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工業合成氨如何降低反應成本

發布時間: 2022-07-17 09:11:57

『壹』 工業合成氨,用常壓的原因

(1)常壓下三氧化硫的含量已很高,為節約成本,無需增大壓強,因增大壓強,需要增大設備的抗壓能力,且消耗能源,
故答案為:常壓下,三氧化硫的含量已達到91%,從降低成本考慮,沒有必要再加壓;
(2)工業合成氨的反應是可逆的,選擇500℃左右的較高溫度能使反應逆向進行,不利於化學平衡的正向移動,使用該溫度主要是考慮催化劑的催化效率以及反應速率等知識,所以工業合成氨選擇反應條件為500℃的主要原因是催化劑催化效率高、反應速率快,故答案為:催化劑催化效率高、反應速率快;
(3)沸騰爐中出來的混合氣中含有很多雜質,能夠引起催化劑中毒,所以防止催化劑中毒,故答案為:防止催化劑中毒.

『貳』 高中化學 工業合成氨氣 鐵觸媒 的作用原理 (它能降低反應所需的活化能嘛他是不

活化能是在化學反應中,為了使反應發生必須對反應物增加的能量。解釋你的問題,首先需要明白,本身的質量和化學性質在化學反應前後都沒有發生改變的催化劑,本身參與了反應沒有?事實上,催化劑本身是發生了反應了的。表面表現上「降低」了的活化能,事實上,只是因為底物和催化劑發生的反應,所需要的化學能比較低。而其後,發生的反應生成了催化劑,所需活化能也較低,也就是催化劑一直在發生反應,但是生成了等量的催化劑,只是總體沒有發生改變而已。這樣也就理解了催化劑「改變」活化能的原因。因為考慮的不是同一個反應

『叄』 合成氨時採用循環操作,可提高原料的利用率能用勒夏特原理解釋嗎,為什麼

能解釋。將反應產物分離後,未反應的氣體循環回到反應器反應時,反應產物就少了,有利於反應向平衡右側移動。
工業上反應溫度高,是因為高溫加快反應的速度,否則即使低溫有利於平衡向右,但是達到平衡的時間會極長。溫度上反應低溫有利的是反應器的取熱,即反應器內溫度一開始是升高的,但是必須要撤走熱量,才能促使反應進程加深,因此反應器出口溫度(即反應終點溫度)是低於反應器前半段溫度的,而且出口溫度越低越有利於轉化率提高。

『肆』 合成氨過程如何選擇和控制工藝條件

氨合成的生產工藝條件必須滿足產量高,消耗定額低,工藝流程及設備結構簡單,操作方便及安全可靠等要求。決定生產條件的因素是壓力、溫度、空間速度、氣體組成和催化劑等。
一、壓力
提高壓力,對氨合成反應的平衡和反應速率都是有利的,在一定的空速下,合成壓力越高,出口氨濃度越高,氨凈值越高,合成塔的生產能力也越大。氨產率是隨著壓力的升高而上升的。
氨合成壓力的高低,是影響氨合成生產中能量消耗的主要因素。氨合成系統的能量消耗主要包括原料氣壓縮功,循環氣壓縮功和氨分離的冷凍功。提高操作壓力,原料氣壓縮功增加。但合成壓力提高時由於氨凈值增高,單位氨產品所需的循環氣量減少,因而循環氣壓縮功減少。同時壓力高也有利於氨的分離,在較高溫度下氣氨即可冷凝為液氨,冷凍功減少。實踐證明,操作壓力在 20~35MPa時總能量消耗較低。
二、溫度
氨合成反應必須在催化劑的存在下才能進行,而催化劑必須在一定的溫度范圍內才具有催化活性,所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內。
通常,將某種催化劑在一定生產條件下具有最高氨生成速率的溫度稱為最適宜溫度,不同的催化劑具有不同的最適宜溫度,而同一催化劑在不同的使用時期,其最適宜溫度也會改變。例如,催化劑在使用初期活性較強,反應溫度可以低些;使用中期活性減弱,操作溫度要提高;使用後期活性衰退,操作溫度要比使用中期更提高一些。此外,最適宜溫度還和空間速度,壓力等有關。
空間速度對最適宜溫度的影響。在一定空速下,開始時氨產率隨著溫度的升高而增加;達到最高點後,溫度再升高,氨產率反而降低,不同的空間速度都有一個最高點,也就是最適宜溫度。所以為了獲得最大的氨產率,合成氨的反應隨空間速度的增加而相應的提高,在最適宜溫度以外,無論是升高或降低溫度,氨產率都會下降。
催化劑層內溫度分布的理想狀況應該是降溫狀態,即進催化劑層的溫度高,出催化劑層的溫度比較低,這是一個高速反應(催化劑層上部)與最大平衡(催化劑層下部)相結合的方法,因為剛進入催化劑層的氣體中含氨量低,距離平衡又遠,需要迅速地進行合成反應以提高含氨量,因此催化劑層上部溫度高就能加快反應速率。當氣體進入催化劑層下部,氣體中含氨量已增高了,催化劑溫度低就可以降低逆反應速率,從而提高了氣體中平衡氨含量。
催化劑層中溫度分布是不均勻的,其中溫度最高的點稱為熱點。
三、空間速度
當操作壓力、溫度及進塔氣組成一定時,對於既定結構的合成塔,增加空間速度也就是增快氣體通過催化劑床層的速度,氣體與催化劑接觸時間縮短,使出塔氣中氨含量降低,即氨凈值降低。但由於氨凈值降低的程度比空間速度的增大倍數要少,所以當空速增加時,氨合成的生產強度有所提高,氨產量有所增加。在其他條件一定時,增加空間速度能提高催化劑生產強度。但空速增大,將使系統阻力增大,壓縮循環氣功耗增加,冷凍功也增大。同時,單位循環氣量的產氨量減少,所獲得的反應熱也相應減少。當單位循環氣的反應熱降到一定程度時,合成塔就難以維持「自熱」。
一般中壓法合成氨,空速在20000~40000h-1之間。
四、合成塔進塔氣體組成
合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當氫氮比為3時,可獲得最大的平衡氨濃度,但從氨的反應機理可知,氮的活性吸附是氨合成反應過程中控制步驟,因此適當提高氮氣濃度,對氨合成反應速率是有利的。在實際生產中,進塔循環氣的氫氮比控制在2.5~2.9比較合適。由於氨合成時氫氮比是按3:1而消耗的,因此補充的新鮮氣的氫氮比應控制在3,否則循環系統中多餘的氫或氮就會積累起來,造成循環氣中氫氮失調。
惰性氣體(CH4、Ar)不參加反應,但由於它的存在會降低氫氮氣的分壓,對化學平衡和反應速率都是不利的,導致氨的生成率下降。同時,由於惰性氣體不參與反應,當通過合成塔時,會將塔中的熱量帶走,造成催化劑層溫度下降,而且,還會使壓縮機作虛功。
惰性氣體來自新鮮氣。隨著合成反應的進行,惰性氣體留在循環氣中,新鮮氣又不斷補充在循環氣中,這樣循環氣中的惰性氣體會越來越多,因此必須將惰性氣體排出。生產中採用不斷排放少量循環氣的辦法來降低系統惰性氣體含量。放空量增加,可使循環氣中惰性氣體含量降低,提高合成率,但是氫和氮也隨之被排出,從而造成氫氮氣的損失增大。因此,控制循環氣中的惰性氣體含量過高或過低都是不利的。
循環氣中惰性氣體含量的控制,還與操作壓力和催化劑活性有關。操作壓力較高及催化劑活性較好時,惰性氣體含量高一些,也能獲得較高的合成率。相反,循環氣中惰性氣體含量就應該低一些。一般循環氣中惰性氣體含量控制在12%~18%較為合適。
目前一般採用冷凝法分離反應後氣體中的氨,由於不可能把循環氣中的氨完全冷凝下來,所以返回合成塔進口的氣體多少還含有一些氨。進塔氣中的氨含量,主要決定於進行氨分離時冷凝溫度和分離效率。冷凝溫度愈低,分離效果愈好,進塔氣中氨含量也就愈低。降低進塔氣中氨含量,可以加快反應速率,提高氨凈值和催化劑的生產能力。但將進口氨含量降得過低。勢必將循環氣冷至很低的溫度,使冷凍功耗增大。
合成塔進口氨含量的控制也與合成壓力有關。壓力高,氨合成反應速率快,進口氨含量可控制高些,壓力低,為保持一定的反應速率,進口氨含量應控製得低些。當採用中壓時,進塔氣中氨含量控制在3.2%~3.8%。

『伍』 工業合成氨是N2+H2 氫氣成本不是很高了 為什麼工業用這個合成

不然你覺得可以如何合成氨呢?必須用氫氣和氮氣。其它的方法造價更高

『陸』 工業生產中常利用連續生產等方法來提高生產效率,降低成本.圖1是工業合成氨與制備硝酸的流程:(1)簡述

(1)空氣中含有大量的氮氣,所以生成氨氣的原料N2來源於空氣,H2來源於焦炭與水蒸氣的反應產物水煤氣,
故答案為:N2來源於空氣,H2來源於焦炭與水蒸氣的反應;
(2)硝酸鎂加入到蒸餾塔中作吸水劑,濃硫酸能吸水,而且難揮發,所以選用濃硫酸,故答案為:A;
(3)由圖可知低溫主要產物為氮氣N2
生成NO的反應為放熱反應,升高溫度平衡向逆反應方向移動,NO的轉化率下降,
合成塔反應過程中產生NO,為充分利用,補充空氣會進一步與NO反應生成硝酸,
故答案為:N2;生成NO的反應為放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,NO的產率下降;進一步與NO反應生成硝酸;
(4)由題目信息可知,NO、NO2二者混合物與水反應生成亞硝酸,反應方程式為NO+NO2+H2O=2HNO2
亞硝酸再與尿素反應生成CO2和N2,反應方程式為CO(NH22+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O,
故答案為:NO+NO2+H2O=2HNO2;CO(NH22+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O.

『柒』 工業合成氨原料氣比例氨氣體積分數最大為什麼

合成氨工業中分離氨氣的方法——降低溫度使氨氣液化儲存在鋼瓶中。
合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨,為一種基本無機化工流程。
現代化學工業中,氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料。
合成氨工業在20世紀初期形成,開始用氨作火炸葯工業的原料,為戰爭服務,第一次世界大戰結束後,轉向為農業、工業服務。
隨著科學技術的發展,對氨的需要量日益增長。
1、合成氨的反應特點
①可逆反應;
②正反應是放熱反應;
③正反應是氣體體積減小的反應。
[1]
根據化學反應速率的知識,得知升溫、增大壓強、及使用催化劑都可以使合成氨的化學反應速率增大;
降溫、增大壓強可以提高平衡時混合物中氨氣的含量。
2、合成氨的工藝條件:
(1)壓強
有研究表明,在400°C,壓強超過200MPa時,不使用催化劑,氨便可以順利合成,但實際生產中,太大的壓強需要的動力就大,對材料要求也會增高,這就增加了生產成本,因此,受動力材料設備影響,目前國合成氨廠一般採用20MPa~50MPa.
(2)溫度
從理想條件來看,氨的合成在較低溫度下進行有利,但溫度過低,反應速率會很小,並且在500°C時催化劑鐵觸媒的活性最大,故在實際生產中,一般選用500°C。
(3)催化劑
採用鐵觸媒(以鐵為主,混合的催化劑),鐵觸媒在500°C時活性最大,這也是合成氨選在500°C的原因。
最後,製得的氨量也不算多,還可以採取迅速冷卻,使氣態氨變為液態氨。
也可原料重復利用。
但對於合成氨反應中的鐵催化劑,O
2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。
但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時,催化劑的活性又能恢復,因此這種中毒是暫時性中毒。
相反,含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。
催化劑中毒後,往往完全失去活性,這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理,活性也很難恢復。
催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。
工業上為了防止催化劑中毒,要把反應物原料加以凈化,以除去毒物,這樣就要增加設備,提高成本。
因此,研製具有較強抗毒能力的新型催化劑,是一個重要的課題。

『捌』 工業合成氨,增加氨氣的量,平衡移動,轉化率

增加氨氣的量,反應方向向吸熱反應進行,氨氣轉化率降低,氮氣或氫氣的轉化率升高(密閉容器)
由於增加反應物濃度引起平衡正向移動時,有以下幾種情況:

①對於兩種或兩種以上的反應物(不考慮固體反應物),在恆容恆溫的平衡體系中,只增加一種反應物的濃度,另一種反應物的轉化率提高,而該反應物的轉化率降低。如N2(g)+3H2(g) ≈2NH3(g),平衡時增加N2的濃度,平衡正向移動,H2的轉化率增大而N2的轉化率降低。

②對於反應物只有一種的可逆反應(並規定起始時只有反應物),若反應前後氣體分子數不變,如2HI(g)≈�H2(g)+I2(g),則無論增大或減小HI的濃度,HI的轉化率都不改變;若反應後氣體分子數減少,如2NO2(g)≈�N2O4(g),則恆容恆溫時增大NO2的濃度,NO2的轉化率增大,若反應後氣體分子數增大,如2NH3(g) ≈N2(g)+3H2(g),則恆容恆溫時增大NH3的濃度,NH3的轉化率減小。

『玖』 怎樣提高工業合成氨的產率

提高合成的壓力,大約是幾百兆帕,具體的值不太記得了;
理論上氫氮比是3:1,實際上應該加大氫,大約是5:1合適;
及時轉移合成產物,使得這個平衡反應保持右移的趨勢;
使用催化劑,並使溫度保持在最適合溫度,大約是500℃;