工业合成氨
工业合成氨气的方程式
工业合成氨气的方程式
工业合成氨气的方程式是N2 + 3H2 → 2NH3，该方程式表示在恒压反应条件下，氮气和氢气在催化剂的作用下发生反应，产生二氧化碳和氨气两种产物，其中氨气的摩尔比例为2：3。
氨气是一种非常重要的化学物质，它是一种有毒气体，有极强的腐蚀性，具有广泛的应用，如用于有机合成、农业生产、钢铁冶炼、冷冻室等领域。
氨气也可以用于污水处理，可以有效地杀死微生物，减少污染，改善污水质量。
氨气也可以用于动物和植物的营养，可以改善养殖环境，提高植物的产量。
工业合成氨气是采用氮气和氢气经过催化反应产生的，主要的反应条件为高温、高压，并需要钯催化剂的存在。
在反应过程中，氮气和氢气在催化剂的作用下发生反应，反应过程温度在400～450℃，压力在20～25Mpa，所产生的氨气的摩尔比例约为2：3。
工业合成氨气的生产技术已经有很多年的历史，随着技术的发展，已经可以达到大规模生产。
现代合成氨气工艺可以将氮气和氢气反应，提高产量，降低成本，提高质量，同时减少污染，延长设备使用寿命，满足环保要求。
工业合成氨气已经成为一种重要的工业原料，它的应用非常广泛，
涉及到农业、有机合成、冶金、石油、医药、纺织、化工、食品和电子等领域。
它的经济性高，价格低，市场需求大，而且可以有效地改善污染，改善环境，改善养殖环境，提高农作物产量，提高饲料质量，提高经济效益，是建设美好社会必不可少的重要原材料。
合成氨工业的催化原理是
合成氨工业的催化原理是
合成氨工业的催化原理是通过哈柏-博仑特（Haber-Bosch）过程来实现的。
该过程使用铁催化剂催化氮气和氢气的反应，生成氨气。
具体的催化原理如下：
1. 氮气（N2）和氢气（H2）在高温（约400-500）和高压（约150-300 atm）下通入反应器。
2. 反应器中铁催化剂提供活性位点，在活性位点上发生催化反应。
3. 氮气分子在铁催化剂表面吸附，通过活化，使氮气分子脱离三键。
4. 氢气分子在铁催化剂表面吸附，并与脱离的氮气分子反应，生成氨气（NH3）。
5. 生成的氨气被从反应器中提取和分离，得到纯度较高的合成氨。
催化原理的关键在于铁催化剂能够提供适当的活性位点，促进氢气和氮气的反应。
催化剂的选择、反应条件的控制以及催化剂表面的活性位点数量和分布等因素都对反应的效率和选择性产生影响。
通过优化催化剂和反应条件，可以提高合成氨的产率和纯度。
合成氨工业剖析合成氨工业的生产原理和重要性
合成氨工业剖析合成氨工业的生产原理和重要性合成氨工业的生产原理和重要性合成氨是一种重要的化工原料，在工业生产中广泛应用于农业、化学工业等领域。
本文将深入分析合成氨工业的生产原理和重要性。
一、合成氨工业的生产原理合成氨工业是通过哈伯-博士过程进行氨的合成。
该过程是将氢气与氮气通过催化剂反应生成氨气的化学反应。
具体来说，合成氨的工业生产主要包括以下步骤：1. 氮气制备：通过气体分离技术，将空气中的氮气与氧气分离，获取纯度较高的氮气，作为合成氨的原料之一。
2. 氢气制备：通常使用天然气或其他烃类作为原料，通过化学反应或水蒸气重整产生氢气，作为合成氨的另一种原料。
3. 反应器：将氮气和氢气按照一定的摩尔比例加入反应器中，使用铁、钴等金属作为催化剂，将氮气和氢气转化为氨气。
该反应需要在高压和适宜的温度下进行。
4. 分离与提纯：将反应后生成的气体混合物进行冷却和压缩，使氨气液化。
然后通过分离、蒸馏等工艺对氨气进行进一步提纯，得到纯度高的合成氨。
二、合成氨工业的重要性合成氨工业在现代化生产中具有极其重要的地位和作用。
以下是它的几个重要方面：1. 农业应用：合成氨是一种重要的化肥原料，广泛用于农业生产中。
它可以作为植物生长所必需的氮元素供给，促进作物的生长发育，提高农作物产量。
合成氨的大规模生产使得农业生产效率大大提高。
2. 化学工业：合成氨是生产化工产品的重要中间体。
它可用于制备尿素、硝酸铵、聚合物等多种化工产品。
尿素作为世界上最常用的氮肥，几乎全部由合成氨制造得来。
合成氨工业的发展与化学工业的发展密切相关。
3. 能源领域：合成氨可用作氢能源的储存和运输介质。
氨是一种高效的氢源，能够提供较高的氢储存密度和易于储存、运输的特点。
通过合成氨工业的发展，为氢能源的应用提供了可靠的支持。
4. 环保意义：合成氨工业的发展也与环境保护息息相关。
通过合成氨工业，可以实现废弃物资源化，减少氮气排放对环境的污染。
同时，合成氨也可以用作脱硫、脱氮等污染物处理的剂量，起到净化环境的作用。
合成氨工业
合成氨工业概述合成氨工业是指利用合成氨的技术和设备进行大规模生产的一种化工行业。
合成氨是一种广泛应用于农业、化工、能源等领域的重要化学品，被广泛用于合成尿素、甲醇、硝酸等化学产品，也可用作农田中的氮肥和脱硫剂等。
合成氨工业的发展对于能源资源的高效利用以及农业和化工行业的可持续发展具有重要意义。
合成氨工艺合成氨的工业化生产采用了哈伯-博斯曼过程，该过程是将氮气和氢气在高温高压条件下进行催化反应，生成合成氨。
该过程的关键是催化剂的选择和反应条件的控制。
催化剂的选择催化剂在合成氨工艺中发挥着至关重要的作用。
常用的催化剂包括铁-铝催化剂、铁-铝-钾催化剂等。
这些催化剂具有良好的催化活性和稳定性，能够加速氮气和氢气的反应速率，并提高合成氨的产率。
反应条件的控制合成氨的反应条件包括压力、温度和气体组成等。
一般来说，较高的压力和温度可以促进反应的进行，但也会增加设备和能耗成本。
合理的气体组成可以提高合成氨的选择性，并减少副反应的发生。
合成氨工业的发展技术进步和设备改进随着科技的进步和工艺技术的不断改进，合成氨工业取得了很大的发展。
新型催化剂的研发和应用，使得合成氨的催化反应更加高效。
同时，新型反应器的设计和工艺的优化，使得合成氨生产的能耗和废物排放得到了有效控制。
环保和节能要求合成氨工业在发展的同时也面临着更加严格的环保和节能要求。
合成氨工业本身的能源消耗量较大，全球范围内，工业设备已经在努力提高能源利用效率，降低能源消耗。
同时，减少废物和污染物排放也成为了合成氨工业发展的重要方向。
新兴技术的应用随着新兴技术的不断发展，合成氨工业也面临着新的发展机遇。
例如，利用可再生能源如太阳能和风能来替代传统的化石燃料，可以减少合成氨生产的碳排放。
此外，利用先进的催化剂和反应器技术，可以进一步提高合成氨的产率和选择性。
合成氨工业的挑战与展望合成氨工业在发展中面临着一些挑战。
首先，合成氨工业的能源消耗量较大，如何提高能源利用效率是一个关键问题。
工业合成氨
工业合成氨
工业合成氨是指通过人工方法在工业过程中合成氨分子的过程。
合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。
工业合成氨的方法主要有两种，一种是哈伯-博希过程，另一种是氨压法。
哈伯-博希过程是最常用的工业合成氨方法，也被称为气相催化合成法。
该过程主要是在高压（100-300atm）和高温（400-500°C）下，使空气中的氮气和氢气通过催化剂（通常是铁或钼）反应生成氨气。
该过程具有能耗高、工艺复杂等特点，但由于其产量大、反应速度快，因此仍然是工业上合成氨的主要方法。
氨压法是另一种工业合成氨的方法，也称为氨合成压缩循环法。
该方法是通过将氮气与燃烧气混合并在高温下反应生成氨气。
反应产生的氨气会被压力吸附器吸附，再通过降压解吸器释放出来。
该方法具有能耗低、工艺相对简单等特点，但产量相对较低。
工业合成氨的应用非常广泛。
氨气可以用于合成化肥，如
尿素、硝酸铵等；还可以用于合成其他化学品，如氨水、
盐酸等；同时还可以应用于制药、冷藏、金属加工等领域。
工业合成氨以及氨氧化制硝酸的流程
工业合成氨以及氨氧化制硝酸的流程
工业合成氨和制备硝酸盐是化学工业中重要的反应，是制造氨基化合物，如硝酸盐和硝酸根盐的基本步骤，用于生产化学材料，提供农药、医药、制稿以及肥料的原料。
一、合成氨的方法
（1）氧与氢气混合
氢气和氧气从气对管道引入到合成反应器中，在高温下（450～550℃），在氮气做催化剂和空气保护下，经几何空间催化作用分解反应产生氨气，也叫海德胡斯反应：2H2+ O2＝2H2O+ 2NH3，氨气经生产安全性安装好的管道进入洗涤塔中，去除CO2、H2O、O2等杂质，然后传输至储存槽中。
（2）铵盐激活法
将过氧酸盐和铵盐（如铵钾）溶于水溶液中，在搅拌和加热的条件下反应，将水解水溶液引入反应壁，水分解反应生成氨气催化剂，使水溶液水解成水和氨气，并将氨气通过设备进入储存槽中。
二、制备硝酸的方法
（1）湿法
氨气通过进料管道引入，在碱性条件下，在酸的气态界面上氧化氨液，生成硝酸和氨水，硝酸颗粒上极薄的水膜使其粒径大于2μm以上，最终去除水，得到硝酸盐。
（2）干法
氨气经过洗涤装置去除杂质，直接以气态形式传至硝化反应器中，加入硝酸酸性碱和铁粉，反应后得到硫酸盐，钛酸和氨气等，利用离心分离机分离固液，得到液态硝酸。
之后经过加热蒸发，析硝，最后通过乳化技术制备得硝酸盐干粉，添加过滤剂封装利用。
合成氨方程式
合成氨方程式合成氨（Synthesis of Ammonia），也被称为哈柏-博士过程（Haber-Bosch process），是一种重要的工业化学反应。
该反应利用氮气和氢气作为原料，经过一系列催化剂的作用，在高温高压条件下生成氨。
合成氨广泛应用于农业肥料、化工原料和制药工业等领域。
合成氨方程式可以简洁地表示为：N₂ + 3H₂ -> 2NH₃在这个反应中，每一份氮气（N₂）与三份氢气（H₂）通过催化剂的作用生成两份氨（NH₃）。
该方程式表明，合成氨的生成是一种消耗氢气和氮气的反应。
合成氨反应通常在高温高压条件下进行，一般温度为350-550℃，压力为100-250 atmospheres。
这些条件能够提供足够的能量和压力，以克服反应的活化能。
然而，这也使得该反应过程具有很高的能耗。
在合成氨反应中，催化剂起着关键的作用。
常用的催化剂是铁（Fe）和钴（Co）的氧化物或卤化物。
这些催化剂能够加速反应速率，降低反应温度和压力要求。
此外，钾氧化铝（KAlO₂）等助剂也经常被添加到催化剂中，以提高催化剂的稳定性和活性。
合成氨方程式表明，氮气分子中的三个共有电子对（三个共价键）被氢气分子中的三个孤对电子（三个孤对键）所取代。
这个过程是通过氢气分子逐一加成到氮气分子上来实现的。
反应进行过程中，生成氨的活化能被催化剂降低，反应速率得到提高。
合成氨的重要性在于其大规模的应用。
首先，合成氨被广泛用作氮肥的原料。
农业中，合成氨以肥料的形式施用，提供植物所需的氮元素。
其次，合成氨还可用作化工原料，用于制造合成树脂、合成纤维、胶粘剂等化学品。
此外，合成氨还是许多药物合成的重要中间体和原料。
总结起来，合成氨是一种重要的工业化学反应，通过催化剂的作用，将氮气和氢气在高温高压条件下，生成氨。
合成氨方程式N₂ + 3H₂-> 2NH₃描述了该反应的产物和反应物的摩尔比例。
合成氨的应用广泛，包括农业肥料、化工原料和制药工业等领域。
工业合成氨知识点总结
工业合成氨知识点总结一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛用于化肥、塑料、药品和其他化工产品的生产中。
而工业合成氨主要是通过哈伯-玻斯曼过程进行生产。
在这个过程中，氮气和氢气以高压、高温和催化剂的作用下，发生反应，生成氨气。
因此，工业合成氨的生产涉及了高压、高温、催化剂和气体分离等方面的工艺技术。
二、合成氨的反应原理工业合成氨的反应过程是氮气和氢气在催化剂的作用下，发生氧化还原反应，生成氨气。
这是一个放热反应，反应方程式为：N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + 92.6kJ/mol从反应方程式可以看出，该反应需要大量的氢气，而氮气对反应也起到了催化作用。
在实际生产过程中，合成氨的反应条件一般为300-500°C的温度和100-250atm的压力，同时需要使用铁、钨或镍等金属为催化剂。
三、工业合成氨的生产工艺工业合成氨的生产工艺主要包括氢气制备、氮气制备、合成氨反应和氨气的提取等步骤。
1. 氢气制备氢气是工业合成氨的主要原料之一，通常是通过天然气重整法或电解水法进行制备。
a. 天然气重整法天然气经催化剂重整反应制得合成气，合成气中含有一定比例的氢气。
然后通过甲醇水煤气变换反应得到富含氢气的气体。
b. 电解水法将水分解为氧气和氢气的方法，使用电解槽进行电解水反应，得到纯度高的氢气。
2. 氮气制备氮气是工业合成氨的另一主要原料，一般是从空气中分离得到。
a. 常用的氮气制备方法包括分子筛吸附法、柱塔分离法等。
b. 分子筛吸附法：将空气经过分子筛吸附塔，通过吸附分离得到富含氮气的气体。
c. 柱塔分离法：通过茧状分离塔或塔内吸附塔将空气中的氮气和氧气分离出来。
3. 合成氨反应使用氢气和氮气作为原料，在高压、高温和催化剂（通常是Fe3O4、K₂O、CaO、Al₂O₃或者Ni）的作用下进行反应，得到氨气。
合成氨反应通常分为两个主要阶段：合成氨反应和氨气的提取。
在合成氨反应过程中，氮气和氢气以1:3的比例进入反应器，在压力为100-250bar、温度为300-500°C下进行化学反应。
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强为10Mpa时，SO2的转化率为99.3%。
请回答: （1）工业选择450°C的温度。原因是什么？ （2）增大压强对合成SO3是否有利？实际生产中是如何 选择压强的？为什么？
（3）生产中要用到过量的空气，为什么？
N2 +3H2
kf kf kr kr
2NH3
已知常温（298K）时:
ΔH= -92.2kJ· mol-1
能斯特（Nernst）， 德国物理化学家，获
ΔS = -198.2J· K-1· mol-1
1920年诺贝尔化学奖。
探究
N2 +3H2
kf kf kr kr
2NH3
已知常温（2Байду номын сангаас8K）时:
ΔH= -92.2kJ· mol-1
ΔH= -92.2 kJ· mol-1
ΔS = -198.2 J· K-1· mol-1
ΔH－TΔS ＝ -33.1 kJ· mol-1 K(298K) ＝ 4.1×106
哈伯经过重新计算，纠正了能斯特的错 误，指出常温时合成氨反应可以自发进行， 而且平衡常数很大，可以认为进行完全。
究竟是什么原因阻碍了合成氨反应的应用呢？
1. 反应物的转化率。当时硫酸生产中SO2氧化反应几乎 接近于100 %转化率，而哈伯法合成氨的产率只有8 %。 2. 反应速率。哈伯所找到的两种催化剂分别是锇和铀， 价格高昂，而近900K的高温，也大大增加了能耗成本。
任务2
如何提高反应物的平衡转化率？
反 应 特 点
①可逆反应 ②气体体积减小的反应 ③正反应是放热反应
影响反应物转化率的因素有哪些？ 如何增大反应物的平衡转化率？
N2 +3H2
kf kf kr kr
2NH3
ΔH= -92.2 kJ· mol-1
降低温度 增大压强
任务2
NH3% 0.6 0.5 0.4
如何提高反应物的平衡转化率？
观察下图，寻找合适的投料比。
N2与H2的投料比为1:3
0.3
0.2 0.1
实验研究表明，在一定条件下，合成氨反应的速率与反应 体系中各物质浓度的关系为:
v = kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)
请你根据反应的速率方程分析：各物质的浓度对 反应速率的影响是否相同？可以采取哪些措施来 提高反应速率？
增大 c(N2)、c (H2)；减小c(NH3)
气体浓度或压强越大，反应越快。反应体系的 压强是否越大越好？
反应的快慢
可以采取什么措施破坏N≡N ，加快合成氨的 反应速率？
升高温度
哈伯进行的试验表明，合成氨的温度必须在1000 ℃以上，
才能达到工业生产所要求的反应速率。你认为这可行吗？ 温度 K 25℃ 4×106 350℃ 1.847 400℃ 0.507 450℃ 0.152 600℃ 0.009 700℃ 2.6×10－3
高压对反应容器的材质有严格要求，过 高的压强会增大生产成本，得不偿失。
浓度（压强）与反应速率
实验研究表明，在一定条件下，合成氨反应的速率与反应 体系中各物质浓度的关系为:
v = kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)
有限的压强条件下， c(N2)、c(H2)如何分配，能 够更好地加快反应速率？
如何解决反应速率与转化率的
矛盾？降低反应活化能，提高反应速率还有其他
途径吗？
使用催化剂
无催化剂
能量
Ea
N 2 、H 2
Ea’
有催化剂 NH3 反应历程
[阅读资料]
哈伯在为了寻找高效稳定的催化剂，带领研究小组进 行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后 选定了贵金属锇作为催化剂，使合成氨的设想在1913年 成为工业现实。鉴于合成氨梦想的实现，瑞典皇家科学院 于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
的催化剂？
低温高效的催化剂
德国化学工程专家博施，在哈伯成就的基础 上继续前进，找到了比锇更好的催化剂——铁 触媒，使得合成氨反应在700K左右便获得了较 高的反应速率。1913年，博施所在的巴登公司 在全世界第一个实现了合成氨的工业化生产。 博施也因此获得1931年诺贝尔化学奖。
博施（Carl lBosch）
化学反应 的限度
适 宜 的 合 成 氨 条 件
化学 动力学
化学反应 的速率
选择适宜生产条件的原则：
(1)既要注意外界条件对二者影响一致性,又
要注意对二者影响的矛盾性。
(2)既要注意温度、催化剂对速率影响的一致
性,又要注意催化剂的活性对温度的限制。 (3)既要注意理论上的需要,又要注意实际可
能性。
资料:硫酸工业的重要步骤是SO2的氧化。此反应用V2O5
合成氨的工业生产，满足了20世 纪人口快速增长对粮食的需求，因此 人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的 圣人”。
虽然哈伯取得了巨大的成功，但人们并不是从此就 高枕无忧了。哈伯法的不足影响着生产的经济效益，使 合成氨的大规模工业化生产仍面临困难。
如何优化合成氨
的反应条件？
哈伯的实验室装置 合成氨工厂模型
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
N2:H2
任务2
如何提高反应物的平衡转化率？
低温高压
400 ℃ ，500atm
氨 的 体 积 分 数 （ ） 压强(atm)
温度(℃) N2与H2的投料比为1:3
%
任务3
如何加快合成氨的反应速率？
压强
温度
v
浓度
催化剂
任务3
如何加快合成氨的反应速率？
根据合成氨反应的特点，你认为应该选择怎样
N2 + O2 ====
放电
2NO
K(298K)=3.84×10－31 K(298K)=4.1×106
N2 +3H2
kf kf kr kr
2NH3
为什么不使用合成氨反应进行固氮？
任务1
探究合成氨反应的可能性
自18世纪以来，许多人致力于合成氨反应的研究，但都 无功而返。20世纪初，著名物理化学家能斯特经过计算得出 结论，认为合成氨的工业化难以实现，理由是合成氨反应很 难自发进行，反应体系中氨的含量很低。你认为呢？请像能 斯特一样，用计算结果说明自己的结论。
图④
N2在催化剂表面的吸附解离是最难的一步， 也是决定总反应速率的一步。
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件 无催化剂 使用催化剂 Ea (kJ/mol) 335 167 k(催)/k(无)
3.4×1012 (700 K)
实验证明：700 K时铁触媒活性最大， 此时可使合成氨反应速率提高上万亿倍！
浓度（压强）与反应速率
氨 的 分 解 率 （ ） 温度(℃)
%
常压下不同温度时氨的分解率
任务5
外界条件 设计 氨 的 分 解 率 （ ） 温度
探究合成氨的逆反应
压强（浓度） 催化剂
600 ℃
常压
铁触媒
%
常压下不同温度时氨的分解率
温度(℃)
总结
化学反应 的方向 化学 热力学 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？ 怎样能提 高合成氨 反应速率？
空气炼金术——合成氨
N2 +3H2
百年前的哈伯合成氨实验装置
2NH3
[阅读资料]
19世纪时，一些有远见的科学家就指出：考虑到将 来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄 希望于实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来 并转化为可被利用的形式，成为一项受到众多科学家注 目和关切的重大课题。 当时最吸引人的设想有两种。比较两个反应，从工 业化生产的角度考虑，你认为哪一个更适合实现人工固 氮的工业化生产？
ΔS = -198.2J· K-1· mol-1
ΔH－TΔS
＝ -92.2kJ· mol-1 － 298K × （-198.2J· mol-1· K-1） ＝ -33.1kJ· mol-1
ΔH－TΔS ＜ 0
结论
常温时合成氨反应可以自发进行
探究
N2 +3H2
kf kf kr kr
2NH3
已知常温（298K）时:
N2 + O2 ==== N2 +3H2
kf kf kr kr
放电
2NO
K(298K)=3.84×10－31 K(298K)=4.1×106
2NH3
要实现工业化生产应该满足那些条件？
原料价廉易得 生产效率高 能耗低 对环境友好
当时人们选择的人工固氮方法主要是电弧法合成 NO ,效率很低,不能产生较大的经济效益。
合成氨反应是在催化剂表面进行的。 根据埃特尔的研究，这一过程主要经历了气体扩散、吸附、
断键解离、表面反应、脱附等步骤，可以简要表示如下。
BDCAE 。 请判断催化反应过程的正确顺序是_____________
图① A 图④
图① 图② B 图⑤
图② 图③ C
图③ 图④
图① 图③
D 图② 图④
E 图③ 图⑤
研究化学反应的工业化应用，除了
方向和限度，还有什么因素必须考虑？
反应的快慢
工业化生产应综合考虑反应物的转化率和反 应的速率，取得最佳效益。
推测影响合成氨反应速率的内因是什么？
氮气的稳定性，N≡N 很难断裂，反应所需 的活化能特别高。
研究化学反应的工业化应用，除了
方向和限度，还有什么因素必须考虑？
选择合适的温度：700K左右，该温度是为 合成氨催化剂的活性温度； 选择合适的压强: 1.0×107~1×108Pa，该压 强下进行生产，对动力、材料、设备等来说 正合适。 将氨气及时分离出来、循环操作过程