氨的合成是最后一道工序,氨的合成是最后一道工序,任务是在适当的是最后一道工序温度,压力和有催化剂存在的条件下,温度,压力和有催化剂存在的条件下,将经过精制的氨氮混合气直接合成为氨.制的氨氮混合气直接合成为氨.然后将所生成的气体氨从末合成为氨的混合气体中冷凝分离出来,气体氨从末合成为氨的混合气体中冷凝分离出来,得到产品液氨,得到产品液氨,分离氨后的白白氢氮气体循环使凝分离出来,得到产品液氨,用.凝分离出来,得到产品液氨,分离氨后的氢氮气体循环使用.氮气体循环使用.一,氨合成反应的特点3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反应是可逆反应.(1)是可逆反应.即在氢气和氮气反应生成氨的同时,氨也分解成氢气和氮气.同时,氨也分解成氢气和氮气.是放热反应.在生成氨的同时放出热量,(2)是放热反应.在生成氨的同时放出热量,反应热与温度,压力有关.应热与温度,压力有关.是体积缩小的反应.(3)是体积缩小的反应.(4)反应需要有催化剂才能较快的进行.1.平衡常数降温,1.平衡常数:降温,加压平衡常数增大2.平衡氨含量2.平衡氨含量反应达到平衡时氨在混合气体中的百分含量,反应达到平衡时氨在混合气体中的百分含量,称为平衡氨含量,产率.称为平衡氨含量,或氨的平衡产率.氢氮混合气体中所含的甲烷和氩等不参加氨合成反应的气体成分,称为惰性气体.反应的气体成分,称为惰性气体.提高平衡氨含量的措施为降低温度,提高压力,提高平衡氨含量的措施为降低温度,提高压力,保持氢氮比等于3并少惰性气体含量.保持氢氮比等于3,并少惰性气体含量.(一)反应机理在催化剂的作用下,在催化剂的作用下,氢与氮生成氨的反应是一多相气体催化反应.由以下几个步骤所组成:体催化反应.由以下几个步骤所组成:气体反应物扩散到催化剂外表面;(1)气体反应物扩散到催化剂外表面;反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面;(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面;气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附((3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内,并放出热量)通吸附的区别在于有化学力参与在内,并放出热量);吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应,(4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应,生产物;成产物;产物自催化剂表面解吸;(5)产物自催化剂表面解吸;解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散;(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散;产物由催化剂外表面扩散至气相主流.(7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流.以上七个步骤中,为外扩散过程;以上七个步骤中,(1),(7)为外扩散过程;(2),(6)为内扩散过程;(3),(4)和(5)总称为化学动力为内扩散过程;学的过程.学的过程.反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量表示.影响氨合成反应速度因素:1.压力提高压力可加快氨的生成速度使气体中氨含量迅速增加.2.温度反应速度随着温度升高显著加快.可以作氨合成催化剂的物质很多,如铁,很多,如铁,铂,锰,钨和铀等.铀等.但由于以铁为主体的催化剂具有原料来原广,催化剂具有原料来原广,价格低廉,格低廉,在低温下有较好的活性抗毒能力强,活性抗毒能力强,使用寿命广泛采用.长等优点,广泛采用.1.催化剂在还原前的化学组成及其作用铁催化剂在还原之前,以铁的氧化物状态存在.铁催化剂在还原之前,以铁的氧化物状态存在.其主要成分是三氧化二铁(Fe和氧化亚铁(FeO)(FeO).主要成分是三氧化二铁(Fe2O3)和氧化亚铁(FeO).此外,催化剂中还加入各种促进剂.此外,催化剂中还加入各种促进剂.(1)氧化铁的组成(1)氧化铁的组成(2)促进剂的组成及作用(2)促进剂的组成及作用促进剂又称助催化剂,它本身没有催化活性,促进剂又称助催化剂,它本身没有催化活性,但加可改善催化剂的物理结构,入催化剂中,可改善催化剂的物理结构,从而提高催化剂的活性.合成氨铁催化剂中,高催化剂的活性.合成氨铁催化剂中,普遍采用的促进剂有三氧化二铝(A1氧化钾(KO)和氧化进剂有三氧化二铝(A12O3),氧化钾(K2O)和氧化(CaO)等钙(CaO)等.1.催化剂的还原1.催化剂的还原(1)催化剂还原反应的原理催化剂中氧化铁不能加速氨合成反应速度,催化剂中氧化铁不能加速氨合成反应速度,必需将其还原成活泼的铁,才具有催化活性,需将其还原成活泼的铁,才具有催化活性,常用还原方法是将制成的催化剂装在合成塔内通入氢氮混合气,入氢氮混合气,使催化剂中的氧化铁被氢气还原成金属铁.原成金属铁.FeO+H2+Fe+H2OFeO+H2+Fe+H2O-QFe2O3+3H2=2Fe+2H2OFe2O3+3H2=2Fe+2H2O-Q催化剂的还原程度用还原前催化剂中铁的氧化物被还原的百分