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工业合成氨如何降低反应成本

发布时间: 2022-07-17 09:11:57

‘壹’ 工业合成氨,用常压的原因

(1)常压下三氧化硫的含量已很高,为节约成本,无需增大压强,因增大压强,需要增大设备的抗压能力,且消耗能源,
故答案为:常压下,三氧化硫的含量已达到91%,从降低成本考虑,没有必要再加压;
(2)工业合成氨的反应是可逆的,选择500℃左右的较高温度能使反应逆向进行,不利于化学平衡的正向移动,使用该温度主要是考虑催化剂的催化效率以及反应速率等知识,所以工业合成氨选择反应条件为500℃的主要原因是催化剂催化效率高、反应速率快,故答案为:催化剂催化效率高、反应速率快;
(3)沸腾炉中出来的混合气中含有很多杂质,能够引起催化剂中毒,所以防止催化剂中毒,故答案为:防止催化剂中毒.

‘贰’ 高中化学 工业合成氨气 铁触媒 的作用原理 (它能降低反应所需的活化能嘛他是不

活化能是在化学反应中,为了使反应发生必须对反应物增加的能量。解释你的问题,首先需要明白,本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的催化剂,本身参与了反应没有?事实上,催化剂本身是发生了反应了的。表面表现上“降低”了的活化能,事实上,只是因为底物和催化剂发生的反应,所需要的化学能比较低。而其后,发生的反应生成了催化剂,所需活化能也较低,也就是催化剂一直在发生反应,但是生成了等量的催化剂,只是总体没有发生改变而已。这样也就理解了催化剂“改变”活化能的原因。因为考虑的不是同一个反应

‘叁’ 合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率能用勒夏特原理解释吗,为什么

能解释。将反应产物分离后,未反应的气体循环回到反应器反应时,反应产物就少了,有利于反应向平衡右侧移动。
工业上反应温度高,是因为高温加快反应的速度,否则即使低温有利于平衡向右,但是达到平衡的时间会极长。温度上反应低温有利的是反应器的取热,即反应器内温度一开始是升高的,但是必须要撤走热量,才能促使反应进程加深,因此反应器出口温度(即反应终点温度)是低于反应器前半段温度的,而且出口温度越低越有利于转化率提高。

‘肆’ 合成氨过程如何选择和控制工艺条件

氨合成的生产工艺条件必须满足产量高,消耗定额低,工艺流程及设备结构简单,操作方便及安全可靠等要求。决定生产条件的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等。
一、压力
提高压力,对氨合成反应的平衡和反应速率都是有利的,在一定的空速下,合成压力越高,出口氨浓度越高,氨净值越高,合成塔的生产能力也越大。氨产率是随着压力的升高而上升的。
氨合成压力的高低,是影响氨合成生产中能量消耗的主要因素。氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压缩功,循环气压缩功和氨分离的冷冻功。提高操作压力,原料气压缩功增加。但合成压力提高时由于氨净值增高,单位氨产品所需的循环气量减少,因而循环气压缩功减少。同时压力高也有利于氨的分离,在较高温度下气氨即可冷凝为液氨,冷冻功减少。实践证明,操作压力在 20~35MPa时总能量消耗较低。
二、温度
氨合成反应必须在催化剂的存在下才能进行,而催化剂必须在一定的温度范围内才具有催化活性,所以氨合成反应温度必须维持在催化剂的活性温度范围内。
通常,将某种催化剂在一定生产条件下具有最高氨生成速率的温度称为最适宜温度,不同的催化剂具有不同的最适宜温度,而同一催化剂在不同的使用时期,其最适宜温度也会改变。例如,催化剂在使用初期活性较强,反应温度可以低些;使用中期活性减弱,操作温度要提高;使用后期活性衰退,操作温度要比使用中期更提高一些。此外,最适宜温度还和空间速度,压力等有关。
空间速度对最适宜温度的影响。在一定空速下,开始时氨产率随着温度的升高而增加;达到最高点后,温度再升高,氨产率反而降低,不同的空间速度都有一个最高点,也就是最适宜温度。所以为了获得最大的氨产率,合成氨的反应随空间速度的增加而相应的提高,在最适宜温度以外,无论是升高或降低温度,氨产率都会下降。
催化剂层内温度分布的理想状况应该是降温状态,即进催化剂层的温度高,出催化剂层的温度比较低,这是一个高速反应(催化剂层上部)与最大平衡(催化剂层下部)相结合的方法,因为刚进入催化剂层的气体中含氨量低,距离平衡又远,需要迅速地进行合成反应以提高含氨量,因此催化剂层上部温度高就能加快反应速率。当气体进入催化剂层下部,气体中含氨量已增高了,催化剂温度低就可以降低逆反应速率,从而提高了气体中平衡氨含量。
催化剂层中温度分布是不均匀的,其中温度最高的点称为热点。
三、空间速度
当操作压力、温度及进塔气组成一定时,对于既定结构的合成塔,增加空间速度也就是增快气体通过催化剂床层的速度,气体与催化剂接触时间缩短,使出塔气中氨含量降低,即氨净值降低。但由于氨净值降低的程度比空间速度的增大倍数要少,所以当空速增加时,氨合成的生产强度有所提高,氨产量有所增加。在其他条件一定时,增加空间速度能提高催化剂生产强度。但空速增大,将使系统阻力增大,压缩循环气功耗增加,冷冻功也增大。同时,单位循环气量的产氨量减少,所获得的反应热也相应减少。当单位循环气的反应热降到一定程度时,合成塔就难以维持“自热”。
一般中压法合成氨,空速在20000~40000h-1之间。
四、合成塔进塔气体组成
合成塔进口气体组成包括氢氮比、惰性气体含量与初始氨含量。当氢氮比为3时,可获得最大的平衡氨浓度,但从氨的反应机理可知,氮的活性吸附是氨合成反应过程中控制步骤,因此适当提高氮气浓度,对氨合成反应速率是有利的。在实际生产中,进塔循环气的氢氮比控制在2.5~2.9比较合适。由于氨合成时氢氮比是按3:1而消耗的,因此补充的新鲜气的氢氮比应控制在3,否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来,造成循环气中氢氮失调。
惰性气体(CH4、Ar)不参加反应,但由于它的存在会降低氢氮气的分压,对化学平衡和反应速率都是不利的,导致氨的生成率下降。同时,由于惰性气体不参与反应,当通过合成塔时,会将塔中的热量带走,造成催化剂层温度下降,而且,还会使压缩机作虚功。
惰性气体来自新鲜气。随着合成反应的进行,惰性气体留在循环气中,新鲜气又不断补充在循环气中,这样循环气中的惰性气体会越来越多,因此必须将惰性气体排出。生产中采用不断排放少量循环气的办法来降低系统惰性气体含量。放空量增加,可使循环气中惰性气体含量降低,提高合成率,但是氢和氮也随之被排出,从而造成氢氮气的损失增大。因此,控制循环气中的惰性气体含量过高或过低都是不利的。
循环气中惰性气体含量的控制,还与操作压力和催化剂活性有关。操作压力较高及催化剂活性较好时,惰性气体含量高一些,也能获得较高的合成率。相反,循环气中惰性气体含量就应该低一些。一般循环气中惰性气体含量控制在12%~18%较为合适。
目前一般采用冷凝法分离反应后气体中的氨,由于不可能把循环气中的氨完全冷凝下来,所以返回合成塔进口的气体多少还含有一些氨。进塔气中的氨含量,主要决定于进行氨分离时冷凝温度和分离效率。冷凝温度愈低,分离效果愈好,进塔气中氨含量也就愈低。降低进塔气中氨含量,可以加快反应速率,提高氨净值和催化剂的生产能力。但将进口氨含量降得过低。势必将循环气冷至很低的温度,使冷冻功耗增大。
合成塔进口氨含量的控制也与合成压力有关。压力高,氨合成反应速率快,进口氨含量可控制高些,压力低,为保持一定的反应速率,进口氨含量应控制得低些。当采用中压时,进塔气中氨含量控制在3.2%~3.8%。

‘伍’ 工业合成氨是N2+H2 氢气成本不是很高了 为什么工业用这个合成

不然你觉得可以如何合成氨呢?必须用氢气和氮气。其它的方法造价更高

‘陆’ 工业生产中常利用连续生产等方法来提高生产效率,降低成本.图1是工业合成氨与制备硝酸的流程:(1)简述

(1)空气中含有大量的氮气,所以生成氨气的原料N2来源于空气,H2来源于焦炭与水蒸气的反应产物水煤气,
故答案为:N2来源于空气,H2来源于焦炭与水蒸气的反应;
(2)硝酸镁加入到蒸馏塔中作吸水剂,浓硫酸能吸水,而且难挥发,所以选用浓硫酸,故答案为:A;
(3)由图可知低温主要产物为氮气N2
生成NO的反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,NO的转化率下降,
合成塔反应过程中产生NO,为充分利用,补充空气会进一步与NO反应生成硝酸,
故答案为:N2;生成NO的反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NO的产率下降;进一步与NO反应生成硝酸;
(4)由题目信息可知,NO、NO2二者混合物与水反应生成亚硝酸,反应方程式为NO+NO2+H2O=2HNO2
亚硝酸再与尿素反应生成CO2和N2,反应方程式为CO(NH22+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O,
故答案为:NO+NO2+H2O=2HNO2;CO(NH22+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O.

‘柒’ 工业合成氨原料气比例氨气体积分数最大为什么

合成氨工业中分离氨气的方法——降低温度使氨气液化储存在钢瓶中。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨,为一种基本无机化工流程。
现代化学工业中,氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。
合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务,第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。
随着科学技术的发展,对氨的需要量日益增长。
1、合成氨的反应特点
①可逆反应;
②正反应是放热反应;
③正反应是气体体积减小的反应。
[1]
根据化学反应速率的知识,得知升温、增大压强、及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大;
降温、增大压强可以提高平衡时混合物中氨气的含量。
2、合成氨的工艺条件:
(1)压强
有研究表明,在400°C,压强超过200MPa时,不使用催化剂,氨便可以顺利合成,但实际生产中,太大的压强需要的动力就大,对材料要求也会增高,这就增加了生产成本,因此,受动力材料设备影响,目前国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa.
(2)温度
从理想条件来看,氨的合成在较低温度下进行有利,但温度过低,反应速率会很小,并且在500°C时催化剂铁触媒的活性最大,故在实际生产中,一般选用500°C。
(3)催化剂
采用铁触媒(以铁为主,混合的催化剂),铁触媒在500°C时活性最大,这也是合成氨选在500°C的原因。
最后,制得的氨量也不算多,还可以采取迅速冷却,使气态氨变为液态氨。
也可原料重复利用。
但对于合成氨反应中的铁催化剂,O
2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。
但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时,催化剂的活性又能恢复,因此这种中毒是暂时性中毒。
相反,含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。
催化剂中毒后,往往完全失去活性,这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理,活性也很难恢复。
催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。
工业上为了防止催化剂中毒,要把反应物原料加以净化,以除去毒物,这样就要增加设备,提高成本。
因此,研制具有较强抗毒能力的新型催化剂,是一个重要的课题。

‘捌’ 工业合成氨,增加氨气的量,平衡移动,转化率

增加氨气的量,反应方向向吸热反应进行,氨气转化率降低,氮气或氢气的转化率升高(密闭容器)
由于增加反应物浓度引起平衡正向移动时,有以下几种情况:

①对于两种或两种以上的反应物(不考虑固体反应物),在恒容恒温的平衡体系中,只增加一种反应物的浓度,另一种反应物的转化率提高,而该反应物的转化率降低。如N2(g)+3H2(g) ≈2NH3(g),平衡时增加N2的浓度,平衡正向移动,H2的转化率增大而N2的转化率降低。

②对于反应物只有一种的可逆反应(并规定起始时只有反应物),若反应前后气体分子数不变,如2HI(g)≈�H2(g)+I2(g),则无论增大或减小HI的浓度,HI的转化率都不改变;若反应后气体分子数减少,如2NO2(g)≈�N2O4(g),则恒容恒温时增大NO2的浓度,NO2的转化率增大,若反应后气体分子数增大,如2NH3(g) ≈N2(g)+3H2(g),则恒容恒温时增大NH3的浓度,NH3的转化率减小。

‘玖’ 怎样提高工业合成氨的产率

提高合成的压力,大约是几百兆帕,具体的值不太记得了;
理论上氢氮比是3:1,实际上应该加大氢,大约是5:1合适;
及时转移合成产物,使得这个平衡反应保持右移的趋势;
使用催化剂,并使温度保持在最适合温度,大约是500℃;