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第一章 合成氨(synthetic ammonia) 第一节 概述 一、氨在国民经济中的作用 农业：化肥（chemical fertilizer） 工业：有机合成（organic systhesis）、塑料（plastic）、 合成纤维（synthetic fibre）、石油化工（petroleum chemical industry）、染料（dyestuff）、医药（medicinal）等重要原料。 国防：炸药（detonator） 二、氨合成技术发展简史 氨的发现 1754年普里思特里（Priestly）发现氨（ NH3 ）: 加热氯化氨（NH4Cl）和石灰（CaO）： NH4Cl + Ca(OH)2 ==== CaCl2+ H2O + NH3↑ 1784年伯托利(C.L.Berthollet)发现氨组成元素： 氮（N） 氢（H） 氨的制备 1901年吕查得利（Le chatelier）： 采用高温、高压、催化剂合成。 1909年哈伯（Haber）发现： 锇(Os)催化剂、175～200atm、500～600℃，NH3转化率为6％ 。 1911年米塔希（Mittasch）发现： 铁系催化剂， 活性好、价廉、易得， 现在广泛应用。 1918年F.Haber因“NH3合成方法”获诺贝尔奖 氨合成技术发展开拓的技术 高压技术(high pressure technique) 1931年E.Bosch和F.Berginos因“高压法”而获诺贝尔奖 低温技术(low temperature technique) 催化技术(catalyst technique) 特殊金属材料(metal material) 固体燃料(solid fuel)气化（gasification）技术 烃类燃料(hydrocarbon fuel)的合理利用 三、氨合成工艺流程简介 氨合成生产原料 氢气(hydrogen) 氮气(nitrogen) 1、氮气来源 ① 空气液化、分离 ② 制氢过程中直接加入空气(air) 2、氢气来源 ① 电解水 ② 煤(coal)的蒸汽转化 ③ 气、油的蒸汽转化 3、典型工艺（煤、天燃气）简介 ? 以焦炭或煤为原料制氨原则流程 天然气 空气 氨 以天然气为原料制氨原则流程 第二节 原料气的制取 氨合成的原料 气体 天然气、油田气、炼厂气、焦炉气 液体 石脑油、重油 固体 焦炭、煤 气化反应 气或油的气化反应 CnH2n+2 + H2O(g) ==== nCO + (2n+1)H2 – Q 煤的气化反应 C + H2O (g) ==== CO + H2 – Q 根据供热方式，主要造气方法 外部供热的蒸气转化法 内部蓄热的间歇操作法 自热反应的部分氧化法（自学） 一、气态烃类蒸汽转化 1、热力学平衡 主反应 CH4 + H2O(g) ==== CO + 3H2 – Q CO + H2O(g) ==== CO2 + H2 CH4 + 2H2O(g) ==== CO2 + 4H2 CH4 + CO2 ==== 2CO + 2H2 CH4 + 2CO2 ==== 3CO + 2H2 + H2O 副反应 CH4 ==== C + 2H2 － Q 2CO ==== C + CO2 + Q CO + H2 ==== C + H2O + Q 独立反应数: 反应系统中所有的物质数减去形成这些物质的元素数（5－3＝2） 影响甲烷蒸汽转化平衡组成的因素 温度 提高温度对甲烷转化有利； 压力 降低压力对甲烷转化反应有利； 水碳比：原料气中水蒸气对甲烷物质的量之比。 提高水碳比对甲烷转化反应有利； 甲烷蒸汽转化平衡组成的影响因素见下图 2、动力学 动力学方程 参见 P5 表1－1 催化剂主要为Ni 不同的催化剂有不同的动力学方程，但它们都是一级反应。 扩散作用影响 甲烷蒸汽转化催化剂粒度的影响见下图 工