1.氨合成反应的基本原理2.氨合成的影响因素3.氨合成催化

氨合成的原理及工艺条件1.氨合成反应的基本原理2.氨合成的影响因素3.氨合成催化剂4.氨合成的工艺条件合成反应方程式：平衡常数：反应特点：

可逆反应；

放热反应；

分子数减少的反应；

催化剂参与。1.氨合成的基本原理2.氨合成的影响因素

平衡氨含量（或氨的平衡产率）及其影响因素：

（1）

温度

（2）压力

（3）

氢氮比

（4）

惰性气体含量

2.氨合成的影响因素

已知原始氢氮比r，总压p，反应平衡时氨、惰性气体的平衡含量分别为yNH3和yi，平衡常数Kp，则氢、氮等组分的平衡含量为：带入平衡常数式，则：5

温度越低，压力越高，平衡氨含量yNH3越高T/℃压力/MPa10152032608036035.1043.3549.6260.4375.3281.8038429.0036.8443.0054.0069.9477.2442420.6327.3933.0043.6060.3568.6846414.4819.9424.7134.2450.6259.4250410.1514.3918.2430.9041.4450.135526.719.7512.6218.9931.8139.78

当r＝3时，yi

=0时，不同温度、压力下的平衡氨含量值如下表：压力和温度的影响6

500℃时，氢氮比的影响若不考虑r对Kp的影响，由实验知r=3时，yNH3为最大值；高压下，气体偏离理想状态，Kp将随r而变，具有最大yNH3时的r略小于3，约在2.68～2.90之间，如右图所示。氢氮比r的影响7由平衡氨含量表达式可知，当温度、压力、氢氮比等一定时等式右端为常数，惰性气体含量增加，平衡氨含量减小，因为增加惰性气体含量相当于降低了反应物的分压，即惰性气体对氨合成不利。惰性气体的影响

结论：欲提高平衡氨含量，则需升高压力、降低温度和减少惰气含量。氨合成催化剂的组成：主要成分：Fe3O4(FeO·Fe2O3，Fe2+/Fe3+0.5)

活性成分：Fe

促进剂为：K2O,CaO,Al2O3，SiO2以精选的天然磁铁矿熔融制作成2-3mm厚、5-10mm外径的、黑色有金属光泽、有磁性的不规则片状颗粒。3.氨合成催化剂9

氨合成催化剂中各组分的作用：

Al2O3：增加催化剂比表面积，防止还原后铁微晶长大聚集，提高催化剂活性和稳定性。

K2O：可使催化剂的金属电子逸出功降低，利于N分子的吸附和活化，加快氨的脱附。提高了催化剂活性。

CaO：有利于Al2O3和Fe3O4固熔体的形成，降低固熔体的熔点和黏度，另外还能提高催化剂的热稳定性和抗毒能力。

SiO2：磁铁矿的杂质，类似于Al2O3，可稳定α-Fe晶粒，增强催化剂的耐热性和抗水能力。

10催化剂的还原原理：使四氧化三铁充分还原为α-Fe，使还原生成的铁结晶不因重结晶而长大，以保证有最大的比表面积和更多的活性中心。

确定还原条件的原则：铁系催化剂的还原（活化）原理：11铁系催化剂的钝化

钝化方法：将压力降到0.5-1MPa，温度降到50-80℃，用氮气置换系统后逐渐导入空气使氮气中氧含量在0.2-0.5%。12CO、CO2、H2O砷及其化合物毒物暂时毒物永久毒物氧及含氧的化合物硫及其化合物氯及其化合物磷及其化合物13温度压力空速

惰性气体

氢氮比4.氨合成的工艺条件14压力1.提高操作压力对化学平衡和反应速率均有利,压力高，生产能力增加。2.压力过大设备承受力大，对设备材质要求高、损耗大，高压下对应的反应温度高，催化剂寿命缩短。3.选择操作压力的主要依据：能量消耗、生产能力、设备投资、催化剂使用寿命。

能量消耗：原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。操作压力40-100MPa高压法15-33MPa中压法5-15MPa低压法压力高、低可通过调节新鲜气的加入或是出塔气的排放。由于离心式压缩机的广泛使用，现代合成氨多采用低压法。15温度

由于合成氨是可逆放热反应，合成氨反应存在着最佳反应温度Tm，它取决于反应气体的组成、压力以及所用催化剂的活性。实际生产中温度选择需要考虑床层的两点温度：控制催化床温度：通过调节塔副阀或是循环气量床层入口温度（不低于催化剂的起始活性温度）热点温度（不高于催化剂的耐热温度）16空间速率

提高空速氨合成塔生产强度增大，但反应后气体中净氨值有所降低。净氨值降低，增加氨的分离难度，使冷冻功耗增加。空速过高，循环气量增加，循环功耗大；空速过高气体带出的反应热较多，导致催化剂床层温度下降不能维持正常生产。空间速率参照合成压力选择。一般而言，合成操作压力高、反应速率快，空速可高一些；反之，可低一些。17合成塔进口气体组成

氢氮比：为防止原料气中氢氮比失调，新鲜原料气中氢氮比为3：1；

惰性气体含量：当操作压力较低、催化剂活性较好时，循环气的惰性气体含量宜保持在16%~20%；反之，宜控制在12%~16%。

初始氨含量：初始氨含量的高低取决于