合成氨的工藝原理

合成氨是一個放熱反應，按照勒夏特列原理，降低溫度有利于提高氨氣產率。實際工業(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平衡，所以本題選A

合成氨的工藝原理蒸汽轉換法

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)中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

　　(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制過程。

　　①一氧化碳變換過程在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有co，其體積分數一般為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。變換反應如下：co+h2o→h2+co2 δh=-41.2kj/mol

　　由于co變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應熱，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，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化mdea法，mea法等。

　　③氣體精制過程經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，即精制過程。

　　在工業(yè)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，由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有100故采用未反應氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應式如下：

　　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：3H2+N2=2NH3 （反應條件：高溫高壓催化劑作用下）注：催化劑為鐵觸媒。　　天然氣制氨。天然氣先經脫硫，然后通過二次轉化，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），經甲烷化作用除去后，制得氫氮摩爾比為3的純凈氣，經壓縮機壓縮而進入氨合成回路，制得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。

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。在物質代謝中酶的作用是優(yōu)化一定的化學反應，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，并將它轉化成一定的產品，此外這種極佳的化學反應能在很溫和的條件下進行。

人工制造的催化劑大多數不具備很強的針對性，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合成的有效性以及生產成本的合理性起著決定性的作用，許多化學反應只有通過催化劑才能順利進行。

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-博許法生產了大量的氨，大約有85%的氨還被繼續(xù)加工成化肥?；瘜W家哈柏研究出了氨的合成法，后由企業(yè)家博許發(fā)展而轉化成大工業(yè)化的生產方式，并在1914年由巴斯夫公司采用這一方法生產。

這里人們將氮氣(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的速率而自身不改變物質。它能夠誘導化學反應發(fā)生改變，而使化學反應變快或者在較低的溫度環(huán)境下進行化學反應。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反應。 催化劑在現代化學工業(yè)中占有極其重要的地位，現在幾乎有半數以上的化工產品，在生產過程里都采用催化劑。例如，合成氨生產采用鐵催化劑，硫酸生產采用釩催化劑，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產中，都采用不同的催化劑。 目前認為，合成氨反應的一種可能機理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進行化學吸附，使氮原子間的化學鍵減弱。接著是化學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，氨的合成反應的活化能很高，大約335 kJ/mol。加入鐵催化劑后，反應以生成氮化物和氮氫化物兩個階段進行。第一階段的反應活化能為126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二階段的反應活化能為13 kJ/mol。由于反應途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物），降低了反應的活化能，因而反應速率加快了。

合成氨生產的基本原理

氨氣制法，是一種化學制作氨氣的方法，反應原理：2NH4Cl+Ca(OH)2==△==CaCl2+2NH3↑+2H2O。氨氣是實驗室與生產中的常用氣體。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。

合成氨的生產原理

合成氨是N2+3H2==2NH3吧，加入氨氣反應物濃度增大平衡正向移動從壓強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%增大轉化率的話這個反應有多種反應物濃度增大的反應物自身轉化率降低H2轉化率升高應該是這樣的吧（轉化率也學得不好的路過--

合成氨的工藝原理圖

電化學N2還原合成氨過程取決于N2與電催化劑表面的多步反應路徑和吸附模式。

N2還原途徑和機理,即解離機制、締合機制。

解離機制原理:先破壞N≡N鍵再加氫反應,能量消耗極高;

締合機制原理: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。根據加H機制的不同,締合機制分為交替機制和末端機制。