化工工艺学知识点模板.docx

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第二章粗原料气制取

一、固体燃料气化法

名词解释:

煤气化:

使煤与气化剂作用,进行各种化学反应,把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。

加氮空气;水蒸汽和空气同时加入,空气的加入增加了气体中N的含量,用来调节原料气中氢氮比,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行煤气化

外热法:

利用其它廉价高温热源来为煤气化提供热能,尚未达到工业化阶段

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,颗粒开始全部悬浮于气流中,而且床层的高度随气速的增大而升高

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?

用不同气化剂进行煤气化,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?

各区进行什么过程?

干燥区:

使新入煤炉中的水分蒸发

干馏区:

煤开始热解,逸出以烃类为主的挥发分,而燃料本身开始碳化

气化区:

煤气化的主要反应在气化区进行

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?

循环时间如何分配?

工业上将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?

使用中应注意什麽事项?

水蒸汽和空气同时加入,空气的加入增加了气体中N的含量。

用来调节原料气中氢氮比,制得合格煤气

使炉温下降慢调节合成氨气体成分,严格控制氮含量,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别?

Ｐ７０　　Ｐ７２

二、一氧化碳变换

1、名词解释:

高温变换:

CO在320～350℃变换,使CO含量低于3%。

使用Fe-Cr催化剂,使大

部分CO转化为CO2H2O

低温变换:

CO在230~280℃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180~500℃,使用Co-Mo系催化剂

重油、煤气化制氨流程中将含硫气体进行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,加入铬、钾、铜、锌、镍等的氧化物后能够提高催化剂的活性,加入铝、镁等的氧化物能够改进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,经还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变换反应,铜微晶愈小,其比表面积愈大,活性愈高,为了提高微晶的热稳定性,需加入适宜的添加物,氧化锌、氧化铝、氧化铬对铜微晶都是有效的稳定剂

4．高温变换催化剂还原时,为什麽需要保证足量的水蒸汽?

加入足够量的水蒸汽以防止催化剂被过度还原为元素铁

5．低温变换催化剂还原时,为什麽要严格控制还原条件,氢气含量按程序逐步提高?

由于还原反应放热量大,工业生产上因还原操作不慎而烧坏催化剂、缩短使用寿命的实例不少。

因此,一定要严格控制还原温度,精心做好配氢工作

6．分段高温变换时,段间冷却有哪些作用?

为了尽可能接近最佳温度线进行反应,可采用分段冷却。

段数越多,越接近最佳反应温度线

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,就有可能达到该条件下的露点温度而析出液滴。

液滴凝聚于催化剂的表面,造成催化剂的破裂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。

因此低变催化剂的操作温度不但受本身活性温度的限制,而且还必须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行?

而低温变换不必分段进行?

以煤气化制得的合成氨原料气,CO含量较高,需采用多段中温变换。

用铜氨液最终清除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,以天然气或煤为原料各应采用什么变换工艺?

说明原因。

①CO的含量;②进入系统的原料气温度及湿含量;③CO变换与脱除残余CO的方法结合考虑

天然气:

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含量高需采用多段变换

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:

少量残余一氧化碳和二氧化碳的脱除

空间速度:

指单位时间、单位体积催化剂经过的标准状态下反应器气体的体积

无机硫:

在半水煤气中,无机硫是指H2S

有机硫:

对于半水煤气,有机硫一般以硫氧化碳为主,其次为二硫化碳、硫醇,硫醚和噻吩的含量较少。

天然气中有机硫主要成分是甲硫醇

反应性硫化物:

可被ZnO催化分解的硫化物

非反应性硫化物:

噻吩及噻吩族属于最难脱除的硫化物,故称为非反应性硫化物

硫穿透:

当清净区逐渐缩短直至从床层中完全消失时,继而当出口气中出现H2S时称为硫穿透

工作硫容:

当整个床层由”饱和区”和”传质区”两部分组成时,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:

吸收速度或化学反应速度快,硫容大,适合于脱除气体中的高硫,脱硫液再生简单,且可循环利用,还可回收硫磺。

但因受物理或化学反应平衡的制约,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:

脱硫设备机组庞大,更换脱硫剂工作笨重,再生能耗大

适用于低含量天然气

4、湿法脱硫方法的选择原则有哪些?

①满足特定工艺对脱硫要求的净化度②硫容量大③脱硫剂活性好,容易再生,且消耗定额低④不易发生硫堵⑤脱硫剂价廉易得⑥无毒性、无污染或污染小

5、氧化还原脱硫为什么必须满足下列条件0.75V>EQ/H2Q>0.2V?

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,并经干燥而制成

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,使用性能稳定可靠

可将原料气中的硫化物脱除到0.5~0.05cm3/m3数量级

天然气、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、以天然气或煤为原料制气,各用什么方法脱硫,为什么/

多采用有机溶剂法脱硫,因为有机溶剂对有机硫具有良好的溶解性

二、脱碳

1、物理与化学吸收法脱碳相比较,各有哪些特点和规律?

物理吸收:

各分子间的作用力为范德华力,符合亨利定律,高压下,物理吸收的吸收量大,物理吸收的吸收能力比化学吸收大,物理吸收中,吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增高,溶剂即是吸收剂,可采用简单闪蒸法（溶液再生中）

化学吸收:

各分子间力为化学键力,低压下,化学吸收的吸收量大,化学吸收中吸收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分的含量有关,热效应大,溶液再生时,需要用再沸器进行热再生,化学吸收的溶剂是有限的

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,提高吸收能力,加快反应速率B活性剂,提高净化度C缓蚀剂,保护钢表面,防腐蚀D消泡剂,破坏气泡间液膜的稳定性,加速气泡的破裂,降低溶液的起泡高度

3、两段脱碳吸收塔外形如何设计,为什么?

吸收塔:

吸收塔是加压设备,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,气体中大部分二氧化碳是在塔下部被吸收,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,上下塔的直径能够不同。

因其为常压设备,为制作和安装方便,上下塔也能够制成同一直径

4、为什么用缓蚀剂,其作用原理是什么?

缓蚀剂会在铁表面起钒化作用,使铁氧化成四氧化三铁,形成牢固致密的钝化膜,保护钢表面,使之不遭受腐蚀

5、低温甲醇洗涤法脱碳有什么优缺点?

优点:

A能够脱除气体中的多种组分B净化度高

C能够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,再生过程复杂,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,加热减压能够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0.18~0.3MPa。

8．为什么煤、重油的气化工艺不同,低温甲醇洗流程也不相同?

解释原因并画出两流程简图。

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CO2。

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行脱硫和脱碳

9．聚乙二醇二甲醚法脱碳能够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决定

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?

）:

残余少量CO、CO2的脱除,CO+CO2＜10ppm

铜氨液:

铜盐氨溶液在高压低温下生成CO的络合物

铜洗气:

铜氨液吸收法净化后的气体

精练气:

铜氨液吸收法净化后的气体

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还原成甲烷

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收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【Cu（NH3）2】+形式存在,是吸收CO的活性组分;Cu2+以【