1.合成氨生产主要分几个工序？各部分任务如何？
答：1）原料气制备即制备含有氢、氮的原料气。用煤、原油、或天然气作原料， 制备含氮、氢气的原料气。（将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。一般焦炭、无烟煤等固体燃料通常采用气化的方法制取合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气。）
2）净化因为无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。（1）脱硫过程无论以焦炭还是天然气为原料获得的原料气中，都含有一氧化碳、二氧化碳、硫化物等不利于合成反应的成分，需要在进入合成塔之前除去。其中硫化物对蒸气转化都是有害的，故在原料气进入界区后，首先进行脱硫。氧化锌脱硫就是H2S气体在固体ZnO上进行反应，生成H2O进入气相，ZnS则沉积在ZnO固体表面上。脱无机硫温度约200℃。（2）一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下： CO+H2O→H2+CO2 ,ΔH=-41.2kJ/mol 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温
变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
（3）脱碳过程粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗苯菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。
（4）气体精制过程(少量一氧化碳的脱除) 经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(-190℃左右)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：CO+3H2→CH4
+H2O，ΔH=-206.2kJ/mol CO2+4H2→CH4+2H2O,Δ H =-165.1kJ/mol
sma天线3）压缩和合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：N2+3H2→2NH3(g) ,ΔH=-92.4kJ/mol
2.天然气蒸汽转化制气过程的基本原理与工艺流程如何？能量利用特点如何？
答：基本原理及工艺流程：天然气制氢由天然气蒸汽转化制转化气和变压吸附(PSA) 提纯氢气(H 2)两部分组成，压缩并 脱硫后天然气与水蒸汽混合后，在镍催化剂的作用下于820~950℃将天然气物质转化为氢气(H 2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO 2)的转化气，转化气可以通过变换将一氧化碳(CO)变换为氢气(H 2)，成为变换气，然后转化气或者变换气通过变压吸附(PSA)过程，得到高纯度的氢气(H 2)。
能量利用特点：
○
1.天然气蒸汽一段转化技术，适合中小规模的制氢。 ○
cd激光头2.天然气蒸汽一段转化串接纯氧二段转化技术，适合于中大规模的制氢。 ○
3.天然气两段换热式转化技术，适合中等规模的制氢技术。 ○
4.天然气部分氧化制氢，适合大规模的制氢。 ○
5.焦炉气部分氧化制氢，适合焦炉气资源丰富的地效率比电解水高。 3. 脱硫的主要方法有哪些？改良ADA 法脱硫的主要化学反应和脱硫原理是什么？吸收和再生的工艺流程和工艺条件如何？
答：主要方法有1）干法脱硫，（1）氧化锌法脱硫；（2）钴钼加氢脱硫法；2）湿法脱硫（化学吸收法，物理吸收法，化学-物理综合吸收法），（1）改良ADA 法
ADA 法脱硫主要化学反应及脱硫原理：（1）在脱硫塔中用PH 为8.5--9.2的稀碱溶液吸收硫化氢并生成硫化氢物： 液相中的硫化氢物进一步与偏钒酸钠反应，生成还原性焦性偏钒酸钠盐并析出无素硫 还原性焦性偏钒酸钠盐接着与氧化态ADA 反应，生成还原态的ADA 和偏钒酸盐
还原态的ADA 被空气中的氧气氧化成氧化态的ADA ，其后溶液循环使用
吸收和再生的工艺流程和工艺条件：
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① PH 值 PH 值上升，Na 2CO 3浓度上升，对吸收硫化氢有利；但NaOH 浓度增加，对转化成单质硫不利。当PH 达到8.8时，H 2S 吸收基本完成；当PH 值再高时，降低碳酸钠的溶解度，影响硫的回收。通常选择8.5~9.2。
② 钒酸盐含量 偏钒酸钠浓度过低，容易析出钒－氧－硫沉淀；偏钒酸钠浓度增加，硫氢化物氧化速度加快。一般应使ADA 与偏钒酸盐的当量比为2左右，为2～5g/L 。
③ ADA 用量 ADA 作用是将V 4＋氧化为V 5＋，为了加快V 4＋的氧化速率，一般使用5～
10g/L 。
④ 酒石酸钠钾用量 其作用是防止钒－氧－硫沉淀，用量与钒浓度成正比，为偏钒酸钠浓度的0.5倍。
⑤ FeCl 3及EDTA 用量 为了加快ADA(H)的氧化速度和改善副产硫磺的颜，加入0.05～0.10g/kg 的FeCl 3；为了防止Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀，加入鳌合剂二乙醇胺(EDTA)，其浓↓
++=++S NaOH O V Na O H NaVO NaHS 244294223(H)
视音频切换器ADA NaVO O ＝H NaOH ADA O V Na 242232942++++O H CO Na NaOH NaHCO 2323+=+)(2H ADA S ADA S H +↓=+3322NaHCO NaHS CO Na S H +=+O
H ADA O ADA (H)22222+=+
度为2.7g/kg。
⑥温度温度上升，可增加吸收和再生的速度，但生成硫代硫酸盐的副反应加速，不利吸收，如图所示；温度太低，盐类的溶解度降低而沉淀，生成的硫磺过于细小；通常控制吸收温度为40～50℃。
⑦压力加压或常压，取决于流程其它工序的压力要求。
⑧再生空气用量和再生时间满足ADA需要且使硫呈泡沫状悬浮以便回收，再生时间一般为25～30min。
工艺流程：含有硫化氢的原料气从脱硫塔底部进入，与塔顶喷淋下的溶液逆流接触，气体中的硫化氢被溶液吸收而脱除，从脱硫塔顶出来送往下一工序。吸收硫化氢后的溶液从脱硫塔底部引出，经循环槽用泵打入再生塔进行再生，空气由塔顶排出，析出的硫泡沫由塔顶的扩大部分上部溢流入硫泡沫槽，用真空过滤机分理出硫磺，滤液返回循环槽。氧化后的溶液再由再生塔顶部扩大部分的下部出口引出，经液位调节器进入脱硫塔循环使用。
4.变换工序主要任务是什么？为什么要分中压变换和低压变换？各部分特点如何？
答：
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主要任务：在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为
12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2 ,ΔH=-41.2kJ/mol ，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
中压变换和低压变换的原因：虽然变换反应是等体积变换，表面上变压好像起不了什么作用，其实，在改良ADA法上，虽然可提高设备的生产强度，减少设备容积，提高气体的净化度。但吸收压力过高，氧在溶液中的溶解度增大，会加快副反应的速度。
5.脱碳工序基本原理和流程特点是什么？能量消耗主要在哪个设备上？
答：
CO2不仅对氨合成反应不利，而且副产CO2还可作为合成尿素的原料或生产食品级CO2，因此必须将其分离出来，称为脱碳。基本原理：以苯菲尔法脱碳为例，主要化学反应为：CO2(aq)+K2CO3(aq)+H2O(aq)=2KHCO3(aq) 为了提高反应速度和增加碳酸氢钾的溶解度，吸收在较高温度（105-130℃）下进行，故称热碳酸钾法。
流程特点：○1反应速度快，溶液吸收能力强；○2流程简单，操作方便；○3热能合理利用，节省再生能
耗；○4工艺冷凝液的中压汽提；○5安全可靠，操作灵活。mi.10bt.info
主要分脱碳和再生两部分，再生需要供给很多热量，也是合成氨中耗能的一个较重要部位。故能量消耗主要在再生塔。
6. 简述轴向和径向冷激式合成塔的特点。
答：向冷激式合成塔的特点：
○1气流方向是轴向的（自下而上或自上而下）；○2塔中的催化剂层有相当高度，气流阻力大；
○3增加空间速度的同时还要求床层气流阻力不过大；提高净氨值则应使床层温度分布均匀并接近最适宜值，并希望采用小粒度催化剂，而小粒度催化剂又会增大气流阻力，使产量提高受限。
径向冷激式合成塔的特点：
○1.较轴向合成塔具有较短的气流路径，较小的床层气流阻力，可增大空速，提高生产能力；○2.可选用较小的催化剂粒度（1.6-2.6mm），减少内扩散，提高内表面利用率，提高氨净值；○3.催化剂可均匀还原；
○4.床层压降小，动力消耗小。
7.变换工序的反应原理和主要任务是什么？为什么要分中温变换和低温变换？
反应原理：CO+H2O=CO2+H2该反应既能把大部分CO变为易于清除的二氧化碳，而且又制得了等量的氢。
主要任务：在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2 ,ΔH=-41.2kJ/mol ，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
原因：a、由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。B、因平衡变换率随温度升高而降低，但反应速度却随着温度升高而增加，为了既保持较高的反应速度，又尽量提高平衡变换率，工业上常采用先较高温度（400-450℃）变换后较低温度（200-250）变换后的两段变换工艺，前者为中温变换，后者为低温变换。
8. 说明中温变换和低温变换的温度、催化剂、出口CO含量。
中温变换：温度350-550℃，催化剂以Fe2O3为主体，以Cr203为主要添加物的多成分铁铬系催化剂，出口CO含量3%左右
低温变换：温度200-280℃，催化剂以氧化铜为主体，还原后的活性组分是细小的铜结晶。出口CO含量0.3%左右。
