工艺学总结(无机)（推荐）_工艺学总结
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1、N2的固定方法
使空气中游离态氮转变成化合态氮的过程称为氮的固定。
2、合成NH3生产的三个主要步骤
1造气——即制备含有H2、N2的原料气。○2净化——即除去H2、N2以外的杂质。○3合成——将纯净的H2、N2混合气压缩到高压，在铁催化剂与高温条件下，合○成为NH3。
3、根据热量来源不同而有以下三种主要造气方法: 1外部供热的蒸气转化法
○在催化剂存在下，含烃气体在耐高温的合金反应管内进行蒸气催化转化反应，管外用直接火加热（一段管式）。残余的CH4再在二段转化炉内加入空气继续反应（二段管式）。2内部蓄热的间歇操作法 ○ 分为吹风和制气两个阶段。先把空气送入煤气发生炉内使燃料燃烧，为制气积蓄热量。以焦炭或煤为燃料时的反应：
C+O2(+3.76N2)→CO2(+3.76N2)（△H
接着通入蒸气进行气化反应。然后转入下一循环的吹风、制气。因此，生产煤气的操作是间歇进行的。3自热反应的部分氧化法 ○ 此法是在高温下利用氧或富氧空气为原料进行连续的不完全氧化反应。以重油为例其反应式如下：
CmHn+O2 → mCO+n/2H2（△H
但部分氧化法需要有空气分离装置以供给氧或富氧空气。
4、固体燃料气化
固体燃料气化：是指用氧或含氧气化剂对固体燃料（煤、焦炭）进行热加工，使其转化为可燃性气体的过程，简称“造气”。“煤气”“煤气发生炉”
5、间歇式制取半水煤气的工作循环 间歇式煤气炉为移动床气固反应设备。煤、炭从炉顶部加入，经干燥层和干馏层，进入气化层，然后进入底部的灰渣层，再由炉底排出。间歇气化时，自本次开始送入空气至下一次再送入空气时止，称为一个工作循环，每个工作循环包括以下五个阶段：
1吹风阶段:吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。为了回收利用吹风气中○CO的反应热量，将吹风气送入燃料室，并加入适量的空气，与一氧化碳燃烧放出热量储于燃料室的储热砖内，吹风气从烟囱放出。在下吹制气阶段，气化剂进入煤气炉之前，先通过燃烧室吸收储存的热量，提高气化剂的温度。
2上吹制气阶段:从煤气炉底部通入混有合适量空气的蒸气进行气化反应，燃料○层下部温度下降，上部升高。制气阶段给蒸气中加入空气的目的主要是为了得到氮气，制得半水煤气，故称为加氮空气。
3下吹制气阶段:将蒸气和加氮空气自上而下送入进行气化反应，使燃料层温度○趋于均衡。在制气阶段，如果蒸气和加氮空气只自上而下的通过燃料层，由于气化剂温度比较低和气化反应大量吸热，将使气化层底部的燃料温度降低，甚至熄灭，由于气化层变薄，而燃料层上部不断地被高温煤气加热，使气化层上移，煤气炉上部温度升高，煤气带走地显热损失增加。所以，在上吹制气阶段之后，必须改变气流方向。
4二次上吹阶段:将底部残余的半水煤气排净，为送入空气创造安全条件。○ 当下吹制气刚结束后，煤气炉下部及燃料层内残留着半水煤气，如果立即吹风，空气和半水煤气在炉底部相遇，就会发生爆炸。因此，当下吹制气阶段之后，蒸气和加氮空气再次改变方向，自下而上通过燃料层进行二次上吹制气，二次上吹阶段也能生产半水煤气，但主要防止爆炸。
5空气吹净阶段:吹净煤气炉上部空间及管道中的半水煤气并回收，此部分吹风○气也回收，作为氮的来源。
二次上吹后，煤气炉上部空间及管道中的半水煤气，如果随着转入吹风阶段就立即放空，不仅损失半水煤气，而且半水煤气排出烟囱时和空气混合，遇到火星也可能引起爆炸。因此，再转入吹风之前，从炉底部吹入空气，所产生的空气煤气与原来残余的半水煤气一并送入气柜，加以回收。然后转入吹风阶段，重复循环。
6、烃类蒸气转化
与固体燃料气化法比较，此法具有操作连续，工程投资省，能量消耗低等优点 烃类蒸气转化法：是以气态烃（CH4)和石脑油为原料
合成氨最经济的方法。优点：不用氧气、投资省、能耗低
7、烃类蒸气转化为体积增大的可逆反应，加压对CH4的转化并不有利，但为什么还采用加压进行蒸汽转化呢？
加压转化在总过程中能节省压缩能量
因为转化反应是体积增大的反应，加压转化只需要压缩含CH4的天然气，蒸气从锅炉引出时本身具有压强，这样就比压缩转化后气体节省能耗，目前蒸气转化法采用的压力较高（3.5MPa以上）。
总之，从热力学方面衡量，CH4蒸气转化反应尽可能在高温，高H2O/C及低压的条件下进行。但是，在相当高的温度下，反应的速度仍然很慢，需要催化剂来加快反应。
8、转化过程的析碳与除碳
析碳反应：CH4(g)= C(s)+ 2H2(g)2CO(g)= CO2(g)+ C(s)CO(g)+ H2(g)= C(s)+ H2O(g)a、碳黑覆盖在催化剂表面，堵在微孔，使CH4转化率下降而使出口气中残余 CH4增多。
b、局部反应区产生过热而缩短反应管使用寿命。c、使催化剂粉碎而增大了床层阻力。
9、（1）怎样检查反应管内是否有碳沉积？ 1观察管壁颜色，如出现“热斑”、“热带”； ○2反应管的阻力变化，阻力突然增加。○（2）都有哪些除碳方法？
1当析碳较轻时，可采取降压、减量、提高水碳比的方法。○2当析碳较重时，可采取蒸气除碳，○ 即C(s)+H2O(g)→CO+H2 3也可采用空气或空气与蒸气混合物烧碳，将温度降低,控制反应管出口为○200℃，停止加入含烃原料，然后加入少量空气，控制反应管壁温低于700℃，出口温度控制在700℃以下，约烧碳8h即可。具体做法是：首先停止送入烃原料，保留蒸气控制床层温度为750～800℃，一般除碳约需12～24小时。
因在没有还原性气体情况，温度600℃以上时，镍催化剂被氧化，所以用蒸气除碳后，催化剂必须重新还原。10、11、12、二段转化炉
13、合成氨原料气的净化
氨合成反应需要高纯度的H2和N2。无论以固体（煤或焦炭）还是用烃类（天然气、石脑油等）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。1原料气的脱硫 ○2一氧化碳变换 ○3二氧化碳的脱除 ○4原料气精制 ○
14、H2S的脱除方法
15、干法脱硫：适用于含S量较少、净化度高的情况
氧化锌法、钴钼加氢法、氧化铁法、活性碳法等
湿法脱硫：适用于含S量较大、净化度要求低的场合化学吸收法、物理吸收法和化学物理综合吸收法等
16、氨水催化法脱硫一般采用氨水的浓度为8～22滴度（1mol/L=20滴度），并加入0.2 ～0.3g/L的对苯二酚为催化剂。相应的脱硫和再生反应如下：
NH4OHH2SNH4HSH2O
1对苯二酚NH4HSO2NH3SH2O
2OOHOOH+ [O] NH4HS ++H2O NH4OH +S +OHOOOH17、一氧化碳变换
1为什么进行变换？
○若不脱除CO，在合成氨系统，当温度达300℃时，铁催化剂存在下，能和H2反应生成甲烷和水，造成惰性气体增加，对合成反应不利，其水会使合成催化剂中毒。
变换之后：
将原料气中的CO变成CO2和H2。H2是合成氨需要的原料成份，CO2在后面的脱碳和甲烷化两个工序中除去，作为生产尿素或食品级CO2的原料。
2CO水蒸气变换反应原理（CO变换反应）○
变换反应的化学平衡 CO+H2O→CO2+H2 CO+H2→C+H2O CO+3H2→CH4+H2O 以1mol湿原料气为基准，ya、yb、yc、yd分别为初始组成中CO、H2O、CO2及H2的摩尔分数，xp为CO的平衡转化率或变换率，则各组分的平衡浓度分别为
ya-ya xp、yb-ya xp、yc +ya xp、yd +ya xp;
工业生产中通常采用多段变换，即用多段反应、多段冷却的方法进行变换反应。多段冷却又分为中间换热式、喷水冷激式和蒸汽过热式三种形式。
中间换热式：是利用反应气预热入炉的半水煤气，从而降低自身温度。由平衡常数与温度的关系式可知，温度降低，平衡常数增大，有利于变换反应向正方向进行。但工业生产中，降低反应温度必须综合考虑化学反应速度和催化剂的性能两个方面的因素。变换反应开始时，由于原料气中一氧化碳含量高，反应的推动力大，变换反应在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了使反应较完全，就必须降低反应的温度以利于反应的平衡，工业上常采用多段变换就是这个原因。
多段原料气间接换热式 多段原料气冷激式
18、二氧化碳的脱除
为了提高反应速度，一般在105～130℃条件下吸收，故称热碳酸钾法。
二氧化碳变换气净化气
a、在吸收塔中下部，由于气相CO2分压较大，在此用有再生塔中部取出的具有中等转化度的溶液（半贫液）在较高的温度下（即再生塔中部的沸腾温度）吸收气体，就可以保证有足够的吸收推动力。
同时由于吸收温度高，加快了CO2和K2CO3的反应，有利于吸收的进行，因此，可以将气体中的大部分CO2吸收掉。
b、但半贫液的转化度较高，加之在较高的温度下吸收，由于溶液的CO2平衡分压的限制，用半贫液洗涤过的气体仍会含用一定量的CO2。为了提高气体的净化度，在吸收塔上部继续用在再生塔内经过进一步再生的，并在进入吸收塔以前经过冷却的贫液洗涤。
由于贫液的转化度较低，且在较低的温度下吸收，溶液的CO2平衡分压很小，因此洗涤后的气体中的CO2浓度达到0.1%（体积）以下。
此流程保持了吸收和再生等温操作的优点，节省了热量，简化了流程，同时又使气体达到较高的净化度。流程选择应考虑： a、上述优点；
b、系统的能量和热量合理利用； c、物料的损失和回收；
d、操作的稳定可靠以及开停工操作。两段吸收两段再生流程19、20、21、尿素合成反应的基本原理 分两步进行：
2NH3(g)+CO2(g)=NH4COONH2(l)+119.2KJ/mol NH4COONH2(l)=NH2CONH2(l)+H2O(l)-15.5KJ/mol
第一步氨基甲酸铵的合成反应速度极快，而且反应相当完全，反应为强放热反应，而氨基甲酸铵的脱水转化为尿素是弱吸热反应，反应速度慢，而且平衡转化率不高，一般不超过50%~75%。
按未转化物的循环利用程度，尿素的生产方法又分为不循环法、半循环法和全循环法。60年代后，全循环法在工业上获得普遍的应用。
