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第四节合成氨条件的选择江阴高级中学徐雍华资料诺贝尔化学奖1918年颁给了德国化学家哈伯（F.Haber）1931年颁给了德国化学家波施（C.Bosch）哈伯（F.Haber）（1868-1934）是他发明了合成氨方法，并投入了生产；是他发明了合成氨廉价的催化剂，使生产效率显著提高，生产成本明显降低。氨气的用途氨气铵盐纯碱医用稀氨水致冷剂硝酸尿素塑料染料合成纤维第四节合成氨条件的选择一、合成氨条件的选择二、合成氨工业的发展前景(一)适宜条件(二)生产过程合成氨反应的特点：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应放热92.4kJ）(1体积)(3体积)(2体积)①可逆反应；②正反应方向气体总体积缩小；③正反应是放热反应。催化剂温度压强浓度使产物多(平衡分析)使反应快(速率分析)适宜条件外界条件应用化学反应速率和化学平衡原理,选择合成氨的适宜条件0102一、合成氨条件的选择(一)适宜条件(速率较快,转化率适中,催化剂活性最大)温度:压强:(有利于氨的合成；对动力、材料强度、设备制造要求适中)催化剂：浓度：（20MPa～50MPa）铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂)使反应在较低温度下较快地进行。将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充N2、H2（1:3)。500℃左右1、主要流程：原料气制取净化压缩合成分离液氨2、原料气制取：空气蒸发压缩液态空气N2(先逸出)碳CO2(+N2)N2分离出CO2制N2:(二)生产过程制H2:水蒸气CO+H2CO2+H2H2炽热炭H2O(气)分离出CO2C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)原料气制取、净化、压缩合成分离三阶段下转前景流程物理方法化学方法二、合成氨工业的发展前景1、用N2、H2为原料合成氨的工业生产，曾是一个很艰巨的课题。①1900年，法国化学家勒夏特列认为，N2、H2可以在高压下直接化合成氨。但在用实验验证时发生了爆炸，于是他觉得有危险，放弃了研究。②稍后，德国化学家能斯特，通过计算认为合成氨不能实现。使合成氨又惨遭厄运。③德国化学家哈伯知难而进，1908年7月在实验室用N2、H2在600℃、200个大气压，合成出氨,产率为2％。1911—1913年短短两年内产率不仅提高了，而且合成出了1000吨液氨。1918年获得了诺贝尔化学奖。以后，合成氨技术又有了很多改进，使合成氨产量不断提高。我国有合成氨生产企业570多家，其中2004年产量达30万吨以上的有30家，超过50万吨的已有4家。预计今年全国合成氨产量有可能超过4600万吨，比上年增产约380万吨。产量位居世界第一，转下表我国合成氨生产情况怎样？全国十强生产企业年产量增长%占全国%1泸天化集团有限责任公司83.053.71.972山东省聊鲁西化工集团70.225.61.663中国石油宁夏石化分公司65.339.11.554中国石油乌鲁木齐石化分公司5湖北宜化集团有限责任公司6云天化股份有限公司7海洋石油化学股份有限公司8山西丰喜肥业股份有限公司9河南省骏马化工集团有限公司10山西天脊煤化工集团有限公司2004年合成氨产品产量(单位:万吨)排名现在，人们仍在不断地对合成氨技术进行研究并改进。问：合成氨技术研究什么？对什么进行改进？合成氨是氮肥的基础原料。目前，在氮肥生产中，消耗合成氨的量约占全国合成氨消耗总量的87％，其中尿素和碳酸氢铵分别约占60％和15％；其他方面（包括硝酸、硝酸盐、纯碱、制冷剂等化工产品）消耗比例约13％。讨论：设想合成氨发展前景。转氮的固定2、氮的固定氮的固定：将游离态氮转化为化合态氮的过程。固氮人工固氮自然固氮生物固氮：根瘤菌雷雨发庄稼等合成氨等化学模拟生物固氮练习:1、在合成氨工业中，为增加氨的日产量，下列变化过程中不能使平衡向右移动的是（）A.不断将氨分离出来B.使用催化剂C.采用5000C左右的温度D.采用2×107～5×107Pa的压强2、工业上用以合成氨的原料之一:氢气，有一种来源是取自石油气。有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合理的是（）A.C3H8C+H2B.C3H8C3H6+H2C.C3H8+H2OCO+H2D.C3H8+O2CO2+H2OH2OH2+O2高温高温脱氢催化剂电解3、分析讨论：为什么在生产上要用过量的空气，使用V2O5催化剂，并在适当的温度(400～500C)下进行反应?0反应2SO2+O22SO3（正反应放热）返回1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？10MPa不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数)(原料其中N2和H2的体积比是1:3)31.457.579.892.698.8100MPa23.142.265.284.295.460MPa9.119.138.264.286.420MPa4.510.625.152.081.513.826.447.071.089.930MPa0.050.10.42.215.30.1MPa400℃600℃500℃300℃200℃压强氨含量温度％氢氮混和气水冷器循环压缩机合成氨简要流程示意图液氨合成塔氨分离器