工艺习题及答案.doc

第1章 绪论1.1 本章要点 1. 了解本课程的性质、地位及任务 2. 了解化学工业的原料及加工利用 1.2 主要问题 1、化学工艺学的研究范畴包括哪些内容？ 包括原料的选择和预处理；生产方法的选择及方法原理；设备(反应器和其他)的作用、结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料的影响；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用；对不同工艺路线和流程的技术经济评比等。 2、现代化学工业的特点有哪些？ (1)原料、生产方法和产品的多样性与复杂性 (2)向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高 (3)是多学科合作、生产技术密集型的生产部门 (4)重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法 (5)资金密集，投资回收速度快，利润高 (6)化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题 3、大宗的无机化工、有机化工的主要产品有哪些？ 大宗的无机化工产品有硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、合成氨和氮、磷、钾等化学肥料。 大宗的有机化工产品有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、合成气。 4、三大合成材料指什么？ 合成塑料、合成橡胶、合成纤维。 5、对石油的一次加工和二次加工有哪些加工方法？ 一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏。二次加工主要方法有：.催化重整；.催化裂化；催化加氢裂化；烃类热裂解；烷基化；异构化；焦化等 6、常、减压蒸馏流程有哪些？ 燃料型。 燃料一润滑油型。 燃料一化工型。 7、煤的加工路线有几种？ 煤的高温干馏(炼焦)；煤的低温干馏；煤的气化；煤的液化。 8、化学工业的原料资源有几类？ 无机化学矿；石油；天燃气；煤；生物质；再生资源；空气和水。 9、化工生产过程一般可分为几大步骤？ 化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。 10、什么是转化率、选择性、收率？ 转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率，用符号X表示。其定义式为 转化率表征原料的转化程度，反映了反应进度。 选择性系指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。用符号S表示，其定义式如下 在复杂反应体系中，选择性是个很重要的指标，它表达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。 收率亦称为产率，是从产物角度来描述反应过程的效率。符号为y，其定义式为 根据转化率、选择性和收率的定义可知，相对于同一反应物而言，三者有以下关系:Y=SX 11、什么是平衡转化率？ 可逆反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率，此时所得产物的产率为平衡产率。平衡转化率和平衡产率是可逆反应所能达到的极限值(最大值)，但是，反应达平衡往往需要相当长的时间。随着反应的进行，正反应速率降低，逆反应速率升高，所以净反应速率不断下降直到零。在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应达平衡，故实际转化率和产率比平衡值低。若平衡产率高，则可获得较高的实际产率。工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率的有利条件，并计算出平衡产率。 12、简述温度、压力、浓度对反应的影响规律？ (1)温度对化学平衡的影响 对于不可逆反应不需考虑化学平衡，而对于可逆反应，其平衡常数与温度的关系为：对于吸热反应，0，K值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，仲碳氢伯碳氢。 异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷裂解所得收率低，而氢、甲烷、C1及C4以上烯烃收率较高。 随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减小。 3、烯烃裂解的主要反应有哪些？ (1)断链反应；(2)脱氢反应；(3)歧化反应；(4)双烯合成反应；(5)芳构化反应 4、环烷烃的裂解反应规律如何？ 侧链烷基比烃环易于断裂，长侧链的断裂反应一般从中部开始，而离环近的碳键不易断裂；带侧链环烷烃比无侧链环烷烃裂解所得烯烃收率高。 环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于开环生成烯烃的反应。 五碳环烷烃比六碳环烷烃难于裂解。 环烷烃比链烷烃更易于生成焦油，产生结焦。 5、芳烃裂解的主要类型有哪些？ (1)烷基芳烃的裂解侧链脱烷基或断键反应 (2)环烷基芳烃的裂解脱氢和异构脱氢反应。 (3)芳烃的缩合反应 6、结焦、生碳反应的途径如何？ (1)烯烃经过炔烃中间阶段而生碳。 (2)经过芳烃中间阶段而结焦。 7、生碳、结焦规律如何？ 在不同温度条件下，生碳结焦反应经历着不同的途径；在900l100C以上主要是通过生成乙炔的中间阶段，而在500900主要是通过生成芳烃的中间阶段。 生碳结焦反应是典型的连串反应，随着温度的提高和反应时间的延长，不断释放出氢，残物(焦油)的氢含量逐渐下降，碳氢比、分子量和密度逐渐增大。 随着反应时间的延长，单环或环数不多的芳烃，转变为多环芳烃，进而转变为稠环芳烃，由液体焦油转变为固体沥青质，再进一步可转变为焦炭。 8、各族烃类的裂解反应规律如何？ 烷烃构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成。烯烃的分子量愈小，其总产率愈高。异构烷烃的烯烃总产率低于同碳原子数的正构烷烃，但随着分子量的增大，这种差别减小。 烯烃一大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯；烯烃能脱氢生成炔烃、二烯烃，进而生成芳烃。 环烷烃在通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。相对于正烷烃来说，含环烷烃较多的原料丁二烯、芳烃的收率较高，而乙烯的收率较低。 芳烃无烷基的芳烃基本上不易裂解为烯烃，有烷基的芳烃，主要是烷基发生断碳键和脱氢反应，而芳环保持不裂开，可脱氢缩合为多环芳烃，从而有结焦的倾向。 9、各族烃类的裂解反应难易顺序？ 正烷烃异烷烃环烷烃(六碳环五碳环)芳烃 10、裂解反应机理如何？ 烃类裂解反应机理研究表明裂解时发生的基元反应大部分为自由基反应。大部分烃类裂解过程包括链引发反应、链增长反应和链终止反应三个阶段。链引发反应是自由基的产生过程；链增长反应是自由基的转变过程，在这个过程中一种自由基的消失伴随着另一种自由基的产生，反应前后均保持着自由基的存在；链终止是自由基消亡生成分子的过程。 11、什么是一次反应？什么是二次反应？ 一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应，二次反应则是指一次反应产物继续发生的后继反应。 12、评价裂解原料性质的指标主要有哪些？ 族组成PONA值；氢含量；特性因数；关联指数(BMCI值)。 13、温度-停留时间对裂解产品收率有何影响？ 高温裂解条件有利于裂解反应中一次反应的进行，而短停留时间又可抑制二次反应的进行。因此，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度条件下.高温一短停留时间的操作条件可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。 高温一短停留时间的操作条件可以抑制芳烃生成的反应，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度下以高温一短停留时间操作条件所得裂解汽油的收率相对较低。 对给定裂解原料，在相同裂解深度下，高温一短停留时间的操作条件将使裂解产品中炔烃收率明显增加，并使乙烯丙烯比及C4中的双烯烃单烯烃的比增大。 14、压力对裂解反应有何影响？ 烃裂解的一次反应是分子数增多的过程，对于脱氢可逆反应，降低压力对提高乙烯平衡组成有利(断链反应因是不可逆反应，压力无影响)。烃聚合缩合的二次反应是分子数减少的过程， 降低压力对提高二次反应产物的平衡组成不利，可抑制结焦过程。 降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速率，提高一次反应选择性。 15、为何采用水蒸汽作稀释剂？ 裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难。使用其他惰性气体为稀释剂时反应后均与裂解气混为一体，增加了分离困难。 水蒸气热容量大，使系统有较大热惯性，当操作供热不平稳时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。 抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀。 脱除结碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。水蒸气对铁和镍有氧化作用，抑制它们对生碳反应的催化作用。而且水蒸气对已生成的碳有定的脱除作用。 16、为何急冷？急冷有哪两种形式？各有何特点？ 裂解炉出口的高温裂解气在出口高温条件下将继续进行裂解反应，由于停留时间的增长，二次反应增加，烯烃损失随之增多。为此，需要将裂解炉出口高温裂解气尽快冷却，通过急冷以终止其裂解反应。当裂解气温度降至650以下时，裂解反应基本终止。急冷有间接急冷和直接急冷之分。 直接急冷设备费少，操作简单，系统阻力小。由于是冷却介质直接与裂解气接触，传热效果较好。但形成大量含油污水，油水分离困难，且难以利用回收的热量。而间接急冷对能量利用较合理，可回收裂解气被急冷时所释放的热量，经济性较好，且元污水产生，故工业上多用间接急冷。 17、裂解气的预分馏有何作用？ 经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。 裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的进料负荷。 在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量。 在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量。通常，可由急冷油回收的热量发生稀释蒸汽，由急冷水回收的热量进行分离系统的工艺加热。 18、轻烃与馏分油裂解装置的裂解气的预分馏过程各有何不同？ (1)轻烃裂解装置裂解气的预分馏过程轻烃裂解装置所得裂解气的重质馏分甚少，尤其乙烷和丙烷裂解时，裂解气中的燃料油含量甚微。此时，裂解气的预分馏过程主要是在裂解气进一步冷却过程中分馏裂解气中的水分和裂解汽油馏分。 (2)馏分油裂解装置裂解气预分馏过程馏分油裂解装置所得裂解气中含相当量的重质馏分，这些重质燃料油馏分与水混合后会因乳化而难于进行油水分离。因此。在馏分油裂解装置中，必须在冷却裂解气的过程中先将裂解气中的重质燃料油馏分分馏出来，分馏重质燃料油馏分之后的裂解气再进一步送至水洗塔冷却，并分馏其中的水和裂解汽油。 19、裂解气中酸性气体主要有哪些？为何脱除？脱除方法有哪些？ 裂解气中的酸性气体主要是CO2，HS和其他气态硫化物。对裂解气分离装置而言，CO2会在低温下结成千冰，造成深冷分离系统设备和管道堵塞，HS将造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒。对于下游加工装置而言，当氢气、乙烯、丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化反应过程的催化剂中毒，也可能严重影响产品质量。因此，在裂解气精馏分离之前，需将裂解气中的酸性气体脱除干净。脱除方法主要有：碱洗法脱除酸性气体；乙醇胺法脱除酸性气。 20、裂解气预分馏处理后为何脱水？用何方法？ 水分带入低温分离系统会造成设备和管道的堵塞，除水分在低温下结冰造成冻堵外，在加压和低温条件下，水分尚可与烃类生成白色结晶的水合物，如:CH46H2O，C2H67H2O，C3H88H2O，。这些水合物也会在设备和管道内积累而造成堵塞现象，因而需要进行干燥脱水处理。裂解气中的水含量不高，但要求脱水后物料的干燥度很高，因而，均采用吸附法进行干燥。 21、裂解气预分馏处理后为何脱炔？用何方法？ 乙烯和丙烯产品中所含炔烃对乙烯和丙烯衍生物生产过程带来麻烦。它们可能影响催化剂寿命，恶化产品质量，形成不安全因素，产生不希望的副产品。因此，大多数乙烯和丙烯衍生物的生产均对原料乙烯和丙烯中的炔烃含量提出较严格的要求。常采用脱除乙炔的方法是溶剂吸收法和催化加氢法。溶剂吸收法是使用溶剂吸收裂解气中的乙炔以达到净化目的，同时也回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中乙炔加氢成为乙烯或乙烷，由此达到脱除乙炔的目的。溶剂吸收法和催化加氢法各有优缺点。目前，在不需要回收乙炔时，一般采用催化加氢法。当需要回收乙炔时，则采用溶剂吸收法。 22、在裂解气的压缩过程中采用多级压缩有何好处？ 节约压缩功耗。 降低出口温度。 段间净化分离。 23、在制冷过程中为何采用多级压缩制冷循环？ 单级蒸汽压缩制冷循环只能提供一种温度的冷量，即蒸发器的蒸发温度，这样不利于冷量的合理利用。为降低冷量的消耗，制冷系统应提供多个温度级别的冷量，以适应不同冷却深度的要求。在需要提供几个温度级的冷量时，可在多级节流多级压缩制冷循环的基础上，在不同压力等级设置蒸发器，形成多级节流多级压缩多级蒸发的制冷循环，以一个压缩机组同时提供几种不同温度级的冷量，从而降低投资。 24、什么是复叠式制冷循环？有何特点？ 以丙烯为制冷剂构成的蒸汽压缩制冷循环中，其冷凝温度可采用3842的环境温度(冷却水冷却或空冷)。但是，在维持蒸发压力不低于常压的条件下，其蒸发温度受丙烯沸点的限制而只能达到45左右的低温条件。换言之，丙烯制冷循环难于获得更低的温度。同样，乙烯制冷剂可以获得102的低温。但是，在压缩一冷凝节流一蒸发的蒸气压缩制冷循环中，由于受乙烯临界点的限制，乙烯制冷剂不可能在环境温度下冷凝，其冷凝温度必须低于其临界温度(9.9)。为此，乙烯蒸气压缩制冷循环中的冷凝器需要使用制冷剂进行冷却。此时，如果采用丙烯制冷循环为乙烯制冷循环的冷凝器提供冷量，则构成如图所示的可制取102低温冷量的乙烯丙烯复叠制冷循环。 复叠式制冷循环是能耗较低的深冷制冷循环，复叠制冷循环的主要缺陷是制冷机组多，又需有贮存制冷剂的设施，相应投资较大，操作较复杂。而在乙烯装置中，所需制冷温度的等级多，所需制冷剂又是乙烯装置的产品，贮存设施完善，加上复叠制冷循环能耗低，因此，在乙烯装置中仍广泛采用复叠制冷循环。 25、裂解气的精馏分离流程有哪些？简述其过程？ 分离流程按Cl、C2、C3顺序进行切割分馏，通常称为顺序分离流程。其过程是先用脱甲烷塔由塔顶从裂解气中分离出氢和甲烷，塔釜液则送至脱乙烷塔，由脱乙烷塔塔顶分离出乙烷和乙烯，塔釜液则送至脱丙烷塔。最终由乙烯精馏塔、丙烯精馏塔、脱丁烷塔分别得到乙烯、乙烷，丙烯、丙烷，混合C4、裂解气油等产品。 分离流程从乙烷开始切割分馏，通常称为前脱乙烷分离流程。其过程是使裂解气先在脱乙烷塔分馏，塔顶得到含氢、甲烷、乙烯、乙烷等的轻组分，塔釜则为C3和C3以上重组分。塔顶轻组分送入脱甲烷塔，分离出氢和甲烷后，将碳二馏分送乙烯精馏塔。脱乙烷塔釜液则送至脱丙烷塔，然后再经丙烯精馏塔和脱丁烷塔进一步分馏。 分离流程从丙烷开始切割分馏，称为前脱丙烷流程。分离流程先在脱丙烷塔分馏，塔顶为C3和C3以下轻组分，塔釜为C4和C4以上重组分。脱丙烷塔塔顶组分再依次经脱甲烷、脱乙烷、乙烯精馏、丙烯精馏等进行精馏分离，脱丙烷塔塔釜液直接送至脱丁烷塔。 顺序分离流程一般按后加氢方案进行组织，而前脱乙烷和前脱丙烷流程则有前加氢方案，也有后加氢方案。 26、裂解气的分离流程的组织一般遵循的基本原则是什么？ 首先，在分离顺序上遵循先易后难的原则，先将不同碳原子数的烃分开，再分同一碳原子数的烯烃和烷烃；丙烯与丙烷的相对挥发度很小，难于分离。乙烯与乙烷的相对挥发度也较小，也比较难分离。其次是将生产乙烯的乙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔置于流程最后，这样物料中组分接近二元系统，物料简单，可确保这两个主要产品纯度，同时也可减少分离损失，提高烯烃收率。 27、分离流程的主要评价指标是什么？ (1)乙烯回收率 (2)能量的综合利用水平 28、在裂解气的深冷分离流程中，乙烯损失的主要部位有哪几处？ 冷箱尾气中带出损失。 乙烯塔釜液乙烷中带出损失。 脱乙烷塔釜液C3馏分中带出损失。 压缩段间凝液带出损失。 影响乙烯回收率高低的关键是尾气中乙烯损失。 第3章 合成气生产 3.1 本章要点 1. 掌握天然气制备合成气的工艺原理、条件及流程 2. 了解煤、渣油制合成气的工艺原理、条件及流程 3.2 主要问题 1、合成气的生产方法主要有几种？ (1)以天然气为原料的生产方法； (2)以重油或渣油为原料的生产方法； (3)以煤为原料的生产方法； 以天然气为原料制合成气的成本最低；重质油与煤炭制造合成气的成本差不多，重油和渣油制合成气可以使石油资源得到充分的综合利用；轻质油价格很贵，用它来制造合成气的成本较高，而它很容易经其他方法加工成液体燃料和化工原料，不必走合成气路线。 2、合成气的应用已工业化的有哪些？ (1)合成氨；(2)合成甲醇；(3)合成醋酸；(4)合成烯烃的氢甲酰化产品；(5)合成天然气、汽油和柴油； 3、天燃气水蒸汽转化反应过程的主付反应有哪些？ 甲烷水蒸气转化过程的主要反应有： 可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是: 4、影响天燃气水蒸汽转化反应平衡的因素有哪些？有何影响？ 影响甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素有温度、水碳比和压力。 (1)温度的影响： 甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆反应，高温对平衡有利，即H2及CO的平衡产率高，CH4平衡含量低。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利，可以少生成二氧化碳，而且高温也会抑制一氧化碳歧化和还原析碳的副反应。但是，温度过高，会有利于甲烷裂解，当高于700时，甲烷均相裂解速率很快，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。 (2)水碳比的影响： 高的水碳比有利于转化反应。同时，高水碳比也有利于抑制析碳副反应。 (3)压力的影响： 甲烷蒸汽转化反应是体积增大的反应，低压有利平衡。低压也可抑制一氧化碳的两个析碳反应，但是低压对甲烷裂解析碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。压力对一氧化碳变换反应平衡无影响， 总之，单从反应平衡考虑，甲烷水蒸气转化过程应该用适当的高温、稍低的压力和高水碳比。 5、天燃气水蒸汽转化反应的催化剂组成及使用？ 工业上一直采用镍转化催化剂，并添加一些助催化剂(也称促进剂)以提高活性或改善诸如机械强度、活性组分分散度、抗碳、抗烧结、抗水合等性能。转化催化剂的促进剂有铝、镁、钾、钙、钛、镧、铈等碱金属氧化物和碱土金属氧化物。转化催化剂在使用前是氧化态，装入反应器后应先进行严格的还原操作，使氧化镍还原成金属镍才有活性。还原气可以是氢气、甲烷或一氧化碳。 6、影响天燃气水蒸汽转化反应速率的主要因素有哪些？有何影响？ 影响反应速率的主要因素有温度、压力和组成。 (1)温度的影响：温度升高，反应速率常数增大，反应速率亦增大；平衡常数随温度的升高而增大，结果反应速率也是增大的。 (2)压力的影响：总压增高，会使各组分的分压也增高，对反应初期的速率提高很有利。此外加压尚可使反应体积减小。 (3)组成的影响：原料的组成由水碳比决定，H2OCH4过高时，虽然水蒸气分压高，但甲烷分压过低，反应速率不一定高；反之，H2OCH4过低时反应速率也不会高。所以水碳比要适当。在反应初期，反应物CH4和H2O的浓度高，反应速率高。到反应后期，反应物浓度下降，产物浓度增高，反应速率降低，需要提高温度来补偿。 7、天燃气水蒸汽转化反应过程的工艺条件如何选择？ 从化学角度看，压力不宜过高。但从工程角度考虑，适当提高压力对传热有利，因为甲烷转化过程需要外部供热，大的给热系数是强化传热的前提。提高系统压力可增大床层压降，使气流均布于各反应管。虽然提高压力会增加能耗，但若合成气是作为高压合成过程(例如合成氨、甲醇等)的原料时，在制造合成气时将压力提高到一定水平，就能降低后序工段的气体压缩功，使全厂总能耗降低。加压还可减小设备、管道的体积，提高了设备生产强度，占地面积也小。 从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。但是，在高温下，反应管的材质经受不了，因此，为满足残余甲烷0.3的要求，需要将转化过程分为两段进行。第一段转化在多管反应器中进行，管间供热，反应器称为一段转化炉，最高温度(出口处)控制在800左右，出口残余甲烷10(干基)左右。温度在800左右的一段转化气绝热进入二段转化炉.同时补人氧气，氧与转化气中甲烷燃烧放热，温度升至1000，转化反应继续进行，使二段出口甲烷降至0.3。 水碳比高，有利于防止积碳，残余甲烷含量也低。 8、从化学角度看，天燃气水蒸汽转化反应压力不宜过高，但为何选择3MPa？ 从化学角度看，压力不宜过高。但从工程角度考虑，适当提高压力对传热有利，因为甲烷转化过程需要外部供热，大的给热系数是强化传热的前提。提高系统压力可增大床层压降，使气流均布于各反应管。虽然提高压力会增加能耗，但若合成气是作为高压合成过程(例如合成氨、甲醇等)的原料时，在制造合成气时将压力提高到一定水平，就能降低后序工段的气体压缩功，使全厂总能耗降低。加压还可减小设备、管道的体积，提高了设备生产强度，占地面积也小。综上所述，甲烷水蒸气转化过程一般是加压的，大约3MPa左右。 10、天燃气水蒸汽转化过程为何分二段进行？ 从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。在3MPa的压力下，为使残余甲烷含量降至0.3(干基)，必须使温度达到1000。但是，在此高温下，反应管的材质经受不了，因此，为满足残余甲烷0.3的要求，需要将转化过程分为两段进行。第一段转化在多管反应器中进行，管间供热，反应器称为一段转化炉，最高温度(出口处)控制在800左右，出口残余甲烷10(干基)左右。温度在800左右的一段转化气绝热进入二段转化炉.同时补人氧气，氧与转化气中甲烷燃烧放热，温度升至1000，转化反应继续进行，使二段出口甲烷降至0.3。若补入空气则有氮气带人，这对于合成氨是必要的，对于合成甲醇或其他产品则不应有氮。 9、为何脱硫？如何脱硫？ 制造合成气时，其中的硫化物转化成硫化氢和有机硫气体，它们会使催化剂中毒，腐蚀金属管道和设备，危害很大，必须脱除，并回收利用这些硫资源。 按脱硫剂的状态来分，脱硫有干法和湿法两大类。干法脱硫又分为吸附法和催化转化法。湿法脱硫又分为化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧化法。 10、为何脱碳？如何脱碳？ 脱除CO2的方法很多，要根据不同的具体情况来选择适宜的方法。目前国内外的各种脱碳方法多采用溶液吸收剂来吸收CO2。根据吸收机理可分为化学吸收和物理吸收两大类。 11、由天燃气、煤、渣油制合成气的过程如何？ 12、从热力学、动力学两方面谈反应条件对变换过程的影响？ 一氧化碳变换的反应式为： 是可逆放热反应，变换反应的平衡受温度、水碳比(即原料气中H2OCO的摩尔比，亦称蒸汽比)、原料气中CO2含量等因素影响，低温和高水碳比有利于平衡右移，压力对平衡无影响。 压力虽对平衡无影响，但加压对速度有利，但不宜过高。 水碳比高水碳比对反应平衡和速率均有利，但太高时效果已不明显，反而能耗过高。 变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低，最佳温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO变换反应是放热的，需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后进行冷却，然后再反应，如此分段越多，操作温度越接近最佳温度曲线。 13、温度对反应速率的影响如何？为何变换过程采用分段？ 变换反应是可逆放热反应，反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低，最佳温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO变换反应是放热的，需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后进行冷却，然后再反应，如此分段越多，操作温度越接近最佳温度曲线。各类催化剂均有其各自的活性温度范围，只能在其范围内使操作温度尽可能地接近最佳反应温度曲线。 14、附图为以天然气为原料的日产千吨的大型合成氨厂的转化工段流程图。请参考此流程图回答下列问题： 1.1#设备的作用是什么？ 2. 2#设备的作用是什么？ 3. 此工艺为何要设置二段转化？4.为何要向二段转化器中引入经预热至450左右的空气？ 5. 此工艺的压力为何选3MPa？ 第4章 催化加氢与脱氢过程 4.1 本章要点 1. 了解和掌握催化加氢及脱氢的一般规律、反应类型及热力学、动力学分析 2. 掌握合成氨工艺 3. 掌握一氧化碳加氢合成甲醇的工艺和工艺路线 4. 熟悉苯乙烯用途及主要生产设备 5. 掌握苯乙烯生产工艺路线及工艺流程 4.2 主要问题 1、加氢反应规律如何？ 催化加氢反应是可逆放热反应。绝大多数的加氢反应平衡常数值都非常大，可看作为不可逆反应。由于加氢反应是放热反应，其热效应H 0，所以加氢反应的平衡常数Kp随温度的升高而减小。 加氢反应是分子数减少的反应，即加氢反应前后化学计量系数的变化v0，其吸热量与烃类的结构有关，大多数脱氢反应在低温下平衡常数很小，由于H0，随着反应温度升高而平衡常数增大，平衡转化率也升高。 脱氢反应是分子数增加的反应，从热力学分析可知，降低总压力，可使产物的平衡浓度增大 提高温度有利于脱氢反应的进行，即既可加快脱氢反应速率，又可提高转化率，但是温度较高则副反应必然加快，导致选择性下降，同时催化剂表面聚合生焦，使催化剂的失活速度加快。故脱氢反应有一个较为适宜的温度。从热力学因素考虑，降低操作压力和减小压力降对脱氢反应是有利的，除少数脱氢反应之外，大部分脱氧反应采用水蒸气来稀释，以达到低压操作的目的。 3、以天燃气或轻油为原料的合成氨生产过程框图。 4、合成气为何精制？ 合成氨原料气经过脱硫、变换和脱碳工序后，合成气中除了H2和N2外，仍然含有极少量的其他化合物，如CO，CO2，O2等，这些杂质都是后续工序催化剂的毒物，其中CO+CO21020cm3m3就会使合成氨催化剂中毒，水分也会使催化剂中毒。因此，合成气在进入合成塔之前还必须进步精制，除去这些杂质，使CO+CO210cm3m3，O21cm3m3，H2O300)更大，所以合成甲醇温度低于300时，要严格控制压力和温度的变化，以免造成温度的失控。从图中还可以看出，当压力为20MPa时.反应温度在300以上，此时的反应热变化最小，易于控制。所以合成甲醇的反应若采用高压，则同时采用高温，反之宜采用低温、低压操作。由于低温下反应速率不高，故需选择活性好的催化剂，即低温高活性催化剂，使得低压合成甲醇法逐渐取代高压合成甲醇法。 13、温度、空速对乙苯脱氢过程的选择性有何影响？ 乙苯脱氢反应是可逆吸热反应，温度升高有利于平衡转化率提高，也有利反应速率的提高。而温度升高也有利乙苯的裂解和加氢裂解，结果是随着温度的升高，乙苯的转化率增加，而苯乙烯的选择性下降。而温度降低时，副反应虽然减少，有利于苯乙烯选择性的提高，但因反应速率下降，产率也不高。故苯乙烯收率随温度变化存在一个最高点，其对应的温度为最适宜温度。乙苯脱氢反应是个复杂反应，空速低，接触时间增加，副反应加剧，选择性显著下降，故需采用较高的空速，以提高选择性，虽然转化率不是很高，未反应的原料气可以循环使用，必然造成能耗增加。因此需要综合考虑，选择最佳空速。 第5章 催化氧化 5.1 本章要点 1. 了解重要氧化反应类型、氧化剂及氧化过程的共同特点 2. 掌握乙烯环氧化反应的影响因素及环氧乙烷生产工艺 3. 掌握丙烯腈生产工艺及工艺路线 5.2 主要问题 1、选择性氧化反应的特点如何？ (1)反应放热量大；(2)反应不可逆；(3)氧化途径复杂多样；(4)过程易燃易爆 2、常用氧化剂有哪些？ 常见的有空气和纯氧、过氧化氢和其他过氧化物等 3、按相态分，氧化过程的分类如何？ 就反应相态而言，可分为均相催化氧化和非均相催化氧化。均相催化氧化体系中反应组分与催化剂的相态相同，而非均相催化氧化体系中反应组分与催化剂以不同相态存在。 4、烃类气固相催化氧化反应常用的反应器有哪些两种类型，各有何优缺点？ 烃类气固相催化氧化反应器常用的有固定床反应器、流化床反应器。 对于固定床反应器，常见的为列管式换热反应器。催化剂装填在管内，管间载热体循环以移出热量，载热体的类型和流量视反应温度而定。气体在床层内的流动接近平推流，返混较小，因此，特别适用于有串联式深度氧化副反应的反应过程，可抑制串联副反应的发生，提高选择性。同时，固定床反应器对催化剂的强度和耐磨性能的要求比流化床反应器低得多。固定床反应器的缺点是:结构复杂，催化剂装卸困难；空速较小，生产能力比流化床小；反应器内沿轴向温度分布都有一最高温度点，称为热点，在热点以前放热速率大于除热速率，因此轴向床层温度逐渐升高.热点以后则正好相反，热点的出现，使催化床层只有一小部分催化剂在最佳的温度下操作，影响了催化剂效率的充分发挥。 流化床反应器床层内设置冷却管，内走载热体将反应热带出。该反应器结构简单，催化剂装卸容易，空速大；具有良好的传热速率，反应器内温度均一，温差小，反应温度易于控制；因易返混，原料组成可稍高于爆炸下限，以提高反应物浓度和生产能力，这一点对氧化反应尤其有吸引力。因此，流化床反应器比较适合用于深度氧化产物主要来自平行副反应，且主、副反应的活化能相差甚大的场合。但流化床反应器内轴向返混现象严重，有些反应物在反应器内停留时间短，而有些产物停留时间又太长，串联副反应严重，不利于高转化率的获得；另外催化剂在床层中磨损严重，因此对催化剂强度要求高，系统中需配备高效率的旋风分离器以回收催化荆粉末；气体通过催化剂床层时，可能有大气泡产生