工业合成氨如何降低反应成本

1. 合成氨过程如何选择和控制工艺条件

氨合成的生产工艺条件必须满足产量高，消耗定额低，工艺流程及设备结构简单，操作方便及安全可靠等要求。决定生产条件的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等。
一、压力
提高压力，对氨合成反应的平衡和反应速率都是有利的，在一定的空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值越高，合成塔的生产能力也越大。氨产率是随着压力的升高而上升的。
氨合成压力的高低，是影响氨合成生产中能量消耗的主要因素。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。提高操作压力，原料气压缩功增加。但合成压力提高时由于氨净值增高，单位氨产品所需的循环气量减少，因而循环气压缩功减少。同时压力高也有利于氨的分离，在较高温度下气氨即可冷凝为液氨，冷冻功减少。实践证明，操作压力在 20~35MPa时总能量消耗较低。
二、温度
氨合成反应必须在催化剂的存在下才能进行，而催化剂必须在一定的温度范围内才具有催化活性，所以氨合成反应温度必须维持在催化剂的活性温度范围内。
通常，将某种催化剂在一定生产条件下具有最高氨生成速率的温度称为最适宜温度，不同的催化剂具有不同的最适宜温度，而同一催化剂在不同的使用时期，其最适宜温度也会改变。例如，催化剂在使用初期活性较强，反应温度可以低些；使用中期活性减弱，操作温度要提高；使用后期活性衰退，操作温度要比使用中期更提高一些。此外，最适宜温度还和空间速度，压力等有关。
空间速度对最适宜温度的影响。在一定空速下，开始时氨产率随着温度的升高而增加；达到最高点后，温度再升高，氨产率反而降低，不同的空间速度都有一个最高点，也就是最适宜温度。所以为了获得最大的氨产率，合成氨的反应随空间速度的增加而相应的提高，在最适宜温度以外，无论是升高或降低温度，氨产率都会下降。
催化剂层内温度分布的理想状况应该是降温状态，即进催化剂层的温度高，出催化剂层的温度比较低，这是一个高速反应（催化剂层上部）与最大平衡（催化剂层下部）相结合的方法，因为刚进入催化剂层的气体中含氨量低，距离平衡又远，需要迅速地进行合成反应以提高含氨量，因此催化剂层上部温度高就能加快反应速率。当气体进入催化剂层下部，气体中含氨量已增高了，催化剂温度低就可以降低逆反应速率，从而提高了气体中平衡氨含量。
催化剂层中温度分布是不均匀的，其中温度最高的点称为热点。
三、空间速度
当操作压力、温度及进塔气组成一定时，对于既定结构的合成塔，增加空间速度也就是增快气体通过催化剂床层的速度，气体与催化剂接触时间缩短，使出塔气中氨含量降低，即氨净值降低。但由于氨净值降低的程度比空间速度的增大倍数要少，所以当空速增加时，氨合成的生产强度有所提高，氨产量有所增加。在其他条件一定时，增加空间速度能提高催化剂生产强度。但空速增大，将使系统阻力增大，压缩循环气功耗增加，冷冻功也增大。同时，单位循环气量的产氨量减少，所获得的反应热也相应减少。当单位循环气的反应热降到一定程度时，合成塔就难以维持“自热”。
一般中压法合成氨，空速在20000～40000h－1之间。
四、合成塔进塔气体组成
合成塔进口气体组成包括氢氮比、惰性气体含量与初始氨含量。当氢氮比为3时，可获得最大的平衡氨浓度，但从氨的反应机理可知，氮的活性吸附是氨合成反应过程中控制步骤，因此适当提高氮气浓度，对氨合成反应速率是有利的。在实际生产中，进塔循环气的氢氮比控制在2.5～2.9比较合适。由于氨合成时氢氮比是按3:1而消耗的，因此补充的新鲜气的氢氮比应控制在3，否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来，造成循环气中氢氮失调。
惰性气体（CH4、Ar）不参加反应，但由于它的存在会降低氢氮气的分压，对化学平衡和反应速率都是不利的，导致氨的生成率下降。同时，由于惰性气体不参与反应，当通过合成塔时，会将塔中的热量带走，造成催化剂层温度下降，而且，还会使压缩机作虚功。
惰性气体来自新鲜气。随着合成反应的进行，惰性气体留在循环气中，新鲜气又不断补充在循环气中，这样循环气中的惰性气体会越来越多，因此必须将惰性气体排出。生产中采用不断排放少量循环气的办法来降低系统惰性气体含量。放空量增加，可使循环气中惰性气体含量降低，提高合成率，但是氢和氮也随之被排出，从而造成氢氮气的损失增大。因此，控制循环气中的惰性气体含量过高或过低都是不利的。
循环气中惰性气体含量的控制，还与操作压力和催化剂活性有关。操作压力较高及催化剂活性较好时，惰性气体含量高一些，也能获得较高的合成率。相反，循环气中惰性气体含量就应该低一些。一般循环气中惰性气体含量控制在12%～18％较为合适。
目前一般采用冷凝法分离反应后气体中的氨，由于不可能把循环气中的氨完全冷凝下来，所以返回合成塔进口的气体多少还含有一些氨。进塔气中的氨含量，主要决定于进行氨分离时冷凝温度和分离效率。冷凝温度愈低，分离效果愈好，进塔气中氨含量也就愈低。降低进塔气中氨含量，可以加快反应速率，提高氨净值和催化剂的生产能力。但将进口氨含量降得过低。势必将循环气冷至很低的温度，使冷冻功耗增大。
合成塔进口氨含量的控制也与合成压力有关。压力高，氨合成反应速率快，进口氨含量可控制高些，压力低，为保持一定的反应速率，进口氨含量应控制得低些。当采用中压时，进塔气中氨含量控制在3.2%～3.8％。

2. 工业合成氨的转化率一般是多少

影响平衡移动的因素其中之一是反应物或者生成物的浓度，当把氨气液化取出后相当于降低了生成物的浓度，也就是说让平衡向生成氨气的这一边移动，就可以让更多的反应物转化为氨气，即是提高了转化率

转化率是两种或几种物质转化为令一种或几种物质！
转化率=(反应前该物质-反应后的该物质)/反应前的该物质！
合成率：进塔气体中发生反应的气体占总进塔气体的比例

3. 工业合成氨

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名：氨气。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料
生产方法 生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
用途 氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。
贮运 商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。 1.合成氨的工艺流程
(1)原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2)净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
① 一氧化碳变换过程
在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：
CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ
由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
② 脱硫脱碳过程
各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 4
③ 气体精制过程
经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。
目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：
CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔ
CO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ
(3)氨合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：
N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol http://..com/question/79686092.html?fr=qrl&cid=985&index=3

4. 工业合成氨,用常压的原因

（1）常压下三氧化硫的含量已很高，为节约成本，无需增大压强，因增大压强，需要增大设备的抗压能力，且消耗能源，
故答案为：常压下，三氧化硫的含量已达到91%，从降低成本考虑，没有必要再加压；
（2）工业合成氨的反应是可逆的，选择500℃左右的较高温度能使反应逆向进行，不利于化学平衡的正向移动，使用该温度主要是考虑催化剂的催化效率以及反应速率等知识，所以工业合成氨选择反应条件为500℃的主要原因是催化剂催化效率高、反应速率快，故答案为：催化剂催化效率高、反应速率快；
（3）沸腾炉中出来的混合气中含有很多杂质，能够引起催化剂中毒，所以防止催化剂中毒，故答案为：防止催化剂中毒．

5. 合成氨工业中分离氨气的方法

合成氨工业中分离氨气的方法——降低温度使氨气液化储存在钢瓶中。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。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。
1、合成氨的反应特点
①可逆反应；②正反应是放热反应；③正反应是气体体积减小的反应。[1]
根据化学反应速率的知识，得知升温、增大压强、及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大；降温、增大压强可以提高平衡时混合物中氨气的含量。
2、合成氨的工艺条件：
（1）压强
有研究表明，在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa.
（2）温度
从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小，并且在500°C时催化剂铁触媒的活性最大，故在实际生产中，一般选用500°C。
（3）催化剂
采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。
最后，制得的氨量也不算多，还可以采取迅速冷却，使气态氨变为液态氨。也可原料重复利用。
但对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。
3、工业制氨
①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%～0.3%（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
4、氨气的用途
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。
贮运
商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

6. 工业生产中常利用连续生产等方法来提高生产效率，降低成本．图1是工业合成氨与制备硝酸的流程：（1）简述

（1）空气中含有大量的氮气，所以生成氨气的原料N₂来源于空气，H₂来源于焦炭与水蒸气的反应产物水煤气，
故答案为：N₂来源于空气，H₂来源于焦炭与水蒸气的反应；
（2）硝酸镁加入到蒸馏塔中作吸水剂，浓硫酸能吸水，而且难挥发，所以选用浓硫酸，故答案为：A；
（3）由图可知低温主要产物为氮气N₂，
生成NO的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，NO的转化率下降，
合成塔反应过程中产生NO，为充分利用，补充空气会进一步与NO反应生成硝酸，
故答案为：N₂；生成NO的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO的产率下降；进一步与NO反应生成硝酸；
（4）由题目信息可知，NO、NO₂二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；
亚硝酸再与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，
故答案为：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O．

7. 合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率能用勒夏特原理解释吗，为什么

能解释。将反应产物分离后，未反应的气体循环回到反应器反应时，反应产物就少了，有利于反应向平衡右侧移动。
工业上反应温度高，是因为高温加快反应的速度，否则即使低温有利于平衡向右，但是达到平衡的时间会极长。温度上反应低温有利的是反应器的取热，即反应器内温度一开始是升高的，但是必须要撤走热量，才能促使反应进程加深，因此反应器出口温度（即反应终点温度）是低于反应器前半段温度的，而且出口温度越低越有利于转化率提高。

8. 工业合成氨最适宜的条件是什么

1、压强

研究表明在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa.

2、温度

从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小，并且在500°C时催化剂铁触媒的活性最大，故在实际生产中，一般选用500°C。

3、催化剂

采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。最后，制得的氨量也不算多，还可以采取迅速冷却，使气态氨变为液态氨。也可原料重复利用。

(8)工业合成氨如何降低反应成本扩展阅读：

催化剂

采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。

最后，制得的氨量也不算多，还可以采取迅速冷却，使气态氨变为液态氨。也可原料重复利用。

但对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。

催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。

9. 高中化学 工业合成氨气 铁触媒 的作用原理 （它能降低反应所需的活化能嘛他是不

活化能是在化学反应中，为了使反应发生必须对反应物增加的能量。解释你的问题，首先需要明白，本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的催化剂，本身参与了反应没有？事实上，催化剂本身是发生了反应了的。表面表现上“降低”了的活化能，事实上，只是因为底物和催化剂发生的反应，所需要的化学能比较低。而其后，发生的反应生成了催化剂，所需活化能也较低，也就是催化剂一直在发生反应，但是生成了等量的催化剂，只是总体没有发生改变而已。这样也就理解了催化剂“改变”活化能的原因。因为考虑的不是同一个反应

10. 以上为合成氨反应,为了增加氨气的产量,同时降低成本,你可以采用哪些措施

勒夏特列原理用来解释平衡移动,加催化剂只能提高反应速率,平衡不移动.