《化工工艺》复习资料 1

1、第一部分合成氨绪论合成氨生产原料气过程的主要步骤。氨的主要用途。第一章天然气蒸汽转化烃类蒸汽转化过程中提高压力有何优点？简述甲烷蒸汽转化过程中防止碳黑生成的条件及除碳方法。甲烷的蒸汽转化为什么要分段？从化学平衡角度分析，合成氨甲烷蒸汽转化应尽可能在高温、低压、高水碳水条件下进行。天然气蒸汽二段转化反应包括：H +1/2O =HO（g）、CH +H O（g）=CO+3H 和 2CO+O =2CO22242222天然气蒸汽二段转化中热保护催化剂一般放在二段炉的上部位置。简述提高转化压力对甲烷蒸汽转化的好处。答：从烃类蒸汽转化反应的化学平衡考虑，宜 在低压下进行，但从20世纪50年代开始逐渐提高压力

2、。其原因如下：（1）可以节省压缩功消耗。烃类蒸汽转化为体积增加的反应，而气体的压缩功与被压缩气 体的体积成正比。所以压缩含烃原料其和二段转化所需要空气的功耗比压缩转化气节省。同 时，由于氨是在高压下合成，氢氮混合气压缩的功耗与压缩前后的压力比对数车工内正比。 这就是说，压缩机的吸入压力越高，功耗越低。（2）可以提高过量蒸汽余热的利用价值。由于转化是在过量的水蒸汽条件下进行，经CO变 换后可以回收原料气中大量的余热，其中水蒸气冷凝热占相当大的比重。这部分热量与水蒸 气分压尤直接关系。压力越高，水蒸气的分压越高。因此其冷凝温度越高。（3）可以减少原料气制备与净化系统的设备投资。转化压力提高后，变换

3、、净化以至到氢 氮混合气压缩机以前的全部设备的操作压力都随着提高。对于同样的生产规模，在一定程度 内可减少投资费用，而且加压下操作，可提高转化、变换的反应速率，可以减少催化剂用量。使用不同的催化剂，甲烷蒸汽转化反应速度不相同。甲烷蒸汽转化防止析碳的主要措施是适当提高蒸汽用量（水碳比）。合成氨生产中，一段炉转化管外部传热方式是辐射传热。不属于甲烷转化催化剂的组成是氧化铁。在甲烷蒸汽转化过程中，防止碳黑生成的措施有那些？答：（1）应使转化过程不在热力学析碳的条件下进行。（2）选用适宜的催化剂并保持活性良 好，以避免进入动力学可能析碳区。（3）选择适宜的操作条件。画出以天然气为原料生产合成氨的流程框

4、图并叙述。（常用基本流程）流程叙述：天然气经机械及洗气分离后，经钻钼加氢氧化锌脱硫后进入一 段炉与配入的水蒸气，在催化剂NiO的作用下进行天然气一段转化反应，一段转化气进行二 段转化炉，与通入的空气进行未反应原料气的二段转化反应，制得的粗原料气经高低温变换 炉，在催化剂（高温：Fe-Cr系，低温Cu-Zn系）的作用下使粗原料气的大部分CO变换为CO2, 再经过常用的MDEA溶液脱除粗原料气中CO2,脱除CO2的净化气再进入甲烷化炉，在催化 剂NiO的作用下完成极少量CO和CO2的脱除，完成原料气的最终精制，精制气进入氨合成 炉，在铁基催化剂的作用下完成氢气与氮气的合成氨气的反应。第二章重油部分

5、氧化重油部分氧化定义重油部分氧化制合成氨粗原料气的工艺原理重油部分氧化制合成氨粗原料气的基本工艺流程第三章煤气化间歇式制半水煤气的工作循环分哪几个阶段？各阶段的作用是什么？答：间歇式气化式，自上一次开始送入空气至下一次再送入空气为止，称为一个工作循环。 每个工作循环包括以下几个阶段：（1）吹风阶段：有煤气发生炉底部送入空气，以提高燃料层的温度；（2） 一次上吹制气阶 段：蒸汽由炉底部送入，经灰渣区预热，进入气化区产生气化反应；（3）下吹制气阶段：为 了使气化层稳定在一个适当的区域，均匀气化，在蒸汽自下而上吹过一段时间后必须改变气 流方向。由于煤气不行时，经过灰渣区温度下降，从而减少了煤气带走的

6、显热损失；（4）二 次上吹制气阶段：蒸汽下吹完毕，如果立即进行吹风，空气和下行煤气将在炉底相遇，势必 引起爆炸。所以再作第二次水蒸气上吹，把炉底的煤气排净后再准备吹风；（5）空气吹净阶 段：在开始吹风的短时间内，将部分煤气及吹风气的混合物加以回收，作为半水煤气中氨的 主要来源。间歇式制半水煤气中，通空气和水蒸气分开进行，其中的反应为：2C+O=2CO+221.19 kJ/mol，2C+H2O=CO+H2131.39 kJ/molo为了生产合格的半水煤气（CO+H2） /N2 = 3，求吹风气的回收 率？德士古气化炉的工作原理？鲁奇加压气化炉的工作原理？谢尔废热锅炉与德士古激冷流程的区别？第四章

7、一氧化碳变换变换反应的特点有哪些？变换工序的任务是什么？解释变换率、平衡变换率的概念。温度、蒸汽用量对平衡变换率的影响如何？铁铬系变换催化剂的主要组成是什么？各组分的作用是什么？催化剂为什么在使用前要进行升温还原、卸出前要钝化？什么是最适宜温度？变换反应存在最适宜温度的原因是什么？什么是最适宜温度温度曲线？工业生产中变换反应如何按最佳温度曲线实现工业化达到最终转化率？答：如果CO变换反应能完全沿着最适宜温度曲线进行，那么反应速度最快，催化剂用量最 少。但在实际生产中不可能完全按照最佳反应温度进行，原因如下：首先，在反应前期，因距离平衡尚远，即使离开最佳反应温度曲线，仍有较高的反应速度。 相反，

8、如果开始就把温度预热到最佳反应温度。此时的Tm很高，此值大大超过一般中变催 化剂允许使用的温度范围。同时，原料预热到如此高的温度，需要大量额外的热源。其次， 随着反应的进行，温度逐渐降低，即需在反应过程中从催化剂床层中移走不均等的热量，实 现这个过程，工业上有困难。因此，在工业生产中，一般并不把反应混合物先加热到与进入 反应器气体组成相当的最适宜温度。为了尽可能接近最佳反应温度曲线操作，可采用分段冷 却。先进行绝热反应，当体系温度接近平衡温度时，即进行冷却处理，再反应，接着冷却。 段数越多，则越接近最适宜温度曲线。衡量合成氨变换炉操作性能的尺度是出口 CO浓度。合成氨生产中，已知原料气的CO含

9、量为34%，变换气中CO含量为3%，则CO实际变换率 88.5%。加压变换有哪些优点？合成氨生产中，随一氧化碳变换的进行其最适宜温度的变化是不断降低。某厂低温变换H2O/CO=5，反应温度为260，气体组成为：CO 6%，CO23%，其余为3： 1的氢氮气， 求此条件下的平衡变换率。（已知260时，Kp=103.4）第五章原料气脱硫合成氨生产中为什么要脱除原料气中的硫化物？干法脱硫与湿法脱硫各自的优缺点是什么？ADA法脱硫的原理是什么？简述工艺流程氧化锌法脱硫的原理是什么？温度对脱硫过程有何影响？钻铝加氢脱硫的作用是什么？它常与什么工艺流程配套的？活性炭脱硫的原理是什么？脱硫后的活性炭如何再生

10、？什么是钻铝加氢催化剂的“硫化”？为什么要“硫化”？硫容的定义？脱硫工序中，硫化物有硫化氢、硫醇、硫醚和噻吩，其中最难脱除是分子结构较为稳定的噻吩。在塔设备中用液体脱硫剂吸收气体中的硫化物称为湿法脱硫，钻钼加氢脱硫是以钻钼为 催化剂，加氢使有机硫转变S。然后用氧化锌脱除原料气中的硫化物，达到净化的目的。2在合成氨生产中，为什么要脱除原料气中的硫化物？答：（1）原料气中的硫化物对金属管道、阀门、设备造成严重的腐蚀。（2）对催化剂的影响： 虽然原料气中的硫化物较低，但因通过催化剂床层的气体量很大，对于催化剂活性的累积影 响相当可观。因此在合成按生产中硫化物应尽量脱除干净。如对中变、低变、甲烷化、氨

11、合 成催化剂等。（3）对后工序一脱碳、铜洗过程的影响：脱碳：若用热钾碱法脱碳时，原料 气中的HS会使钾碱液中五价钒还原成四价钒，造成缓腐蚀能力下降，对设备腐蚀加强； 2铜洗：铜氨液吸收HS后，生成CuS ，CuS会引起总铜下降，同时使溶液的黏度加大，发 2泡性增强，铜耗上升，破坏铜洗系统的正常进行。第六章二氧化碳的脱除原料气中的二氧化碳脱除的方法有哪些？各有什么特点？物理法脱碳和化学法脱碳有什么特点和区别？简述热钾碱法脱除二氧化碳的基本原理。画出热钾碱法两段吸收两段再生的工艺流程，简 述该流程特点。热钾碱法吸收二氧化碳时，比较添加活化剂与不加添加剂对反应速度的影响。什么是转化度和再生度？他们如

12、何影响溶液的吸收和再生？简述低温甲醇洗脱碳原理和主要工艺条件及流程图。什么是贫液？什么是半贫液？热钾碱法脱除二氧化碳，试分析设备腐蚀机理及防腐措施。合成氨生产二氧化碳的脱除过程中贫液循环量越高，脱碳吸收塔出口残余CO含量越低。2下列物质中属于苯菲尔溶液的组成成分是：KCO、KHCO和VO。2332 5合成氨生产中脱碳工序采用的苯菲尔法属于化学吸收。合成氨热钾碱法脱除CO2的流程中，为什么会产生气泡？如何消泡？答：在热钾碱法脱硫过程中，造成溶液起泡的原因主要有二，一是溶液中混入某些有机杂质 降低了其表面张力，是气体容易进入液体表面而形成气泡；二是溶液中某些物质增加了气泡 的稳定性。防止和消除气泡

13、的措施有：（1）系统开车前进行机械清洗和化学清洗；（2）加强 溶液的过滤，过滤掉因副反应生成的不溶物及杂质；（3）使用消泡剂。第七章原料气的最终净化原料气的精制有哪几种方法？醋酸铜氨液由哪些组分组成，各组分的作用是什么？什么是湿法燃烧，写出方程式，说明它的作用。铜洗过程的主要任务是什么？再生的任务又是什么？什么是铜比？铜氨液吸收一氧化碳、二氧化碳、氧气、硫化氢等气体的原理是什么？影响吸收能力的因 素有哪些？进入铜洗的原料气中二氧化碳、氧气、硫化氢过高有何危害？为什么要控制回流塔铜氨液的出口温度？影响出口温度的因素有哪些？为什么要求入甲烷化系统的CO和CO2含量之和一般在0.7%以下？甲烷化催化

14、剂还原反应是一个弱放热反应。合成氨原料气的最终净化中，少量CO和CO2脱除的方法主要有甲烷化法和铜氨液洗涤法 和液氮洗涤法。铜洗工段进气量为31000Nm3/h，气体含CO 3.5%，O2 0.2 %，铜液中总铜TCu=2.4mol/L, 铜比R=6，试计算铜液的循环量。合成氨原料气净化中少量CO的脱除反应称为甲烷化反应。第八章合成氨氨合成催化剂：温度越高，内表面利用率越小。氨浓度接近平衡时，提高温度，则正逆反应速度都加快，且逆反应速度增加的更快。氢氮比上升对合成塔出口平衡氨浓度的影响是：存在一个最佳氢氮比。合成氨催化剂还原好坏会影响：催化剂生产能力、氨净值、压缩机功耗。导致合成塔入口氨含量高

15、的原因有：高压氨分离器故障、氨冷却换热效果差。影响氨净值的因素有：压力、空速、合成气体的组成部分和触媒活性。工业上合成氨工艺的原则是在高温、高压和催化剂的作用下将氢氮气合成为氨。为使氨合成反应尽可能按最适温度线进行，必须将催化剂床层分段设置及采用热交换器等措施。画出合成氨回路流程框图，并说明流程设计中，新鲜气的加入位置、排放气的位置、循环压缩机的位置主要有哪些？加入位置不同，对正常生产有何影响？答：氨合成回路的原则流程框图如下：（1）新鲜气的加入位置及原则：新鲜气尽管经过一系列净化处理，但仍会含有水蒸气，微 量的CO和CO2。因此补充新鲜气需经冷凝液氨的洗涤，最终脱除水分，油滴和微量等杂质，

16、才能确保催化剂的活性。新鲜气的补充位置通常有三种方式：新鲜气补入循环压缩机油分 离器入口；新鲜气补充位置设在冷交换器一次出口管线至氨冷器之间；新鲜气补充位置 设在冷交换器二次出口管线上。（2）排入器（或放空气）位置：惰性气体放空应选择在循环机前，惰性气体浓度最高而有 效气浓度最低的位置。如果放空气的氨己回收，则排空位置应在单体惰性气体排放所引起的 h2、N2损失最小处。放空气位置一般设置在补充气加入前，水冷后出口位置，此处惰性气体 含量高而H2、N2含量较低。（3）循环压缩机位置：传统流程中由于受油润滑压缩机的影响， 循环压缩机位置一般放在水冷器和氨冷器之间，以利用冷凝液氨将油雾凝集而分离。随

17、着无 油润滑压缩机的使用，循环压缩机已不再污染循环气体，故循环压缩机一般设置在氨冷器后、合成塔前。合成氨催化剂中A12O3的作用是增加催化剂表面积、增加热稳定性。在生产负荷和催化剂活性稳定条件下，维持较低的合成塔入口温度会降低合成塔出口温度、提高氨合 成反应平衡常数和延长催化剂使用寿命。12 .新鲜气量不变，当合成塔进口氨浓度降低时，会导致合成回路压力下降、合成气压缩机功耗降低和合 成塔出口氨含量降低。氨合成催化剂的铁比是指Fe2+/Fe3+之比。分离含氨混合气的方法主要有冷凝法和水吸收法。合成氨生产中，高温高压下，氢对材质的腐蚀主要包括氢脆和氢腐蚀两种情况。一般情况下，合成塔的内件主要承受高

18、温，其外筒主要承受高压。某氨合成塔装催化剂4300kg，催化剂铁比M=0.62,总铁T=67.85%，实际出水量为760kg，求还原度。第二部分纯碱Na2CO3水溶液呈碱性。碳酸化反应CO浓度低会造成转化率降低。2结晶质量包括粒度、形状等。结晶质量好，收率高，成品盐分少，并且有利于过滤洗涤。纯碱生产中影响碳酸化及重碱结晶的因素有：碳化温度、清液总碱度、CO2的浓度、压力流量和杂质的影响。衡量纯碱质量的工业标准主要是：总碱度、卤化物含量、硫酸盐含量和水不溶物及烧失量、粒度。从溶液中分离晶体后剩余的溶液称为母液。碳化塔菌帽顶周边制作成大小相同的锯齿结构，其目的是使气体通过齿间时被破碎成更多更小的气泡，提高其