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【化工工艺设计学试题库】 合成氨生产过程主要涉及以下几个工序： 1. 原料预处理：包括原料气的净化，去除其中的杂质，如硫化物、氮化物等。 2. 天然气水蒸汽转化：将天然气与水蒸气混合，通过高温反应转化为富含氢气和一氧化碳的合成气。主反应为甲烷与水蒸气的反应，产生氢气和二氧化碳，而副反应包括甲烷的不完全燃烧和生成一氧化碳。抑制副反应的方法主要是通过调节水碳比（水蒸气与甲烷的比例），以及控制温度和压力。通常水碳比较高（约3.0～3.5）可以减少甲烷的残留和积碳。 两段转化的目的是为了优化能源利用和提高转化效率。一段转化在较低温度（700～800℃）下进行，使用合金钢管以降低成本，二段转化在高温（1200～1400℃）下进行，采用砖衬绝热设备，加入适量空气与氢气反应产生热量，同时提供合成氨所需的氮气。二段炉的温度控制是根据甲烷的平衡浓度，要求出口温度约为1000℃，以确保甲烷转化彻底。 天然气中的硫成分包括硫化氢和有机硫化物，如硫醇、硫醚、噻吩和二硫化碳。干法脱硫适合于含硫量较少的天然气，常见的方法有氧化锌法、钴钼加氢法、氢氧化铁法和活性炭法。湿法脱硫适用于含硫量较高的情况，采用化学吸收、物理吸收或化学物理综合吸收法。 氧化锌脱硫法工作原理是利用氧化锌与硫化氢反应，同时也能脱除有机硫。在有氢气存在的情况下，有机硫可先转化为硫化氢再被氧化锌吸收。该过程通常在350～400℃的温度下进行，以提高反应速度。 变换工序的核心是将原料气中的CO转化为CO2和H2。H2是合成氨的关键成分，而CO2则会在后续的脱碳和甲烷化步骤中被去除。变换反应为放热反应，为了使反应更完全，需要在尽可能低的温度下进行，但低温会降低反应速率。因此，为了兼顾反应效率和速率，通常会分为中温和低温两步变换。 中温变换在较高的温度下进行，有助于提高CO的转化率，但产生的热量较多，需要通过废热锅炉回收。低温变换则在相对较低的温度下进行，以进一步减少未转化的CO，并维持系统稳定。 合成氨工艺设计涵盖了原料预处理、转化、脱硫和变换等多个环节，每个步骤都对整个生产过程的效率和产品质量至关重要。通过对这些知识点的深入理解和掌握，工程师可以优化工艺流程，提高化工生产的经济性和环保性。