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1、第四章合成氨工业过程主要内容：合成氨工业发展历史；合成氨工艺流程和操作条件；合成氨的催化过程特征。化工资源有效利用国家重点实验室1第一节合成氨工业发展历史一、催化剂及反应工艺1、1820-1900年，Pt系贵金属催化剂的研究。由于当时对热力学平衡原理不熟悉，反应上在高温、低压下进行，大都以失败告终；2、1904-1907年，Nernst和Haber采用高压研究合成氨，终于弄清了这个反应的实质，从而奠定了合成氨工业的基础；3、1908年，Haber和CarlBosch（BASF公司的代表）提出了合成氨工艺，涉及的原料、产品及工艺路线等一系列问题（
2、为此，Bosch于1932年获诺贝尔奖）；4、1913年9月9日，第一个日产5吨合成氨的装置建成。化工资源有效利用国家重点实验室2第一节合成氨工业发展历史5、Fe系催化剂的发现过程：1905年以前，Haber曾试过Fe催化剂，发现有活性，但产率低，且不能重复而放弃。这实际上是Fe催化剂的中毒，因当时对催化剂的中毒不了解。后来发现在Fe中加入某些特殊组分会得到很好的效果，提出了一个重要的概念，既高效催化剂是一个多组分的体系。当时在Fe中加入1.7%的NaOH，NH3的产率从0.4%上升到1.8%；加入0.6%的KOH，NH3的产率上升到2.7%；
3、加入3.5%的KOH，NH3的产率上升到4%；又：Fe中加入少量Al2O3、KOH、CaO后的多组分Fe系催化剂是合成氨的良好催化剂；到1910年，满足工业要求的多组分Fe系合成氨催化剂研制成功。化工资源有效利用国家重点实验室3第一节合成氨工业发展历史二、合成氨工业的发展对催化研究的贡献1、BET公式的建立20世纪20年代，美国华盛顿固氮实验室的P.Emmett教授认为,合成氨催化剂活性的主要原因是催化剂上存在很大的表面积,从而进行了一系列关于催化剂表面积的深入研究,并与StephenBruner,EdwardTeller(在华盛顿大学的匈牙利
4、物理学家)一起完成了著名的BET公式,建立了测定表面积的BET方法,该法沿用至今,已成为应用物理吸附原理测定和计算固体比表面积的经典方法。化工资源有效利用国家重点实验室4第一节合成氨工业发展历史2、反应机理和动力学研究1934年，日本的崛内(Horiati)在确定反应机理方面提出了化学计量数的方法,首先试用于合成氨的动力学研究,并得到证实。1939年,苏联的Temkin基于上述反应机理,提出了合成氨反应的动力学方程,建立了数学模型,并第一次成功地用于工业反应器的设计。化工资源有效利用国家重点实验室5第一节合成氨工业发展历史3、催化理论的研究Ru
5、dolfBrill在苏联的Balandin（1969年）提出催化剂多位理论(几何理论)之后不久发现，合成氨反应中N2对Fe的111晶面有性质性的现象,并且观察到催化剂短暂的暴露在反应气氛中时,Fe的100或110晶面会向111晶面转向。这些以合成氨Fe催化剂为基础的研究工作,再加上对其它金属单晶(如Pt单晶)的研究工作,奠定了20世纪80年代逐渐形成的金属簇催化理论。化工资源有效利用国家重点实验室6第二节合成氨工艺流程和操作条件一、工艺流程：目前，国内外大型合成氨厂基本都采用石脑油或天然气为原料进行氨的生产，其工艺流程包括烃类加氢脱硫、水蒸气两
6、段转化制氢、中温和低温变换脱除CO、CO2吸收、微量CO甲烷化、氨合成等流程，共采用八种催化剂（CO2吸收除外）。以石脑油或天然气为原料的工艺流程如下：化工资源有效利用国家重点实验室7第二节合成氨工艺流程和操作条件化工资源有效利用国家重点实验室8NH3石脑油天然气空气催化加氢反应脱硫塔一段转化二段转化二氧化碳吸收塔甲烷化合成塔中温变换低温变换第二节合成氨工艺流程和操作条件二、操作条件：如下：化工资源有效利用国家重点实验室9反应器加氢脱硫一段转化二段转化CO变换甲烷化氨合成催化剂钴钼催化剂钴钼氧化锌一段转化催化剂二段转化催化剂中温变换催化剂低温变
7、换催化剂甲烷化催化剂氨合成催化剂使用前组分CoO,MoO3ZnONiONiOFe2O3ZnO,CuO,CuO-ZnONiOFe3O4使用时活性组分Co9S8,MoS2ZnO,ZnSNiNiFe3O4ZnO,Cu,Cu-ZnONiFe操作温度(℃)350-430350-430500-8001000300-500200-280300-400400-550操作压力(kg/cm2)20-40催化剂装量(m3）10-5020-6016-2625-3050-755-1020-30150-300预期寿命（年）3-4决定于进料的S含量3-44-53-43-43
8、-54-5保证寿命（年）11-211-2111-21-3第三节催化过程一、烃类加氢脱硫过程1、反应：C2H5SH+H2→C2H6+H2SC2H5SSC
