合成氨的工藝原理

合成氨是一個放熱反應(yīng)，按照勒夏特列原理，降低溫度有利于提高氨氣產(chǎn)率。實(shí)際工業(yè)中取高溫是為了最大發(fā)揮催化劑的活性。且催化劑不影響化學(xué)平衡，所以本題選A

合成氨的工藝原理蒸汽轉(zhuǎn)換法

合成氨的工藝流程

　　(1)原料氣制備將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣;渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣;對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。

　　(2)凈化對粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。

　　①一氧化碳變換過程在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有co，其體積分?jǐn)?shù)一般為120合成氨需要的兩種組分是h2和n2，因此需要除去合成氣中的co。變換反應(yīng)如下：co+h2o→h2+co2 δh=-41.2kj/mol

　　由于co變換過程是強(qiáng)放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余co含量。第一步是高溫變換，使大部分co轉(zhuǎn)變?yōu)閏o2和h2;第二步是低溫變換，將co含量降至0.3右。因此，co變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

　?、诿摿蛎撎歼^程各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(selexol)等。

　　粗原料氣經(jīng)co變換以后，變換氣中除h2外，還有co2、co和ch4等組分，其中以co2含量最多。co2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中co2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。

　　一般采用溶液吸收法脫除co2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化mdea法，mea法等。

　?、蹥怏w精制過程經(jīng)co變換和co2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的co和co2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定co和co2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(<-100℃)條件下用液氮吸收分離少量co，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量co、co2與h2反應(yīng)生成ch4和h2o的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))一般應(yīng)小于0.7甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(co+co2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分h2，并且增加了惰性氣體ch4的含量。甲烷化反應(yīng)如下：

　　co+3h2→ch4+h2o=-206.2kj/mol0298hδ

　　co2+4h2→ch4+2h2o=-165.1kj/mol0298hδ

　　(3)氨合成將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有100故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。氨合成反應(yīng)式如下：

　　n2+3h2→2nh3(g)=-92.4kj/mol

合成氨的工藝原理綜述

　　工業(yè)合成氨反應(yīng)：3H2+N2=2NH3 （反應(yīng)條件：高溫高壓催化劑作用下）注：催化劑為鐵觸媒?！　√烊粴庵瓢薄Ｌ烊粴庀冉?jīng)脫硫，然后通過二次轉(zhuǎn)化，再分別經(jīng)過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮?dú)浠旌蠚?，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%～0.3%（體積），經(jīng)甲烷化作用除去后，制得氫氮摩爾比為3的純凈氣，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮而進(jìn)入氨合成回路，制得產(chǎn)品氨。以石腦油為原料的合成氨生產(chǎn)流程與此流程相似。

合成氨的工藝原理是什么

在大自然中催化劑也起著極其重要的作用，不過它在那兒叫做酶。在物質(zhì)代謝中酶的作用是優(yōu)化一定的化學(xué)反應(yīng)，它是有選擇性的：從許許多多的供給物中選擇某種類型的分子，并將它轉(zhuǎn)化成一定的產(chǎn)品，此外這種極佳的化學(xué)反應(yīng)能在很溫和的條件下進(jìn)行。

人工制造的催化劑大多數(shù)不具備很強(qiáng)的針對性，在其工作時常常需要相對較高的溫度或壓力，但盡管如此它對保持化學(xué)合成的有效性以及生產(chǎn)成本的合理性起著決定性的作用，許多化學(xué)反應(yīng)只有通過催化劑才能順利進(jìn)行。

對此我們來舉一個例子：氨(NH3)由空氣中的氮(N2)和氫(H2)合成，幾十年來全世界采用哈柏-博許法生產(chǎn)了大量的氨，大約有85%的氨還被繼續(xù)加工成化肥?；瘜W(xué)家哈柏研究出了氨的合成法，后由企業(yè)家博許發(fā)展而轉(zhuǎn)化成大工業(yè)化的生產(chǎn)方式，并在1914年由巴斯夫公司采用這一方法生產(chǎn)。

這里人們將氮?dú)?空氣中)和氫氣(水和天然氣)的混合物加熱至大約500℃的高溫，并讓它在大約20000千帕的氣壓下流經(jīng)含有微量鉀、鈣、鋁等的鐵屑催化劑，這時這兩種氣體按下列反應(yīng)公式化合成氨：

合成氨的工藝原理圖解

催化劑是一種它能夠加速反應(yīng)的速率而自身不改變物質(zhì)。它能夠誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生改變，而使化學(xué)反應(yīng)變快或者在較低的溫度環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在有催化劑的環(huán)境下，分子只需較少的能量即可完成化學(xué)反應(yīng)。 催化劑在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中占有極其重要的地位，現(xiàn)在幾乎有半數(shù)以上的化工產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程里都采用催化劑。例如，合成氨生產(chǎn)采用鐵催化劑，硫酸生產(chǎn)采用釩催化劑，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產(chǎn)中，都采用不同的催化劑。 目前認(rèn)為，合成氨反應(yīng)的一種可能機(jī)理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進(jìn)行化學(xué)吸附，使氮原子間的化學(xué)鍵減弱。接著是化學(xué)吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用，在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨。上述反應(yīng)途徑可簡單地表示為： xFe + N2→FexN FexN +［H］吸→FexNH FexNH +［H］吸→FexNH2 FexNH2 ＋［H］吸FexNH3xFe+NH3 在無催化劑時，氨的合成反應(yīng)的活化能很高，大約335 kJ/mol。加入鐵催化劑后，反應(yīng)以生成氮化物和氮?dú)浠飪蓚€階段進(jìn)行。第一階段的反應(yīng)活化能為126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二階段的反應(yīng)活化能為13 kJ/mol。由于反應(yīng)途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物），降低了反應(yīng)的活化能，因而反應(yīng)速率加快了。

合成氨生產(chǎn)的基本原理

氨氣制法，是一種化學(xué)制作氨氣的方法，反應(yīng)原理：2NH4Cl+Ca(OH)2==△==CaCl2+2NH3↑+2H2O。氨氣是實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)中的常用氣體。制取氨氣的方法主要有加熱固體氯化銨與熟石灰的混合物，然后將氣體收集起來。

合成氨的生產(chǎn)原理

合成氨是N2+3H2==2NH3吧，加入氨氣反應(yīng)物濃度增大平衡正向移動從壓強(qiáng)的角度上講也是正向移動的（1+3大于2）。后面兩個問題不是很擅長錯了請小力拍……N2%增大（勒夏特列原理）H2%減小NH3%增大轉(zhuǎn)化率的話這個反應(yīng)有多種反應(yīng)物濃度增大的反應(yīng)物自身轉(zhuǎn)化率降低H2轉(zhuǎn)化率升高應(yīng)該是這樣的吧（轉(zhuǎn)化率也學(xué)得不好的路過--

合成氨的工藝原理圖

電化學(xué)N2還原合成氨過程取決于N2與電催化劑表面的多步反應(yīng)路徑和吸附模式。

N2還原途徑和機(jī)理,即解離機(jī)制、締合機(jī)制。

解離機(jī)制原理:先破壞N≡N鍵再加氫反應(yīng),能量消耗極高;

締合機(jī)制原理:在N≡N一端或兩端加H再破壞N≡N,可減少能量消耗并提高催化效率。根據(jù)加H機(jī)制的不同,締合機(jī)制分為交替機(jī)制和末端機(jī)制。