6.8.2　氨合成工序的基本原理

氢气和氮气在铁系催化剂的作用下,在一个高温高压的反应器(合成塔)中直接合成氨,其化学反应式为

氨合成反应具有以下特点。

(1)反应是可逆的。在氢氮混合气合成氨的同时,氨也可能分解成氢气和氮气。(https://www.daowen.com)

(2)反应为放热反应。利用自身的反应热提供系统所需的热量,正常时不再外加热量。

(3)反应后体积缩小。从反应式可以看出,三个分子的氢气和一个分子的氢气合成后得到两个分子的氨,这就要求合成氨的氢氮混合气必须达到n(H 2)∶n(N2)=3∶1的气体组分。

(4)此反应需要在催化剂的作用下才能较快进行。实验证明,如果没有催化剂,即使温度达到700～800℃和压强高达100～200 MPa时,反应速率极为缓慢,因此催化剂的作用是十分重要的。在合成氨生产中,很多工艺指标和操作条件都是由催化剂的性质决定的。

氢氮混合气合成氨,除上述化学反应外,没有副反应。根据其反应的特点,要使合成反应向生成氨的方向进行,就应在低温、高压的工艺条件下操作。在低温下进行氨合成,虽然平衡产率高,但反应速率过慢。有研究资料报道,氨合成反应在300℃的条件下进行,达到平衡需要若干年的时间,这就没有实际的生产意义了。目前,工业上普遍采用温度为450～550℃、压力为15～30 MPa的工艺条件进行氨合成。这就是中压法,其技术比较成熟、经济性比较好。