第三章 合成氨生产PPT课件
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化学工艺学课件-合成氨
n 1 2
CnH2n+2+
H2O=
3 4
n 1 4
3n 1 CH4+ 4
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
14
烃类稳定性
比较ΔGf , CH4 最稳定
生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：
CH4＋H2O CH4＋2H2O CO＋H2O CO2＋CH4 CO＋3H2 CO2＋4H2 CO2＋H2 2CO＋2H2
湿基浓度
1 x 1 m 2x
CO2 H2
H2O
y 3x+y
m-x-y 1+3x+y 1+m+2x
m x y 1 m 2x
干 湿
100% 100%
注意：干湿基
20
Kp1
Kp2
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
( x y )( 3 x y ) 3 p / p 2 ( ) (1 x)( m x y ) 1 m 2 x
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
17
甲烷蒸汽转化反应理论基础
1 热力学分析
CH4＋H2O = CO＋3H2 CO＋H2O = CO2＋H2
Kp1
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O p
2
Kp 2
pCO2 p H 2 pCO p H 2O
Kp1 exp(27464/ T 30.707) Kp2 exp(45778 / T 4.33)....... 873K . T Kp2 exp(408402 / T 3.765).... 873K . T
CnH2n+2+
H2O=
3 4
n 1 4
3n 1 CH4+ 4
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
14
烃类稳定性
比较ΔGf , CH4 最稳定
生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：
CH4＋H2O CH4＋2H2O CO＋H2O CO2＋CH4 CO＋3H2 CO2＋4H2 CO2＋H2 2CO＋2H2
湿基浓度
1 x 1 m 2x
CO2 H2
H2O
y 3x+y
m-x-y 1+3x+y 1+m+2x
m x y 1 m 2x
干 湿
100% 100%
注意：干湿基
20
Kp1
Kp2
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
( x y )( 3 x y ) 3 p / p 2 ( ) (1 x)( m x y ) 1 m 2 x
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
17
甲烷蒸汽转化反应理论基础
1 热力学分析
CH4＋H2O = CO＋3H2 CO＋H2O = CO2＋H2
Kp1
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O p
2
Kp 2
pCO2 p H 2 pCO p H 2O
Kp1 exp(27464/ T 30.707) Kp2 exp(45778 / T 4.33)....... 873K . T Kp2 exp(408402 / T 3.765).... 873K . T
工业合成氨简易流程ppt课件
K p 1 py1 H .y 5 2N y 3N 0 H .5 2(1 yy i Ny 3N H 3) H 2(r p r 1 1 .)5 2
(1yy i Ny3H N3H )2Kpp(rr 1.1 5)2
影响平衡氨含量的要素
a．压力和温度的影响
当r＝3时， yi =0时，不同温度、 压力下的平衡氨含量值如下表：
快，外分散影响可忽略，但内分散阻力不能忽视，内分散速率影响氨 合成反响的速率。改动催化剂粒度，调理对反响速率的影响。
第二节 氨合成催化剂
氨合成反响必需用催化剂，没有催化剂，即使 在很高压力下反响速度也很小，生成的氨浓度很低。 可以作氨合成催化剂的物质很多，如锇〔Os〕、 铁(Fe)、锰(Mn)、钨(W)和铀(U)等。但由于以铁为 主体的催化剂具有原料来源广、价钱低廉、在低温 下有较好的活性、抗毒才干强、运用寿命长等优点， 广泛采用。
氧及含氧的化合物 CO、CO2、H2O
毒物
永久毒物
硫及其化合物 氯及其化合物 磷及其化合物
催化剂的改良： ①降低活性温度 ②改动外形降低 催化剂床层阻 力，节省功耗。
砷及其化合物
第三节 氨合成的工艺条件
❖ 前面讨论过氨合成的热力学、动力学及催化剂，实践消费 过程中，反响不能够到达平衡，合成工艺参数的选择除了 思索平衡氨含量外，还要综合思索反响速率、催化剂运用 特性以及系统的消费才干、原料和能量耗费等，以期到达 良好的技术经济目的。需求选择氨合成的工艺参数。
确定复原条件的原那么：
使四氧化三铁充分复原为α-Fe， 使复原生成的铁结晶不因重结晶而长大，以保证有最大的 比外表积和更多的活性中心。
3、影响复原质量的要素
装入氨合成塔的催化剂在运用前需求进展H2复原，使四氧化 三铁变为α-Fe 微晶才有活性。复原条件应使铁充分被复原，复原 后比外表积最大。 ◆复原温度，复原为吸热反响，提高温度利于平衡右移，复原速 度快，但生成的α-Fe 微晶颗粒较大，比外表积降低；复原温度过 低，复原速度慢，复原时间长，复原不彻底。复原温度略低于合 成氨操作温度。 ◆ 复原压力，提高复原压力，相当于提高H2分压，反响速度快， 同时可使氨合成反响进展，放出部分热量弥补电加热器。但也提 高了H2O的分压，添加了催化剂反复氧化复原程度，普通选1020MPa；
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。
化学工艺学课件合成氨工艺30页PPT
生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢你的阅读
化学工艺学课件合成氨工艺
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢你的阅读
化学工艺学课件合成氨工艺
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
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。
【化学】合成氨ppt课件
浓度：将生成的氨及时从混合气中分别出来， 且向循环气中不断补充 N2、H2〔1:3)。
7、选择适宜消费条件的原那么：
(1)既要注不测界条件对二者影响一 致性,又要留意对二者影响的矛盾性。 (2)既要留意温度、催化剂对速率影 响的一致性,又要留意催化剂的活性 对温度的限制。 (3)既要留意实际上的需求,又要留意 实践能够性。
含 量 强 105 107 107 107 107 108
温度
Pa Pa Pa Pa Pa Pa
2000C
15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
3000C0 64.2 71.0 84.2 92.6 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
练习:
1、在合成氨工业中，为添加氨的日 产量，以下变化过程中不能使平衡 向右挪动的是〔 〕 A. 不断将氨分别出来
B. 运用催化剂 C. 采用5000C左右的温度 D. 采用2×107～5×107Pa的压强
2. 接触法制硫酸时，SO2催化氧化适 宜的温度是5000C,其理由是 (1)_加__快__反_响__速_率______(2)_提_高__催_化__剂__活_性___ (3)_温_度__过_高__不__利_于__S_O_3_生_成。此反响是气体 体积减少的反响，但工业消费中并未 采用加压措施的缘由是_常__压__下_S_O_2_转__化_, 为提高SO2的转化率，工率业曾上经常很高运用 的方法是_通_入__过__量_空__气_____。
3、 工业上用以合成氨的原料之一 ——
氢气，有一种来源是取自石油气。有人
设计了以下反响途径，假设反响都能进
7、选择适宜消费条件的原那么：
(1)既要注不测界条件对二者影响一 致性,又要留意对二者影响的矛盾性。 (2)既要留意温度、催化剂对速率影 响的一致性,又要留意催化剂的活性 对温度的限制。 (3)既要留意实际上的需求,又要留意 实践能够性。
含 量 强 105 107 107 107 107 108
温度
Pa Pa Pa Pa Pa Pa
2000C
15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
3000C0 64.2 71.0 84.2 92.6 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
练习:
1、在合成氨工业中，为添加氨的日 产量，以下变化过程中不能使平衡 向右挪动的是〔 〕 A. 不断将氨分别出来
B. 运用催化剂 C. 采用5000C左右的温度 D. 采用2×107～5×107Pa的压强
2. 接触法制硫酸时，SO2催化氧化适 宜的温度是5000C,其理由是 (1)_加__快__反_响__速_率______(2)_提_高__催_化__剂__活_性___ (3)_温_度__过_高__不__利_于__S_O_3_生_成。此反响是气体 体积减少的反响，但工业消费中并未 采用加压措施的缘由是_常__压__下_S_O_2_转__化_, 为提高SO2的转化率，工率业曾上经常很高运用 的方法是_通_入__过__量_空__气_____。
3、 工业上用以合成氨的原料之一 ——
氢气，有一种来源是取自石油气。有人
设计了以下反响途径，假设反响都能进
人工固氮技术—合成氨完整ppt课件
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）。
.
15
工业合成氨的工业流程1
.
16
工业合成氨的工业流程2
.
17
三.合成氨工业的发展
• 阅读书本Ｐ１４～Ｐ１５页后总结．
用途：①制造染料 ②制造人造纤维 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
.
7
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．
.
8
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）。
.
5
三.自主学习：
人们常说雷雨发庄家，你能用化学原理加以解释吗？
放电或高温
N2 + O2 ==== 2NO 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
雷雨发庄稼
.
6
1、含氮化合物在生活中的意义和用途：
意义：①氮是植物生长必不可少的元素之一。 ②农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。
而获得氮气催化;剂另一种方法是将空气中催的化氧剂 气与 碳CH作4+用H2生O 成==二= 3氧H化2+C碳O,再除CH去4+二2H氧2O化=碳==得4氮H2气+C。O2
.
13
（二）原料气净化
想一想:制取原料气的过程中常混有的气体杂质 有哪些？用什么方法除去杂质气体？
.
15
工业合成氨的工业流程1
.
16
工业合成氨的工业流程2
.
17
三.合成氨工业的发展
• 阅读书本Ｐ１４～Ｐ１５页后总结．
用途：①制造染料 ②制造人造纤维 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
.
7
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．
.
8
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）。
.
5
三.自主学习：
人们常说雷雨发庄家，你能用化学原理加以解释吗？
放电或高温
N2 + O2 ==== 2NO 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
雷雨发庄稼
.
6
1、含氮化合物在生活中的意义和用途：
意义：①氮是植物生长必不可少的元素之一。 ②农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。
而获得氮气催化;剂另一种方法是将空气中催的化氧剂 气与 碳CH作4+用H2生O 成==二= 3氧H化2+C碳O,再除CH去4+二2H氧2O化=碳==得4氮H2气+C。O2
.
13
（二）原料气净化
想一想:制取原料气的过程中常混有的气体杂质 有哪些？用什么方法除去杂质气体？
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炼厂气、轻油、重油，以及煤、焦等与水蒸气作用。 原则流程合成
原料→ 造气 净化 合成 分离 氨
循环气
§2 原料气的生产
以煤或焦炭为原料——固体燃料气化法 原理： 2C+O2+3.76N2==2CO+3.76N2+248.7kJ +) 5C+5H2O==5CO+5H2-657.0kJ 7C+3.76N2+5H2O+O2==7CO+3.76N2+5H2-408.3kJ 补充热量： C+O2（N2）=CO2
01.5R0.5(1(R1)2R)R41.52(1R)
1.5R0.5(1R)2R1.5
(1R)3
0
1.5R0.5(1R)2R1.5 0 1.5(1R)2R0 R3
P增加，kp随R变化，y最大时的 R值为2.68-2.90
18
➢T的影响：T升高，Kp减小，L减小，y下降。 ➢P的影响：P增加，L增加，y增大。
250
2000
脱碳
变换气中有大量CO2，将影响合成，另外，CO2 是尿素、碳酸钠、碳酸氢铵的原料，必须分离、回
收。
物理吸收：加压水洗，低温甲醇洗(CO2含量从 33%降到10μg/g)等。
化学吸收：氨水（小厂）、有机胺、改良热钾碱
法（大中型厂, CO2含量从20-28%降到0.2-0.4%） 等吸收。
+ + 4C3 ) u 4 2(+N 22 O H HQ
+ 2Cu 3)2 ( +NHH-S
+ + C2S u 2N 4+H2N 3 H
➢ 甲烷化法—CO+H2生成甲烷（镍催化剂，碳化物量 为10μg/g）
➢ 低温净化法—如液氨洗涤
§4 氨合成的热力学基础
反应 0 .5 N 2 + 1 .5 H 2 N H 3 + 4 6 .2 2 k J
吸收 2-3MPa,85-100
+ + K2CO 3 CO2 H2O
2KH3CO
解 吸 10-30KPa,105-110
精制 ➢ 铜洗法—醋酸铜氨液洗涤法（碳化物量为100μg/g）
+ + CO Cu3 ( )2A Nc HN H 3
+ [Cu3)3 (CNOH)Q Ac
+ ++ 4C3 u ) 2 A (c N 44 H N + H 43 NO H 2
令：L
Kp
p
R1.5
1 R2
L1yy yi2
若：yi=0，则
yL1yyi2
y L 1 y 2 L ( 1 2 y y 2 ) L 2 L L y 2 y
L(2L1)yL2y0 (2L1) (2L1)24L2
y 2L
y是T、P、R及yi的函 数
影响y的因素
➢ 氢氮比R：当y有极大值时，dy/dR＝
R(1 y yi) R1
p py N3H ,T
K p 0.5 1.5 p p py py N2T , H2,T
0.5 N2
1.5 H2
y
py y 1.5 0.5 H2 N2
pR(1 Ry1 yi)y1.51Ry1yi0.5
p
R1.5
1R2
y
1
y
yi
2
R1.5
Kpp1R2
1yyyi2
特点：可逆、放热、体积缩小 反应热与温度、压力和气体组成有关。随压力增 大而增加，随温度提高而增加。
平衡常数：
f p NH3,T
K f
0.5 1.5
f f p p N2 H2,T
NH3,T
0.5 1.5 N2 H2,T
NH3,T
0.5 1.5 N2 H2,T
KKp
压强很小时，Kγ≈1，Kf≈Kp
1 烟道气预热器；2 脱硫槽；3 一段反应管；4 一段转化炉；
5 二段转化炉；6 废热锅炉
6
以重质油为原料——部分氧化法
7
§3 原料气的净化
脱硫 硫将使催化剂中毒、腐蚀设备管道等 脱硫的方法 干法：ZnO，活性炭，分子筛等。效果好但 处理量小。 湿法：碱性物质或氧化剂溶液洗涤（氨水、 碳酸盐、乙醇胺、蒽醌二磺酸钠、砷碱法 等）。处理量大，但效果差，特别是有机硫 的脱除能力差。
1912年，德国建成第一个日产30吨的合成氨厂。
我国1997年生产3008万吨，2010年生产5221万吨 （全球1.57亿吨）
2
原料：氮气、氢气
原料制取 电解制氢法：电解水制氢。此法耗电极多。 低温分离法：以空气和焦炉气为原料，通过低温
去杂质而获得氢氮混合气。 燃料高温转化法：燃料可以是天然气、油田气、
合成氨生产
§1 概述
氨的合成是人类从自然界制取含氮化合物的最重要 方法。
氨是肥料，又是生产化肥（尿素、硫酸铵、硝酸铵、 碳酸氢铵等）、无机物（硝酸、纯碱等）、有机物、 燃料、炸药（硝酸铵、硝化甘油、硝化纤维等）、 医药、合成纤维、塑料等的原料或工作介质。
1901年，法国物理化学家吕.查得利提出氨的合成条 件是高温、高压、催化剂存在。
4
生产流程 空气吹风—送风 发热 39-48.6 S 上吹制气—制气 43.2-50.4 S 下吹制气—制气 64.8-72.0 S 二次上吹—制气 10.8 S 空气吹净—制气 5.4 S
5
以天然气为原料——烃类蒸汽转化法 优点：含氢量高，含CO低，杂质少，后继过程负担轻； 二级转化的转化率高（99％）；加压转化，节能。
➢惰气含量的影响：L不变时，yi 减小，y增大。
0pKpddR(1R 1R .5)2
(1yyi)22y(1yyi)(1)dy
(1yyi)4
dR
(1(1yyyi)yi)32yddR y
d d R y0(1( 1 y y yi)yi )3 2ypp K d d(R 1R 1 R .5)2
1 y y i 0 p 0 K p 0
17
d R1.5 dR(1R)2
平衡时氨的浓度
设yH2,yN2,yi,y分别表示H2、N2 、惰气、NH3的摩 尔2+yN2+yi+y＝1, y＝1-yH2-yN2-yi
yN2 1yyiyH2 1yyiRN y2
yN2
1yyi R1
yH2
1 y yi
yH2 R
yH2
1 y yi 11/ R
8
原料气的变换
+ COH 2O
+ + C2 O H 2 41kJ/m ol
操作条件:
催化剂组成
活性 H2O/CO 空速 转化率 温度
Fe2O3,MgO, Cr2O3,K2O
380- 3-5 550
300- 80-90 400
CuO,ZnO,Cr2O3 180- 6-10 1000- 96-99
原料→ 造气 净化 合成 分离 氨
循环气
§2 原料气的生产
以煤或焦炭为原料——固体燃料气化法 原理： 2C+O2+3.76N2==2CO+3.76N2+248.7kJ +) 5C+5H2O==5CO+5H2-657.0kJ 7C+3.76N2+5H2O+O2==7CO+3.76N2+5H2-408.3kJ 补充热量： C+O2（N2）=CO2
01.5R0.5(1(R1)2R)R41.52(1R)
1.5R0.5(1R)2R1.5
(1R)3
0
1.5R0.5(1R)2R1.5 0 1.5(1R)2R0 R3
P增加，kp随R变化，y最大时的 R值为2.68-2.90
18
➢T的影响：T升高，Kp减小，L减小，y下降。 ➢P的影响：P增加，L增加，y增大。
250
2000
脱碳
变换气中有大量CO2，将影响合成，另外，CO2 是尿素、碳酸钠、碳酸氢铵的原料，必须分离、回
收。
物理吸收：加压水洗，低温甲醇洗(CO2含量从 33%降到10μg/g)等。
化学吸收：氨水（小厂）、有机胺、改良热钾碱
法（大中型厂, CO2含量从20-28%降到0.2-0.4%） 等吸收。
+ + 4C3 ) u 4 2(+N 22 O H HQ
+ 2Cu 3)2 ( +NHH-S
+ + C2S u 2N 4+H2N 3 H
➢ 甲烷化法—CO+H2生成甲烷（镍催化剂，碳化物量 为10μg/g）
➢ 低温净化法—如液氨洗涤
§4 氨合成的热力学基础
反应 0 .5 N 2 + 1 .5 H 2 N H 3 + 4 6 .2 2 k J
吸收 2-3MPa,85-100
+ + K2CO 3 CO2 H2O
2KH3CO
解 吸 10-30KPa,105-110
精制 ➢ 铜洗法—醋酸铜氨液洗涤法（碳化物量为100μg/g）
+ + CO Cu3 ( )2A Nc HN H 3
+ [Cu3)3 (CNOH)Q Ac
+ ++ 4C3 u ) 2 A (c N 44 H N + H 43 NO H 2
令：L
Kp
p
R1.5
1 R2
L1yy yi2
若：yi=0，则
yL1yyi2
y L 1 y 2 L ( 1 2 y y 2 ) L 2 L L y 2 y
L(2L1)yL2y0 (2L1) (2L1)24L2
y 2L
y是T、P、R及yi的函 数
影响y的因素
➢ 氢氮比R：当y有极大值时，dy/dR＝
R(1 y yi) R1
p py N3H ,T
K p 0.5 1.5 p p py py N2T , H2,T
0.5 N2
1.5 H2
y
py y 1.5 0.5 H2 N2
pR(1 Ry1 yi)y1.51Ry1yi0.5
p
R1.5
1R2
y
1
y
yi
2
R1.5
Kpp1R2
1yyyi2
特点：可逆、放热、体积缩小 反应热与温度、压力和气体组成有关。随压力增 大而增加，随温度提高而增加。
平衡常数：
f p NH3,T
K f
0.5 1.5
f f p p N2 H2,T
NH3,T
0.5 1.5 N2 H2,T
NH3,T
0.5 1.5 N2 H2,T
KKp
压强很小时，Kγ≈1，Kf≈Kp
1 烟道气预热器；2 脱硫槽；3 一段反应管；4 一段转化炉；
5 二段转化炉；6 废热锅炉
6
以重质油为原料——部分氧化法
7
§3 原料气的净化
脱硫 硫将使催化剂中毒、腐蚀设备管道等 脱硫的方法 干法：ZnO，活性炭，分子筛等。效果好但 处理量小。 湿法：碱性物质或氧化剂溶液洗涤（氨水、 碳酸盐、乙醇胺、蒽醌二磺酸钠、砷碱法 等）。处理量大，但效果差，特别是有机硫 的脱除能力差。
1912年，德国建成第一个日产30吨的合成氨厂。
我国1997年生产3008万吨，2010年生产5221万吨 （全球1.57亿吨）
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原料：氮气、氢气
原料制取 电解制氢法：电解水制氢。此法耗电极多。 低温分离法：以空气和焦炉气为原料，通过低温
去杂质而获得氢氮混合气。 燃料高温转化法：燃料可以是天然气、油田气、
合成氨生产
§1 概述
氨的合成是人类从自然界制取含氮化合物的最重要 方法。
氨是肥料，又是生产化肥（尿素、硫酸铵、硝酸铵、 碳酸氢铵等）、无机物（硝酸、纯碱等）、有机物、 燃料、炸药（硝酸铵、硝化甘油、硝化纤维等）、 医药、合成纤维、塑料等的原料或工作介质。
1901年，法国物理化学家吕.查得利提出氨的合成条 件是高温、高压、催化剂存在。
4
生产流程 空气吹风—送风 发热 39-48.6 S 上吹制气—制气 43.2-50.4 S 下吹制气—制气 64.8-72.0 S 二次上吹—制气 10.8 S 空气吹净—制气 5.4 S
5
以天然气为原料——烃类蒸汽转化法 优点：含氢量高，含CO低，杂质少，后继过程负担轻； 二级转化的转化率高（99％）；加压转化，节能。
➢惰气含量的影响：L不变时，yi 减小，y增大。
0pKpddR(1R 1R .5)2
(1yyi)22y(1yyi)(1)dy
(1yyi)4
dR
(1(1yyyi)yi)32yddR y
d d R y0(1( 1 y y yi)yi )3 2ypp K d d(R 1R 1 R .5)2
1 y y i 0 p 0 K p 0
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d R1.5 dR(1R)2
平衡时氨的浓度
设yH2,yN2,yi,y分别表示H2、N2 、惰气、NH3的摩 尔2+yN2+yi+y＝1, y＝1-yH2-yN2-yi
yN2 1yyiyH2 1yyiRN y2
yN2
1yyi R1
yH2
1 y yi
yH2 R
yH2
1 y yi 11/ R
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原料气的变换
+ COH 2O
+ + C2 O H 2 41kJ/m ol
操作条件:
催化剂组成
活性 H2O/CO 空速 转化率 温度
Fe2O3,MgO, Cr2O3,K2O
380- 3-5 550
300- 80-90 400
CuO,ZnO,Cr2O3 180- 6-10 1000- 96-99