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利用天然气合成氨的工艺流程示意如下
依据上述流程，完成下列填空：（1）天然气脱硫时的化学方程式是__________________。（2）n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2________mol（用含n的代数式表示） （3）K2CO3（aq）和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是_______（多选扣分）（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理（c）酸碱中和原理 （4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于________________（写出CO2的一种重要用途） （5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）
题型：填空题难度：中档来源：上海高考真题
（1）3H2S+2Fe(OH)3==Fe2S3+6H2O （2）2.7n （3）b （4）生产纯碱
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据魔方格专家权威分析，试题“利用天然气合成氨的工艺流程示意如下依据上述流程，完成下列填空..”主要考查你对&&合成氨（人工固氮）&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
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合成氨（人工固氮）
氮的固定： 1．定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。 2．方法：氮的固定主要方法有： （1）人工合成氨 ：化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。&（2）根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。 3．工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。 二、合成氨的反应原理 1．加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体，可以看到湿润的PH试纸变蓝色 2．用氢 气和氨气合成氨的反应式是 N2+3H22NH3，属放热反应。 3．工业上，采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件下合成氨。 （1）催化剂的主要作用：成千上万倍地加快化学反应速率，缩短达平衡的时间，提高日产量。 （2）合成氨的适宜条件：以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件 （3）选择适宜生产条件的原则：有较高的反应速率和平衡转化率，能最大限度地提高利润。 （4）合成氨生产时，不采用尽可能高的压强，通常采用10MPa~30MPa 的压强，否则会增大设备的动力要求，增大成本。 （5）合成氨的反应为放热反应，降低温度促使平衡向有移动，有利于N2、H2转化为NH3；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率。生产中将二者综合考虑，既要保证N2、H2的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度400～500℃左右。应注意该温度为催化剂活化温度，低于此温度，催化剂不起作用。 （6）催化剂是影响反应速率的几个因素中，对反应速率影响程度最大的。 催化剂的特点：&①选择性：不 同的反应选择不同的催化剂，如合成氨选择了铁触媒。每种催化剂都是对特定的反应有催化作用，并非能改变任何化学反应的速率。&②灵敏性：催化剂中混入杂质，常常会失去催化作 用，称催化剂“中毒”，因此& 反应气体进入反应器前必须净化。 ③催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用，如铁触媒活化温度为400～500℃，因此该温度为合成氨的适宜温度。&人工固氮技术——合成氨：
1．生产原理&2．合成氨的基本生产过程 (1)原料气的制备要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。 ①氮气的制备合成氨所需要的氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮气。 ②氢气的制备氢气主要来源于水和碳氢化合物。氢气的制取有下表中的几条途径。(2)原料气的净化原料气的净化就是除去原料气中的杂质。在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”即是催化剂失去催化活性)，所以必须除去。原料气净化的主要目的是防止催化剂“中毒”。 (3)氨的合成与分离 ①氨的合成工业合成氨的主要设备是合成塔。将净化后的原料气经过压缩机压缩后输人合成塔，经过下列化学反应合成氨： ②氨的分离从合成塔出来的混合气体，通常约含15％(体积分数)的氨。为了使氨从未反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。南气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。 3．合成氨适宜条件的选择外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应物的转化率.&4．合成氨的环境保护随着环境保护意识的增强，以及相关的法律、法规的严格实施，合成氨生产中可能产生的“三废”的处理越来越成为技术改造的重要问题。 (1)废渣主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。 (2)废气主要是H2S和CO2等气体。对H2S气体的处理，先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。对CO2 的处理，正在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。 (3)废液主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。
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66111962697978814223724761372585合成氨原料气_百度百科
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合成氨原料气制取氨用的氮氢混合气，工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的合成气。组成天然气、石脑油、重质油、煤应&&&&用工业
制取氨用的氮氢混合气。主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取（见图）。工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的。这个过程称为造气。由合成气制氢，是氮氢混合气中氢的主要来源。合成气中含有的硫化合物、碳的氧化物及水蒸气等都对生产过程中所用的催化剂有害，需在前除去，合成气中的一氧化碳，可与水蒸气作用生成氢和二氧化碳，这个过程称一氧化碳变换。习惯上把脱除硫化合物的过程称脱硫；脱除二氧化碳的过程称脱碳。残余的少量一氧化碳、二氧化碳和残余水蒸气则在最后除去。氨合成用氮的来源，是在制氢时直接加入空气，或在合成前补加纯氮气。制取纯净的氮氢混合气时，原料不同，原料气净化方法也不同。　造气　上述各种制氢原料主要成分可由不同的CmHn或元素碳代表，它们在高温条件下分别与水蒸气作用生成氢和一氧化碳：　这些反应都是吸热的，工业上要使反应进行，都要在高温下提供热量，根据不同热源分为三种供热方式：或称外部供热，适用于以轻质烃（天然气、石脑油）为原料的合成氨厂。在镍催化剂（见）存在下，含轻质烃气体于耐高温的合金反应管内与水蒸气进行转化反应，管外用燃料气燃烧加热（通过管壁传热），以天然气为原料时，一次转化后气体中仍有未转化的甲烷，残余甲烷再在二段转化炉内加入空气继续反应，最后制得的原料气组成如下：　部分氧化 　在高温下利用氧气或富氧空气与燃料进行反应，一部分燃料与氧气完全燃烧,生成二氧化碳,同时放出大量热；另一部分燃料与二氧化碳、水蒸气作用生成一氧化碳和氢气，其反应是吸热的，所需热量由完全燃烧反应放出的热提供，以重质油为例的总反应式是：该法原料广泛，生产过程简单，也不需要昂贵的合金反应管，但需由装置提供氧气。生产过程分为吹风阶段和制气阶段，两者形成一个循环，即先把空气送入煤气发生炉使固体燃料（焦炭或无烟煤）燃烧，放出的热积蓄在燃料床层中，接着停送空气而通入水蒸气进行吸热的气化反应（见）。随后转入下一循环,继续吹风和制气。因此,操作是间歇进行的。以焦炭为原料（也是燃料）制得的，其典型组成如下：不论采用何种供热方式得到的原料气都含有一氧化碳，可以利用水蒸气将其变换得到等摩尔的氢气。一氧化碳与水蒸气作用，反应式为：反应前后的体积不变，但放出热量，所以化学平衡不受压力影响，但降低温度、增加水蒸气或减少二氧化碳的含量，都能使一氧化碳的平衡浓度降低。工业上采用催化剂加快反应速度。一氧化碳变换催化剂（表1）视活性温度和抗硫性能的不同分为铁铬系、铜锌系和钴钼系（见）三种。　铁铬系催化剂 　由氧化铁、氧化铬的混合物组成，又称高(中)温变换催化剂。活性组分为四氧化三铁，开工时需用氢气或一氧化碳将三氧化二铁还原成四氧化三铁。在此催化剂作用下气体中一氧化碳浓度可降到百分之几，如要进一步降低，需在更低温度下完成。（见彩图）　铜锌系催化剂 　由铜、锌、铝（或铬）的氧化物组成，又称低浊变换催化剂。活性组分为铜，开工时先用氢气将氧化铜还原，还原时放出大量反应热，操作时必须严格控制氢气浓度，以防催化剂烧结(见)。采用此催化剂可把气体中一氧化碳浓度降到 0.3%（体积）以下。高、低温变换催化剂耐硫性能差，其中硫化氢对变换催化剂是常见的有害毒物。催化剂活性组分被硫毒化（见）的反应式对于高温变换催化剂为：对于低温变换催化剂为：低温变换催化剂对硫特别敏感，而且其中毒是属于永久性中毒。因此，在一氧化碳低温变换前，原料气必须经过精细脱 硫，使总硫含量脱除到1ppm以下。是50年代后期开发的一种耐硫变换催化剂，主要成分为钴、钼氧化物。活性温度不同，有只适用于高温变换的，也有适于高、低温变换的。因活性组分为钼的硫化物，故开工时需先进行硫化处理。　　工业上，为了提高一氧化碳变换率，采用过量水蒸气，并根据原料气硫含量的多少选用适宜的变换催化剂，确定脱硫工序是放在变换之前或在其后。压力可选用常压或加压。温度是控制一氧化碳变换过程最重要的工艺条件，随着变换反应的进行，会有大量反应热放出，使催化剂床层出口温度上升。对一氧化碳浓度高的原料气，通常采用两段变换流程，以尽可能降低变换气中的一氧化碳浓度。两段变换时，段间进行冷却，使大量一氧化碳在第一段较高温度下与水蒸气反应；第二段则在较低温度下进行变换。　　脱硫　原料气中的硫化物主要是，此外还有二硫化碳、氧硫化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有机硫。其含量因原料及其产地不同，差异很大。脱硫方法根据脱硫剂的物理形态分为干法和湿法两大类。干法脱硫剂有：①,可脱除硫醇等有机硫化物及少量的硫化氢;②钴钼或镍钼加氢催化剂，可将有机硫化物全部转化成硫化氢，然后再用其他脱硫剂（如氧化锌），将生成的硫化氢脱除，能将总硫含量脱除到0.5ppm以下，此法广泛用于烃类蒸汽转化法生产的合成氨原料气的脱硫；③氧化锌，除噻吩外，能脱除硫化氢及各种有机硫化物。　　① 物理吸收法 吸收剂有甲醇、碳酸丙烯酯、等，不仅能脱除硫化氢，氧硫化碳、二硫化碳等，溶液可以再生，并将硫化氢回收，而且也能选择性地吸收二氧化碳。　　② 化学吸收法 常用的有氨水催化法及改良蒽醌二磺酸法（砷碱法因溶液有毒已较少采用）。前者以氨水作脱硫剂，对苯二酚作催化剂；后者以碳酸钠作脱硫剂，并使用2，6-蒽醌二磺酸或2,7-蒽醌二磺酸（简称ADA）作为溶液催化剂，此外还加有偏、酒石酸钾钠和三氯化铁等。这些方法不仅脱硫效果好，而且通过催化剂将溶液中所吸收的硫化氢氧化成单质硫，脱硫溶液可以再生。由于氧化是化学吸收法的特点，因而也可称为氧化法。硫化氢的氧化反应为：湿法脱硫优点是能脱除大量的硫化氢；脱硫剂是液体物料，便于输送，可以再生；可回收硫；流程是一个连续脱硫的封闭循环系统，在操作中只需补加少量物料补偿损失。　　①物理吸收法　最早采用加压水脱除二氧化碳，经过减压将水再生。此法设备简单，但脱除二氧化碳净化度差，出口二氧化碳一般在2%（体积）以下,氢气损失较多，动力消耗也高，新建氨厂已不再用此法。近20年来开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等。与加压水脱碳法相比，它们具有净化度高、能耗低、回收二氧化碳纯度高等优点，而且还可选择性地脱除硫化氢，是工业上广泛采用的脱碳方法。　　② 化学吸收法　具有吸收效果好、再生容易,同时还能脱硫化氢等优点，主要方法有乙醇胺法和催化热钾碱法。后者脱碳反应式为：为提高二氧化碳吸收和再生速度，可在碳酸钾溶液中添加某些无机或有机物作活化剂，并加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。其中工业上广泛应用的方法（表2）有多种。此外还有氨水吸收法。中国开发的碳化法合成氨流程（见），采用氨水脱除变换气中的二氧化碳，同时又将氨水加工成碳酸氢铵，此生产流程已为中国小型氨厂普遍采用。
③ 物理─化学吸收法 以乙醇胺和二氧化四氢噻吩（又称环丁砜）的混合溶液作吸收剂，称环丁砜法，因乙醇胺是化学吸收剂,二氧化四氢噻吩是物理吸收剂,故此法为物理与化学效果相结合的脱碳方法。　　少量一氧化碳脱除　原料气经一氧化碳变换和二氧化碳脱除后，尚含有少量一氧化碳和二氧化碳，在送往氨合成系统前，为使它们总的含量少于10ppm,必须进一步加以脱除。脱除少量一氧化碳和二氧化碳有三种方法；是最早采用的方法，在高压、低温下用铜盐的氨溶液吸收一氧化碳并生成络合物，然后将溶液在减压和加热条件下再生：由于吸收溶液中有游离氨，故可同时将气体中的二氧化碳脱除：　液氮洗涤法 　利用液态氮能溶解一氧化碳、甲烷等的物理性质，在深度冷冻的温度条件下把原料气中残留的少量一氧化碳和甲烷等彻底除去，该法适用于设有空气分离装置的重质油、煤加压部分氧分法制原料气的净化流程，也可用于焦炉气分离制氢的流程。是60年代开发的方法，在镍催化剂存在下使一氧化碳和二氧化碳加氢生成甲烷：由于甲烷化反应为强放热反应，而镍催化剂不能承受很大的温升，因此，对气体中一氧化碳和二氧化碳含量有限制。该法流程简单，可将原料气中碳的氧化物脱除到10ppm以下，以天然气为原料的新建氨厂,大多采用此法。但甲烷化反应中需消耗氢气，且生成对合成氨无用的──甲烷。水蒸气对氨合成催化剂有害，故被水蒸气所饱和的新鲜氮氢混合气在进入合成系统前需除去水蒸气。工业上开发了净化的方法，在中将水分和微量的二氧化碳清除，分子筛经加热再生后复用。生产中，采用两个分子筛吸附器交替使用。
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