合成氨艺设计复习题.doc

【合成氨工艺设计复习题】涉及的是一系列与化学工程和化工生产相关的知识点，特别是针对合成氨这一关键工业过程。合成氨是通过哈柏-博世工艺（Haber-Bosch process）进行的，主要用于制造化肥，对于农业生产至关重要。下面将详细解释其中涉及的各知识点： 1. **氨的性质**：氨（NH3）是一种碱性气体，极易溶于水，形成氨水。液氨可以轻易气化，而氨与氯化氢反应会产生白烟（NH3 + HCl → NH4Cl）。值得注意的是，氨气本身不会在空气中燃烧，但其可以作为还原剂参与其他化学反应。 2. **原料气**：合成氨的原料气通常包括氢气（H2）和氮气（N2），这两种气体可以通过重整天然气、煤的气化或电解水等方式获取。半水煤气是指以水蒸气为气化剂制得的煤气，含有氢气、一氧化碳等可燃气体。 3. **氢氮比**：在氨合成过程中，为了达到最高的平衡氨含量，氢氮比需维持在特定值，即约3。这是基于化学平衡原理，过高或过低都会影响氨的生成效率。 4. **造气**：造气是原料转化为适合合成氨的气体的过程。如以空气为气化剂，氧气（O2）会在气化区下部与碳反应生成二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）。 5. **干馏区域**：在燃料层中，干馏区域的作用是使燃料受热分解，释放挥发分，这是煤的热解过程。 6. **燃烧室**：燃烧室用于回收吹风气中的可燃性气体（如CO）的燃烧热，以提供合成氨所需的能量。 7. **间歇法制半水煤气**：炉温控制在不同阶段有所不同，如间歇法制半水煤气时，炉温由吹风阶段确定。 8. **脱硫**：在合成氨过程中，必须去除原料气中的硫化物。ADA法是一种脱硫方法，其中碳酸钠（Na2CO3）和亚硫酸钠（Na2SO3）的衍生物NaVO3参与吸收硫化氢（H2S）并生成单质硫。 9. **CO变换**：变换反应是指将一氧化碳（CO）与水蒸气（H2O）反应生成氢气（H2）和二氧化碳（CO2），以减少CO含量并提高H2比例。 10. **ADA法脱硫**：在该过程中，ADA（氨水脱硫法）的氧化态和复原态参与脱硫反应，NaVO3与NaHS反应生成复原性焦钒酸钠和硫。 11. **操作参数**：制气阶段炉温的高低直接影响煤气中氢气和一氧化碳的含量。高炉温有利于提高H2和CO的产量。而吹风阶段主要目的是预热和准备原料。 12. **催化剂**：铁铬系催化剂在使用前通常以煤气中的氢气和一氧化碳进行复原，复原后的主要成分是金属铁。催化剂的温度、压力和气体组成等条件对CO变换率有显著影响，一般降低温度和压力能提高CO变换率。 13. **安全操作**：在变换操作中，如果原料气中二氧化碳（CO2）或氢气（H2）含量过高，可能导致炉温迅速上升，使催化剂过热，甚至损坏设备。 以上是合成氨工艺设计复习题中涉及的关键概念和技术细节，这些知识点对于理解和优化合成氨生产过程至关重要。