2023年化工工艺学知识点.docx

其次章粗原料气制取一、 固体燃料气化法名词解释：煤气化：使煤与气化剂作用，进展各种化学反响，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。加氮空气；水蒸汽和空气同时参加，空气的参加增加了气体中N 的含量，用来调整原料气中氢氮比，制得合格煤气标准煤：含碳量为 84%的煤每千克标准煤的热值为 7000 千卡1煤气化有几种工业方法？各有什么特点？蓄热法：将空气和水蒸气分别送入煤层，也称间歇式制气法富氧空气气化法：用富氧空气或纯氧代替空气进展煤气化外热法:利用其他廉价高温热源来为煤气化供给热能，尚未到达工业化阶段2气化炉有哪些床层类型，描述各自的特点？工业用煤气化炉有几种类型？ 固定床：气体从颗粒间的缝隙中穿过，颗粒保持静止流化床：增大气速，颗粒开头全部悬浮于气流中，而且床层的高度随气速的增大而上升气流床：气流速度增大至某一极限值时，悬浮于气流中的颗粒被气流带出间歇式气化炉、鲁奇炉、温克勒炉、K-T 炉、德士古炉3煤的气化剂有哪些？用不同气化剂进展煤气化，气体产物各是什么？空气和水蒸气空气煤气N2、CO、水煤气H2、CO、混合煤气、半水煤气4. 固定床煤气化炉燃料层如何分区？各区进展什么过程？枯燥区:使入煤炉中的水分蒸发干馏区：煤开头热解，逸出以烃类为主的挥发分，而燃料本身开头碳化气化区:煤气化的主要反响在气化区进展灰渣区：灰渣于该区域出炉5. 固定床气化炉燃料最下层是什麽区？其有何作用？灰渣区可预热从底部进入的气化剂并保持不因过热而变形6. 间歇式制半水煤气的工作循环是什么？为什么？循环时间如何安排？工业上将自上一次开头送入空气至下一次再送入空气为止，称为一个循环。每个循环有五个阶段，吹风阶段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空气吹净7. 什麽是加氮空气？其作用为何？使用中应留意什麽事项？水蒸汽和空气同时参加，空气的参加增加了气体中N 的含量。用来调整原料气中氢氮比，制得合格煤气使炉温下降慢调整合成氨气体成分，严格掌握氮含量，以免引起事故.8. 德士古炉废热如何回收？直接激冷法、间接冷却法、间接冷却和直接淬冷9. 画出间歇式煤气化、德士古炉及谢尔废热锅炉连续气化工艺制备合成氨流程，为什么后两者流程有差异？二、一氧化碳变换1、名词解释：高温变换：CO 在 320350变换，使 CO 含量低于 3%。使用 Fe-Cr 催化剂，使大局部 CO 转化为CO H O2 2低温变换：CO 在 230280变换，使CO 含量低于 0.3%,使用Cu-Zn催化剂耐硫变换：宽温变换在 180500，使用Co-Mo 系催化剂重油、煤气化制氨流程中将含硫气体进展CO 变换，再脱硫、脱碳2、高温变换催化剂由哪些成分组成？各起什么作用？以Fe2O3 为主体，参加铬、钾、铜、锌、镍等的氧化物后可以提高催化剂的活性，参加铝、镁等的氧化物可以改善催化剂的耐热及耐毒性能3、低温变换催化剂由哪些成分组成？各起什么作用？铜锌铝系和铜锌铬系两种，均以氧化铜为主体，经复原后具有活性的组分是细小的铜结晶-铜微晶。铜是催化剂的活性组分，铜对CO 具有化学吸附作用，在较低温度下催化 CO 变换反响，铜微晶愈小，其比外表积愈大，活性愈高，为了提高微晶的热稳定性，需参加适宜的添加物，氧化锌、氧化铝、氧化铬对铜微晶都是有效的稳定剂4. 高温变换催化剂复原时，为什麽需要保证足量的水蒸汽？ 参加足够量的水蒸汽以防止催化剂被过度复原为元素铁5. 低温变换催化剂复原时，为什麽要严格掌握复原条件，氢气含量按程序逐步提高？由于复原反响放热量大，工业生产上因复原操作不慎而烧坏催化剂、缩短使用寿命的实例不少。因此，肯定要严格掌握复原温度，细心做好配氢工作 6分段高温变换时，段间冷却有哪些作用？为了尽可能接近最正确温度线进展反响，可承受分段冷却。段数越多，越接近最正确反响温度线7为什么低温变换温度要高于露点温度？有什么危害？当气体降温进入低变系统时，就有可能到达该条件下的露点温度而析出液滴。液滴 分散于催化剂的外表，造成催化剂的裂开粉碎引起床层阻力增加，以及生成铜氨络 合物而使催化剂活性减低。所以低变催化剂的操作温度不但受本身活性温度的限制， 而且还必需高于气体的露点温度 8以煤为原料制气，为什么高温变换要分段进展？而低温变换不必分段进展？以煤气化制得的合成氨原料气，CO 含量较高，需承受多段中温变换。用铜氨液最终去除 CO，该法允许变换气CO 含量较高，故不设低温变换。低温变换过程温升很小， 催化剂不必分段9如何确定变换工艺，以自然气或煤为原料各应承受什么变换工艺？说明缘由。CO 的含量；进入系统的原料气温度及湿含量；CO 变换与脱除剩余CO 的方法结合考虑自然气：中高变-低变串联，原料气中CO 含量低，中高变催化剂只需配置一段煤：多段变换，CO 含量高需承受多段变换第三章粗原料气的净化一、硫化物的脱硫1、名词解释：脱硫：原料气中硫化物的脱除脱碳：二氧化碳的脱除最终净化：少量剩余一氧化碳和二氧化碳的脱除空间速度：指单位时间、单位体积催化剂通过的标准状态下反响器气体的体积无机硫：在半水煤气中，无机硫是指H S2有机硫：对于半水煤气，有机硫通常以硫氧化碳为主，其次为二硫化碳、硫醇，硫醚和噻吩的含量较少。自然气中有机硫主要成分是甲硫醇反响性硫化物：可被ZnO 催化分解的硫化物非反响性硫化物：噻吩及噻吩族属于最难脱除的硫化物，故称为非反响性硫化物硫穿透：当清净区渐渐缩短直至从床层中完全消逝时，继而当出口气中消灭H S2时称为硫穿透工作硫容：当整个床层由“饱和区”和“传质区”两局部组成时，床层脱硫剂的硫容称为穿透硫容或称工作硫容穿透硫容：同上饱和硫容：当整个床层由饱和区组成时，床层脱硫剂的硫容量称为饱和硫容2、何为湿法脱硫，其有何优缺点？主要用于哪些原料制气的脱硫？为什么？ 液体脱硫剂。湿法脱硫特点：吸取速度或化学反响速度快，硫容大，适合于脱除气体中的高硫，脱硫液再生简洁，且可循环利用，还可回收硫磺。但因受物理或化学反响平衡的制约，其脱硫精度不及干法适用于煤和石油造气3、何为干法脱硫，其有何优缺点？主要用于哪种原料？为什么？干法脱硫是利用固体脱硫剂。最大优点是精度高。主要缺点：脱硫设备机组浩大，更换脱硫剂工作笨重，再生能耗大适用于低含量自然气4、湿法脱硫方法的选择原则有哪些？满足特定工艺对脱硫要求的净化度硫容量大脱硫剂活性好，简洁再生，且消耗定额低不易发生硫堵脱硫剂价廉易得无毒性、无污染或污染小5、氧化复原脱硫为什么必需满足以下条件 0.75V>E >0.2V？Q/H2Q.为保证脱硫剂能充分氧化H2S，同时又能使脱硫后脱硫剂能被空气中氧所再生6、氧化铁脱硫剂由什么构成？以铁屑或沼铁矿、铁木屑、熟石灰拌水调制，并经枯燥而制成7、氧化锌脱硫法的优、缺点有哪些?具体说明,最大特点是什么?主要用于哪种原料脱硫?脱硫精度高，硫容量大，使用性能稳定牢靠可将原料气中的硫化物脱除到 0.50.05cm3/m3 数量级自然气、石油馏分、油田气、炼厂气、合成气、以及二氧化碳原料气8、氧化锌脱硫床层如何分区?画出双床串联倒换法氧化锌脱硫流程,为什么这样设计?9、以自然气或煤为原料制气，各用什么方法脱硫，为什么/多承受有机溶剂法脱硫，由于有机溶剂对有机硫具有良好的溶解性二、脱碳1、物理与化学吸取法脱碳相比较，各有哪些特点和规律？物理吸取：各分子间的作用力为范德华力，符合亨利定律，高压下，物理吸取的吸取量大，物理吸取的吸取力量比化学吸取大，物理吸取中，吸取剂的吸取容量随酸性组分分压的提高而增高，溶剂即是吸取剂，可承受简洁闪蒸法溶液再生中 化学吸取：各分子间力为化学键力，低压下，化学吸取的吸取量大，化学吸取中吸取剂的吸取容量与吸取剂中活性组分的含量有关，热效应大，溶液再生时，需要用再沸器进展热再生，化学吸取的溶剂是有限的2、热碳酸钾脱碳溶液包括哪些物质？各起什么作用？A 碳酸钾，提高吸取力量，加快反响速率B 活性剂，提高净化度C 缓蚀剂，保护钢外表，防腐蚀 D 消泡剂，破坏气泡间液膜的稳定性，加速气泡的裂开，降低溶液的起泡高度3、两段脱碳吸取塔外形如何设计，为什么？吸取塔：吸取塔是加压设备，进入上塔的溶液量仅为全部溶液量的四分之一至五分之一，气体中大局部二氧化碳是在塔下部被吸取，因此塔分上下两段，上塔塔径较小而下塔塔径较大再生塔：再生塔也分上下两段，上下塔的直径可以不同。因其为常压设备，为制作和安装便利，上下塔也可以制成同始终径4、为什么用缓蚀剂，其作用原理是什么？缓蚀剂会在铁外表起钒化作用，使铁氧化成四氧化三铁，形成结实致密的钝化膜， 保护钢外表，使之不患病腐蚀5、低温甲醇洗涤法脱碳有什么优缺点？优点：A 可以脱除气体中的多种组分B 净化度高C 可以选择性的脱除原料气中H2S 和CO2,，并分别加以回收 D 热稳定性和化学稳定性好E 利于后续工艺缺点：工艺流程长，再生过程简单，甲醇具有毒性.6、甲醇富液如何再生？A 减压闪蒸解吸 B 气提再生C 热再生7脱碳后溶液再生时，加热减压可以促进二氧化碳的解吸，请问解吸压力如何确定？ 为什麽？解吸压力低，对多回收二氧化碳是有利的，但考虑到下游工序对二氧化碳气体产品压力要求，二氧化碳解吸压力一般在 0.180.3MPa。8为什么煤、重油的气化工艺不同，低温甲醇洗流程也不一样？解释缘由并画出两流程简图。两步法低温甲醇洗适用于废热锅炉流程，进变换系统的原料气脱硫要求严格，用低温甲醇洗脱硫，脱硫后进变换，在CO 变换后在用低温甲醇洗脱除CO 。2一步法甲醇洗适用于激冷过程，原料气经耐硫变换后，用低温甲醇洗同时进展脱硫和脱碳9聚乙二醇二甲醚法脱碳可以百分之百回收二氧化碳，为什么？该法净化度可达 10?-6 级，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚溶剂中的溶解度关系在较宽的压力范围内都符合亨利定律，闪蒸的压力越低，二氧化碳的回收率越高，真空闪蒸的级数完全由经济效益打算三、原料气的最终净化1、名词解释：.原料气的最终净化有哪几种方法？：剩余少量CO、CO 的脱除，CO+CO10ppm22铜氨液：铜盐氨溶液在高压低温下生成CO 的络合物铜洗气：铜氨液吸取法净化后的气体精练气：铜氨液吸取法净化后的气体氮洗：用液体氮洗涤CO 的操作甲烷化：在催化剂上用氢气把CO 复原成甲烷2、铜氨液由哪些物质组成？铜氨液中有几种铜离子分子式，各起什么作用，它们间有什么关系？铜氨液中低价铜是吸取CO 的活性组分，为什么要有高价铜的存在？极限铜比的意义及变化规律。铜氨液中氨有几种存在形式，各有什么作用？ 铜氨液是铜离子、酸根及氨组成的水溶液Cu+以【CuNH 】+形式存在，是吸取 CO 的活性组分；Cu2+以【CuNH 】2+3234形式存在，没有吸取 CO 的力量，但溶液中必需有，否 CuNH Ac +Cu=2CuNH Ac34232向左进展有金属铜析出防止金属铜的生成，极限铜比R 随T 增大而减小MCu络合氨、固定氨、游离氨3用铜氨液进展最终净化时，工业生产常选用醋酸，为什麽？其浓度如何确定？假设总铜离子浓度为 2.5mol/L,醋酸浓度应达何浓度？不管何种铜氨溶液，溶液中的络离子【CuNH 】+、【CuNH 】2+都需要酸根与之结3234合，为确保总铜含量，使用醋酸铜氨溶液，其吸取力量与蚁酸铜氨溶液接近，组成稳定，再生损失小。操作中醋酸含量以超过总铜含量 10%15%较为适宜，一般为 2.23.0mol/L4、铜氨液吸取CO 原理，解释吸取系数和吸取力量的影响因素。铜氨液吸取CO 、O 、22H S 反响式。2P183铜液的吸取力量。增大低价铜含量、降低温度、提高压力都能增大当游离氨浓度较大时，影响吸取速率的主要是气膜阻力5、铜氨液再生解吸及复原的反响方程式、操作条件，画出简洁的铜氨液再生流程图，解释再生操作条件与设备叠合设置的奇异原理。重点铜液中 CO 剩余量是再生操作的主要指标之一，影响CO 剩余量的因素有压力、温度和停留时间A 再生压力：通常只要保持再生器出口略有压力，以使再生器能够抑制管路和设备阻力到达回收系统即可B 再生温度：在兼顾铜液再生及氨的损失的条件下，接近沸腾状况的常压再生温度以7680为宜，而离开回流塔的铜液温度不应超过 60C：在铜液循环量肯定时，铜液的停留时间，用再生器的液位来掌握，一般掌握在1/22/3 高度比较适宜6、甲烷化法的工作原理和对原料气的要求是什么？为什么？CO+3H =CH +H OH =-206.16kJ/molCO242298CO +4H =CH +2H OH =-165.08kJ/molCO22422982原料气中的碳的氧化物含量体积分数一般应小于 0.7%7、甲烷化催化剂和甲烷转化催化剂的一样点和不同点？A 要求离开甲烷化反响器的碳的氧化物含量是微小的，这就要求甲烷化催化剂有很高的活性，而且在更低的温度下进展B 碳的氧化物与氢的反响是强放热反响，要求甲烷化催化剂能承受很大的温升8、甲烷化催化剂复原时，为什么对复原气中碳氧化物的含量有要求？是多少？为什么？进展甲烷化最终净化时，为什麽要掌握入口气中碳氧化物的含量？应掌握在多少？为什麽？甲烷化催化剂的中毒及留意事项有哪些？为什麽T<200 度时，甲烷化催化剂不能与一氧化碳接触？再用原料气复原时，为了避开床层温升过高，必需尽可能掌握碳的氧化物含量在 1%以下只需原料气中碳氧化物的含量在 0.5%0.7%，甲烷化反响放出的热量就能足够将进气口气体预热到需要的温度.除羰基镍为甲烷化催化剂的毒物外，硫、砷和卤素也能使它中毒，即使这些元素微量也会降低催化剂的活性和寿命复原后的催化剂不能用含有CO 的气体升温，以防止低温时生成羰基镍9、深冷分别法：原理及其特点，氮气的作用，原料气预处理的缘由。深冷分别法是在深度冷冻(<100)条件下用液氮吸取分别少量CO，而且也能脱除甲烷和大局部氩，这样可以获得只含有惰性气体 100cm3/m3 以下的氢氮混合气突出优点气体混合物的冷凝系由汽液两相平衡打算，即由冷凝液组成与其气相各组分的平衡分压打算。分别气体混合物中某些组分，可以利用各种气体的沸点即冷凝温度 不同，以局部冷凝或精馏方法实现。液氮洗涤是用高纯的氮在-190左右将原料气中所含的少量CO 分别的过程。预处理：分子筛吸附CO、CO2；活性炭除去NO、NO2第四章氨的合成1、氨的合成为什么承受循环的回路流程？由于反响后气体中氨含量不高，一般只有 10%20%，故承受分别氨后的氢氮气体循环的回路流程2、惰性气体浓度在进塔和出塔时不同，对吗？为什么？请推导出其变化关系式？重点氨合成反响过程中物料的总摩尔随反响的进展而减小，惰性气体不参与反响，故惰性气体浓度在进塔和出塔时不同。P2073、氨合成催化剂主要有哪些物质构成，各物质主要起什么作用？何为构造型促进剂、电子型促进剂？铁系催化剂活性组分为金属铁，为复原前为FeO、Fe2O3，作为促进剂的成分为K2O、 CaO、MgO、Al2O3、SiO2 等Al2O3、MgO 的参加使催化剂的外表积增大，氨含量亦随之增加。K2O 使催化剂的外表积有所下降，活性显着增加。CaO 能降低熔体的熔点和粘度，还可以提高催化剂的热稳定性。SiO2 具有中和碱性组分的作用，还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。构造型促进剂：通过改善还愿态铁的构造而呈现出促进作用电子型促进剂：使金属电子逸出功降低，有利于氮的活性吸附，从而提高活性4、氨合成催化剂活性下降的缘由有哪些，如何预防？细结晶长大转变了催化剂的构造，催化剂中毒以及机械杂质遮盖而使比外表积下降氢氮原料气送往合成系统前应充分去除各类毒物以保证原料气的纯度5、理论上如何调整氨合成工艺温度？以到达最大平衡氨含量？氨合成的温度一般掌握在 400500，催化剂的床层进口温度比较低，大于或等于催化剂使用温度的下限，依靠反响热床层温度快速提高，而后温度再次下降，生产后期，催化剂活性降低，操作温度应适当提升.6、氨合成时如何调整压力到达最正确经济效益？通常原料气和设备的费用对过程的经济指标影响较大，在1035MPa 范围内，压力提高，综合费用下降，从能量消耗和综合费用分析，可以认为30MPa 左右是氨合成的比较适宜的操作压力7、增大氨合成时的空间速度，会对生产效益带来负面影响，试进展分析。加大空速将使系统阻力增大、循环功耗增加，氨分别所需的冷冻负荷也加大。同时， 单位循环气量的产氨量削减，所获得的反响热也相应削减，当反响热削减到肯定程 度，合成塔就难以维持“自热”。8、试分析合成塔进口气组成对氨合成的影响。当氢氮比为 3 时，对于氨合成反响，可得最大平衡氨含量氨合成反响中氢和氮总是按 3:1 消耗，颖空气氢氮比掌握为 3，否则循环系统中多余的氢或氮就会积存起来，造成循环气中氢氮比失调。维持过低的惰性气体含量需要大量排放循环气，导致原料气消耗量增加，循环气中惰性气体含量肯定，颖气消耗随之增大，循环气中惰性气体的含量应依据颖气惰性气含量、操作压力、催化剂活性等条件而定。进塔气体中氨含量越高，氨净值越小，生产力量越小。初始氨含量的凹凸取决于氨分别的方法。9、氨有哪些分别方法？各有什么优、缺点？水吸取法：氨在水中的溶解度很大，与溶液平衡的气相氨分压很小，因此用水吸取法分别氨效果良好。但气相亦为水蒸气饱和，为防止催化剂中毒，循环气需要严格脱除水分后才能进入合成塔。水吸取法的产品是浓氨水冷凝法：该法是冷却含氨混合气使其中大局部气氨冷凝以便于不冷凝的氢氮分开， 加压下，气相中饱和氨含量随温度的降低、压力的增高而削减。水冷仅能分别一局部氨，气相尚含氨 7%9%，需要进一步以液氨做冷冻剂冷却到 0以下，才可能使气相中氨含量降至 2%4%、10、氨合成塔由哪两局部构成？为什么要这样设计？氨合成塔通常都由内件和外筒两局部构成，内件置于外筒之内。内件由催化剂筐、热交换器、电加热器三个主要局部构成。进入合成塔的气体先经过内件与外筒之间的环隙，内件外面设有保温层，以削减向外筒的散热。氢氮对碳钢有明显的腐蚀作用，在高温高压下，氮与钢中的铁及其他很多合金元素生成硬而脆的氮化物，导致金属机械性能降低，因此需要设计成外筒主要承受高压，不承受高温，内件只承受高温不承受高压、11、何为驰放气，如何回收其中的氢？液氨冷凝过程中，局部氢氮气及惰性气体溶解其中，溶解气体大局部在液氨贮槽中减压释放出来，称之为贮槽气或驰放气。回收：中空纤维膜分别法、变压吸附分别法、深冷分别法第五章合成氨综述1、名词解释：冷法净化：把承受像低温甲醇洗涤法脱硫、脱碳，深冷分别法脱除少量 CO 的操作.热法净化：把承受像热钾碱法脱碳、甲烷化法脱除少量CO 与 CO 的操2作2、重油为原料含硫量较高，用德士古气化炉或谢尔气化炉各应承受什么工艺流程， 画出并说明缘由？德士古激冷发流程:重油+纯氧+蒸汽德士古制气消退炭黑耐硫变换一步低温甲醇法脱硫脱碳深冷洗涤法最终净化压缩合成氨谢尔废热锅炉造气流程：重油+纯氧+蒸汽谢尔炉去除炭黑低温甲醇法脱硫 凹凸变换低温甲醇法脱碳深冷洗涤法最终净化压缩合成氨3、煤为原料用 UGI 炉气化的工艺总流程？煤+空气+蒸汽半水煤气氧化法制硫高温变换低温变换氨吸取法脱碳铜氨液吸取最终净化压缩合成氨4、煤为原料用德士古炉气化的工艺总流程，用谢尔气化炉的工艺总流程德士古激冷流程：70%水煤浆+纯氧造气耐硫变换一步法低温甲醇法脱硫脱碳深冷洗涤法最终净化压缩合成氨谢尔废热锅炉造气流程：粉煤+纯氧+蒸汽造气低温甲醇法脱硫高变低变低温甲醇法脱碳深冷洗涤法最终净化压缩合成氨5、自然气为原料制氨的总流程？自然气脱硫一段转化二段转化凹凸变换热碳酸钾脱碳甲烷化法最终净化压缩合成氨.