陕西科技大学机电工程学院过程装备与控制工程工业化学基础期末考试复习资料汇总总结(共43页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上2.2.2 有关物料计算的基本概念一、物料、能量与热量的平衡： 稳态系统中， 进入系统的质量（能量）=离开系统的质量（能量） 绝大多数化工过程无其他能量输入、输出，也无热量与其他形式能量间的相互转化，则作“热量守恒”计算（近似绝热）。2、 化学反应效率反应度：定义：表示一个化学反应进行的程度；对单一化学反应系统，该反应的反应度称为某种原料的转化率（转化反应）、变换率（变换反应）、合成率（合成反应）。计算原则:选择反应物系中不过量的关键组分或限制组分的转化率。1.限制反应物 化学反应原料不按化学计量比配料时，其中以最小化学计量数存在的反应物称为限制反应物。 2.过量反应

2、物 不按化学计量比配料的原料中，某种反应物的量超过限制反应物完全反应所需的理论量，该反应物称为过量反应物。注意1. 复杂反应：反应度转化率（因为有转化成别种物质的可能）；2. 原料按方程式计量系数配备时，各反应物转化率相等；3.反应度产物浓度（因为有副反应、副产物存在）。三、产率和选择性 1.产率 产率指的是化学反应过程中得到目的产品的百分数。常用的产率指标为理论产率。理论产率是以产品的理论产量为基础来计算的产率，即化学反应过程中实际所得目的产品量占理论产量的百分数。一般情况下，实际得到的目的产品数量只会比理论产量小，因此理论产率总是小于100%。根据计算目的产品理论产量的基准不同，理论产率又

3、有两种不同的表示方法。 2.选择性 =生成目的产物所消耗的反应物的量（mol） / 转化了的反应物的量（mol）； 1,并且具有针对性。四、收率 收率=生成产物所消耗的反应物的量（mol）与 进入系统的反应物的量（mol）的比值说明在某些生产过程中，由于采用的原料是复杂的混合物，其中的各种成分都有可能转化为目的产物，而各种物料在反应中转化为目的产物的情况又很难确定（比如石油裂解生产有机原料乙烯过程），此时，无法或很难用产率来表示产品的得率。为了表明反应效果，就常以收率来计算目的产物的得率。五、原材料消耗指标： 消耗指标又称单耗，指制造单位数量（吨产品）的产品所消耗原材料和能量的数量；为重要经济

4、技术指标。按反应方程式计算的叫理论单耗。六、气相反应过程体积膨胀比或体积缩小比：E=反应生成产物的体积 / 反应前原料的体积七、空速、接触时间和空时得率：空速：对于气-固相催化反应，说明了催化剂床层处理气体的能力； 定义：每小时通过1m3催化剂床层的气体标准体积数，m3（气体）/m3(催化剂）h 若空速大，说明反应器生产能力大。 Vsp= V Vcat空时（接触时间）：虚拟时间，表示气体混合物流过床层的平均逗留时间。 =1/Vsp= Vcat V 3. 空时得率：（产品）/m3(催化剂）h, 用来衡量催化剂生产强度。4.单程收率 选择性和单程收率的关系：选择性单程转化率单程收率 Y= 二、 稳

5、定过程与非稳定过程 1. 定义： 若一个过程的所有变量（p、T、流量、组成等）仅随空间而变化（设备内不同点有差别），而不随时间而变化，则此过程为稳定过程。反之为非稳定过程。 2. 稳定条件质量流量不变：即单位时间内进入系统的物料总量等于离开系统的物料总量。热流不变： 单位时间内进入和离开系统的热量相等。 状态不变（进出口状态不随时间而变化）3. 实际过程的处理 实际的化工生产中一般常常是连续操作的过程（如化肥厂，与机加工有很大区别），除开、停车阶段外，其他阶段可按稳定过程处理。 对于间歇操作，从长时间看，其物料及产物的平均值也基本稳定，故也可按稳定过程对待。4. 通式：输入的物料量+反应生成的

6、物料量= 输出的物料量+ 积累的物料+消耗的物料量 P15式（2-2 合成氨原料气的制备 1. 固体燃料气化:是指用氧或含氧气化剂对固体燃料(指煤和焦炭)进行热加工，使其转化为可燃性气体的过程，简称为“造气”。气化所得到的可燃性气体称为煤气，进行气化反应的设备称为煤气发生炉。 2. 煤气种类： 空气煤气：是以空气作为气化剂所制得的煤气。其成分主要为氮和二氧化碳。 水煤气：系以水蒸气为气化剂制得的煤气，主要成分为氢气和一氧化碳，两者含量之和可达到85左右。 混合煤气：以空气相水蒸气同时作为气化剂所制得的煤气，其配比量以维持反应能够自热进行为原则。 半水煤气：以适量空气(或富氧空气)与水蒸气作为气

7、化剂，所得气体的组成符合(co十H2)N z3.13.2(摩尔比)以能满足生产合成氨对氢氧比的要求。 3. 间歇式制取半水煤气的工作循环 （1） 吹风阶段 由煤气发生炉底部送入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 （2）上吹制气阶段 水蒸气由炉底送入，经灰渣层预热、进入气化层进行气化反应，生成的煤气送入气柜。随着反应的进行，燃料层下部温度下降，上部升高，造成煤气带走的显热增加。因此，操作一段时间后需更换气流方向。 (3) 下吹制气阶段 水蒸气自上而下通过燃料层进行气化反应。煤气由炉底引出，经回收热量后送入气柜。由于煤气下行时经过灰渣层温度下降，从而减少了煤气带走的显热损失，燃料层温度均衡。 (4

8、)二次上改阶段 水蒸气自炉底送入，煤气炉底部的煤气排净，气作好安全准备。目的是要将存在于为下一循环吹入空 (5)空气吹净阶段 目的是要回收存在于煤气炉上部及管道中残余的煤气，此部分吹风气亦应加以回收，作为半水煤气中N2的来源。 制气工艺条件：提高燃料层温度的方法，增加吹风速度，延长吹风时间（降低含CO量） 5. 烃类蒸气转化法是以气态烃和石脑油为原料生产合成氨最经济的方法。具有不用氧气、投资省和能耗低的优点。 原理：烃类蒸气转化系将烃类与蒸汽的混合物流经管式炉管内催化剂床层，管外加燃料供热，使管内大部分烃类转化为H2、co和coB。然后将此高温(850一860)气体送入二段炉。此处送入合成氨原

9、料气所需的加N2空气，以便转化气氧化并升温至1000左右，使cH4的残余含量降至约o3，从而制得合格的原料气。 平衡温距 所谓平衡温距是指转化炉出口气体的实际温度与出口气体组成相对应的平衡温度之差，通常被称作“接近平衡温度差”，简称为“平衡温距”，用AT表示。 蒸汽转化催化剂： 由于烃类蒸气转化过程是在高温下进行的，且存在析碳问题，这样就要求催化剂除具有活性、高强度外，还要具有较好的热稳定性和抗析碳能力。 以镍活性最佳，以NiO状态存在的，其含量在4一30（单位质量催化剂的活性以镍的含量为15一35时最高。） 空间速度： (1) 原料气空速 表示每立方米催化剂每小时通过的含烃原料的标准立方米数

10、(Nm3󰀀m3.h)。󰀀 (2) 碳空速 以碳数为基准，用含烃原料中所有的烃类碳数都折算成甲烷的碳数，即每立方米催化剂每小时通过甲烷的标准立方米数或干摩尔数。󰀀 (3)理论氢空速 假定含烃原料全部进行转化和CO变换，将其折合成H2，其中󰀀1Nm3CO相当于I Nm3的H 2，1Nm3的CH4相当于4Nm3的H2。因此，理论氢空速应指每立方米催化󰀀剂每小时通过理论H 2的标准立方米数。󰀀 (4)液空速 指每升催化剂每小时通过液态烃的升数。只用于以液态烃类原料时。󰀀 6.甲烷蒸汽转化反应

11、为什么要分段进行？ 在加压操作条件下，相应地蒸汽转化温度应控制在1000以上。因烃类蒸气转化反应为吸热反应，故应在高温下进行。鉴于目前耐热合金钢管只能在800900下工作，合成氨过程中不仅要有氢气，而且还应有氮气。因此，工业上采用了分段转化的流程。 7.甲烷蒸汽为什么要加压转化？ 答：为了减少原料气的压缩功耗，加压的优点：节约动力消耗；提高过星蒸汽热回收的价值；减小设备容积，降低投资费用 。 8.一段反应与二段反应的区别及结构的区别？ (1)平衡温距不同：一段在10-15间，二段在15-30间 (2)出口气体残余甲烷含量不同：一段CH410%，二段CH40.5% (3)一段转化炉的受热程度受到

12、棺材耐温性能的限制 (4)转化炉结构不同：一段转化炉 由若干根反应管相加热室的辐射段及回收热量的对流段两个主要部分组成。反应管要长期处于高温、高压和气体腐蚀的苛刻条件下运行，需要采用耐热合金钢管。二段转化炉与一段转化不同，这里加入空气燃烧一部分转化气以实现内部自热，同时也补入了必要的氮。二段转化炉为一直立式圆筒。壳体材质为碳钢，内衬耐火材料，炉底有水夹管。 第二章 合成氨原料气的净化 硫容量：单位质量脱硫剂所能脱除硫的最大数量 1. 比较干、湿法脱硫的特点？ 干法脱硫：指采用固体吸收剂或吸附剂以脱除硫化氢或有机硫。 常见的干法脱硫有：氧化铁法、活性炭法、钻钥加氢和氧化锌法等。 特点：由于固体脱

13、硫剂硫容量有限，般适于脱低硫且反应器体积较庞大。虽然干法脱硫净化度高，并能脱除各种有机硫化物，但脱琉剂难于或不能再生，且系间歇操作，设备庞大。因此不适于用作对大量硫化物的脱除。 湿法脱硫：采用溶液吸收硫化物的脱硫方法通称为湿法脱硫。适用于含大量硫化氢气体的脱除。其优点之一是脱硫液可以再生循环使用并回收富有价值的硫磺。脱硫效果没有干法脱硫好。 湿法脱硫方法，可分为化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法三类。 常见的有碳酸纳、氨水和醇胺溶液等吸收硫化氢的方法属化学吸收法，用冷甲醇吸收硫化氢的方法属物理吸收法。 依再生方式又可分为循环法和氧化法。循环法是将吸收硫化氢后的富液在加热降压或气提条件下解吸

14、硫化氢。氧化法是将吸收硫化氢后的富液用空气进行氧比，同时将液相中的HS氧化成单质硫。 2. 氨水催化法 对苯二酚为催化剂，通常认为对苯二酚为还原剂，在碱性溶液中能被空气氧化为对苯醌： 3.改良ADA法 反应历程： 改良ADA法脱硫范围较宽，精度较高H2S含量可脱至小于1101，温度从常温到60间变化。其成分复杂，溶液费用较高。 4.一氧化碳变换 此反应过程中消耗的只是水蒸汽。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料 气制备的继续。而残余的少量一氧化碳再通过其他净化方法加以脱除。 根据使用催化刑活性温度的高低，又可分为中温变换(或称高温变换)和低温变换。 中温变换是以Fe3O4为催化剂主

15、体，反应温度为350一550，变换后气体中仍含有3左右的CO。低温变换是以铜或硫化钴-硫化钼为催化剂主体，操作温度为180一280，出口气中残余CO可降至0.3左右。 5.为什么一氧化碳变换存在最佳温度？ 答：变换反应是一个可逆放热反应。从反应动力学可知，温度升高，反应速度常数增大，而 平衡常数随温度的升高而减小。CO平衡含量增大，反应推动力将变小。可见温度对两者的影 响互为矛盾。因此，对于一定催化剂和气相组成以及对应每一个转化率时，必定对应有个 最大的反应速度值。与该值相对应的温度称为最适宜温度。 6.二氧化碳的脱除 物理吸收法是利用CO2能溶解于水或有机溶剂的特性进行操作的。常用的方法有水

16、洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法、聚乙醇二甲醚法等。吸收能力的大小取决于co2在该溶液中的溶解度。溶液的再生采用减压闪蒸法。 缺点：由于选择性差，且仅以减压闪蒸的方法进行再生一般CO2回收率不高此法仅适用于CO2有富余的合成氨厂。 化学吸收法是用热碳酸钾、有机醇胺和氨水等碱性溶液作为吸收剂，实际上属于酸碱中和反应。 7. 热碳酸钾脱除法 生成的KHCO3在减压和受热时分解吸出CO2，溶液重新再生为K2CO3循环使用。 脱碳应用最多的方法有：以氦基酸为活化剂、五氧化二钒为缓烛剂的氨基乙酸法；以二乙醇胺为活化剂、五氧化二钒为缓蚀剂的改良热钾碱法；以二乙醇胺和硼酸的无机盐为活化剂、五氧化二钒为缓蚀剂的

17、催化热钾碱法。 转化度： 再生度： 热碳酸钾脱除CO2的流程： 8.甲烷化法的中变-低变串联流程 变换工艺流程的设计，首先应依据原料气中CO含量高低来加以确定。CO含量高，应采用中温变换。这是由于中变催化剂操作温度范围较宽、而且价廉易得，使用寿命长。当CO含量高于15时，应考虑将反应器分为二段或三段变换。其次是根据进入系统的原料气温度和湿含量，考虑气体预热和增湿，合理利用余热。第三应将CO变换和脱除残余CO的方法结合考虑，如果CO脱除方法允许CO残量较高，则仅用中变即可。否则，采用中变与低变串联，以降低变换气中CO含量。 1、 催化裂化条件下，主要发生的化学反应？l 烷烃的的裂解，产物以C3、

18、C4和中等大小的分子居多l 异构化、芳构化、环烷化，使裂解产物中异构烷烃、环烷烃和芳香烃的含量增多；l 氢转移反应（即烯烃还原成饱和烃），使催化汽油中容易聚合的二烯烃类大为减少l 聚合、缩合反应2、 催化重整过程所发生的化学反应主要有那几类？六环环烷烃的脱氢；五元环烷烃异构化再脱氢；烷烃环化再脱氢；烷烃异构化；加氢裂化3、 加氢裂化过程发生的主要反应有哪些？加氢裂化是催化裂化技术的改进，在临氢条件下进行催化裂化，可抑制催化裂化时的发生的脱氢缩合反应，避免焦炭的生成。主要反应有加氢精制、加氢裂化。加氢精制，以除去原料中的硫、氮、氧等杂质，和二烯烃，以改善加氢裂化所得的油料的质量；加氢裂化，在裂化

19、活性较高的催化剂上进行裂化反应和异构化反应，最大限度的生产汽油和中间馏分油1. 石油的主要组成是什么？常、减压蒸馏有哪几类？答：石油的化合物可以分为烃类、非烃类以及胶质和沥青三大类。烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分。非烃类指含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。常、减压蒸馏有三类：（1）燃料型 （2）燃料润滑油型 （3）燃料化工型4. 石油的一次加工、二次加工介绍答：石油一次加工的方法为常压蒸馏和减压蒸馏。石油的二次加工方法有：（1）催化重整 催化重整的原料是石脑油，催化重整装置能提供高辛烷值汽油，还为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料以及提供液化气和溶剂油，并副产氢气

20、。其催化剂是由活性组分（铂）、助催化剂和酸性载体（如经HCl处理的Al2O3）组成。（2）催化裂化 原料是直馏柴油、重柴油、减压柴油或润滑油馏分，甚至可以是渣油焦化制石油焦后的焦化馏分油。获得的产品是高质量的汽油，并副产柴油、锅炉燃油、液化气和气体等产品。催化剂是过去采用硅酸铝催化剂，目前采用高活性的分子筛催化剂。（3）催化加氢裂化 加氢裂化的原料油可以是重柴油、减压柴油，甚至减压渣油，另一原料是氢气。催化加氢裂化系指在催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应，转变成航空煤油、柴油、汽油（或重整原料）和气体等产品的加工过程。 催化剂分为两类，即Ni、Mo、W、Co的非贵金属氧

21、化物和Pt、Pd贵金属氧化物，均用硅酸铝加分子筛或氧化铝为载体。非贵金属氧化物催化剂要先进行还原活化才有活性。（4）烃类热裂解 烃类热裂解主要目的是为了制取乙烯和丙烯，同时副产丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳烃及其他化工原料。热裂解的原料较优者是乙烷、丙烷和石脑油。8. 浓度、温度、压力对化学平衡、反应速率的影响？答：浓度 根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动 。从反应速率式可知，反应物浓度越高，反应速率越快。 温度 对于吸热反应，H0,平衡常数随着温度升高而增大，有利于反应，产物的平衡产率增加。对于放热反应，H0，平衡常数随着温度升高而减小，平衡产率降低。

22、 反应速率常数随温度升高而增加。 压力 压力对液相和固相反应的平衡影响较小。气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大，其规律为：（1）对分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率；（2）对分子数减小的反应，压力升高，产物的平衡产率增大；（3）对分子数没有变化的反应，压力对平衡产率无影响。在一定的压力范围内，加压可减小气体反应体积，且对加快反应速率有一定好处。9. 什么是最佳反应温度？答：正、逆反应速率之差即为产物生成的净速率有一个极大值，此极大值对应的温度称为最佳反应温度。10. 催化剂的作用？催化剂的三个基本特征？答：催化剂的作用：（1）提高反应速率和选择性；（2）改

23、进操作条件：（3）催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术。（4）催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。催化剂的三个基本特征：（1）催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡。（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。11. 反应过程的物料衡算和热量衡算的现实意义？答：物料衡算和热量衡算是化学工艺的基础之一，通过物料、热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类型及台数提供定量依据；可以核查生产过程中各物料量及有

24、关数据是否正常，有否泄露，热量回收、利用水平和热损失的大小，从而查找出生产上的薄弱环节和瓶颈部位，为改善操作和进行系统的最优化提供依据。1. 影响氨平衡浓度的因素有哪些？答： 温度和压力 温度降低或压力增高，都能使平衡常数及相应的平衡氨含量增大； 氢氮比 当氢氮比为3时，平衡氨含量最大； 惰性气体 惰性气体会使平衡氨含量明显下降。2. 惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响。答：惰性气体含量对平衡氨浓度有影响，对反应速率也有影响，而且对两方面的影响是一致的，即惰气含量增加，会使反应速率下降，也使平衡氨浓度降低。第1章 合成氨 本章主要从原料气制取、原料气净化及氨的合成等工艺过程，详细讲

25、述了氨的合成原理、工艺方法、工艺条件的选择及工艺计算。 绪论 本门课程的性质和任务，课程教学内容和教学环节的安排，课程的特点和学习要求。合成氨生产的概况。 目的要求 1） 了解合成氨的发展历史和我国合成氨的工业概况 （2） 了解合成氨生产的典型流程 （一）原料气的制取 1 烃类蒸汽转化 烃类蒸汽转化反应，甲烷蒸汽转化反应理论，烃类蒸汽转化催化剂，工业生产方法和美国凯洛格工艺流程和设备 目的要求 （1）了解气态烃类转化的主要反应 （2） 掌握甲烷气态烃类转化的基本理论 （3） 了解烃类蒸汽转化催化剂的性质作用 （4） 掌握烃类蒸汽转化的工业生产方法 2 重油部分氧化 油气化和碳黑回收 目的要求

26、（1） 掌握重油气化基本原理及工艺条件分析 （2） 了解工艺流程及主要设备 3. 煤气化 煤气化基本原理和制取半水煤气的方法， 目的要求 （1）掌握煤气化的基本原理 （2）掌握半水煤气制取的工业方法 4.一氧化碳变换 目的要求 （1） 掌握一氧化碳变换的基本原理 （2） 掌握一氧化碳变换的工艺条件 （3） 了解工艺流程及热能回收 （2） 原料气净化 5. 原料气脱硫 目的要求 （1） 掌握干法脱硫、湿法脱硫的基本原理 （2） 了解氧化法催化剂的选择 6. 二氧化碳的脱除 目的要求 （1） 掌握物理吸收法脱除二氧化碳的一般问题 （2）掌握化学吸收法脱除二氧化碳的过程，原理，工艺流程条件 7. 原

27、料气的最终净化 目的要求 （1） 掌握铜氨液吸收法 （2） 掌握甲烷化法的基本原理 （3） 合成与综述 8.氨的合成 合成热力学基础，合成反应的动力学分析，氨的合成 目的要求 1） 掌握氨合成的热力学基础及工艺条件，参数的选择 （2） 了解氨合成的反应动力学和氨合成的催化剂 （3） 了解氨的分离及合成流程 （4） 了解氨合成的主要设备 9.合成氨生产综述 目的要求 （1） 评价生产总流程 （2） 掌握合成氨生产中能量消耗及节能措施 第2章 硫酸 绪论 硫酸生产的概括和本篇主要内容。 目的要求 （1） 了解硫酸在国民经济中的地位及国内外发展状况 （2）熟悉H2SO4性质及其生产中的几种重要原料

28、1.从硫铁矿制SO2炉气 硫铁矿焙烧（反应、速度、物料及能量衡算），沸腾焙烧（原理、设备、流程、工艺条件），几种焙烧方法。 目的要求 （1） 掌握硫铁矿焙烧的基本原理，焙烧的热力学和动力学。 （2） 熟悉沸腾焙烧的原理、设备和工艺条件的选择。 （3） 了解硫铁矿焙烧的工艺流程 （4） 了解几种焙烧方法。 2. 炉气的净化与干燥 炉气净化（原理、湿法流程、文丘里除尘），酸雾形成原理及控制方法，炉气干燥（工艺条件、流程） 目的要求 （1） 掌握炉气净化的基本原理 （2） 熟悉湿法流程和文丘里除尘 （3） 了解酸雾形成原理及控制方法 （4） 掌握炉气干燥的工艺条件，了解其流程 3SO2催化剂 SO2

29、催化氧化原理，工艺条件，催化氧化工艺流程 目的要求 （1） 掌握SO2催化氧化原理（热力学、动力学） （2） 掌握催化氧化工艺条件的选择 （3） 了解催化氧化工艺流程 4. SO2吸收 SO2吸收原理、工艺条件，干燥-吸收系统（产量、物料衡算、工艺条件） 目的要求 （1） 掌握SO2吸收的基本原理和工艺条件的选择 （2） 了解干燥-吸收系统的流程 （3） 掌握产量等物料的衡算 5. 三废治理 硫酸尾气的环境保护及处理 石油化学及炼制 石油的化学组成；燃料油的生产；润滑油生产；炼油厂典型流程 目的要求 1、了解石油的一般性质和组成 2、掌握原油的预处理和精馏，掌握常减压蒸馏装置及主要影响因素 3

30、、 掌握延迟焦化的基本原理 4、 掌握催化裂化的特点、反应、催化剂和工艺流程 5、 了解加氢裂化和精制 6、掌握润滑油的使用性能和一般生产流程 7、 掌握炼油厂典型流程 石油化工原料合成 石油烃裂解；烃类裂解炉；裂解气的压缩与净化；裂解气分离；催化重整；裂解汽油加氢 目的要求 1、 掌握烃类裂解反应的机理和操作条件对裂解结果的影响 2、 掌握烃类裂解反应的工艺计算，了解管式裂解炉型及工艺流程 3、 掌握裂解气压缩的目的和流程 4、掌握裂解气净化过程中酸性气体脱除、脱水和脱炔的要求和工艺流程 5、 掌握深冷分离流程以及甲烷塔、乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的流程和特点 6、 了解催化重整的化学反应 7、

31、掌握催化重整催化剂的组成和要求，掌握重整过程操作因素和流程 8、掌握汽油加氢反应及工艺条件，了解目前汽油加氢反应常用的催化剂7-2 合成氨原料气的制取制气工作：循环说明5个阶段吹风阶段：自下而上送入空气，提升炉温，吹风气（生成气体）大部分放空；一次上吹阶段：自下而上送入水蒸汽，经灰渣区预热，进入气化区进行气化，炉温下降； 为保证稳定炉温，采用加氮空气（水蒸汽中配入部分空气），增加水煤气中含氮气量。下吹阶段：加氮空气、水蒸汽自上而下，煤气由下部引出，使燃料层温度均衡；思考：为何又改下吹？原因：从反应热效应入手，水蒸汽温度下降、气化反应大量吸热使气化区底强烈冷却，温度显著下降，而燃料层上部因生成的

32、煤气通过，温度上升造成煤气带走的显热损失增加，所以，改下吹； 二次上吹阶段：蒸气原因：下吹完毕，若立即吹风，空气与下行煤气在炉底势必爆炸，所以二次上吹，把炉底煤气排净，为吹入空气做准备。空气吹净阶段：短时间内吹入。 注意：尾气不可排空。 因为：吹风气经炉内时混入煤气，若从烟囱放掉时则或者损失或者与空气接触，一遇到火星则有可能爆炸。 所以：回收吹风气，作为半水煤气中氮气的主要来源；并回收设备管路中的煤气。制气循环特点：T随空气通入而上升，燃料层温度与气化产物组成呈周期性变化。T随水通入而下降。优点：气化设备简单、便于控制；缺点：能耗大，约有一半原料被当作燃料烧掉，生产能力低，产生三废(煤渣、含氰

33、废水、含硫废气等)较多。3. 工艺流程及操作条件：（1） 工艺流程：主要设备 （1）煤气发生炉 1， 产生半水煤气。 （2）燃烧室 2，起蓄热作用。 （煤气发生炉来的吹风气中尚未反应的CO在此燃烧，产生的热量蓄于耐火砖中，待下吹时预热氮空气。）（3）废热锅炉 4 列管式换热器，倾斜7以便于排液并平衡重心（因另一侧有一个汽包）。 其作用是将燃烧室来的气体在此回收热量。产生中压蒸汽，冷却气体。 （4）洗气箱 3 水封圆筒，起水封作用，以免停车时水煤气回流。另有除尘、降温、除部分CO2的作用。 （5）洗涤塔 5 继续降温、除部分CO2 、H2S 。（2）主要操作条件：燃料层温度：指氧化层温度，100

34、01200；选择原因不结疤、且有较高煤气质量及产量；循环时间及分配：分析： 如果时间长气化层温度与煤气的产量、质量波动大； 时间过短 则阀门开闭占有时间相对加长，降低气化强度，且阀门易损。结论：考虑自控及维持炉内条件稳定3mins。气体成分：主要调节（CO+ H2）/ N2值，通过改变加氮空气量或调整空气吹净时间；注：半水煤气中O20.5%（从爆炸方面考虑）7.3 合成氨原料气的净化 问题：脱硫、变换、脱碳顺序不可变。一、原料气的脱硫：硫化物：H2S （无机） CS2，COS （有机） C2H5SH 乙硫醇 C4H4S 噻吩1.脱硫原因：（1）对多种催化剂特别是合成催化剂（Fe3O4）有害；（

35、2）增加压缩机动力消耗；（3）腐蚀设备，管道。2.脱硫方法分类：干法：固体脱硫剂（活性炭 ZnO CoO MoO）无机S和有机S，出口总S小于1ppm；反应器湿法：液体脱硫剂 (A.D.A 氨氧化法)；适用含硫，净化度要求不高场合。无机硫：出口小于20ppm；思考：如何选择？3.脱硫方法选择：原则：据含硫形式，含硫量，脱硫后要求，脱硫剂；（1）若为有机硫干法，出口总硫小于1ppm 若为无机硫：微少量钴钼 + ZnO （因为ZnO不能再生）； 大量湿法；总S10ppm活性炭 （及少部分有机硫）；H2S少，CO2多A.D.A； H2S多， CO2多低温甲醇洗，因为甲醇对H2S、 CO2吸收特别好；

36、H2S含3045g/m3烷基醇胺法（如：乙醇胺）。（2）原料气：焦炉气含硫多，含氨，所以氨氧化法，对苯二酚或硫酸亚铁；天然气含硫少，钴钼加ZnO，即在H2存在下将有机硫转化成无机硫，再用ZnO脱除。二、CO的变换：用煤或烃生产出的气体都含有相当量的CO，如固体燃料制得的半水煤气含CO2831，气体烃蒸汽转化法含CO1518，重油气化法含CO46左右。CO对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利用水蒸气把CO变换为H2和易清除的CO2，同时又制得了所需的原料气H2。三、CO2的脱除：变换气中含有大量的CO2 (1535)，对原料气的精制及氨合成不利。 脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸收法

37、，分为物理吸收和化学吸收两种。物理吸收是利用CO2能溶于水和有机溶剂的特点（物理溶解度）。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在3MPa、-30 -70下，甲醇洗涤气体后气体中的 CO2可以从 33降到10g/g，脱碳十分彻底。四、原料气的最终净化 将少量的CO、CO2进一步脱除，常用的有铜洗法和甲烷化法。硫酸工业一、净化原则及净化指标：原则：悬浮微粒粒径广分级逐段、先大后小、先易后难；悬浮微粒密度相差大先重后轻，先固、液，后气（汽）体；不同粒径选择相应有效设备，分离效率一定要与粒子大小联系考虑。二、炉气除尘（干法）：硫酸生产中大多采用机械除尘自然沉降及惯性除尘；电除尘。集尘器除尘：分为自然沉

38、降借助重力来分离，粒径越小，其速度越慢；仅能除去粒径40m；惯性除尘当矿尘与气体均以高速运动时，在除尘设备中急剧改变气流方向，矿尘由于运动的惯性即可与气体分离。三、炉气中氟、砷、硒和酸雾的清除:1、氟的清除：HF、少部分SiF4 利用其极易被水或稀酸吸收的特点，效率很高。注：（1）酸洗洗涤酸循环使用， 因而要定期排出部分洗涤酸；（2）HF强烈腐蚀硅酸盐，避免使用硅酸盐陶瓷材料。2、砷、硒的清除：原理：与除酸雾结合； 湿法净化的重要特点：除雾是关键；原因As2O3、SeO2高温时以气态存在，使用液体洗涤炉温迅速降低，出现凝华： As2O3 （g） As2O3 （s）；SeO2（g） SeO2 （

39、s） 凝华速度很快，使生成的固体颗粒非常细小，不易被液体吸收或捕捉，而成为酸雾凝结的核心；酸雾在细小的As2O3、SeO2表面形成后就很快将其溶解；所以可通过除雾除去砷、硒。酸雾的形成：雾的概念：含有粒径小于5m的液体颗粒的气溶胶，是一两相体系；湿法净化过程中，由于炉气被洗涤冷却，大量水蒸气进入气相： SO3（g）+ H2O（g）= H2 SO4（g）当气相中硫酸蒸气压大于洗涤液液面上的饱和蒸气压时，硫酸蒸气冷凝，而快速冷凝会形成酸雾；由于炉气在洗涤中冷却速度很快，因而会产生酸雾液滴；若存在凝结中心，则生成的酸雾粒子就大。酸雾的清除：不能以普通方法除去，因为：宏观方法： 细小的微粒（滴）倾向于

40、跟随流体的流线运动，难以通过撞击方式捕捉；微观方法：雾粒直径比分子直径大得多，不能通过扩散使之进入液相，即不能被液体吸收。酸雾的清除：当炉气温度快速降至100以下时，硫酸蒸气几乎全部变成酸雾；较大粒子由电除雾器、文氏管、冲挡式洗涤器除去，电除雾器最为可靠；粒径小于2m的雾粒，电除雾器效率也不高，为增加效率，采用对炉气增湿，使酸雾液滴长大后再清除，设备：增湿塔；增加除雾段数、降低炉气流速；积极方法：控制SO3含量。4、 湿法净化流程前面干法净化无洗涤剂，用旋分、电除尘、袋式除尘器等， （适于小厂，设备少）；而湿法净化有洗涤剂。 湿法又分为水洗流程、酸洗流程，其中水洗由于大量排污，在国外大都已被淘

41、汰，而国内大多仍在沿用。1、酸洗净化流程：普通酸洗、稀酸洗、绝热增湿酸洗、热浓酸洗；2、水洗净化流程：（1）二文-器-电流程：多用于大中型厂；（2）文-泡-电流程：五、炉气的干燥：1、干燥原因：湿法净化除去尘、雾、大部分杂质后，炉气中已饱和了水蒸气，所以会在SO2转化生成SO3之后再次生成酸雾次生酸雾；危害：若在热交换器中发生腐蚀设备、管道；若开停车时在催化剂上发生损坏催化剂； 损失硫、污染大气。2、炉气干燥原理：浓硫酸有较强的吸湿性，且在同一温度下，硫酸浓度愈高，硫酸液面上水蒸气平衡分压愈小，例如：98.3%的浓硫酸，温度为40时，水蒸气平衡分压仅0.0039Pa；当水蒸气分压大于硫酸液面上

42、平衡水蒸气分压时，水蒸气会被硫酸溶液吸收。3. 干燥方法：干燥酸：92.594% 温度4050，炉气温度不高于40；4. 干燥流程：设备：填料塔，完成逆流传质；炉气在净化、干燥之后，进入转化系统，即催化氧化系统，组成（体积）：77.5% SO2、10.511% O2；转化的任务就是在催化剂的作用下，生成SO3。一、基本原理：SO2氧化反应的化学平衡： 研究SO2氧化反应特点： SO2+0.5 O2 = SO3 +96.25kJ/mol可逆，体积减小，气固相催化V2O5；影响平衡转化率的因素：是理论上确定实际操作条件的依据； 平衡移动原理吕-查德理定律，如果把决定化学平衡的因素加以改变，则化学反

43、应重新开始，新的化学平衡向着抵消或削弱这种因素改变的方向移动；温度：因为是放热反应，T增加，Kp减小x*减小；气体原始组成：虽然不影响Kp，但O2增加从有利于SO2氧化，所以x*增大；压力：理论：为体积减小反应减小P有利于反应进行；（在一定空间内，P物质多，为削弱，所以减少物质）；结论加压；实际：在常压、T=400时，SO2的x*已经为9598%，再加压对x*的增大不明显，而且加压后，使设备操作复杂化，所以生产中只用常压。小结： 平衡移动原理； 此反应各因素对Kp或平衡组成的影响具有一定的典型性。（2）工艺条件：反应温度：温度对于平衡转化率、反应速度影响最大； 随催化剂活性定：420（或430

44、）600间； 不同SO2的平衡转化率温度不同：反应速度随温度增加而增加，但是达到一定值又下降；原因：可逆，温度既促进V正又促进V逆，V总V正V逆，当越接近平衡时V总越趋近于0。最适宜温度：在一定SO2的平衡转化率下，随温度升高反应速度出现最大值，该值所对应的温度；引申：对所有可逆、放热反应，通常都存在最适宜温度线。小结： 确定反应温度原则：在催化剂活性温度内，床层尽量沿“最适宜温度线”变化因为此时达到同样转化率所需催化剂量最小； 措施：换热原料气预热后，反应进行时适当移去反应热，而且这也是反应器分段原因。(2) SO2起始浓度：对反应速度、生产每吨硫酸所需原料气量（系统生产能力）有明显影响；适宜浓度（硫铁矿）：77.5（3）最终转化率：分析：若增加，可增加硫的利用率，从而降低原料消耗及尾气处理负荷；适宜最终转化率：97.598.0 “两转两吸”99以上， “一转一吸”虽然达9798.5，但是尾气中SO2含量高。压力：常压加压好处：可增加SO2转化率，减小设备尺寸，降低SO3吸收速度；提出问题：为何不加压？回答： 常压转化率已经很高，若加压则会使设备复杂化。三氧