则颗粒，有金属光 泽。还原后的催化剂一般为多孔的海绵状结构， 孔呈不规则的树枝状，内表面为4～16 m2/g。 注意事项：避免催化剂受潮及还原后的催 化剂暴露在空气中。
（2）催化剂的还原和使用 氨合成催化剂中的Fe3O4，必须经还原为 α—Fe后才具有催化活性。还原反应： Fe3O4＋4H2≒3Fe＋4H2O（g） △H﹥0 确定还原条件的原则：一方面是使Fe3O4充 分还原为α-Fe，另一方面是还原生成的铁结晶 不因重结晶而长大，以保证有最大的比表面积 和更多的活性中心。为此，生产上宜选取合适 的还原温度、压力、空速及还原气组成。
2、温度 合成氨反应存在最适宜温度。在最适宜温 度下，氨合成反应速率最快，氨合成率最高。 氨合成反应温度，一般控制在400～500℃， 工业生产中，应严格控制两点温度，即催化剂 床层入口温度及热点温度。催化剂床层入口温 度应等于或略高于催化剂活性温度的下限，热 点温度应小于或等于催化剂活性温度的上限。 到生产后期，由于催化剂活性下降，应适当提 高操作温度。
b、水吸收法 水吸收法是利用气态氨在水中的溶解度很 大，与溶液呈平衡的气相中氨分压很低的特点 进行的，可使气相中氨含量降至0.5％以下。 但气相被水蒸汽饱和，为防止催化剂中毒，循 环气需严格脱水后才能进氨合成塔。 水吸收法得到的产品是浓氨水。由浓氨水制 取液氨须经氨水蒸馏和气氨冷凝等பைடு நூலகம்骤。
（4）未反应氢氮气的处理 未反应氢氮气经循环压缩机加压，与新鲜 氢氮原料气混合，重新进入氨合成塔进行反应。 （5）惰性气体的排放 惰性气体为甲烷和氩气。小部分惰性气体 溶解于液氨中被带出，大部分在循环气中积累 下来。惰性气体进行放空处理，排放位置应选 择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方。 放空气中的氨可用水吸收或冷凝回收。
人工固氮技术—合成氨 ppt课件
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
课题2 人工固氮——合成氨
人工固氮技术—合成氨
在新疆和青海交界 处有一狭长山谷，每当 牧民和牲畜进入后，风 和日丽的晴天顷刻间电 闪雷鸣，狂风大作，人 畜必遭雷击。奇怪的是 那里的牧草十分茂盛， 四季常青，被当地牧民 称为“魔鬼谷”。你能 用化学方程式及必要的 文字叙述解释“魔鬼谷” 牧草茂盛、四季常青的 原因吗?
④用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、 O2、H2S等少量有害人气工固体氮技术。—合成氨
(三)合成与分离
从合成塔出来的混合气体，氨气约 占总体积的__1_5_%__，要把混合气体通过 冷凝器、_分__离__器__，再导入液氨贮灌。 剩余气体再送回合成塔，循环利用(合 成氨转化率较低，要采用循环操作）。
②农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。 用途：①制造染料 ②制造人造纤维
③制造油漆 ④制造炸药 2、自然界中的氮循环 土壤中含氮化合物的主要来源：
人工固氮技术—合成氨
三.自主学习： 氮的固定
将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定．
人工固氮技术—合成氨
固氮方法： （1）自然固氮：
①雷雨固氮（闪电时，N2 转化为NO） ②生物固氮（如：豆科作物的根瘤菌将N2转 化为化合态氮）。
催化氧化吸收2so催化剂加热在新疆和青海交界处有一狭长山谷每当牧民和牲畜进入后风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣狂风大作人畜必遭雷击
一.复习检测：
1.工业制备硫酸的原理（用方程式表示）：
2.生产中反应条件的控制：
；压强：
；加催化剂能
反应速率，适当增加
的量。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
课题2 人工固氮——合成氨
人工固氮技术—合成氨
在新疆和青海交界 处有一狭长山谷，每当 牧民和牲畜进入后，风 和日丽的晴天顷刻间电 闪雷鸣，狂风大作，人 畜必遭雷击。奇怪的是 那里的牧草十分茂盛， 四季常青，被当地牧民 称为“魔鬼谷”。你能 用化学方程式及必要的 文字叙述解释“魔鬼谷” 牧草茂盛、四季常青的 原因吗?
④用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、 O2、H2S等少量有害人气工固体氮技术。—合成氨
(三)合成与分离
从合成塔出来的混合气体，氨气约 占总体积的__1_5_%__，要把混合气体通过 冷凝器、_分__离__器__，再导入液氨贮灌。 剩余气体再送回合成塔，循环利用(合 成氨转化率较低，要采用循环操作）。
②农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。 用途：①制造染料 ②制造人造纤维
③制造油漆 ④制造炸药 2、自然界中的氮循环 土壤中含氮化合物的主要来源：
人工固氮技术—合成氨
三.自主学习： 氮的固定
将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定．
人工固氮技术—合成氨
固氮方法： （1）自然固氮：
①雷雨固氮（闪电时，N2 转化为NO） ②生物固氮（如：豆科作物的根瘤菌将N2转 化为化合态氮）。
催化氧化吸收2so催化剂加热在新疆和青海交界处有一狭长山谷每当牧民和牲畜进入后风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣狂风大作人畜必遭雷击
一.复习检测：
1.工业制备硫酸的原理（用方程式表示）：
2.生产中反应条件的控制：
；压强：
；加催化剂能
反应速率，适当增加
的量。
氨的工业合成(共53张PPT)
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
1.合成氨反应的化学方程式：N2＋3H2
教 学 方 案 设 计
2NH3 。
当 堂 双 基 达 标
2．合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2) 放 热反应；(3)气体总体积 缩小 的反 应。
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
1.合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2)放热 反应；(3)气体体积缩小 的反应。(重点) 2.合成氨适宜条件的选 择：(1)高压；(2)适当 温度；(3)催化剂。(重 点) 3.勒夏特列原理在合成 氨反应中的应用。(重 难点) 4.合成氨工艺流程。(重 点)
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
②影响化学平衡移动的外界因素有哪些？ 【提示】 温度、浓度、压强。
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
③合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有 利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？
【提示】 高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平
教 学 方 案 设 计
升温、增加N2或H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率； 加压、降温、及时分离出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于 平衡正向移动，增大氨的产率。
《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。
合成氨PPT课件
反应特点 ：
主要副反应
主反应总体上是吸热，体积增大的反应
C4 ＝ H 2 H 2 C 7.9 4 k.m J 1ol 2 C O C2 O C 1.7 4 k2 .m J 1ol C H O 2 ＝ H 2 O C 1.3 3 k 6 1 .m J 1o
16
1.2.1 甲烷蒸汽转化反应的热力学分析
鉴于合成氨工业生产的实现和它的研究对化学 理论发展的推动，1918年，哈伯获得了诺贝 尔化学奖。
哈伯及其实验装置
合成氨发展的三个典型特点： 1. 生产规模大型化。 1000~1500T/日 2. 能量的合理利用。 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力，基本不用电能。 3. 高度自动化。 自动操作、自动控制的典型现代化工厂。
第1章 合 成 氨 Synthesis of Ammonia
授课教师：蔡永伟
1
主要内容
1 1.1 概 述 2 1.2 原料气的制取 3 1.3 原料气的净化 4 1.4 氨的合成
2
1.1 概述 (Preface)
• 空气中含有游离氮(N2：78.03%)，但是只有豆科等能 够直接吸收空气中的游离氮。
1908年7月，德国化学家弗里茨·哈伯在实验 室用N2和H2在600℃、200个大气压，以锇 为催化剂的条件下合成了氨，虽然产率仅有 8%，却也是一项重大突破。并成功地设计了 原料气的循环工艺，这就是合成氨的哈伯法。
1913年，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， 进行了多达6500次试验，测试了2500种不 同配方的催化剂后，最后选定了含铅镁促进剂 的铁催化剂，将哈伯的合成氨设想变为现实， 一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。
化工工艺学合成氨幻灯片PPT
（1）原料的预热温度：其高低应根据原料烃的 组成及催化剂的性能而定。 （2）对流段内各加热盘管的布置
(3) 转化系统的余热回收
现代大型氨最重要的特点是充分回收生产过程的余热， 产生高压蒸气作为动力。
29 合成氨工业
（四）、烃类蒸气转化主要设备
顶部烧嘴炉（图）
炉型 侧壁烧嘴炉
1、一段转化炉
梯台炉 冷底式（图）
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C 2 0 0oC 0 Ca2 CCO Ca2 CN2 1 0 0oC 0 CaC 2C N
CaC 23 NH2O CaC 32 O NH 3
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
烷烃：
或
C n H 2 n 2 n 2 1 H 2 O 3 n 4 1 C 4 n 4 H 1 C 2
C C n H n H 2 n 2 n 2 2 n n 2 2 O O H H n n2 C C ( ( 2 3 n n 1 1 ) ) O H H O 2 2
(3) 转化系统的余热回收
现代大型氨最重要的特点是充分回收生产过程的余热， 产生高压蒸气作为动力。
29 合成氨工业
（四）、烃类蒸气转化主要设备
顶部烧嘴炉（图）
炉型 侧壁烧嘴炉
1、一段转化炉
梯台炉 冷底式（图）
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C 2 0 0oC 0 Ca2 CCO Ca2 CN2 1 0 0oC 0 CaC 2C N
CaC 23 NH2O CaC 32 O NH 3
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
烷烃：
或
C n H 2 n 2 n 2 1 H 2 O 3 n 4 1 C 4 n 4 H 1 C 2
C C n H n H 2 n 2 n 2 2 n n 2 2 O O H H n n2 C C ( ( 2 3 n n 1 1 ) ) O H H O 2 2
合成氨生产工艺流程教材ppt(20张)
• 氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压 缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。
• 生产实践证明，操作压力在20～35MPa时 总能量消耗比较低。
（二）、温度
• 将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生 成率的温度称为最适宜的温度。
• 最适宜温度还和空间速度、压力等有关 • 经生产实践得出氨合成操作温度控制在
而又在新鲜气加入之前。
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（三）、反应前的回收利用
• 回收利用反应热的方法主要有以下几种 • 1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热
器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气 达到催化剂的活性温度。 • 2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气 • 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气， 又利用余热副产蒸气。 • 3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 • 反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反 应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高 压锅炉给水。
第一节 氨合成的基本理论
• 一、氨合成反应的特点
•
3H2+N2=2NH3+Q
• (1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生
成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
• (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热 量，反应热与温度、压力有关。
• (3)是体积缩小的反应。
• (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。
二、氨合成反应的化学平衡
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（二）、惰性气体的排除
• 氨合成循环系统惰性气体通过三个途径 带出：
• 1.一小部分从系统中漏损； • 2.一小部分溶解在液氨中被带走； • 3.大部分采用放空的方法，即间断或连续
• 生产实践证明，操作压力在20～35MPa时 总能量消耗比较低。
（二）、温度
• 将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生 成率的温度称为最适宜的温度。
• 最适宜温度还和空间速度、压力等有关 • 经生产实践得出氨合成操作温度控制在
而又在新鲜气加入之前。
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（三）、反应前的回收利用
• 回收利用反应热的方法主要有以下几种 • 1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热
器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气 达到催化剂的活性温度。 • 2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气 • 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气， 又利用余热副产蒸气。 • 3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 • 反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反 应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高 压锅炉给水。
第一节 氨合成的基本理论
• 一、氨合成反应的特点
•
3H2+N2=2NH3+Q
• (1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生
成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
• (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热 量，反应热与温度、压力有关。
• (3)是体积缩小的反应。
• (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。
二、氨合成反应的化学平衡
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（二）、惰性气体的排除
• 氨合成循环系统惰性气体通过三个途径 带出：
• 1.一小部分从系统中漏损； • 2.一小部分溶解在液氨中被带走； • 3.大部分采用放空的方法，即间断或连续