1.概述
（1）合成氨工业的重要性
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。
氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷铵复合肥等。
氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、橡胶、冷却剂等。
国防工业中、、硝化纤维等气浮转台
（2合成氨工业发展简介
1784年，有学者证明氨是由氮和氢组成的。19世纪末，在热力学、动力学和催化剂等领域取 得进展后，对合成氨反应的研究有了新的进展。1901年法国物理化学家吕·查得利提出氨合成的条件是高温、高压，并有适当催化剂存在。 1909年，德国人哈伯以锇为催化剂在17～20MPa和500～600℃温度下进行了合成氨研究，得到6％的氨。1910年成功地建立了能生产80gh-1氨的试验装置。
1911年米塔希研究成功以铁为活性组分的合成催化剂，铁基催化剂活性好、比锇催化剂价廉、易得。
合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。
（3）合成氨的原则流程
合成氨生产的原则流程如图示。
2. 氨合成的热力学基础
从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的确定，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热力学和动力学的研究。 直埋蒸汽管道
（1氨合成反应与反应热
氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，反应式如下：
0.5N2＋1.5H2==NH3 ΔHӨ298=－46.22 kJ·mol-1
其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。
（2）氨合成反应的平衡常数
应用化学平衡移动原理可知，低温、高压操作有利于氨的生成。但是温度和压力对合成氨的平衡产生影响的程度，需通过反应的化学平衡研究确定。其平衡常数为：
式中, p,pi—分别为总压和各组分平衡分压；
yi—平衡组分的摩尔分数。
f,γ分别为各平衡组分的逸度和逸度系数.
（3）影响平衡时氨浓度的因素
在氨的合成应中，设P为总压，y、yN2、yH2、yi分别代表NH3、N2、H2、惰气的摩尔分数，则
原始氢氮比:
所以
故：
在0.5N2+1.5H2=NH3反应达到平衡时：
由此可分析影响平衡氨含量的诸因素:
a．压力和温度的影响 温度越低，压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量越高。
b．氢氮比的影响 当温度、压力及惰性组分含量一定时，使yNH3为最大的条件为
若不考虑R对Kp的影响，解得R=3时，yNH3为最大值；高压下，气体偏离理想状态，Kp将随R而变，所以具有最大yNH3时的R略小于3，约在2.68～2.90之间。
c.惰性气体的影响 惰性组分的存在，降低了氢、氮气的有效分压，会使平衡氨含量降低。
3 . 氨合成动力学
（1）氨合成催化剂
以铁为主的催化剂(铁系催化剂)有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。
催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的a型纯铁。还原反应方程式为：
FeO·Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2O
A12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，提高了活性。
CaO起助熔剂作用。
K2O的加入可促使催化剂的金属电子逸出功降低。
MgO除具有与Al2O3相同作用外，其主要作用是抗硫化物中毒的能力，从而延长催化剂的使用寿命。
少量CO、CO2、H2O等含氧杂质的存在将使铁被氧化，而失去活性。但当氧化性物质清除后，活性仍可恢复，故称之为暂时中毒。硫、磷、砷等杂质引起的中毒是不可恢复的，称作永久性中毒。
（2）氨合成反应动力学过程
氨合成为气固相催化反应，它的宏观动力学过程包括以下几个步骤。
a．混合气体向催化剂表面扩散(塑料冷却管外,内扩散过程)；
b．氢,氮气在催化剂表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应， 生成的氨从催化剂表面解吸(表面反应过程)；
c. 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内,外扩散过程)
氮、氢气在催化剂表面反应过程的机理，可表示为：
N2(g)+Cate —→2N(Cate)
H2(g)+Cate —→2H(Cate)
剪力墙加固N(Cate) + H(Cate) —→NH(Cate)
NH(Cate) + H(Cate) —→NH2高见光(Cate)
NH2(Cate) + H(Cate) —→NH3(Cate)
NH3(Cate)—→NH3(g) + (Cate)
实验结果证明，N2活性吸附是最慢的一步，即为表面反应过程的控制步骤。
涂布刮刀
对整个气固相催化反应过程，是表面反应控制还是扩散控制，取决于实际操作条件。低温时可能是动力学控制，高温时可能是内扩散控制；
大颗粒的催化剂内扩散路径长，小颗粒的路径短，所以在同样温度下大颗粒可能是内扩散控制，小颗粒可能是化学动力学控制。
当内扩散控制时，动力学方程为
rNH3=kP
式中rNH3为反应速率,k为扩散系数,p为反应物的总压。
当化学动力学控制时，在接近平衡时：
式中： rNH3——氨合成反应的净速率：
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