液氨的合成工藝設(shè)計

　　1 前言

　　1.1 液氨的性質(zhì)、用途及其價格

　　液氨為無色氣體,有刺激性惡臭味。分子式NH3。分子量17.03。相對密度0.7714g/l。熔點-77.7℃。沸點-33.35℃。自燃點651.11℃。蒸氣密度0.6。蒸氣壓1013.08kPa(25.7℃)。蒸氣與空氣混合物爆炸極限16～25%(**易引燃濃度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性,0.1N水溶液PH值為11.1。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火,難以點燃而危險性較低; 但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在,則危險性更高。與硫酸或其它強無機酸反應(yīng)放熱,混合物可達到沸騰

　　液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國防工業(yè)中，用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進劑?？捎米饔袡C化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑。

　　NH3分子中的孤電子對傾向于和別的分子或離子形成配位鍵，生成各種形式的氨合物。如[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+、BF3·NH3等都是以NH3為配位的配合物。

　　液氨是一個很好的溶劑，由于分子的極性和存在氫鍵，液氨在許多物理性質(zhì)方面同水非常相似。一些活潑的金屬可以從水中置換氫和生成氫氧化物，在液氨中就不那么容易置換氫。但液氨能夠溶解金屬生成一種藍色溶液。這種金屬液氨溶液能夠?qū)щ?，并緩慢分解放出氫氣，有強還原性。例如鈉的液氨溶液： 金屬液氨溶液顯藍色，能導(dǎo)電并有強還原性的原因是因為在溶液中生成“氨合電子”的緣故。例如金屬鈉溶解在液氨中時失去它的價電子生成正電子：

　　液氨加熱至800～850℃，在鎳基催化劑作用下，將氨進行分解，可以得到含75%H2、25%N2的氫氮混合氣體。用此法制得的氣體是一種良好的保護氣體，可以廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)，以及需要保護氣氛的其他工業(yè)和科學(xué)研究中。

　　今年10月下旬以來，由于前期價格過高及下游需求減弱，液氨價格是呈現(xiàn)明顯的下跌趨勢，出廠報價大多在2800-3600元(噸價，下同)，下跌幅度在150-300元。黑龍江、吉林、浙江等地價格相對較高，河北、河南、安徽等地價格相對較底。

　　11月30日，國家發(fā)改委宣布自12月1日起上調(diào)銷售電價和上網(wǎng)店家，銷售電價全國平均每千瓦時上調(diào)3分鐘。許多省份化肥電價上調(diào)幅度高于平均水平，上調(diào)幅度大多在4分錢左右，高的如湖北等地超過了六分錢。液氨是好點大戶，每生產(chǎn)一噸液氨，約耗電1500千瓦時，相當(dāng)于增加液氨成本60元左右，高的達到近百元。由于目前液氨價格已近低點，成本上漲將推動液氨價格走高。另外，尿素、、碳酸氫銨等下游產(chǎn)品價格反彈，對液氨價格有所支撐。但由于目前液氨市場仍然偏弱，價格反彈至前妻高點的可能性不大。

　　經(jīng)過了12月上中旬的短暫上漲后，12月下旬，液氨價格重現(xiàn)跌勢，元旦過后，市場也未見好轉(zhuǎn)，繼續(xù)下跌。目前液氨出廠價格大多為2700-3500元(噸價，下同)，河北價格相對較低，現(xiàn)金提貨出廠價格大多為2700-2850元，安徽、江蘇出廠報價大多在3000元左右，個別低的出廠價在2850元左右，黑龍江前期價格一直較高，個別高的廠家出廠報價3800元，目前也回落到了3400元左右。

　　1.2 液氨的生產(chǎn)歷史及發(fā)展前景

　　液氨的系統(tǒng)理論研究始于上世紀(jì)三十年代，正式投入工業(yè)化生產(chǎn)是在上世紀(jì)七十年代，**初于1963年挪威遜克斯塔爾里莎大學(xué)和挪威中央工業(yè)研究所共同開發(fā)的液氨加工工藝，當(dāng)時還是從紗線整理入手，以替代紗線絲光處理的技術(shù)。由于液氨對紗線有著極強的滲透性，殘留在紗線上的氨液比堿液更易于去除，而且比堿液絲光效果更好，因而引起重視。1968年美國桑福公司獲得后，冠以桑福純棉牛仔布(Sanfor-set)**面世，成衣尺寸穩(wěn)定，手感柔軟的牛仔布風(fēng)行一時。但是到了上世紀(jì)七、八十年代，一方面合纖迅速發(fā)展，市場上各類滌棉產(chǎn)品易洗快干深受消費者青睞，另一方面又伴有返樸回真、回歸大自然的潮流，純棉織物頗受大眾喜愛。液氨整理主要是美國用以整理厚重牛仔布織物，加以液氨整理技術(shù)復(fù)雜，氨回收要求高，而且成本又十分昂貴，因此國內(nèi)外市場幾度周折普及甚緩，后來導(dǎo)致美國至少有七臺液氨整理設(shè)備相繼擱置起來，還有一臺遷移至泰國。在上世紀(jì)八十年代的這段時間里液氨整理加工，在國內(nèi)外市場上確定沉寂了十來年，直至上世紀(jì)九十年代，日本主要一些企業(yè)為了啟動市場、開發(fā)產(chǎn)品，在液氨整理工藝設(shè)備的基礎(chǔ)上，著力進行了樹脂整理工藝技術(shù)的創(chuàng)新改進，結(jié)合液氨整理積極研發(fā)了形態(tài)穩(wěn)定整理技術(shù)，雖歷經(jīng)多次失敗，終于在1993年日清紡?fù)瞥隽顺壢彳浾?S.S.P.)，與此同時東洋紡也推出了氣相整理(V.P.)，此時日本市場打出了純棉免燙整理產(chǎn)品，幾乎半數(shù)的襯衣都要經(jīng)過形態(tài)穩(wěn)定整理加工，這些工藝都是在液氨整理的基礎(chǔ)上再進行樹脂整理，一時市場上掀起了形態(tài)穩(wěn)定整理的熱潮。日本京都機械和山東鐵工廠已經(jīng)可以提供液氨整理機，前川制作所和巖谷產(chǎn)業(yè)已經(jīng)可以提供配套的液氨回收裝置。此時美國對液氨整理似乎遺忘了，而此時日本卻對液氨整理加工技術(shù)又重新復(fù)蘇。

　　我國是1982年上海第二印染廠從美國莫里森公司引進一套液氨整理技術(shù)設(shè)備和回收裝置，可以說在二十世紀(jì)里，我國僅僅引進過這一套液氨整理設(shè)備。當(dāng)時包括支付費和設(shè)備費等投入資金相當(dāng)可觀，后來在品種開發(fā)、氨的回收、市場銷售等方面未能取得滿意的效果，因而始終未能形成規(guī)模生產(chǎn)，就是在這樣的多種因素的背景下，國內(nèi)各方面對推廣應(yīng)用液氨整理技術(shù)持慎重觀望態(tài)度，但也有地區(qū)對這項新技術(shù)一直抱有熱忱，1985年河南省把液氨整理技術(shù)列入省內(nèi)技術(shù)攻關(guān)項目，由新鄉(xiāng)印染廠和河南省紡科院以及有關(guān)院校合作，歷經(jīng)四年多時間收集資料、認真研究、消化吸

　　收，終于1992年由企業(yè)自行設(shè)計研制了我國**臺液氨整理樣機，就是在這臺機器上新鄉(xiāng)印染廠十多年來一直堅持生產(chǎn)，摸索了許多寶貴的經(jīng)驗，相繼開發(fā)出許多品種，如純棉牛仔布、大麻舒爽呢、麻/棉混紡織物等，享有一定聲譽，應(yīng)該說河南省相關(guān)企業(yè)和單位對我國開發(fā)液氨整理工藝技術(shù)和設(shè)備奠定了有益的基礎(chǔ)，對我國印染行業(yè)后整理做出了貢獻。

　　還有值得欣喜的是在1996年江陰一家規(guī)模不算大的民營澄江紡織機械廠，原來主導(dǎo)產(chǎn)品是空壓機，對液氨整理設(shè)備從未接觸過，經(jīng)過三年多時間進行調(diào)研，足跡遍及十多個省市，協(xié)同河南省紡科院專家組織訪問、足壇、消化、吸收，在技術(shù)嚴(yán)格封鎖保密的情況下，千方百計掌握技術(shù)資料，在產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合下，在新鄉(xiāng)印染廠和河南紡科院十多年先行一步的基礎(chǔ)上，以及協(xié)同南京化工大學(xué)的專家、老師共同探索液氨整理設(shè)備和回收裝置的性能特點，借助化工技術(shù)的強項，攻克一系列技術(shù)難關(guān)，終于在世紀(jì)之交的1999年成功地制造了一臺具有我國特色的高科技液氨整理機和回收裝置。澄江紡織機械廠只是一家民營企業(yè)，在資金十分困難的條件下，以廠房抵押作了“破釜沉舟”的決心，為了保證項目的成功開發(fā)，堅定不移地走“科技聯(lián)姻、技術(shù)合作”的路子。該機勝利制成后安裝在江陰康源印染廠投入生產(chǎn)，在2000年元月由中國紡機器材工業(yè)協(xié)會組織的現(xiàn)場交流會上，全國近二十家印染企業(yè)的專家進行了實地考察和評價，一致認為該設(shè)備在較短時間內(nèi)克服種種困難創(chuàng)制成功，是我國紡機企業(yè)自行設(shè)計制造的一件大事，即使由于種種原因，未能繼續(xù)投入第二臺設(shè)備，但是辛勤和艱苦卓絕的勞動成效，不能不讓人們?nèi)匀挥洃浿斯Σ豢蓻]。 到了世紀(jì)之交年代，國內(nèi)印染行業(yè)注意到近年來日本一些大公司，在積極發(fā)展純棉形態(tài)穩(wěn)定整理和技術(shù)中添置了液氨整理設(shè)備，此時正是國內(nèi)在“九五”規(guī)劃結(jié)尾和“十五”規(guī)劃醞釀階段，看中了其對純棉產(chǎn)品具有改善穿著舒適和免燙效果的時尚，液氨整理一時成了一些企業(yè)的熱點，有意向要引進液氨整理項目的不下十多家，涉及全國八、九個省市，有的請國外相關(guān)公司來介紹，有的組織去國外考察，有的還進行了可行性報告的研究。經(jīng)過一段時間的廣泛聽取多方面意見和進一步市場調(diào)研，逐漸有了比較正確地認識，一些企業(yè)也重新作了規(guī)劃，**后具體落實并付諸實施的有寧波雅戈爾日中紡織印染有限公司和山東魯泰紡織股份有限公司，都已經(jīng)投入了批量生產(chǎn)，并為我國開發(fā)純棉免燙產(chǎn)品開辟了市場，樹立了**。許多企業(yè)的認識也不斷深化，比較能結(jié)合本企業(yè)的實際和市場需求，全面客觀地應(yīng)對企業(yè)的技術(shù)改造。

　　化學(xué)模擬生物固氮的重要研究課題之一，是固氮酶活性中心結(jié)構(gòu)的研究。固氮酶由鐵蛋白和鉬鐵蛋白這兩種含過渡金屬的蛋白質(zhì)組合而成。鐵蛋白主要起著電子傳遞輸送的作用，而含二個鉬原子和二三十個鐵和硫原子的鉬鐵蛋白是絡(luò)合N2或其他反應(yīng)物(底物)分子，并進行反應(yīng)的活性中心所在之處。關(guān)于活性中心的結(jié)構(gòu)有多種看法，目前尚無定論。從各種底物結(jié)合物活化和還原加氫試驗來看，含雙鉬核的活性中

　　心較為合理。中國有兩個研究組于1973—1974年間，不約而同地提出了含鉬鐵的三

　　核、四核活性中心模型，能較好地解釋固氮酶的一系列性能，但其結(jié)構(gòu)細節(jié)還有待根據(jù)新的實驗結(jié)果精確化。

　　**上有關(guān)的研究成果認為，溫和條件下的固氮作用一般包含以下三個環(huán)節(jié)：

　　①合過程。它是用某些過渡金屬的有機絡(luò)合物去絡(luò)合N2，使它的化學(xué)鍵削弱;

　　②還原過程。它是用化學(xué)還原劑或其他還原方法輸送電子給被絡(luò)合的N2，來拆開N2中的N—N鍵;

　?、蹥溥^程。它是提供H+來和負價的N結(jié)合，生成NH3。

　　化學(xué)模擬生物固氮工作的一個主要困難是，N2絡(luò)合了但基本上沒有活化，或絡(luò)合活化了，但活化得很不夠。所以，穩(wěn)定的雙氮基絡(luò)合物一般在溫和條件下通過化學(xué)還原劑的作用只能析出N2，從不穩(wěn)定的雙氮絡(luò)合物還原制出的NH3的量相當(dāng)微少。因此迫切需要從理論上深入分析，以便找出突破的途徑。

　　固氮酶的生物化學(xué)和化學(xué)模擬工作已取得一定的進展，這必將有力地推動絡(luò)合催化的研究，特別是對尋找催化效率高的合成氨催化劑，將是一個有力的促進。

　　1.3 液氨的國內(nèi)知名生產(chǎn)廠家及價格

　　南京君路化工有限公司，該公司位于中國南京沿江工業(yè)開發(fā)區(qū)，緊靠南京化工園，公司主要經(jīng)營冰醋酸、氨水、苯胺、液堿、甲醇、甲醛、醋酸甲酯、醋酸乙酯、液氨等產(chǎn)品，暢銷消費者市場，在消費者當(dāng)中享有較高的地位，公司與多家大型化工廠家建立了長期穩(wěn)定的合作關(guān)系。南京君路化工有限公司經(jīng)銷的冰醋酸、氨水、苯胺、液堿、甲醇、甲醛、醋酸甲酯、醋酸乙酯、液氨品種齊全。當(dāng)前氨水價格≥15：700.00元/噸

　　山西長子丹峰化工有限公司，該公司始建于1976年，1996年擴規(guī)改造成4萬噸合成氨/年，并進行了改制，產(chǎn)品主要有碳銨、液氨、甲醇和二甲醚。2008年形成6萬噸總氨/年能力，2010年進行擴規(guī)改造，形成10.萬噸總氨/年能力。

　　河北中冀化工集團河北中冀化工集團 成品材料加工商 :天 坡化工有限公司.總部設(shè)在:河北石家莊高新區(qū).公司生產(chǎn)氨水/液氨/等化工產(chǎn)品.設(shè)備設(shè)施均采用**一流.公司成立運輸公司擁有25輛運輸車.月生產(chǎn)能力7000噸,當(dāng)前價格：980元/噸。

　　南昌市宏偉氣體有限公司，司位于環(huán)境優(yōu)美、工業(yè)高速發(fā)展、經(jīng)濟繁榮的贛江之濱、京九線上的紅色旅游勝地-南昌。本公司地處南昌市水產(chǎn)大市場，是一家銷售液

　　體二氧化碳、液氧液氨液氮液氬工業(yè)丙烷干冰高純乙炔氣、高純氧氣、高純二氧化碳、高純氬氣、高純氦氣、高純氮氣混合氣、食品二氧化碳工業(yè)氣高純氣、特種氣體、稀有氣體等。本公司創(chuàng)建于1996年，通過十幾年來的不斷完善我公司現(xiàn)已成為江西省具有一定規(guī)模的**銷售性公司?，F(xiàn)有員工50多人，各種運輸車輛20余輛，為拓寬產(chǎn)品市場，面對新的挑戰(zhàn)，公司堅持“誠信為本、務(wù)實求新”的經(jīng)營理念，以管理創(chuàng)效益，以科技求發(fā)展，以服務(wù)拓市場，以質(zhì)量樹**

　　2工藝設(shè)計

　　2.1合成液氨的原則流程

　　合成氨的原料是氫氣和氮氣。氮氣來源于空氣，可以在制氫過程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得;氫氣來源于水或含有烴的各種燃料。工業(yè)上普遍采用的是以焦炭、煤、天然氣、重油等燃料與水蒸氣作用的氣化方法。

　　原料→造氣→凈化→合成→分離→氨

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　　循環(huán)氣

　　圖1 液氨合成的原則流程

　　(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 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(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(yīng)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(yīng)熱，并控制變換段出口殘余CO含量。**步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2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(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。

　?、?脫硫脫碳過程

　　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，**道工序是脫硫，用以保護轉(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。

　　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**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。

　?、?氣體精制過程

　　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，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的**終凈化，即精制過程。

　　目前在工業(yè)生產(chǎn)中，**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 ΔH=-206.2kJ/mol

　　CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165.1kJ/mol

　　⑶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行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)的流程。

　　氨合成反應(yīng)式如下：

　　N2+3H2→2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol

　　2.2合成液氨的帶控制點的工藝流程圖及概述

　　由氮氫氣壓縮機送來的35℃～45℃的新鮮氣，與放空后經(jīng)冷交換器來的循環(huán)氣混合，而后溫度被降至20℃，進入氨冷器Ⅰ。氣體管內(nèi)流動，液氨在管外蒸發(fā)，由于氨大量蒸發(fā)吸收了混合氣的熱量，使管內(nèi)氣體進一步被冷卻至0℃左右，為降低氨冷器Ⅰ負荷，進入氨冷器Ⅱ繼續(xù)冷卻至-15℃左右，出氨冷器后的氣液混合物，在冷交換器的下部用分離器將液氨分離，分離出的液氨進入液氨貯罐，分氨后的循環(huán)氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至22℃后出冷交換器，然后，氣體經(jīng)循環(huán)壓縮機，補充壓力至15兆帕，由合成塔的下部進入層間換熱器，移走第二絕熱床反應(yīng)熱，冷氣體升溫進入**絕熱床進行合成反應(yīng)，再入**、二絕熱床空間(冷激器)由185度左右的冷氣體作冷激氣原與出**絕熱床的反應(yīng)氣體混合降溫到385度左右，混合后氣體進入第二絕熱床進行合成反應(yīng)，氣體氨凈值升高，出第二絕熱床氣體進入層間換熱器，移走熱量，使冷氣升溫，熱氣體降溫后進入第三絕熱床進行合成反應(yīng)，氣體氨含量增加到16.5﹪，再經(jīng)塔內(nèi)下?lián)Q熱器將熱量移走，后進入沸熱鍋爐，副產(chǎn)1.3Mpa蒸氣。換熱產(chǎn)生蒸汽后進入循環(huán)器加熱器一次出塔氣體至160℃，本身溫度降至112℃左右進水冷器被冷卻產(chǎn)生部分液氨，溫度降至35℃，混合氣液進氨分離器，分離液氨，分離的液氨去液氨罐貯存，出氨分離器的氣體則部分放空，放空氣去氫回收裝置，放空后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器降溫至17℃與新鮮氣混合，繼續(xù)下一循環(huán)。液氨產(chǎn)品易蒸發(fā)，有強烈刺激性氣味，對人的消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)都造成傷害，與空氣混合后遇火會爆炸，應(yīng)密閉貯存，管道輸送，盡可能避免泄漏。

　　2.3合成液氨的工藝條件

　　影響氨合成反應(yīng)速度因素：

　　1.壓力 提高壓力可加快氨的生成速度使氣體中氨含量迅速增加。

　　2.溫度 反應(yīng)速度隨著溫度升高顯著加快，如圖2.1、2.2

 

             圖3.1 平衡時氨產(chǎn)率與溫度的關(guān)系

 

      圖3.2  經(jīng)過一定時間反應(yīng)后氨產(chǎn)率與溫度的關(guān)系

  

　　3可行性分析

　　氨合成反應(yīng)的特點：3H2+N2=2NH3+Q

　　(1)是可逆反應(yīng)。即在氫氣和氮氣反應(yīng)生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。

　　(2)是放熱反應(yīng)。在生成氨的同時放出熱量，反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。

　　(3)是體積縮小的反應(yīng)。

　　(4)反應(yīng)需要有催化劑才能較快的進行。

　　3.1工藝可行性分析

　　3.1.1液氨合成的理論基礎(chǔ)

　　從化學(xué)工藝的角度看其核心是反應(yīng)過程工藝條件的確定，而確定反應(yīng)的**佳工藝條件，需先從事反應(yīng)熱力學(xué)和動力的研究

　　⑴合成液氨反應(yīng)的動力學(xué)

　　氨合成為氣固相催化反應(yīng)，它的宏觀動力學(xué)過程包括以下幾個步驟。

　　a.混合氣體向催化劑表面擴散(外,內(nèi)擴散過程);

　　b.氫,氮氣在催化劑表面被吸附，吸附的氮和氫發(fā)生反應(yīng)，生成的氨從催化劑表面解吸(表面反應(yīng)過程);

　　c.氨從催化劑表面向氣體主流體擴散(內(nèi),外擴散過程) 氮、氫氣在催化劑表面反應(yīng)過程的機理，可表示為：

　　N2(g)+Cate —→2N(Cate)

　　H2(g)+Cate —→2H(Cate)

　　N(Cate) + H(Cate) —→NH(Cate)

　　NH(Cate) + H(Cate) —→NH2(Cate)

　　NH2(Cate) + H(Cate) —→NH3(Cate)

　　NH3(Cate)—→NH3(g) + (Cate)

　　實驗結(jié)果證明,N2活性吸附是**慢的一步，即為表面反應(yīng)過程的控制步驟。

　　對整個氣固相催化反應(yīng)過程，是表面反應(yīng)控制還是擴散控制，取決于實際操作條件。低溫時可能是動力學(xué)控制，高溫時可能是內(nèi)擴散控制;大顆粒的催化劑內(nèi)擴散路徑長，小顆粒的路徑短，所以在同樣溫度下大顆粒可能是內(nèi)擴散控制，小顆?？赡苁腔瘜W(xué)動力學(xué)控制

　　當(dāng)內(nèi)擴散控制時，動力學(xué)方程為rNH3=kP式中rNH3為反應(yīng)速率,k為擴散系數(shù),p為反應(yīng)物的總壓

　?、瓢焙铣煞磻?yīng)的熱效應(yīng)

　　氫氣和氮氣合成氨是放熱，體積縮小的可逆反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

　　0.5N2+1.5H2==NH3 ΔH0=46.22 kJ·mol-1

　　其反應(yīng)熱不僅與溫度有關(guān)，還與壓力和組成有關(guān)。表一為純3H2-N2混合氣生成φNH3為17.6%系統(tǒng)反應(yīng)的熱效應(yīng)。

                             表一

P/MPa		0.1	10.1	20.2	30.4	40.5
t/℃	400	52.7	53.8	55.3	56.8	58.2
	500	54.0	54.7	55.6	56.5	57.6

   ⑶化學(xué)平衡常數(shù)

 應(yīng)用化學(xué)平衡移動原理可知，低溫、高壓操作有利于氨的生成。但是溫度和壓力對合成氨的平衡產(chǎn)生影響的程度，需通過反應(yīng)的化學(xué)平衡研究確定。高壓下化學(xué)平衡常數(shù)Kp值不僅與溫度有關(guān)，而且與壓力和氣體組成有關(guān)。

 研究者把不同溫度、壓力下K<s

液氨的合成

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