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    工業(yè)上氨是利用氮氣跟氫氣的化合反應(yīng)來制取的,叫做氨的合成法.合成氨所用的原料是普遍存在的水、空氣和煤它是利用游離氮制取化合態(tài)氮的主要方法.由由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氨以及其他氮的化合物的需要(如氮肥、硝酸等)目益增長,因此,合成氨工業(yè)目前已經(jīng)是化學(xué)工業(yè)里的一個極重要的部門了。

    從上節(jié)我們已經(jīng)知道,氮眼氫化合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)：

N2+3H2<=>2NH3+22千卡.

    并且由于反應(yīng)放熱和生成的氣體體積縮小的緣故,從化學(xué)平衡的理論上來看,增加壓強和降低溫度,會使化學(xué)平衡向生成氨的方向移動.但在實際生產(chǎn)上,溫度不可過低,因過低溫度就會使反應(yīng)速度很慢,到達(dá)化學(xué)平衡的時間就拖延得很長,這樣對生產(chǎn)是沒有好處的;壓強也不可過高,否則對生產(chǎn)設(shè)備和操作技術(shù)上都會帶來一定的困難,因此在合成氨工業(yè)里,反應(yīng)是在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪簭?并有催化劑存在的條件下進(jìn)行的.目前一般采用450~530C的溫度,200~320大氣壓,用還原鐵為催化劑,其中加入少量氧化鉀(K2O)和氧化鋁(Al2O3)等以增強鐵的催化作用.

    以上是合成氨的反應(yīng)原理。而合成過程僅是全部生產(chǎn)過程的一部分,在它之前有原料的準(zhǔn)備過程;在它之后有生產(chǎn)品的處理過程等部分.全部生產(chǎn)的流程可用筒圖表示如下(見圖5·5).其中可劃分成三個階段:即(1)氮氣和氫氣的制取取混和,凈化并增大壓強;(2)氨的合成;(8)使氨液化和分離,現(xiàn)分述于下:

    1.氣和氫氣的制取,混和,凈化并增大壓強氮氣一般可以通過蒸發(fā)液態(tài)空氣的方法制得(參看§5·1).氫氣通過從水煤氣中分離出氫的方法來制得.這樣制得的氮氣與氫氣,常含有CO、CO2、H2S、水蒸氣等雜質(zhì),必須把它們清除掉,否則這些雜質(zhì)會使合成氨所用的催化劑“中中毒”失效或腐蝕設(shè)備.這個過程叫做原料的凈化.凈化后的氮氣和氫氣,按氮氣1體積,氫氣3體積的比混和后導(dǎo)入壓縮機壓縮,以加大壓強.然后把混和氣體通入合成塔。
   

 2.氨的合成氨的合成是在合成塔里進(jìn)行的,合成塔是一個能耐高壓的厚壁圓形鋼筒(圖5.6)①,它主要由二部分組成,上面部分是接觸室,裝有粒狀的催化劑下面一部分是熱交換器。

    氮、氫混和氣體先通入熱交換器進(jìn)行預(yù)熱,然后就在接觸室里反應(yīng)生成氨.由于合成氨是個放熱反應(yīng),反應(yīng)時放出的熱量足

以使以后進(jìn)入的氮、氫混和氣體達(dá)到反應(yīng)所需要的溫效帶三度,同時接觸室也能經(jīng)常保持450530°C的溫度,所以不需再由外界供給熱量。

   從接觸室里出來的氣體的溫度很高通過熱交換器的管子,被從塔外這個合合成已比較陳舊,目前已改進(jìn)進(jìn)新導(dǎo)入的混和氣體所冷卻;同時亦將這些新導(dǎo)入的混和和氣體預(yù)熱,進(jìn)行熱的交換。

    如果進(jìn)入接觸室的氮、氫混和氣體里的雜質(zhì)已經(jīng)全部清除掉,那末催化劑劑就可連續(xù)使用若干年,反應(yīng)就能連續(xù)進(jìn)行.合成塔里反應(yīng)混和物的進(jìn)行路線,如圖5·6中箭頭所示。

    3.氨的液化和分離從合成塔里出來的混和氣體,通常約含15%的氨,其余是未起反應(yīng)的氮氣和氫氣.必須把生成的氨分離開來,然后再把未起反應(yīng)的氮氣和氫氣重新導(dǎo)入合成塔去.

    分離氨的方法是根據(jù)氨氣比氮氣和氫氣容易液化的性質(zhì),把混和氣體先通入一個冷卻器使氨液化,再通過一個分離器.把液態(tài)氨分離出來,然后導(dǎo)入液氨儲桶儲存.未被液化的氮氣和氫氣,可以用一個循環(huán)壓縮機送回到合成塔去.這種使未起反應(yīng)的物質(zhì)從反應(yīng)后的生成物里分離出來,并送回到反應(yīng)器里去的工藝過程,叫做循環(huán)操作過程.利用循環(huán)操作過程,可以充分地利用原料來制取所需要的生成物,以彌補在可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后,反應(yīng)混和物里生成物含量不多的缺點。