合成氨教案

(g)

率的各种影响进行定性分析。

课程设计思想：

新一轮课程改革中,教师和学生角色的改变是突出的特征,发挥学生的主体学习地位、营造师生互动的学习氛围,改变学生学习的方式等都是课程改革的中心内容和环节。为了促进课程改革的深入和发展,使教学更贴近于工农业生产、更贴近于生活,使学生能真正感受到化学理论在实际生产中的指导作用,培养学生探索知识的能力,把本节课程

采取了研究性学习的模式来进行,具体教学过程如下：

知识与技能：

1.使学生理解如何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。

2.使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

3.培养学生的创新思维,训练科学方法。

4.培养学生理论联系实际,具体问题具体分析的能力。

过程与方法：

通过研究性学习的方式培养学生自主学习的能力和主动探究问题的意识。

情感态度与价值观：

1.通过汇报活动培养学生与人合作的团队精神。

2.通过对简史的研究,使学生体验科学探究的艰辛和喜悦,培养学生热爱科学的情感。

【教师引言】

自从人类掌握了人工固氮的方法,农业才发生了根本的变革,因为当前世界上90%以上的氮肥都是由NH3加工而成的。正如诺贝尔化学奖得主西博格所说的那样“：无论从经济发展还是人类进步角度而言,合成氨的实现都是二十世纪最辉煌的成就之一。”既然它如此重要,今天我们就共同探讨有关合成氨的内容。由于前面已经学习过化学反应速率和化学平衡,所以本节课以研究性学习的方式来进行。我们把本节课拓展为四个子课题,课下同学们也完成相应的查阅与整理,今天由各组进行成果汇报。在汇报过程中其他组同学有什么疑问,欢迎现场提出。

下面请第一小组同学为我们作有关《合成氨发展简史》的汇报。

第一小组：

【汇报同学】：

大家好,今天由我带领大家一起点击工业简史,纵观氨的发展。

合成氨从第一次实验室研究到工业化生产,大约经历了150年的时间。早在1975年,有人试图在常压下合成氨,后来有人在50个大气压下做这个实验,但都失败了。这时又有人提出在高压下进行氨的合成,这个人就是法国化学家勒夏特列,但很可惜的是他所用的N2、H2中混入了空气,在实验过程中发生了爆炸,在没有查明事故原因的情况下,他就放弃了这项实验。德国化学家能斯特也进行了这项研究,由于错用了一个热力学数据,以至得不出正确的结论,因而也放弃了。

在合成氨方面,虽然许多化学家都遇到了各种各样的困难,但有一位化学家却一直坚持这项研究——他,就是德国化学家弗里茨?哈伯。请大家看大屏幕(幻灯片1),这就是哈伯。他起初也想在常压下合成氨,但没有成功。后来他借鉴勒夏特列高压研究的方法,终于,他采用600℃、200个大气压、金属铁做催化剂的条件下,合成氨实验成功。这是

一幅当时试验的装置图。(幻灯片2)合成氨的首次突破,引起了社会广泛的关注。当时,一位很有远见的工业化学家参观了哈伯的实验室,大家请看大屏幕(幻灯片3)这个人就是德国巴登苯胺纯碱公司总经理博施,他在参观完哈伯的实验室后做出了将氨的生产推向工业化的决定。这项工作整整花费了博施和许多科学家5年的时间。他们为了寻找高效、稳定的催化剂进行了上万次的实验,测试了2500多种的配方,终于,在1913年一个日产30吨氨的合成氨工厂建成并投产,一个几代科学家的梦想实现了。人类也结束了依靠天然氮肥的历史。

然而,提到合成氨就不能不使人联想到一战,它在造福于人类的同时,也使千千万万的人饱受战火的侵扰——因为它的出现解决了一战时期短缺的粮食和炸药的问题。

目前,世界已趋于和平,合成氨在各国化工业和国防业发挥着重要作用,我们的生活也因为它的出现变得丰富多彩。

【教师评价并设问】：使一战得以延续,说明一项重大的科技发明,在造福于人类的同时也可能危害于人类,但合成氨的实现毕竟给世界农业带来了福音,正如许多科学家

所说的那样：“哈伯、博施是用空气制造面包的人。”

第一小组的汇报很精彩,请大家结合第一小组的汇报,从多角度分析：哈伯、博施成功的关键是什么?(研究方向、思想品质等)

(幻灯片4)

【发言学生A】：他们侧重了温度和催化剂的研究。

【发言学生B】：我认为他们是从前人的研究中吸取了经验和教训,才获得了成功。

【发言学生C】：他们持之以恒的科学品质是他们取得成功的关键。

【教师评价】：良好的科学品质是他们成功的首要条件,这也是我们应该学习的。那么合成氨工业应该选用怎样的条件呢?请第二小组为我们介绍。

第二小组同学：

【汇报同学甲】：大家好,我们小组研究的课题是《合成氨工业条件的选择》。

这是合成氨反应的方程式(幻灯片5)大家看,有什么特点?

【发言学生A】：可逆反应、正反应为放热反应、正反应为体积缩小的反应。

【汇报同学甲】：下面我想问大家一个问题：如果你是一个氨厂厂长,最关心什么问题?

【发言学生B】：多赚钱。

【发言学生C】：降低成本,最大限度的获得经济效益。

【汇报同学甲】：最大限度的获得经济效益办法之一就是要提高单位时间内的产量,那么怎样提高单位时间内的产量呢,我们可以设法使反应速率快一些,使反应进行的程度大一些,既涉及到反应速率和化学平衡问题。下面我们从压强、温度、催化剂三个方面分析他们对反应速率和化学平衡的影响,请同学们和我一起填表：

(幻灯片6)

合成氨具体采用哪些条件呢?请乙同学请乙同学为我们介绍。

【汇报同学乙】：这是我们小组同学在网上下载的一幅图片：

(幻灯片7)

图中曲线表示的是等压线,请大家看一看这幅图能说明什么问题?

【发言学生D】：说明压强越大达平衡时NH3产量越高。

【发言学生E】：氢氮比为3：1时产量最大。

【汇报同学乙】：请大家思考：实际生产中是不是压强越大越好呢?

【发言学生F】：我认为不是。因为压强越大对材料的强度、设备的要求就越高,这将会大大增加生产的投资;并且很高的压强也不是凭空产生的,也要耗费能源,这些都会提高产品的生产成本。

【汇报同学乙】：受动力、材料、设备等的限制,我国一般采用20Mpa—50Mpa,相当于200—500个大气压。

【发言学生G】：对不起。但据我们小组所查资料显示,由于近些年能源价格上涨,许多氨厂都采用降压生产,现在许多大型氨厂多采用的是15Mpa—20Mpa,以提高经济效益。

【汇报同学乙】：哦……这一点我们没查到,谢谢丁同学为我们小组补充了新的资料。

刚才在温度的选择上出现了矛盾,我们一会解决。先由丙同学为大家介绍催化剂的选择。

【汇报同学丙】：大家好,由我为大家介绍催化剂的选择。我们知道,氮气的结构比较稳定,即使在高温高压下,氮气、氢气的化合仍十分困难,我们可以采用加入催化剂的方法,以降低反应所需的能量,使反应在较低的温度下能进行。科学家在寻找催化剂的过程中作了不懈的努力,最初他们发现锇、铀是很好的催化剂,但这两种金属都很贵重,后来科学家们通过上万次的实验终于找到了高效、稳定的催化剂——铁触媒,从而使合成氨实现了工业化生产。寻找铁触媒试验次数之多,也被载入了世界纪录——也就是大家所熟悉的吉尼斯世界纪录。

【汇报同学乙】：这是我们小组查到的铁触媒催化能力随温度变化的曲线,现在我们解决温度的问题,合成氨应该选择什么样的温度呢?(幻灯片8)

【发言学生D】：500℃左右是催化剂活性最强,我想应该选用这个温度。

【发言学生H】：我不同意这种看法,温度越高N2、H2的转化率就越低,产品成本会增加,我想应该选用比500℃稍低一些的温度。

【汇报同学乙】：选择500℃时候反应速率最快,可最大限度的缩短生产周期,并且N2、H2可以循环使用,不会增加成本,所以实际生产中合成氨采用500℃左右的温度。所以D同学的看法是对的。

【发言学生H】：但是,据我们小组的调查,我国用的是A10型的催化剂,选用的温度是450℃啊。

(研讨气氛浓厚、气氛热烈)

【汇报学生乙】：这……我想可能是设备、技术等因素的影响吧,我国采用比500℃低一些的温度。但一般采用500℃。以上就是我们小组的研究成果。

综上所述,压强一般采用15Mpa—20Mpa,温度采用：500℃(齐答),催化剂是：铁触媒(齐答)。谢谢大家。(幻灯片9)【教师点评】：关于温度的选择,我说说我的看法。我想应该选择催化剂具有最大活性的温度。铁触媒是以铁为主,多成分的催化剂。成分不同,最大活性温度也不同。A10型催化剂的最大活性温度应该是450℃,教材提到的500℃应该是普通型号铁触媒的最大活性温度。这一点我们课下再共同查一查。

看得出,同学们不但对本组课题做了细致研究,还对其他组的课题做了一些工作。非常不错。研究性学习要体现的正是这种主动探究的学习品质。我们给这几名同学些掌声好不好?(掌声热烈)通过第二次小组的汇报不难看出,合成氨的实现得益于理论的指导,例如：化学平衡理论使哈伯认识到,若调整影响平衡的条件,从前认为不可能发生的反应也许是可以发生的,反之,合成氨的摸索与实践又促进了相关理论的发展与完善,正是这种理论与实践的相互结合,才使科学家们找到了适宜的条件,下面看我们能不能活学活用,分析一个实际生产问题。

在制硫酸的工业中有以下反应(：幻灯片10)

请结合图表,从温度、压强等角度考虑,为其选择适宜的生产条件。

【发言学生A】：4500C时达平衡SO3的产量更高一些,所以温度选用4500C;压强方面,压强越大,SO3产量越高。但压强太大,会提高成本,所以我选用50个大气压。

【发言学生B】：我认为50个大气压与1个大气压相比,达平衡时SO3产量差不多。选50个大气压还不如选常压生产。这样可以赚更多的钱。

【教师评价】：大家同意谁的观点?(同意乙的观点)乙学生可以创造更大的经济效益。我想下一届优秀企业家的称号应该授予你。

为了使大家对合成氨有一个完整的印象,第三小组对合成氨的工艺流程做了具体的研究,有请第三小组同学。

第三小组：

【汇报同学甲】：首先由我为大家介绍原料气的制备。我有一个问题想问大家：空气的主要成分是什么?

氮气、氧气(齐答)

我们可以采用降温的方法使空气液化,再利用氮气、氧气沸点不同蒸发空气就可以先得到氮气,这是制氮气的物理方法;亦可以采用化学方法：使炭在空气中燃烧,得到氮气和二氧化碳的混合气,再设法除去二氧化碳,便得到氮气。下面为大家介绍氢气的制法,我又有一个问题想问大家,工业上是怎样制氢气的?

【学生回答】：水煤气法

【汇报学生甲】：那水煤气的成分是什么?

【学生回答】：CO和H2,可以由C+H2O(气)CO+H2制得

【汇报同学甲】：非常好,CO和水蒸气在高温存在的条件下还

可以继续反应：

CO+H2O(气)CO2+H2

在工业上以煤炭为原料,将水蒸气通过炽热的炭层,除去CO2即得到H2。

除以煤炭制原料气外,还可用石油、天然气、石脑油等。我国以煤炭为主。(幻灯片11)有了原料气,现在我们就要制氨了,有请乙同学为我们介绍。

【汇报同学乙】：刚才制备原料气的过程叫做造气,为防止催化剂中毒我们要把原料气净化。由第二小组的汇报可知,当氢氮比为3：1时氨产量最大。我们把氢气、氮气按3：1通入空气压缩机内压缩得到高压气体,通入合成塔内合成。但即使在5000C、30Mpa 时,达平衡时氨只占26.4%,为了提高氨的产量,我们还可以采用什么方法?

【发言学生A】：我想可以增大氮气和氢气的浓度,使平衡正向移动。

【发言学生B】：我想可以降低氨的浓度,因为氨的沸点高,很容易液化,这样把氨分离出去,可以使平衡正向移动。

【汇报同学乙】：非常好,我们实际可以采用使氨液化的方法。

由于氮气和氢气不易制得,所以甲的说法是不可取的。此外,如果让氮气、氢气只一次通过合成塔起反应是很不经济的,应将分离后的原料气循环使用,并补充新鲜的氮气、氢气,使反应物保持一定的浓度。(幻灯片12)

(展示动画)这是工业合成氨的模拟图。

这是我们小组同学在网上查到的合成塔的剖面图(幻灯片13)这是一个双层塔,冷的原料气从进料口进气,沿内外层塔间流动到底部,沿细管管间曲曲折折地向上流动,热的反应混合气走细管管内,原料气在这里经过预热后进入细管内合成。以上就是我们小组的研究结果。

【教师设问】：结合第三小组汇报,请大家探讨一个问题：合成氨工艺有哪些优点?

【发言学生A】：原料气的充分利用。氨的液化、分离。

【发言学生B】：通过热交换实现了余热的利用,余热如果有剩余,还可以做其他的用途,比如冬季供暖。另外它在合成塔内部热交换,也可以节约厂房的面积。

【教师评价】：非常好,大家的思维比较广阔。分析得很全面。

(幻灯片14)

目前,世界各国合成氨工业都有了较大的发展,我国也取得了长足的进步,第四小组的同学对这部分资料进行了收集与整理。

第四小组：

【汇报同学】：大家好,我们小组研究的内容是《合成氨发展现状》。从1913年到2003年,合成氨工业已经历了整整90年的历史,一战结束后,合成氨由为战争服务转向为农业、工业服务,近30年来合成氨工业发展很快,目前合成氨产量以中国、俄罗斯、美国、印度等国最大,约占世界总产量的一半以上,1981年世界以天然气制氨的比例约占71%,中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨,天然气制氨只占20%。但自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线已重新受到重视,专家预测：未来除有天然气的地方外要改用煤为原料制氨。

我国合成氨工厂解放前只有两家,幻灯片显示的是其中一家——永利碱厂(幻灯片15)解放后有了突飞猛进的发展,幻灯片显示的是50年代以来氨产量随年份的增长情况,70年代中期以后增长迅速,1995年年产量已达2763.7万吨,居世界第一位。(幻灯片16)

50年代到60年代,我国建设了1000多家中小氮肥厂,但小氮肥厂综合效益低。70年代起我国先后引进了30套年产30万吨以上的大型合成氨设备,构成我国合成氨工业的骨干力量。这幅图片显示的是氨厂数目随年份的增长情况：

这30套设备荟萃了当今世界上主要的合成氨生产技术,值得一提的是,上海吴泾化工厂是惟一一家国产化设备的化工厂(幻灯片17)年产100万吨氨。目前我国还有3套大型设备在建。我国已形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的合成氨的生产格局。

但随着国际竞争的日益激烈,近年来合成氨设备的大型化是世界的主流。我国兴建大型设备,改善中型、淘汰小型设备势在必行。

谢谢大家,以上就是我们小组的研究成果。

【教师点评】：至今,哈伯合成氨的方法,世界各国仍普遍采用,但它有没有缺点啊,有(学生齐答)例如反应条件要求高、原料气转化率低等,因此人们也一直在探索人工固氮的新方法。科学的发展离不开大胆的想象,现在请大家给自己插上想象的翅膀,狂想一下人工固氮的新方法。

(学生热烈讨论)

【学生A】：植物的根瘤菌可以固氮,我们可以想办法把植物的根瘤菌移植到果实上,让植物的果实吸收大气中的氮气,直接在果实内生成液态的氨,就像椰子中的椰子汁似的。

【学生B】：我认为不行,氨常温、常压下是气态的。但我想能不能克隆植物的根瘤菌,再利用根瘤菌在常温、常压下合成氨,这样不用高温、高压,氨的成本就非常低了。

(学生赞同、气氛热烈)

【学生C】：氮气、氢气之所以难化合,原因之一就是氮氮叁键能大,难破坏,我想可以想办法降低键能。我在课外书上看过,利用超声波可降低键能,这样它们的化合就变得容易了。

【学生D】：有机物中存在着氨基,能不能让有机废物中的氨基与氢结合就生成氨了。

【学生E】：我想没有必要,因为有机废物本身就是化肥了。

【学生F】：我有两种方案,第一种是我在网上查到的：现在有一种叫做“电合成法”的制氨方法,方程式与传统的合成氨一样,但这种方法原料气的转化率可达到78%,未来有望推广。第二种,未来可以找到一种在常温下具有很大催化活性的催化剂,这样即使采用传统的制氨方法,经济效益也是很好的。

(学生赞同、气氛热烈、学生继续举手要求发言)

【教师总结】：由于时间关系,今天我们就探讨到这。通过本次研究性学习,说明同学们具有较强的问题意识,能够发现并探究有价值的化学问题,同时体现出善于与人合作的团队精神,这些都是会使我们终身受益的财富,希望在今后大家成长的日子里,这节课对大家有所启示、有所帮助。

【反思和感悟】：合成氨这节课是一节化学理论在实际生产中直接应用的典型课,如果这堂课按照以往的教学方式授课,是一节枯燥无味、引不起学生兴趣的一节课,又因教师缺乏实际工业生产的经验,所以不一定会有很好的教学效果,但改为研究性活动课后,效果就完全不同了,把学生充分调动起来,学生查阅了大量的资料,进行了调查研究,获得了很多信息和数据,学生在获得大量知识的同时培养了多方面的能力,具体表现在：

1、充分发挥了学生的主体作用,培养学生的主体意识。

2、改变当前学生被动学习为主动学习,激发学习兴趣。

3、培养学生发现、研究问题的能力和体验科学研究的一般过程和方法。

4、让学生积极开动脑筋、大胆创造,培养学生的创新意识和实践能力。

5、充分发挥学生自身潜能,培养了学生使用高科技媒体的能力。

6、培养学生多渠道获取信息和分析信息的能力。

7、增强学生人际交往能力和团结协作的精神。

8、通过让学生了解社会,增强学生的社会责任感和使命感,培养学生奋发向上的健康的心理品质。

9、培养学生撰写报告、准确表达自己观点的能力。

课后对这节课进行了学生反馈,学生普遍反映：

1、非常喜欢这种授课方式,有新鲜感、有吸引力,的确感到了我们成为了课堂的主人。

2、课堂内容丰富,涉及面广,能提高我们的学习兴趣。

3、通过这种形式上课,我们感到了化学与生活紧密相关,看到了化学实用性很强。

4、通过访问、调查、研究,加深了我们的感性认识,要比老师单纯灌输效果好的多。

5、学生认为这样的课把德育教育融入其中,使我们很容易接受。如通过新、旧社会合成氨工业发展的对比,看到我国工业突飞猛进,看到祖国的强盛与兴旺,我们感到自豪。学生在建议中提到：

1、希望以后多上这样的研究性活动课,让我们的活动范围再广一些,实践时间再长一些。

2、因为刚开始上这样的课,我们还不太适应,语言表达还不够完美、精炼。希望以后多给锻炼的机会。

本节教学的不足之处：

1、学生的分析、调查还停留在理论上,缺少实践的过程。

2、学生参与的范围还比较窄,没有把全部学生都调动起来。

3、学生的汇报还存有背诵的痕迹,发挥得不够自如。

4、教学的整个模式在某环节上还需要调整和完善。

即使存在很多不足,我们认为这节课还是很成功的一节课,也是课堂改革的一种趋势和方向。我们相信通过今后的教学实践会更加完美。

祝愿我们的高二十五班每一位同学都能圆自己心中的梦

年轻的汗水与泪水不会白流

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。（韩愈）

一个人追求的目标越高，他的才力就发展越快，对社会就越有益。（高尔基）

劳动一日，可得一夜的安眠；勤劳一生，可得幸福的长眠。（达?芬奇）

世界上最快乐的事，莫过于为理想而奋斗。（苏格拉底）

1、不要被看不见的打败，不要被看得见的迷惑！

2、生命中最快乐的是拼搏而非成功，生

命中最痛苦的是懒惰而非失败3、细节决定成败，细心赢得未来4、不抛弃不放弃5、不为失败找借口，要为成功找方法。6、让结局不留遗憾，让过程更加完美7、努力造就实力，态度决定高度。8、把握现在、就是创造未来9、再苦再难，也要坚强，只为那些期待的眼神。10、什么是不简单？简单的事做好就是不简单；什么是不平凡？平凡的事做好就是不平凡。11、人活着要呼吸。呼者，出一口气；吸者，争一口气。12、心无旁鹜志在必得13、六月里，我们去飞翔！14、万米长跑功在百步冲刺十年磨剑全凭一日开锋

15、Hewastoneofhopeoutofthemountainofdespairandyoucanmakeyourlifeasplendidone!16、从

绝望中寻找希望，人生终将辉煌！17、生活的理想，就是为了理想的生活18、真正没有资格谈明天的人，是那个不懂得珍惜今天的人19、欲速则不达20、Nothingisimpossibleforawillingheart.21、Allthingsaredifficultbeforetheyareeasy.22、全力以赴的最大障碍是自以为全力以赴!23、每天收获小进步，积累起来就是大进步；每天收获小幸福，积攒起来便成大幸福24、凡事自下决心并动手做那一刻起，难度已经降低了30！25、Aman,likeawatch,istobevaluedbyhismannerofgoing.26、请珍惜和同窗好友最后的拼搏时光！伴着汗水它将被铭记！27、勇于正视自己的缺点并从中站立起来的人才是生活的强者！28、对于不能逃避的事情，要尽早地积极地面对！29、再短的时间也会像机器猫的口袋，从中可以制造出一切奇迹！

2、你们的班主任希望让你们因他的严格要求而“抱怨”

3、也不愿他的学生因为他的管理不严而“抱怨”他一生

4、希望高二十五班与全任课老师一起努力，换来两年后的辉煌!

合成氨条件的选择

学科：化学 教学内容：合成氨条件的选择 【基础知识精讲】 1.合成氨反应的理论应用 合成氨反应原理： N2+3H22NH3(正反应为放热反应) 反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应. 根据上述反应特点，从理论上分析： (1)使氨生成得快的措施(从反应速率考虑)：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂. (2)使氨生成得多的措施(从平衡移动考虑)：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强. 2.合成氨条件的选择 在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择： 浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用.按1∶3循环的气体体积比，仍会保持1∶3. 温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围. 压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2×107Pa～5×107Pa. 催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间. 可将合成氨的适宜条件归纳为： ①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500℃左右；③压强为2×107Pa～5×107Pa；④铁触媒作催化剂. 3.合成氨的工业简述 合成氨工业的简要流程图： (1)原料气的制取. N2：将空气液化、蒸发分离出N2，或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2. H2：用水和焦炭(或煤、石油、天然气等)在高温下制取，如

-合成氨原料气的制备方法

年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选 合成氨生产工艺流程简介 合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。 ●原料气的合成 固体燃料生产原料气：焦炭、煤 液体燃料生产原料气：石脑油、重油 气体燃料生产原料气：天然气 ●原料气的净化 CO变换 ●合成气的压缩 ●氨的合成 工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下： 1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程 50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。 我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程： ◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作 为产品。所以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。 ◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代 传统的铜氨液洗涤工艺。 2)以天然气为原料的流程 天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。 3)以重油为原料的流程 以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。 二、合成氨原料气的制备方法简述 天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO为主要组分的粗原料气， 这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。 按原料不同分为如下几种制备方法： ●以煤为原料的合成氨工艺 各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。 典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。 ①固定床碎煤气化

合成氨工艺设计

合成氨工艺设计 摘要：介绍了不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为未来合成氨技术进展的主要趋势是大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行。 关键词：合成氨；发展现状；发展趋势 氨是最为重要的基础化工产品之一, 其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户, 世界上大约有10% 的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业, 合成氨是氮肥工业的基础, 氨本身是重要的氮素肥料, 其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料, 这部分约占70% 的比例, 称之为“化肥氨”; 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料, 用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料, 这部分约占30%的比例, 称之为“工业氨”。未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”。 一、不同原料合成氨工艺流程 1、以固体燃料（煤或焦炭）为原料的合成氨的简要生产过程 煤或焦炭造气脱硫 CO变换 精制脱CO2 压缩 合成合成尿素 氨尿素 2、以天然气或轻油为原料的合成氨的简要生产过程 天然气或轻油脱硫一段转化二段转化 CO高变 CO低变 压缩甲烷化脱CO2 合成合成尿素 氨尿素 3、以重油为原料的合成氨的简要生产过程 重油油气化除炭黑脱硫 CO变化 空气空分脱CO 2 液氨洗涤合成尿素

尿素 压缩合成 氨 二、合成氨各工段工艺流程（以煤为原料） 1、造气工段（间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的） （1）五个阶段： ①吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—烟囱放空或送吹风气系统回收。 ②一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。 工艺流程：水蒸汽和加氮空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ③下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。 工艺流程：蒸汽（不加空气）—炉顶—燃料层—炉底—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ④二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。工艺流程与一次上吹阶段相同。 ⑤空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 （2）工艺条件： ①温度：炉温应较熔点温度低50℃ ②吹风速度：吹风速度直接决定放热。 ③蒸汽用量：是改善煤气质量和提高煤气产量的重要手段之一。 ④循环时间及其分配：等于或略少于3min 2、净化工段

煤化工工艺学教案

《煤化工工艺学》教案 中文名称：煤化工工艺学 英文名称：Chemical Technology of coal 授课专业：化学工艺 学时：32 一、课程的性质和目的： 煤化工工艺学是煤化工专业学生的专业课，是为了适应现代化工行业的发展需要，培养具有化工设计基本思想和产品开发能力的专门人才，为毕业生尽快适应就业后工作要求、今后进一步的学习而设立的。可供从事煤化工利用专业设计、生产、科研的技术人员及有关专业师生参考。 通过对煤低温干馏、炼焦、炼焦化学产品回收和精制、煤的气化、煤的间接液化、煤的直接液化、煤的碳素制品和煤化工生产的污染和防治等的生产原理、生产方法、工艺计算、操作条件及主要设备等的介绍，使学生具备煤化工工艺学的坚实基础，对煤化学工业的原料选择、工艺路线的选择、典型单元操作及化工工艺的实现等有深刻的理解，具备对工艺过程进行分析、改进、开发新产品等能力，以掌握煤化工工艺的开发思想和思路为重点，增强其独立思考的能力、分析问题、解决问题的能力，为学生就业和进一步的发展奠定良好基础。 二、课程的教学容、各章容及相应学时数 本课程由下列7章组成： 1章绪论1学时 2章煤的低温干馏5学时 3章炼焦8学时 4章炼焦化学产品的回收与精制6学时 5章煤的气化6学时 6章煤间接液化4学时 7章煤直接液化2学时 根据本课程的特点，组成为下列容： 1绪论

§1．1 煤炭资源 §1．2 煤化工发展简史 §1．3 煤化工的畴 §1．4 本书简介 了解煤化工工业发展历史、煤化工工业在国民经济中的地位，煤化工发展趋势。 掌握化学加工工业的基本概况、特点，掌握石油、煤、天然气等能源概况。 重点：煤化工的畴。 引言：煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。、 煤化工行业发展现状：1.煤炭逐步由燃料为主向燃料和原料并举过渡;2.近些年来，基于煤炭气化的新型煤化工得到了快速发展;3."十一五"期间，在煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等方面的示工程取得了阶段性成果。 煤化工发展趋势。1.产业结构调整与升级：从长远看，钢铁行业受出口疲软、房地产下行影响，库存增加，利润和开工率下降，焦炭和兰炭行业的需求和利润空间受到影响;合成氨\尿素、甲醇等产业产能过剩，因此，传统煤化工行业面临落后产能淘汰、技术升级换代。2.环境保护要求煤化工走清洁生产：更加严格的排放标准;落后技术的淘汰如常压固定床气化技术;水资源消耗的减量化：空冷技术、中水回用;粉尘治理、有机废水处理和脱硫脱硝技术的应用。3.能源效率提高：煤炭分级利用：焦油--固体燃料--化工产品;煤炭多联产：电力、热力、化工产品;工程设计的进一步优化;节能技术的应用。4.煤化工对石油化工替代性增强：煤气化的平台技术继续多样化与成熟化;煤化工产品技术多样化如芳烃、乙醇等;已有技术的继续进步：煤焦油的分离、加氢;乙二醇技术成熟;煤制烯烃、煤制油、煤制天然气等产业快速发展。 §1．1 煤炭资源 煤是地球上能得到的最丰富的化石燃料。按探明储量世界煤炭资源的储量、密度，北半球高于南半球，特别是高度集中在亚洲、北美洲和欧洲的中纬度地带，合占世界煤炭资源的96%，按硬煤经济可采储量计，以中国(占11%)、美国(占23.1%)和俄罗斯最为丰富，次为印度、南非、澳大利亚、波兰、乌克兰、德国等9国共占90%。中国1991年末煤炭探明储量为9667亿吨，其中、和分别占27%、21%和16%。

老师《合成氨反应及其反应条件的选择》教学设计

6.3-2《合成氨反应及其反应条件的选择》教学设计 东昌中学林夕勋2011.5.3 教学设计思路： 以“合成氨反应的发生和工业生产反应条件的研究”历史为主线，让学生感受科学家科学探索的过程，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义，同时通过对哈伯的科学精神和道德价值的认识，结合目前国内食品添加剂的安全和生产道德，对学生进行科学道德的教育，树立正确的人生价值观；在学习了化学反应速度和化学平衡移动原理以后，用该理论研究工业合成氨生产反应条件的选择，体验科学理论对工业生产的重要指导意义，同时考虑工业生产中设备、材料等的实际情况和综合的经济效益，合理地选择适宜的生产条件；通过对合成氨反应催化剂技术的发展前景的设想，体验科学发展无极限，体验科学创新精神和意识。 第一部分：阅读“勒夏特列、能斯特、哈伯”三位杰出科学家合成氨反应的研究故事，体验科学难题研究的方法和态度对于科研研究的重要意义。 第二部分：合成氨反应条件选择的理论分析和实际生产选择的讨论。引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，从反应速率的角度和从化学平衡的角度来分析，合成氨反应对外界条件（温度、压强、催化剂）的选择要求；再考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，从实际出发合理地选择合成氨的生产条件；结合合成氨生产过程示意图，简单分析浓度对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，从提高综合经济效益的角度，来理解合成氨反应适宜条件的选择和操作要求。第三部分：合成氨工业发展前景——催化剂技术。（生物技术和催化剂技术——酶。“盐酸酶能把食盐直接变成盐酸”）从拓宽学生的思路出发，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。 一．教学目标 1、知识与技能 （1）掌握工业合成氨的反应条件 （2）掌握工业合成氨反应条件的选择依据 2、过程与方法 （1）通过阅读合成氨反应的发展史，体验科学家探索科学难题的过程和方法。 （2）通过对合成氨反应条件选择的讨论，理解化学理论对实际化工生产的指导意义。 3、情感态度与价值观 （1）通过三位杰出科学家对合成氨反应的研究故事，感悟科学研究的态度和方法； （2）认识哈伯的科学态度和道德价值观，树立科学和道德正确的人生价值观。 (3)激发学生对化学及化学工业的兴趣. 二．教学重点和难点 1、重点： （1）体验科学难题探索的方法和态度，人生价值观教育； （2）合成氨适宜生产条件的选择。 2、难点： 合成氨适宜生产条件的选择。 三．教学方式： 阅读、讲解、问题讨论 四．教学流程 引入：一个化学反应能解决几十亿人的吃饭问题，有人称其为“明星反应”，你知道是哪个

合成氨工业设计和计算

第一章合成氨的现状及发展概况 1.1 概况 氨是20世纪世界重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位；同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。氨既是主要的最终产品，同时又是重要的中间体[6]。按其提供反应氮用途分为“化肥氮”和“工业氮”。氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，氨本身就是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70%的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”[7]。氨在21世纪世界经济中仍将占有十分重要的地位。展望21世纪合成氨的发展，对于我们了解合成氨发展和变化规律，预测21世纪合成氨发展趋势，制定规划和促进社会经济可持续发展具有十分重要的现实意义。 1.2 世界合成氨工业概况 1.2.1 氨的生产能力和产量 合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt，但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上[8]。 1.2.2 消费和用途 合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨[9]。目前，合成氨年总消费量约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12％。 1.2.3 原料 合成氨主要原料有天然气、石油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71％，联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨，天然气制氨仅占20%。70年代原油涨价后，一些采用石油为原料的合成氨老厂改用天然气，新建厂绝大部分采用天然气作原料[10]。

合成氨工业技术的现状及展望

合成氨工业技术的现状及展望

我国氨工业技术的现状及展望 （米庆芳14111700401）摘要：合成氨工业的巨大成功，改变了世界粮食生产的历史，解决了人类因人口增长所需要的粮食，奠定了多相催化科学和化学工程科学基础。催化合成氨技术在 2 0 世纪化学工业的发展中起着核心的作用。本文简述了现代合成氨的主要生产工艺，展望了我国合成氨工业的发展趋势：①原料方面进行油改煤、油改气；②规模方面上大压小和产能置换；③生产技术方面发展新型高效催化剂、低压合成工艺和多联产工艺。 关键词：合成氨工业；油改煤；低压合成工艺；多联产工艺 Status and Prospect of ammonia industrial technology Abstract: The huge success ammonia industry has changed the history of world food production to solve the human food needs due to population growth, laying the heterogeneous catalysis science and chemical engineering science foundation. Catalytic ammonia technology plays a central role in the development of 20 century in the chemical industry. This paper describes the main production process of modern synthetic ammonia, the development trend of China's ammonia industry: ①the material aspects of oil to coal and oil to gas; big pressure and scale of energy production on ②replacement; ③the development of new and efficient production technology catalysts, low pressure synthesis process and multi-generation process. Keywords: Ammonia Industry; oil to coal; Low synthesis process; multi-generation technology 氨工业是现代化学工业之父。以合成氨为基础原料的化肥工业对粮食增产的贡献率占50％左右，使人类社会免受饥荒之苦而居功至伟。合成氨已经成为数以百计的无机化工产品和有机化工产品的生产原料。合成氨工业化作为工业史上加压催化过程的里程碑，标志着工业催化新纪元的开端，也奠定了多相催化科学和化学工程科学的基础。目前，我国合成氨产业规模已居世界第一，总量占世界总量的约1／3。合成氨作为化肥工业生产的重要基础，在我国国民经济中发挥着重要作用。 1 现代合成氨的主要生产工艺 1.1 现代合成氨工业主要生产原料[1-2] 合成氨的反应公式为3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反应特点主要为：可逆反应，氢气与氮气反应生成氨，同时氨在一定条件下也可以分解成氢气和氮气；此外，合成氨的反应为放热过程，反应过程中反应热与温度以及压力有关；而且需要催化剂的催化方能迅速进行合成氨反应。现代合成氨工业以各种化石能源为原料制取氢气和氮气。根据不同的制气原料而有不同的工艺技术，其中，煤炭约占76％、天然气约占22％、其它约占2％左右[3]。 1.1.1 天然气 采用天然气生产合成氨主要工序为脱硫、二次转换、一氧化碳以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氢混合利用甲烷化技术去除少量

高二化学同步教案：化学反应条件的优化工业合成氨鲁科版选修[2]

（第三课时） 【题１】在一定条件下将含１ mol NH ３的体积不变的密闭容器加热，发生反应２NH ３ ３H ２＋N ２， 一段时间后达到平衡，此时NH ３的体积分数为 x %，若在容器中再加入１ mol NH ３后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH ３的体积分数为 y %，则x 和 y 的关系正确的是（A ） Ａ．x y Ｃ． x ＝y Ｄ． x ≥y 【解析】体积不变的密闭容器，多加NH ３后相当于加压，使平衡向气体体积系数缩小的方向移动，所以NH ３的体积分数会大一点，即有.x

合成氨条件的选择

合成氨条件的选择 姓 名 _________ 一. 重点、难点 1. 使学生理解合成氨的化学原理，并能应用化学反应速率和化学平衡理论，选择合成氨的适宜条件，从而培养学生分析问题和解决问题的能力。 2. 了解合成氨工业生产的主要流程。 3. 向学生介绍我国解放后合成氨工业的发展情况，对学生进行爱国主义教育。 二. 具体内容 自学提纲：1. 影响化学反应速率的因素有哪些？是如何影响的？2. 影响化学平衡的条件有哪些？是如何影响的？3. 应用化学平衡原理分析，要制得更多的氨，可以采用哪些措施？ （一）原理 唯物辩证法告诉我们：一切从实际出发，要全面地分析问题．综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的条件，再根据工业生产的特点和实际需要，才能正确地选择合成氨工业的适宜条件。 （二）适宜条件的选择 1. 压强。增大压强，有利于3NH 的合成，但在实际生产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大， 需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是 MPa 20～MPa 50。 2. 温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。 3. 催化剂。由于2N 分子非常稳定， 2N 与 2H 的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成 氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。合成氨的化学反应原理可以用以下化学方程式表示： （三）生产过程简介1. 原料气的制备：N 2来自空气H 2： 原料：空气、水和燃料 据反应条件，使用合适的催化剂——防止催化剂“中毒”——原料气要净化．高压生产——氮、氢混合气要用压缩机压缩到高压。 2. 氨的合成：氮、氢混合气经过净化压缩以后进入合成塔。合成塔生产的特点和条件： ① 高压 ② 发生在催化剂存在下的放热反应 ③ 适当的温度 为了符合这些条件，合成塔的构造应该： ① 有耐高压的厚壁 ② 有能够安放厚层触媒的设备（接触室） ③ 塔壳外用绝热材料包裹，塔内有进行热交换的设备（热交换器）展示 挂图（一种合成塔的内部构造示意图）依次看氨合成塔的部构造模型。 3. 氨的分离 在实际生产中，不断补充、（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物浓度）， 使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成 的方向移动。

合成氨条件的选择(一)

第四节合成氨条件的选择（一） 教学目标： 使学生理解合成氨的化学原理，并能应用化学反应速率和化学平衡理论指导合成氨条件的选择，从而培养学生分析问题、解决问题的能力。 通过本节课的教学，让学生明确工业生产中生产条件的选择。 教学设想： 课本通过对合成氨反应特点的分析，引导学生通过P49的两个讨论问题，让学生结合反应速率和平衡移动原理对合成氨条件的选择。接下来指出工业生产中由于条件的限制，分析工业生产中合成氨的具体条件。应该说，课本中已经体现一定的探究教学思想。为此，教学过程中把教学模式定位在引导学生探究模式上（即采取“创设情景——提出问题——探讨研究——归纳总结”程序），以培养学生分析问题、解决问题的能力。 教学过程： 第一步、复习回顾 通过以下三个问题的回顾，激活学生原有认知结构中的知识。问题： 1、写出工业上合成氨的反应； 2、回顾氮气的化学性质； 3、简单回顾外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响。 第二步、引导探究 首先，引导学生分析合成氨反应的特点（可逆、体积减小、正反应放热、反应较难进行——因为氮气很稳定）。 其次、提出问题：“假设聘你为某合成氨工厂的技术顾问，你将为提高生产效益提供那些参考意见？”（学生也许会从不同角度展开讨论，教师应有意识的把学生限定在加速合成氨反应速率和提高产率两个方面）。 第三、让学生变讨论边填写下列表格。 第五、提出问题、引导探究 问题1、从反应速率的角度，反应要求在高温下进行有利于加快反应速率；从化学平衡的角度，反应要求在低温度下进行有利于平衡右移。如何解决这一矛盾？ 问题2、资料表明，合成氨工业生产中，采用的条件一般是“20~50MPa、500℃、铁触媒”。如何理解这一反应条件的选择？

合成氨工艺流程

工艺流程说明： 将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到1.9~2.0Mpa，送入脱硫塔，用A.D.A.溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0 MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。 上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。 二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。 CO变换：一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧

《氨的工业合成》教案2

《氨的工业合成》导学案 【教学目标】 1、了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件； 2、了解实验研究与实际生产之间的转化； 3、了解合成氨的发展； 4、了解合成氨工业的三废处理。 【教学重点难点】 1、合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义； 2、利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。 【情景材料】 在让合成氨的工艺走出实验室实验工业化学生产的过程中，德国化学工程师博施作出了重大贡献，他经过大量试验，找到较为理想的铁催化剂，设计并建造了能够耐高温、高压的合成氨装置。1910年，德国建立了世界上第一座合成氨试验厂，1913年，又建立了生产规模的合成氨厂。从此以后，合成氨工业便迅速发展起来。工业上是如何合成氨的？ 【教学过程】 一、合成氨的基本生产过程 合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：、、 。 1、原料气的制备 (1)氮气的制备 ①物理方法： ②化学方法：将空气中的氧气与作用生成，再除去。 (2)氢气的制备 ①碳与水蒸气的反应，用方程式表示为：。 ②水蒸气与碳氢化合物的反应，用方程式表示为：， 。 2、原料气的净化 (1)含义：原料气的净化是指，目的是。 (2)净化方法 ①H2S的除去，用方程式表示为：；

②CO 的除去，用方程式表示为： ； ③CO 2的除去，用方程式表示为： 。 3、氨的合成与分离 (1)氨的合成：将净化后的原料气加压送进 ，在适宜条件下充分反应制取氨。 (2)从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的15%，要把混合气体通过 使氨液化，再导入 。 二、合成氨工业的发展 1、原料及原料气的净化 原料气之一的氮气来自 ，现在氢气主要通过不同的 态可燃物(煤和焦炭)、 . 态可燃物(石油提炼后的石脑油、重油)、 态可燃物(天然气、焦炉气)为原料。 2、催化剂的改进 多年来一直用 作催化剂，目前有采用 为基础活性物质的新型催化剂。 3、环境保护 (l)废渣：可用作 的原料。 (2)废气：主要是 和 等有害气体，对H 2S 的处理，先后采用直接 法(选择性催化氧化)、 法(用溶剂吸收浓缩，CO 2也可用来生产 和 等。 (3)废液：主要是含 和含 的污水，处理含氰化物主要 用 、加压 、 分解、 、沉淀、 回炉等方法；处理氨废水可用 的方法回收氨气，也可用治理。 【答案及解析】 一、造气(制备合成氨的原料气)；净化(原料气净化处理)； 合成(使原料气进行化学反应合成氨)。 1、液态空气 液氮 液氧 碳 二氧化碳 二氧化碳 C ＋H 2O=====高温 CO ＋H 2 CH 4＋H 2O=====高温3H 2＋CO CH 4＋H 2O =====高温 催化剂 4H 2＋CO 2 2、除去原料中杂质的过程 防止催化剂中毒 H 2S ＋NH 3·H 2O===NH 4HS ＋H 2O CO ＋H 2O =====催化剂 △ CO 2＋H 2 K 2CO 3＋CO 2＋H 2O=2KHCO 3

合成氨生产工艺介绍

1、合成氨生产工艺介绍 1）造气工段 造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。 造气工艺流程示意图 2）脱硫工段 煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。

脱硫工艺流程图 3）变换工段 变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。

变换工艺流程图 4）变换气脱硫与脱碳 经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。 被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常 压的解吸气经阻火器排入大气。

年产30万吨合成氨工艺设计

年产30万吨合成氨工艺设计 作者姓名000 专业应用化工技术11-2班 指导教师姓名000 专业技术职务副教授（讲师）

目录 摘要 (4) 第一章合成氨工业概述 (5) 1.1氨的性质、用途及重要性 (5) 1.1.1氨的性质 (5) 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 (6) 1.2 合成氨工业概况 (6) 1.2.1发展趋势 (6) 1.2.2我国合成氨工业发展概况 (7) 1.2.3世界合成氨技术的发展 (9) 1.3合成氨生产工艺 (11) 1.3.1合成氨的典型工艺流程 (11) 1.4设计方案确定 (13) 1.4.1原料的选择 (13) 1.4.2 工艺流程的选择 (14) 1.4.3 工艺参数的确定 (14) 第二章设计工艺计算 2.1 转化段物料衡算 (15) 2.1.1 一段转化炉的物料衡算 (16) 2.2 转化段热量衡算 (24) 2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 (24) 2.2.2 二段炉的热量衡算 (32) 2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 (34) 2.3 变换段的衡算 (35) 2.3.1 高温变换炉的衡算 (35) 2.3.2 低温变换炉的衡算 (38) 2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算 (41) 2.4.1 换热器103-C热负荷 (41) 2.4.2 换热器104-C热负荷 (42)

2.5 设备工艺计算 (42) 2.6 带控制点的工艺流程图及主要设备图 (46) 2.7 生产质量控制 (46) 2.8 三废处理 (47)

摘要 氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。 本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨的设计。近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。 设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。 关键词：合成氨天然气 ABSTRACT Ammonia is one of the important basic chemical products, occupies an important position in national economy. Ammonia production after years of development, has now developed into a mature chemical production process. This design is the design of the natural gas as raw material to produce three hundred thousand tons of synthetic ammonia. Synthetic ammonia industry develops very fast in recent years, large scale, low energy consumption, clean production is the mainstream in the development of synthetic ammonia equipment, technical improvement is the main direction of development of better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, recovery and rational utilization of low heat, etc. Introduction to the design process used: compressed natural gas after desulfurization enter reformer, the CH4 and hydrocarbons into H2, and then further transformed after Sec furnace heat exchanger into the hypervariable furnace, most CO and water

《氨的工业合成》教案1

《氨的工业合成》教案 ●课标要求 1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。 2．认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。 ●课标解读 1.能根据合成氨反应的特点，依据勒·夏特列原理选择适合氨合成的反应条件。 2．明确合成氨工业流程以及各设备的作用或反应原理。 ●教学地位 合成氨工业是《课程标准》中明确要求的内容，也是高考的高频考点，尤其是化学平衡移动原理在合成氨反应中的应用。合成氨适宜条件的选择、工艺流程中各环节的操作等更是高考的热点。 ●新课导入建议 ●教学流程设计 课前预习安排：看教材P6－10，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。?步骤1：导入新课， 本课时教学地位分析。?步骤2：建议对[思考交流]进行提问，反馈学生预习效果。?步骤3：师生互动完成探究1，可利用[问题导思]①、②、③的设问作为主线。 ? 步骤7：通过[例2]和教材P8－10“如何获得大量廉价的原料气”讲解研析，对“探究2、合成氨的生产工艺及原料气的制备”中注意的问题进行总结。?步骤6：师生互动完成“探究

2”，利用[问题导思]①、②、③的设问作为主线。?步骤5：指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]第1、2、5题。?步骤4：通过[例1]和教材P6－8“探究合成氨的最佳条件”的讲解研析，对“探究1、合成氨条件的选择”中注意的问题进行总结。 ? 步骤8：指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的3、4题。?步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。安排课下作业完成[课后知能检测]。 1.223 2．合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体总体积缩小的反应。 3．合成氨最佳条件的选择 (1)理论分析 从化学反应速率的角度看，升温、加压以及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大。 从化学平衡的角度看，平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而降低，随压强的增大而提高。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：降温、增压有利于氨的合成。 (2)实际生产中的最佳条件

高考化学考点解析全程复习考点：合成氨条件的选择(教案)

高考化学考点解析全程复习考点：合成氨条件的选择 1．复习重点 1．如何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。 2.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。 2．难点聚焦 1．合成氨条件的选择 工业上用N 2和H 2合成氨： N 2+3H 2 2NH 3+Q 从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？ 从速率看，温度高、压强大（即N 2、H 2浓度大）都会提高反应速率； 从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N 2和H 2的转化率。 可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa 帕斯卡。 而温度升高，有利于反应速率但不利于N 2和H 2的转化率。 如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。 选择适宜的条件：根据N 2+3H 2 2NH 3+Q 这一反应的特点，运用化学反应速 率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。 （1）适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有利于NH 3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa 压强。 思考：工业上生产H 2SO 4：2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO 2的转化率已达91%，不需要再加压） （2）适宜的温度：温度越低越有利于NH 3的合成，为何还要选择5000C 高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C 时，催化剂活性最大。 （3）使用催化剂 （4）及时分离出NH 3，并不断补充N 2和H 2（N 2要过量，提高成本较高的H 2转化率） 小结：合成氨的适宜条件： 压强：20~50MPa 帕斯卡 温度：500℃左右 催化剂：铁触媒 2．合成氨工业简述 1．原料气的制备、净化 ① 制N 2： 物理方法： 空气 液态空气 N 2 化学方法： 空气 CO 2+N 2 N 2 ②制H 2： 压缩 蒸发 炭 H 2O 燃烧 （去CO 2）