《化工工藝》復(fù)習(xí)資料 1

1、第一部分合成氨緒論合成氨生產(chǎn)原料氣過程的主要步驟。氨的主要用途。第一章天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化烴類蒸汽轉(zhuǎn)化過程中提高壓力有何優(yōu)點(diǎn)？簡述甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程中防止碳黑生成的條件及除碳方法。甲烷的蒸汽轉(zhuǎn)化為什么要分段？從化學(xué)平衡角度分析，合成氨甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化應(yīng)盡可能在高溫、低壓、高水碳水條件下進(jìn)行。天然氣蒸汽二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)包括：H +1/2O =HO（g）、CH +H O（g）=CO+3H 和 2CO+O =2CO22242222天然氣蒸汽二段轉(zhuǎn)化中熱保護(hù)催化劑一般放在二段爐的上部位置。簡述提高轉(zhuǎn)化壓力對甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的好處。答：從烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)平衡考慮，宜 在低壓下進(jìn)行，但從20世紀(jì)50年代開始逐漸提高壓力

2、。其原因如下：（1）可以節(jié)省壓縮功消耗。烴類蒸汽轉(zhuǎn)化為體積增加的反應(yīng)，而氣體的壓縮功與被壓縮氣 體的體積成正比。所以壓縮含烴原料其和二段轉(zhuǎn)化所需要空氣的功耗比壓縮轉(zhuǎn)化氣節(jié)省。同 時(shí)，由于氨是在高壓下合成，氫氮混合氣壓縮的功耗與壓縮前后的壓力比對數(shù)車工內(nèi)正比。 這就是說，壓縮機(jī)的吸入壓力越高，功耗越低。（2）可以提高過量蒸汽余熱的利用價(jià)值。由于轉(zhuǎn)化是在過量的水蒸汽條件下進(jìn)行，經(jīng)CO變 換后可以回收原料氣中大量的余熱，其中水蒸氣冷凝熱占相當(dāng)大的比重。這部分熱量與水蒸 氣分壓尤直接關(guān)系。壓力越高，水蒸氣的分壓越高。因此其冷凝溫度越高。（3）可以減少原料氣制備與凈化系統(tǒng)的設(shè)備投資。轉(zhuǎn)化壓力提高后，變換

3、、凈化以至到氫 氮混合氣壓縮機(jī)以前的全部設(shè)備的操作壓力都隨著提高。對于同樣的生產(chǎn)規(guī)模，在一定程度 內(nèi)可減少投資費(fèi)用，而且加壓下操作，可提高轉(zhuǎn)化、變換的反應(yīng)速率，可以減少催化劑用量。使用不同的催化劑，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度不相同。甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化防止析碳的主要措施是適當(dāng)提高蒸汽用量（水碳比）。合成氨生產(chǎn)中，一段爐轉(zhuǎn)化管外部傳熱方式是輻射傳熱。不屬于甲烷轉(zhuǎn)化催化劑的組成是氧化鐵。在甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程中，防止碳黑生成的措施有那些？答：（1）應(yīng)使轉(zhuǎn)化過程不在熱力學(xué)析碳的條件下進(jìn)行。（2）選用適宜的催化劑并保持活性良 好，以避免進(jìn)入動(dòng)力學(xué)可能析碳區(qū)。（3）選擇適宜的操作條件。畫出以天然氣為原料生產(chǎn)合成氨的流程框

4、圖并敘述。（常用基本流程）流程敘述：天然氣經(jīng)機(jī)械及洗氣分離后，經(jīng)鉆鉬加氫氧化鋅脫硫后進(jìn)入一 段爐與配入的水蒸氣，在催化劑NiO的作用下進(jìn)行天然氣一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)，一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行二 段轉(zhuǎn)化爐，與通入的空氣進(jìn)行未反應(yīng)原料氣的二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)，制得的粗原料氣經(jīng)高低溫變換 爐，在催化劑（高溫：Fe-Cr系，低溫Cu-Zn系）的作用下使粗原料氣的大部分CO變換為CO2, 再經(jīng)過常用的MDEA溶液脫除粗原料氣中CO2,脫除CO2的凈化氣再進(jìn)入甲烷化爐，在催化 劑NiO的作用下完成極少量CO和CO2的脫除，完成原料氣的最終精制，精制氣進(jìn)入氨合成 爐，在鐵基催化劑的作用下完成氫氣與氮?dú)獾暮铣砂睔獾姆磻?yīng)。第二章重油部分

5、氧化重油部分氧化定義重油部分氧化制合成氨粗原料氣的工藝原理重油部分氧化制合成氨粗原料氣的基本工藝流程第三章煤氣化間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)分哪幾個(gè)階段？各階段的作用是什么？答：間歇式氣化式，自上一次開始送入空氣至下一次再送入空氣為止，稱為一個(gè)工作循環(huán)。 每個(gè)工作循環(huán)包括以下幾個(gè)階段：（1）吹風(fēng)階段：有煤氣發(fā)生爐底部送入空氣，以提高燃料層的溫度；（2） 一次上吹制氣階 段：蒸汽由爐底部送入，經(jīng)灰渣區(qū)預(yù)熱，進(jìn)入氣化區(qū)產(chǎn)生氣化反應(yīng)；（3）下吹制氣階段：為 了使氣化層穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)?shù)膮^(qū)域，均勻氣化，在蒸汽自下而上吹過一段時(shí)間后必須改變氣 流方向。由于煤氣不行時(shí)，經(jīng)過灰渣區(qū)溫度下降，從而減少了煤氣帶走的

6、顯熱損失；（4）二 次上吹制氣階段：蒸汽下吹完畢，如果立即進(jìn)行吹風(fēng)，空氣和下行煤氣將在爐底相遇，勢必 引起爆炸。所以再作第二次水蒸氣上吹，把爐底的煤氣排凈后再準(zhǔn)備吹風(fēng)；（5）空氣吹凈階 段：在開始吹風(fēng)的短時(shí)間內(nèi)，將部分煤氣及吹風(fēng)氣的混合物加以回收，作為半水煤氣中氨的 主要來源。間歇式制半水煤氣中，通空氣和水蒸氣分開進(jìn)行，其中的反應(yīng)為：2C+O=2CO+221.19 kJ/mol，2C+H2O=CO+H2131.39 kJ/molo為了生產(chǎn)合格的半水煤氣（CO+H2） /N2 = 3，求吹風(fēng)氣的回收 率？德士古氣化爐的工作原理？魯奇加壓氣化爐的工作原理？謝爾廢熱鍋爐與德士古激冷流程的區(qū)別？第四章

7、一氧化碳變換變換反應(yīng)的特點(diǎn)有哪些？變換工序的任務(wù)是什么？解釋變換率、平衡變換率的概念。溫度、蒸汽用量對平衡變換率的影響如何？鐵鉻系變換催化劑的主要組成是什么？各組分的作用是什么？催化劑為什么在使用前要進(jìn)行升溫還原、卸出前要鈍化？什么是最適宜溫度？變換反應(yīng)存在最適宜溫度的原因是什么？什么是最適宜溫度溫度曲線？工業(yè)生產(chǎn)中變換反應(yīng)如何按最佳溫度曲線實(shí)現(xiàn)工業(yè)化達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率？答：如果CO變換反應(yīng)能完全沿著最適宜溫度曲線進(jìn)行，那么反應(yīng)速度最快，催化劑用量最 少。但在實(shí)際生產(chǎn)中不可能完全按照最佳反應(yīng)溫度進(jìn)行，原因如下：首先，在反應(yīng)前期，因距離平衡尚遠(yuǎn)，即使離開最佳反應(yīng)溫度曲線，仍有較高的反應(yīng)速度。 相反，

8、如果開始就把溫度預(yù)熱到最佳反應(yīng)溫度。此時(shí)的Tm很高，此值大大超過一般中變催 化劑允許使用的溫度范圍。同時(shí)，原料預(yù)熱到如此高的溫度，需要大量額外的熱源。其次， 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度逐漸降低，即需在反應(yīng)過程中從催化劑床層中移走不均等的熱量，實(shí) 現(xiàn)這個(gè)過程，工業(yè)上有困難。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，一般并不把反應(yīng)混合物先加熱到與進(jìn)入 反應(yīng)器氣體組成相當(dāng)?shù)淖钸m宜溫度。為了盡可能接近最佳反應(yīng)溫度曲線操作，可采用分段冷 卻。先進(jìn)行絕熱反應(yīng)，當(dāng)體系溫度接近平衡溫度時(shí)，即進(jìn)行冷卻處理，再反應(yīng)，接著冷卻。 段數(shù)越多，則越接近最適宜溫度曲線。衡量合成氨變換爐操作性能的尺度是出口 CO濃度。合成氨生產(chǎn)中，已知原料氣的CO含

9、量為34%，變換氣中CO含量為3%，則CO實(shí)際變換率 88.5%。加壓變換有哪些優(yōu)點(diǎn)？合成氨生產(chǎn)中，隨一氧化碳變換的進(jìn)行其最適宜溫度的變化是不斷降低。某廠低溫變換H2O/CO=5，反應(yīng)溫度為260，氣體組成為：CO 6%，CO23%，其余為3： 1的氫氮?dú)猓?求此條件下的平衡變換率。（已知260時(shí)，Kp=103.4）第五章原料氣脫硫合成氨生產(chǎn)中為什么要脫除原料氣中的硫化物？干法脫硫與濕法脫硫各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ADA法脫硫的原理是什么？簡述工藝流程氧化鋅法脫硫的原理是什么？溫度對脫硫過程有何影響？鉆鋁加氫脫硫的作用是什么？它常與什么工藝流程配套的？活性炭脫硫的原理是什么？脫硫后的活性炭如何再生

10、？什么是鉆鋁加氫催化劑的“硫化”？為什么要“硫化”？硫容的定義？脫硫工序中，硫化物有硫化氫、硫醇、硫醚和噻吩，其中最難脫除是分子結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的噻吩。在塔設(shè)備中用液體脫硫劑吸收氣體中的硫化物稱為濕法脫硫，鉆鉬加氫脫硫是以鉆鉬為 催化劑，加氫使有機(jī)硫轉(zhuǎn)變S。然后用氧化鋅脫除原料氣中的硫化物，達(dá)到凈化的目的。2在合成氨生產(chǎn)中，為什么要脫除原料氣中的硫化物？答：（1）原料氣中的硫化物對金屬管道、閥門、設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。（2）對催化劑的影響： 雖然原料氣中的硫化物較低，但因通過催化劑床層的氣體量很大，對于催化劑活性的累積影 響相當(dāng)可觀。因此在合成按生產(chǎn)中硫化物應(yīng)盡量脫除干凈。如對中變、低變、甲烷化、氨

11、合 成催化劑等。（3）對后工序一脫碳、銅洗過程的影響：脫碳：若用熱鉀堿法脫碳時(shí)，原料 氣中的HS會使鉀堿液中五價(jià)釩還原成四價(jià)釩，造成緩腐蝕能力下降，對設(shè)備腐蝕加強(qiáng)； 2銅洗：銅氨液吸收HS后，生成CuS ，CuS會引起總銅下降，同時(shí)使溶液的黏度加大，發(fā) 2泡性增強(qiáng)，銅耗上升，破壞銅洗系統(tǒng)的正常進(jìn)行。第六章二氧化碳的脫除原料氣中的二氧化碳脫除的方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？物理法脫碳和化學(xué)法脫碳有什么特點(diǎn)和區(qū)別？簡述熱鉀堿法脫除二氧化碳的基本原理。畫出熱鉀堿法兩段吸收兩段再生的工藝流程，簡 述該流程特點(diǎn)。熱鉀堿法吸收二氧化碳時(shí)，比較添加活化劑與不加添加劑對反應(yīng)速度的影響。什么是轉(zhuǎn)化度和再生度？他們?nèi)?/p>

12、何影響溶液的吸收和再生？簡述低溫甲醇洗脫碳原理和主要工藝條件及流程圖。什么是貧液？什么是半貧液？熱鉀堿法脫除二氧化碳，試分析設(shè)備腐蝕機(jī)理及防腐措施。合成氨生產(chǎn)二氧化碳的脫除過程中貧液循環(huán)量越高，脫碳吸收塔出口殘余CO含量越低。2下列物質(zhì)中屬于苯菲爾溶液的組成成分是：KCO、KHCO和VO。2332 5合成氨生產(chǎn)中脫碳工序采用的苯菲爾法屬于化學(xué)吸收。合成氨熱鉀堿法脫除CO2的流程中，為什么會產(chǎn)生氣泡？如何消泡？答：在熱鉀堿法脫硫過程中，造成溶液起泡的原因主要有二，一是溶液中混入某些有機(jī)雜質(zhì) 降低了其表面張力，是氣體容易進(jìn)入液體表面而形成氣泡；二是溶液中某些物質(zhì)增加了氣泡 的穩(wěn)定性。防止和消除氣泡

13、的措施有：（1）系統(tǒng)開車前進(jìn)行機(jī)械清洗和化學(xué)清洗；（2）加強(qiáng) 溶液的過濾，過濾掉因副反應(yīng)生成的不溶物及雜質(zhì)；（3）使用消泡劑。第七章原料氣的最終凈化原料氣的精制有哪幾種方法？醋酸銅氨液由哪些組分組成，各組分的作用是什么？什么是濕法燃燒，寫出方程式，說明它的作用。銅洗過程的主要任務(wù)是什么？再生的任務(wù)又是什么？什么是銅比？銅氨液吸收一氧化碳、二氧化碳、氧氣、硫化氫等氣體的原理是什么？影響吸收能力的因 素有哪些？進(jìn)入銅洗的原料氣中二氧化碳、氧氣、硫化氫過高有何危害？為什么要控制回流塔銅氨液的出口溫度？影響出口溫度的因素有哪些？為什么要求入甲烷化系統(tǒng)的CO和CO2含量之和一般在0.7%以下？甲烷化催化

14、劑還原反應(yīng)是一個(gè)弱放熱反應(yīng)。合成氨原料氣的最終凈化中，少量CO和CO2脫除的方法主要有甲烷化法和銅氨液洗滌法 和液氮洗滌法。銅洗工段進(jìn)氣量為31000Nm3/h，氣體含CO 3.5%，O2 0.2 %，銅液中總銅TCu=2.4mol/L, 銅比R=6，試計(jì)算銅液的循環(huán)量。合成氨原料氣凈化中少量CO的脫除反應(yīng)稱為甲烷化反應(yīng)。第八章合成氨氨合成催化劑：溫度越高，內(nèi)表面利用率越小。氨濃度接近平衡時(shí)，提高溫度，則正逆反應(yīng)速度都加快，且逆反應(yīng)速度增加的更快。氫氮比上升對合成塔出口平衡氨濃度的影響是：存在一個(gè)最佳氫氮比。合成氨催化劑還原好壞會影響：催化劑生產(chǎn)能力、氨凈值、壓縮機(jī)功耗。導(dǎo)致合成塔入口氨含量高

15、的原因有：高壓氨分離器故障、氨冷卻換熱效果差。影響氨凈值的因素有：壓力、空速、合成氣體的組成部分和觸媒活性。工業(yè)上合成氨工藝的原則是在高溫、高壓和催化劑的作用下將氫氮?dú)夂铣蔀榘薄槭拱焙铣煞磻?yīng)盡可能按最適溫度線進(jìn)行，必須將催化劑床層分段設(shè)置及采用熱交換器等措施。畫出合成氨回路流程框圖，并說明流程設(shè)計(jì)中，新鮮氣的加入位置、排放氣的位置、循環(huán)壓縮機(jī)的位置主要有哪些？加入位置不同，對正常生產(chǎn)有何影響？答：氨合成回路的原則流程框圖如下：（1）新鮮氣的加入位置及原則：新鮮氣盡管經(jīng)過一系列凈化處理，但仍會含有水蒸氣，微 量的CO和CO2。因此補(bǔ)充新鮮氣需經(jīng)冷凝液氨的洗滌，最終脫除水分，油滴和微量等雜質(zhì)，

16、才能確保催化劑的活性。新鮮氣的補(bǔ)充位置通常有三種方式：新鮮氣補(bǔ)入循環(huán)壓縮機(jī)油分 離器入口；新鮮氣補(bǔ)充位置設(shè)在冷交換器一次出口管線至氨冷器之間；新鮮氣補(bǔ)充位置 設(shè)在冷交換器二次出口管線上。（2）排入器（或放空氣）位置：惰性氣體放空應(yīng)選擇在循環(huán)機(jī)前，惰性氣體濃度最高而有 效氣濃度最低的位置。如果放空氣的氨己回收，則排空位置應(yīng)在單體惰性氣體排放所引起的 h2、N2損失最小處。放空氣位置一般設(shè)置在補(bǔ)充氣加入前，水冷后出口位置，此處惰性氣體 含量高而H2、N2含量較低。（3）循環(huán)壓縮機(jī)位置：傳統(tǒng)流程中由于受油潤滑壓縮機(jī)的影響， 循環(huán)壓縮機(jī)位置一般放在水冷器和氨冷器之間，以利用冷凝液氨將油霧凝集而分離。隨

17、著無 油潤滑壓縮機(jī)的使用，循環(huán)壓縮機(jī)已不再污染循環(huán)氣體，故循環(huán)壓縮機(jī)一般設(shè)置在氨冷器后、合成塔前。合成氨催化劑中A12O3的作用是增加催化劑表面積、增加熱穩(wěn)定性。在生產(chǎn)負(fù)荷和催化劑活性穩(wěn)定條件下，維持較低的合成塔入口溫度會降低合成塔出口溫度、提高氨合 成反應(yīng)平衡常數(shù)和延長催化劑使用壽命。12 .新鮮氣量不變，當(dāng)合成塔進(jìn)口氨濃度降低時(shí)，會導(dǎo)致合成回路壓力下降、合成氣壓縮機(jī)功耗降低和合 成塔出口氨含量降低。氨合成催化劑的鐵比是指Fe2+/Fe3+之比。分離含氨混合氣的方法主要有冷凝法和水吸收法。合成氨生產(chǎn)中，高溫高壓下，氫對材質(zhì)的腐蝕主要包括氫脆和氫腐蝕兩種情況。一般情況下，合成塔的內(nèi)件主要承受高

18、溫，其外筒主要承受高壓。某氨合成塔裝催化劑4300kg，催化劑鐵比M=0.62,總鐵T=67.85%，實(shí)際出水量為760kg，求還原度。第二部分純堿Na2CO3水溶液呈堿性。碳酸化反應(yīng)CO濃度低會造成轉(zhuǎn)化率降低。2結(jié)晶質(zhì)量包括粒度、形狀等。結(jié)晶質(zhì)量好，收率高，成品鹽分少，并且有利于過濾洗滌。純堿生產(chǎn)中影響碳酸化及重堿結(jié)晶的因素有：碳化溫度、清液總堿度、CO2的濃度、壓力流量和雜質(zhì)的影響。衡量純堿質(zhì)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要是：總堿度、鹵化物含量、硫酸鹽含量和水不溶物及燒失量、粒度。從溶液中分離晶體后剩余的溶液稱為母液。碳化塔菌帽頂周邊制作成大小相同的鋸齒結(jié)構(gòu)，其目的是使氣體通過齒間時(shí)被破碎成更多更小的氣泡，提高其