工業合成氨如何降低反應成本

1. 合成氨過程如何選擇和控制工藝條件

氨合成的生產工藝條件必須滿足產量高，消耗定額低，工藝流程及設備結構簡單，操作方便及安全可靠等要求。決定生產條件的因素是壓力、溫度、空間速度、氣體組成和催化劑等。
一、壓力
提高壓力，對氨合成反應的平衡和反應速率都是有利的，在一定的空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值越高，合成塔的生產能力也越大。氨產率是隨著壓力的升高而上升的。
氨合成壓力的高低，是影響氨合成生產中能量消耗的主要因素。氨合成系統的能量消耗主要包括原料氣壓縮功，循環氣壓縮功和氨分離的冷凍功。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加。但合成壓力提高時由於氨凈值增高，單位氨產品所需的循環氣量減少，因而循環氣壓縮功減少。同時壓力高也有利於氨的分離，在較高溫度下氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。實踐證明，操作壓力在 20~35MPa時總能量消耗較低。
二、溫度
氨合成反應必須在催化劑的存在下才能進行，而催化劑必須在一定的溫度范圍內才具有催化活性，所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內。
通常，將某種催化劑在一定生產條件下具有最高氨生成速率的溫度稱為最適宜溫度，不同的催化劑具有不同的最適宜溫度，而同一催化劑在不同的使用時期，其最適宜溫度也會改變。例如，催化劑在使用初期活性較強，反應溫度可以低些；使用中期活性減弱，操作溫度要提高；使用後期活性衰退，操作溫度要比使用中期更提高一些。此外，最適宜溫度還和空間速度，壓力等有關。
空間速度對最適宜溫度的影響。在一定空速下，開始時氨產率隨著溫度的升高而增加；達到最高點後，溫度再升高，氨產率反而降低，不同的空間速度都有一個最高點，也就是最適宜溫度。所以為了獲得最大的氨產率，合成氨的反應隨空間速度的增加而相應的提高，在最適宜溫度以外，無論是升高或降低溫度，氨產率都會下降。
催化劑層內溫度分布的理想狀況應該是降溫狀態，即進催化劑層的溫度高，出催化劑層的溫度比較低，這是一個高速反應（催化劑層上部）與最大平衡（催化劑層下部）相結合的方法，因為剛進入催化劑層的氣體中含氨量低，距離平衡又遠，需要迅速地進行合成反應以提高含氨量，因此催化劑層上部溫度高就能加快反應速率。當氣體進入催化劑層下部，氣體中含氨量已增高了，催化劑溫度低就可以降低逆反應速率，從而提高了氣體中平衡氨含量。
催化劑層中溫度分布是不均勻的，其中溫度最高的點稱為熱點。
三、空間速度
當操作壓力、溫度及進塔氣組成一定時，對於既定結構的合成塔，增加空間速度也就是增快氣體通過催化劑床層的速度，氣體與催化劑接觸時間縮短，使出塔氣中氨含量降低，即氨凈值降低。但由於氨凈值降低的程度比空間速度的增大倍數要少，所以當空速增加時，氨合成的生產強度有所提高，氨產量有所增加。在其他條件一定時，增加空間速度能提高催化劑生產強度。但空速增大，將使系統阻力增大，壓縮循環氣功耗增加，冷凍功也增大。同時，單位循環氣量的產氨量減少，所獲得的反應熱也相應減少。當單位循環氣的反應熱降到一定程度時，合成塔就難以維持「自熱」。
一般中壓法合成氨，空速在20000～40000h－1之間。
四、合成塔進塔氣體組成
合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當氫氮比為3時，可獲得最大的平衡氨濃度，但從氨的反應機理可知，氮的活性吸附是氨合成反應過程中控制步驟，因此適當提高氮氣濃度，對氨合成反應速率是有利的。在實際生產中，進塔循環氣的氫氮比控制在2.5～2.9比較合適。由於氨合成時氫氮比是按3:1而消耗的，因此補充的新鮮氣的氫氮比應控制在3，否則循環系統中多餘的氫或氮就會積累起來，造成循環氣中氫氮失調。
惰性氣體（CH4、Ar）不參加反應，但由於它的存在會降低氫氮氣的分壓，對化學平衡和反應速率都是不利的，導致氨的生成率下降。同時，由於惰性氣體不參與反應，當通過合成塔時，會將塔中的熱量帶走，造成催化劑層溫度下降，而且，還會使壓縮機作虛功。
惰性氣體來自新鮮氣。隨著合成反應的進行，惰性氣體留在循環氣中，新鮮氣又不斷補充在循環氣中，這樣循環氣中的惰性氣體會越來越多，因此必須將惰性氣體排出。生產中採用不斷排放少量循環氣的辦法來降低系統惰性氣體含量。放空量增加，可使循環氣中惰性氣體含量降低，提高合成率，但是氫和氮也隨之被排出，從而造成氫氮氣的損失增大。因此，控制循環氣中的惰性氣體含量過高或過低都是不利的。
循環氣中惰性氣體含量的控制，還與操作壓力和催化劑活性有關。操作壓力較高及催化劑活性較好時，惰性氣體含量高一些，也能獲得較高的合成率。相反，循環氣中惰性氣體含量就應該低一些。一般循環氣中惰性氣體含量控制在12%～18％較為合適。
目前一般採用冷凝法分離反應後氣體中的氨，由於不可能把循環氣中的氨完全冷凝下來，所以返回合成塔進口的氣體多少還含有一些氨。進塔氣中的氨含量，主要決定於進行氨分離時冷凝溫度和分離效率。冷凝溫度愈低，分離效果愈好，進塔氣中氨含量也就愈低。降低進塔氣中氨含量，可以加快反應速率，提高氨凈值和催化劑的生產能力。但將進口氨含量降得過低。勢必將循環氣冷至很低的溫度，使冷凍功耗增大。
合成塔進口氨含量的控制也與合成壓力有關。壓力高，氨合成反應速率快，進口氨含量可控制高些，壓力低，為保持一定的反應速率，進口氨含量應控製得低些。當採用中壓時，進塔氣中氨含量控制在3.2%～3.8％。

2. 工業合成氨的轉化率一般是多少

影響平衡移動的因素其中之一是反應物或者生成物的濃度，當把氨氣液化取出後相當於降低了生成物的濃度，也就是說讓平衡向生成氨氣的這一邊移動，就可以讓更多的反應物轉化為氨氣，即是提高了轉化率

轉化率是兩種或幾種物質轉化為令一種或幾種物質！
轉化率=(反應前該物質-反應後的該物質)/反應前的該物質！
合成率：進塔氣體中發生反應的氣體占總進塔氣體的比例

3. 工業合成氨

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名：氨氣。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收副產外，絕大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷凍劑和化工原料
生產方法 生產合成氨的主要原料有天然氣、石腦油、重質油和煤（或焦炭）等。
①天然氣制氨。天然氣先經脫硫，然後通過二次轉化，再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮氫混合氣，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1％～0.3％（體積），經甲烷化作用除去後，製得氫氮摩爾比為3的純凈氣，經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路，製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。
②重質油制氨。重質油包括各種深度加工所得的渣油，可用部分氧化法製得合成氨原料氣，生產過程比天然氣蒸氣轉化法簡單，但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化，氮作為氨合成原料外，液態氮還用作脫除一氧化碳、甲烷及氬的洗滌劑。
③煤（焦炭）制氨。隨著石油化工和天然氣化工的發展，以煤（焦炭）為原料製取氨的方式在世界上已很少採用。
用途 氨主要用於製造氮肥和復合肥料，氨作為工業原料和氨化飼料，用量約佔世界產量的12％。硝酸、各種含氮的無機鹽及有機中間體、磺胺葯、聚氨酯、聚醯胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。液氨常用作製冷劑。
貯運 商品氨中有一部分是以液態由製造廠運往外地。此外，為保證製造廠內合成氨和氨加工車間之間的供需平衡，防止因短期事故而停產，需設置液氨庫。液氨庫根據容量大小不同，有不冷凍、半冷凍和全冷凍三種類型。液氨的運輸方式有海運、駁船運、管道運、槽車運、卡車運。 1.合成氨的工藝流程
(1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料製成含氫和氮的粗原料氣。對於固體原料煤和焦炭，通常採用氣化的方法製取合成氣；渣油可採用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態烴類和石腦油，工業中利用二段蒸汽轉化法製取合成氣。
(2)凈化 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精製過程。
① 一氧化碳變換過程
在合成氨生產中，各種方法製取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為12%~40%。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。變換反應如下：
CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ
由於CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利於回收反應熱，並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轉變為CO2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應既是原料氣製造的繼續，又是凈化的過程，為後續脫碳過程創造條件。
② 脫硫脫碳過程
各種原料製取的粗原料氣，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化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否採用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業脫硫方法種類很多，通常是採用物理或化學吸收的方法，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CO變換以後，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，又是製造尿素、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。
一般採用溶液吸收法脫除CO2。根據吸收劑性能的不同，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。一類是化學吸收法，如熱鉀鹼法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。 4
③ 氣體精製過程
經CO變換和CO2脫除後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，規定CO和CO2總含量不得大於10cm3/m3(體積分數)。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精製過程。
目前在工業生產中，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合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成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(體積分數)一般應小於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，並且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應如下：
CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔ
CO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ
(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品的工序，是整個合成氨生產過程的核心部分。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由於反應後氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故採用未反應氫氮氣循環的流程。氨合成反應式如下：
N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol http://..com/question/79686092.html?fr=qrl&cid=985&index=3

4. 工業合成氨,用常壓的原因

（1）常壓下三氧化硫的含量已很高，為節約成本，無需增大壓強，因增大壓強，需要增大設備的抗壓能力，且消耗能源，
故答案為：常壓下，三氧化硫的含量已達到91%，從降低成本考慮，沒有必要再加壓；
（2）工業合成氨的反應是可逆的，選擇500℃左右的較高溫度能使反應逆向進行，不利於化學平衡的正向移動，使用該溫度主要是考慮催化劑的催化效率以及反應速率等知識，所以工業合成氨選擇反應條件為500℃的主要原因是催化劑催化效率高、反應速率快，故答案為：催化劑催化效率高、反應速率快；
（3）沸騰爐中出來的混合氣中含有很多雜質，能夠引起催化劑中毒，所以防止催化劑中毒，故答案為：防止催化劑中毒．

5. 合成氨工業中分離氨氣的方法

合成氨工業中分離氨氣的方法——降低溫度使氨氣液化儲存在鋼瓶中。

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨，為一種基本無機化工流程。現代化學工業中，氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料。合成氨工業在20世紀初期形成，開始用氨作火炸葯工業的原料，為戰爭服務，第一次世界大戰結束後，轉向為農業、工業服務。隨著科學技術的發展，對氨的需要量日益增長。
1、合成氨的反應特點
①可逆反應；②正反應是放熱反應；③正反應是氣體體積減小的反應。[1]
根據化學反應速率的知識，得知升溫、增大壓強、及使用催化劑都可以使合成氨的化學反應速率增大；降溫、增大壓強可以提高平衡時混合物中氨氣的含量。
2、合成氨的工藝條件：
（1）壓強
有研究表明，在400°C，壓強超過200MPa時，不使用催化劑，氨便可以順利合成，但實際生產中，太大的壓強需要的動力就大，對材料要求也會增高，這就增加了生產成本，因此，受動力材料設備影響，目前我國合成氨廠一般採用20MPa~50MPa.
（2）溫度
從理想條件來看，氨的合成在較低溫度下進行有利，但溫度過低，反應速率會很小，並且在500°C時催化劑鐵觸媒的活性最大，故在實際生產中，一般選用500°C。
（3）催化劑
採用鐵觸媒（以鐵為主，混合的催化劑），鐵觸媒在500°C時活性最大，這也是合成氨選在500°C的原因。
最後，製得的氨量也不算多，還可以採取迅速冷卻，使氣態氨變為液態氨。也可原料重復利用。
但對於合成氨反應中的鐵催化劑，O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復，因此這種中毒是暫時性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒後，往往完全失去活性，這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設備，提高成本。因此，研製具有較強抗毒能力的新型催化劑，是一個重要的課題。
3、工業制氨
①天然氣制氨。天然氣先經脫硫，然後通過二次轉化，再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮氫混合氣，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%～0.3%（體積），經甲烷化作用除去後，製得氫氮摩爾比為3的純凈氣，經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路，製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。
②重質油制氨。重質油包括各種深度加工所得的渣油，可用部分氧化法製得合成氨原料氣，生產過程比天然氣蒸氣轉化法簡單，但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化，氮作為氨合成原料外，液態氮還用作脫除一氧化碳、甲烷及氬的洗滌劑。
③煤（焦炭）制氨。隨著石油化工和天然氣化工的發展，以煤（焦炭）為原料製取氨的方式在世界上已很少採用。
4、氨氣的用途
氨主要用於製造氮肥和復合肥料，氨作為工業原料和氨化飼料，用量約佔世界產量的12%。硝酸、各種含氮的無機鹽及有機中間體、磺胺葯、聚氨酯、聚醯胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。液氨常用作製冷劑。
貯運
商品氨中有一部分是以液態由製造廠運往外地。此外，為保證製造廠內合成氨和氨加工車間之間的供需平衡，防止因短期事故而停產，需設置液氨庫。液氨庫根據容量大小不同，有不冷凍、半冷凍和全冷凍三種類型。液氨的運輸方式有海運、駁船運、管道運、槽車運、卡車運。

6. 工業生產中常利用連續生產等方法來提高生產效率，降低成本．圖1是工業合成氨與制備硝酸的流程：（1）簡述

（1）空氣中含有大量的氮氣，所以生成氨氣的原料N₂來源於空氣，H₂來源於焦炭與水蒸氣的反應產物水煤氣，
故答案為：N₂來源於空氣，H₂來源於焦炭與水蒸氣的反應；
（2）硝酸鎂加入到蒸餾塔中作吸水劑，濃硫酸能吸水，而且難揮發，所以選用濃硫酸，故答案為：A；
（3）由圖可知低溫主要產物為氮氣N₂，
生成NO的反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，NO的轉化率下降，
合成塔反應過程中產生NO，為充分利用，補充空氣會進一步與NO反應生成硝酸，
故答案為：N₂；生成NO的反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，NO的產率下降；進一步與NO反應生成硝酸；
（4）由題目信息可知，NO、NO₂二者混合物與水反應生成亞硝酸，反應方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；
亞硝酸再與尿素反應生成CO₂和N₂，反應方程式為CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，
故答案為：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O．

7. 合成氨時採用循環操作，可提高原料的利用率能用勒夏特原理解釋嗎，為什麼

能解釋。將反應產物分離後，未反應的氣體循環回到反應器反應時，反應產物就少了，有利於反應向平衡右側移動。
工業上反應溫度高，是因為高溫加快反應的速度，否則即使低溫有利於平衡向右，但是達到平衡的時間會極長。溫度上反應低溫有利的是反應器的取熱，即反應器內溫度一開始是升高的，但是必須要撤走熱量，才能促使反應進程加深，因此反應器出口溫度（即反應終點溫度）是低於反應器前半段溫度的，而且出口溫度越低越有利於轉化率提高。

8. 工業合成氨最適宜的條件是什麼

1、壓強

研究表明在400°C，壓強超過200MPa時，不使用催化劑，氨便可以順利合成，但實際生產中，太大的壓強需要的動力就大，對材料要求也會增高，這就增加了生產成本，因此，受動力材料設備影響，目前我國合成氨廠一般採用20MPa~50MPa.

2、溫度

從理想條件來看，氨的合成在較低溫度下進行有利，但溫度過低，反應速率會很小，並且在500°C時催化劑鐵觸媒的活性最大，故在實際生產中，一般選用500°C。

3、催化劑

採用鐵觸媒（以鐵為主，混合的催化劑），鐵觸媒在500°C時活性最大，這也是合成氨選在500°C的原因。最後，製得的氨量也不算多，還可以採取迅速冷卻，使氣態氨變為液態氨。也可原料重復利用。

(8)工業合成氨如何降低反應成本擴展閱讀：

催化劑

採用鐵觸媒（以鐵為主，混合的催化劑），鐵觸媒在500°C時活性最大，這也是合成氨選在500°C的原因。

最後，製得的氨量也不算多，還可以採取迅速冷卻，使氣態氨變為液態氨。也可原料重復利用。

但對於合成氨反應中的鐵催化劑，O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復，因此這種中毒是暫時性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。

催化劑中毒後，往往完全失去活性，這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設備，提高成本。因此，研製具有較強抗毒能力的新型催化劑，是一個重要的課題。

9. 高中化學 工業合成氨氣 鐵觸媒 的作用原理 （它能降低反應所需的活化能嘛他是不

活化能是在化學反應中，為了使反應發生必須對反應物增加的能量。解釋你的問題，首先需要明白，本身的質量和化學性質在化學反應前後都沒有發生改變的催化劑，本身參與了反應沒有？事實上，催化劑本身是發生了反應了的。表面表現上「降低」了的活化能，事實上，只是因為底物和催化劑發生的反應，所需要的化學能比較低。而其後，發生的反應生成了催化劑，所需活化能也較低，也就是催化劑一直在發生反應，但是生成了等量的催化劑，只是總體沒有發生改變而已。這樣也就理解了催化劑「改變」活化能的原因。因為考慮的不是同一個反應

10. 以上為合成氨反應,為了增加氨氣的產量,同時降低成本,你可以採用哪些措施

勒夏特列原理用來解釋平衡移動,加催化劑只能提高反應速率,平衡不移動.