2《天然气加工工程》习题指导与训练1009课件.docx

1、2天然气加工工程习题指导与训练1009课件2. 天然气加工工程习题、指导与训练要求： 考核范围：系统掌握利用教材、讲义核心内容； 注重训练：独立完成和理解本作业与训练-1，注重理解，提高解决实际问题的能力； 公平竞争：考核结果取决于你自己的努力； 教师关注：考核质量和及格率两大问题！ F = A*30% + B*70% + C* 0%）作业与训练-1一、基本概念和原理1-1天然气中的烃类主要包括三种：烷烃、环烷烃和芳烃，基本不含烯烃及炔烃。1-2 气田气的重烃含量一般较低，多数不超过10%，油田伴生气的重烃含量相对较高，凝析气田气居中。【排序】2【非烃气体】气田气中常见的非烃气有含硫物质、含氧

2、物质及其它气体。A) 含硫物质：无机硫化合物（H2S）和有机硫化合物（硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、二硫醚(RSSR)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、噻吩(C4H4S)等。 B）含氧物质: 包括CO2、CO(极少)、H2O(g)。C) 其它气体: N2、H2、Hg蒸气及He等惰性气体，其中He是宝贵的惰性气体资源。3 天然气分类（1）按照矿藏特点分类 天然气按矿藏特点不同可分为（1）纯气田天然气、（2）凝析气田天然气和（3）油田伴生气。（2）按天然气烃类组成分类： 【干气】：基方井口流出物中C5以上重烃液体含量低于10cm3。 【湿气】：基方井口流出物中C5以上重烃液体含量高于10c

3、m3。 【贫气】：基方井口流出物中C3以上烃类液体含量低于100cm3。 【富气】：基方井口流出物中C3以上烃类液体含量高于100cm3。 （3） 按酸气含量分类 按酸气含量的多少，天然气可分为酸性气和洁气，其中H2S含量20mg/m3称为酸性气4气体状态方程 1）理想气体状态方程：pV = nRT 2）范德华气体状态方程： 3）实际气体压缩因子： Z = 1 理想气体；Z 1 可压缩性小；Z 1 可压缩性大4）Redlich-Kwong方程：5 通常砜胺溶液配比？为什么先脱硫后脱水？ （1）环丁砜（SF）40% 、甲基二乙醇胺（MDEA）45% 、水15% （2）在砜胺溶液中，水作为醇胺的溶

4、剂、粘度调节、传热载体、脱硫气夹带水蒸气。6斯科特法尾气处理催化剂：CoO - MoO3 - Al2O37斯科特法尾气处理化学原理：反应式： SO2 +3H2 = H2S+2H2O H(560) = -214.2 KJ S8 + 8H2 = 8H2S H(560) = -294KJ催化水解：COS +H2O = H2S+CO2 CS2 +2H2O = CO2 + 2H2S 8. LNG概念: 液化天然气。NGL概念: 由天然气中回收的液烃混合物称为天然气凝液(NGL)，组成上覆盖C2C6+，又称为轻烃。9. 酸气负荷和净酸气负荷？10. 砜胺法脱硫工艺的基本流程主要由吸收、闪蒸、换热、再生四部

5、分构成。11. 抑制剂质量分数与天然气水合物生成温度降的关系 （P78-81）Hanmmerschmidt 方程 或T: 天然气水合物生成温度降， 单位 K；w: 抑制剂质量分数, %M： 抑制剂的相对分子量；K ：抑制剂种类常数，其中 K(甲醇) =1297、 K(乙二醇) = 2222 12. 冷凝分离的四大系统包括：（2）冷量获得系统； （2）净化系统； （3）分离及精馏系统； （4）热量和冷量交换系统。13. 冷剂制冷法中，冷剂可以是氨、丙烷、乙烷，也可以是它们的混合物。制冷工质中，氨制冷范围： 25 30；丙烷制冷范围： 35 40。14. 直接膨胀制冷法中，膨胀制冷设备主要有： (

6、1) 节流阀; (2) 透平膨胀机; (3) 热分离机。15. 根据压容图和温熵图，逆向卡诺循环可表示为四个过程： (1) 绝热(等熵)压缩； (2) 等温压缩； (3) 等熵膨胀； (4) 等温膨胀。16. 冷冻机可逆循环系数：= Q1/( Q2Q1) = T1/(T2-T1)17. 真实冷冻机非可逆循环系数：= Q1/( Q2Q1) T1/(T2-T1) 18. 压缩制冷系统包括4个阶段：(1) 压缩; (2) 冷凝; (3) 节流; (4)蒸发。19. 可逆热机效率（R）和可逆冷冻机系数（ R）分别为： R T1/(T2-T1)和R = (T1-T2)/T120. 天然气提氦工艺包括：固

7、体吸附法 ，溶剂吸收法 ，扩散法 ，膜渗透法 ，低温冷凝法。21. 给下列过程制冷量大小排序： (A) 等熵膨胀(QS); (B) 等焓膨胀(QH); (C) 静态热分离机(QSTS); (D) 旋转式热分离机(QRTS)。 【QH QSTS QRTS QS】22. 空气中氦含量0.0005 %(v/v)，而富氦天然气中含氦量 He 0.1%(v/v)。23. 进入液化装置的天然气满足： (1) H2S 3.5 mg/m3; COS 0.1mg/L; 总硫量 50 mg/m3。 (2) CO2 100 mg/L (3) H2O 0.1 mg/L (4) Hg (液态水) (B) CH46 H2

8、O 或C2H67 H2O， (液态水) (D) M(6-7)H2O, M = CH4, C2H6等, (液烃) (液态水)2. 在天然气脱水过程中，描述天然气脱水程度的工业指标是 （ ） (A) 水露点； (B) 露点降； (C) 出塔干气实际露点； (D) 水合物含量； 3. 内插公式表达正确的是 （ ） (A) y = y1 + (y2-y1)/(x2-x1) (x-x1) (B) y = y2 + (y2-y1)/(x2-x1) (x2-x) (C) y = y2 + (y2-y1)/(x2-x1) (x-x1)3-1 若饱和蒸汽压与温度满足关系：，则在温度Ti (设T1 Ti 醇胺法物

9、理溶剂法; (B) 醇胺法砜胺法物理溶剂法; (C) 物理溶剂法 砜胺法 醇胺法; (D) 不确定11. 天然气中仅有CO2酸性组分时，天然气净化主要任务是脱碳，适合此工况的方法是（ ）(A) 使用冷甲醇、碳酸丙烯酯等物理吸收法（脱碳） (B) 热碱钾法（选择性脱硫） (C) 砜胺法 （同时脱硫脱碳）(D) 活化MDEA法或膜分离法 （天然气脱碳）12. 工业上天然气脱水的常用吸收溶剂是 （ ）（A） 三甘醇(TEG) （B） 分子筛（C）活性铝土矿或活性氧化铝 （D）硅胶13. 适合于天然气深度脱水的吸收剂是 （ ）（A） 三甘醇(TEG) （B） 分子筛 （露点降最大）（C） 活性铝土矿或

10、活性氧化铝 （D） 硅胶14. 克劳斯法硫回收化学原理主要包括以下两个反应： (1) 2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 ，CH4 + O2 2H2O (2) 3H2S + 3/2SO2 3H2O + 3/xSx x = 2-10，H0298 = 47.45 kJ/mol其中对反应（2）的描述正确的是 （ ） (A) 在所有操作温度下，反应（2）H0(T) 0； (B) 在所有操作温度下，反应（2）H0(T) 627 时，H0(T) 0，而在T 0 ； (D) 在催化转化区，当反应温度高于硫露点30 时，H2S可近于100%转化。15. 一般要求灌输天然气H2S含量和CO2体积分数分

11、别低于 （ ） （A）H2S：10 g/m3、CO2：1 % (B) H2S：50 g /m3、CO2：78 %（C）H2S：20 mg/m3、CO2：3 % （D） H2S：1.0 mg/m3、CO2：3 %16. 作为化工原料的天然气，一般要求H2S含量低于 （ ） （A）H2S：10 g/m3 (B) H2S：20 g /m3（C）H2S：1 mg/m3 （D） H2S：2 mg/m317. 在天然气脱酸气过程中，基本不为COS及CS2所降解醇胺溶液为 （ ）（A）一乙醇胺 (MEA) (B) 二乙醇胺 (DEA) （C）二异丙醇胺 (DIPA) （D）甲基二乙醇胺(MDEA)18. 在

12、天然气脱酸气过程中，最容易与COS及CS2发生不可逆降解的醇胺溶液为 （ ）（A）一乙醇胺 (MEA) (B) 二乙醇胺 (DEA) （C）二异丙醇胺 (DIPA) （D）二甘醇胺(DGA)19在天然气脱酸气过程中，基本不为CO2所降解醇胺溶液为 （ ）（A）一乙醇胺 (MEA) (B) 二乙醇胺 (DEA) （C）二异丙醇胺 (DIPA) （D）甲基二乙醇胺(MDEA)20. 在天然气脱酸气过程中，导致甲基二乙醇胺水溶液变质的主要因素是 （ ）（A）COS、CS2发生水解反应； （B）CO2所致的醇胺降解反应； （C）甲基二乙醇胺氧化降解； （D）酸性杂质与甲基二乙醇胺形成热稳定盐21.酸气

13、吸收塔和再生塔是最容易发泡的部位，下列陈述不是导致吸收液发泡的因素为（ ）（A）活性炭粉化； （B）设备腐蚀产生的固体颗粒 （C）氧进入系统引起吸收液降解； （D）溶液再生不合格而雾漠夹带严重22. 深冷分离温度为：( )(A) 20 35; (B) 35 40; (C) 40 45; (C) 40 10023. 加拿大Delta公司研发的温克劳斯(MCRC)工艺，其特点是： ( )。(A) 吸附液态硫的催化剂在硫露点以下再生； (B) 最后一级或两级转化温度在硫露点与凝固点之间；(C) 最后一级转化器温度降至凝固点以下； (D) 硫回收率达到99.5%以上；24. 以下均是对超级克劳斯硫磺回

14、收工艺特征的描述，其中不正确的是： ( )(A) 空气和酸气比例控制范围增大； (B) 设有预加氢装置，提高了有机硫转化能力； (C) 在第三级选择性氧化转化器中H2S直接生产S单质；(D) 硫回收率大于99.5%，严格满足环保要求；25.卡诺热机逆循环构成：(A) 理想的热机； (B) 热效率最高； (C) 理想的冷冻机； (D) 实际冷冻机26. 热分离机工作过程包括：( )(A) 系统获得热量，所以系统气体温度升高； (B) 从系统移除热量，所以系统气体温度降低； (C) 对外做功，所以系统气体温度降低； (D) 系统因节流膨胀和移除热量而降低温度。27. 斯科特法尾气处理工艺包括还原、

15、吸收两个工段, 错误操作描述为： ( )(A) 用H2+CO气体还原SO2，并使得COS和CS2催化水解；（提示：残留的S单子也被还原）(B) 以H2S形式回收克劳斯尾气中的硫物种，但并不直接生产硫磺；(C) 用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)； (D) 解吸H2S返回克劳斯工艺，而吸收塔顶气可灼烧排空。28. 斯科特法尾气处理工艺包括还原、吸收两个工段, 错误操作描述为： ( )(A) 用H2+CO气体还原SO2和S单子； (B) 使得COS和CS2催化水解； (C) 用甲基二乙醇胺(MDEA)液吸收(H2S)； (D) 回收的H2S经选择性氧化直接生产硫磺。（提示：回收H2S只能返

16、回克劳斯硫回收装置） 29. 斯科特法尾气处理工艺还原段催化剂：（ ） (A) 天然气铝矾土或活性Al2O3；(B) TiO2-SiO2(C) ZnO2 ； (D) CoO-MoO3/Al2O3 （提示：对不同硫物种具有催化还原活性）30. 在超级克劳斯硫回收催化剂的失活原因中，描述不正确的是 （ ） (A) 老化 (B) 硫沉积和炭沉积(C) 硫酸盐化 (D) COS、CS2中毒 （提示：CoO-MoO3/Al2O3催化COS、CS2还原和水解）31. 对于油吸收法NGL回收方工艺的描述，其中不正确的是 （ ）(A) 常温油吸收一般在30操作，回收C3为主要目的；(B) 中温油吸收一般在20

17、以上，回收C3为目的；(C) 低温油吸收一般在40左右，回收C2C3烃为目的。(D) 富吸收油进入富油稳定塔，脱出C2烃类。32. 根据冷冻系数定义Q1/AL= Q1/(Q2Q1)，对真实冷冻机制冷量表达不正确的是： (A) Q1; (B) AL； (C) (Q1- Q2)； (D) T1(Q2-Q1)/T2-T133. 根据冷冻系数定义Q1/AL= Q1/( Q2Q1)，对真实冷冻机制冷量的正确表达是： (A) Q2; (B) Q2T1/T2； (C) (Q1- Q2)； (E) T1(Q2-Q1)/T2-T134. 天然气通过气嘴等节流部件后，气体温度降 （ ） (A) 降低 (B) 升高

18、 (C) 不变 (D) 无任何变化规律 35. 天然气的节流过程是一个 （ ）过程 (A) 可逆 (B) 不可逆 (C) 等温 (D) 近似绝热36. 天然气的偏差系数又称压缩因子（Z），是指 （ ）(A) 在相同温度、压力下，真实气体的体积与理想气体的体积之比值(B) 在相同温度、压力下，真实气体的体积与相同量理想气体的体积之比值 (C) 在相同温度、压力下，理想气体的体积与相同量真实气体的体积之比值 (D) PVm/RT 137. 天然气的相对压力pr0时；压缩因子（Z） (A) Z 0 (B) Z 1.0 (C) Z 1; (D) Z 0.2 38. 采用MEA的醇胺脱硫过程，与酸气负荷

19、有关的是 （ ）(A) 贫液中MEA与H2S摩尔数之比； (B) 富液中MEA与H2S摩尔数之比； (C) 贫液中MEA与酸气（H2S + CO2）摩尔数之比； (D) 富液中MEA与酸气（H2S + CO2）摩尔数之比39. 吸收液酸气残余量是指 （ ）(A) 净化气中的酸气浓度； (B) 富液中的酸气浓度 (C) 贫液中的酸气浓度； (D) 再生塔出口气中的酸气浓度40. 在MEA醇胺脱硫过程中与净酸气负荷有关的是 （ ）(A) 富液与贫液中的酸气浓度之差； (B) 贫液与富液中的酸气浓度之差；(C) 原料气与净化气的酸气浓度之差； (D) 富液与贫液中的n (H2S + CO2)/ n

20、(MEA) 之差41. 对已知浓度的醇胺吸收液，酸气负荷与吸收液循环量的关系（ ）(A) 酸气负荷越高，则吸收液循环量越小； (B) 酸气负荷越高，则吸收液循环量越大；(C) 酸气负荷与吸收液循环量成正比； (D) 酸气负荷与吸收液循环量无关42. 酸气负荷与净化天然气中H2S含量的关系（ ）(A) 酸气负荷越高，H2S含量越小； (B) 酸气负荷越高，H2S含量越大；(C) 酸气负荷与H2S含量成正比； (D)酸气负荷与H2S含量无关43. 天然气水露点与露点降的关系（ ）(A) 露点越高，则露点降越大； (B) 露点越低，则露点降越大； (C) 露点降越大，则露点越低； (D) 露点与露点

21、降无关【C提示：工业上，计算露点降的起始温度以井口环境温度为继基准。】44. 可获得最大露点降的方法是（）(A) 低温脱水； (B) 溶剂吸收法； (C) 固体分子筛吸附法； (D) 不确定45. 天然气脱硫装置上，吸收塔的实际塔板数 （ ）(A) 实际塔板数比理论塔板数多快； (B) 实际塔板数在理论塔板数倍以上； (C)理论塔板数等于实际塔板数【提示：为了克服发泡，还需要考虑设置洗涤塔板。】4. 传统克劳斯硫回收二级转化器的温度控制在（ ）(A) 350以上；(B)204260；(C)180200（）亚硫露点温度4.低温克劳斯硫回收末级转化器的温度控制在（ ）(A) 350以上；(B)20

22、4260；(C)180200（）亚硫露点温度48. NGL回收中，浅冷工艺用于回收（）(A) C+为主要目的； (B)C3+为主要目的；(C) 天然气凝析液； （）液化天然气(LNG)49. 常压下甲烷液化温度 （ ）（A）- 162 ； （B）- 196； （C）26950. 斯科特法将回收的H2S（ ）（A） 直接氧化成硫单质；（B）送回克劳斯装置； （C）催化灼烧三、简答或阐述(一) 简答1. 【实验设计】碘量法是经典的含硫物测定方法，属还原法。1）【实验原理】碘量法测定天然气中含硫化合物的原理原理是让硫化物高温催化加氢还原成H2S，用Zn(Ac)2溶液吸收H2S，生成ZnS沉淀，加碘液

23、（碘过剩）反应，以淀粉作指示剂用Na2S2O3标准液回滴。 碘量法反应式：ZnS (s) + I2 = ZnI2 + S 隐含 Zn2+(aq) + H2S(g) = ZnS (s) + 2H+(aq) 2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6 (连四硫酸钠)2）含硫量计算：Ws =（VF-V）N1/2 (S2O32-)Es上式中Ws：含硫量（mg）；V：回滴时所用Na2S2O3标准液的体积（ml）；VF：空白试验所耗Na2S2O3体积（ml）；Es：S分子量，N：摩尔浓度。3）实验步骤； 2. 利用右图所示反凝析现象，可以回收天然气凝析液。试阐述：1）反凝析现象包括四种情

24、况： 等压反凝析(78); 等压反蒸发(87) 等温反凝析(43); 等温反蒸发(34)2）等温反凝析过程与（绝热）节流膨胀过程的区别。等温反凝析过程：反凝析现象的运用是在天然气开采中实现。天然气开采多属等温降压过程(43)，当天然气从高压井口喷出时，压力下降，出现反凝析现象，得到凝析液适当控制压力(点3)可最大限度采出天然气凝析液。节流膨胀过程：-3. 描述天然气水合物的结构和形成条件。如何防治管输天然气中的天然气水合物生成？ 天然气水合物也叫可燃冰，它是由非极性或弱极性气体分子与接近冰点的水接触，水分子靠氢键作用将形成有别于冰晶格的笼形晶格并将气体分子包络其中。 脱水：脱水后天然气的露点降

25、满足管输要求；添加抑制剂和防聚剂： a) 热力学抑制剂，如NaCl，CaCl2等无机盐电解质或醇类，如甲醇，乙二醇； b) 动力学抑制剂；如酪氨酸及其衍生物、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的聚合物； c) 防聚剂，如烷基芳香族磺酸盐、烷基聚苷。4. 什么是露点、什么是露点降？为什么要对管输天然气进行严格的脱酸气和脱水？5. 什么是天然气选择性脱硫、选择性脱碳？6-1 吸收液酸气负荷的选择对原料气净化度和吸收液循环量的影响。【要点】 酸气负荷与净化度成反比，采用低酸气负荷有利于保证净化度； （2分） 酸气负荷与收液循环量成反比，在保证酸气脱除质量前提下，适当提高酸气负荷，可减少循环量，境地能耗。6

26、-2 斯科特酸气对克劳斯装置的影响 P226 （二） 阐述1、 用图示比较直流法与分流法工艺1）直流法：自行总结2）分流法：原料酸气1/3进入燃烧炉，使烃类完全燃烧，H2S全部氧化成SO2，经废热锅炉后与另外2/3原料酸气混合进入催化转化器，再冷却和进入次级的催化转化。 8、已知酸气中H2S含量，请选择适合的克劳斯硫回收工艺。原料气中H2S含量适合的克劳斯硫回收工艺2530%直流法1025%分流法 10%硫循环法2、试比较传统克劳斯和超级克劳斯工艺的异同，它们分别主要用于处理何种含硫气体。 1）相同点； 吸收塔：醇胺溶液吸收 H2S；再生塔：富液再生和H2S解吸。 2）不同点： 与传统克劳斯相

27、比，超级克劳斯不同之处在于空气和酸气比例控制范围增大；而且采用了新型选择性氧化催化剂，使硫化氢直接生成硫，而非SO2。收率达9999.5% （高）。 R2：SO2完全转化； R(加氢)：加氢转化有机硫； R3：选择性氧化，直接生产S单质(无尾气处理)。 3）传统克劳斯：主要用于处理含硫天然气；超级克劳斯更适合于含硫尾气处理。3、 冷冻机是天然气液化和深冷制氦气的主要设备，下图是逆向卡诺循环(冷冻循环)的压容图和温熵图。试完成如下命题：（1）分别叙述P - V图（左）四个变化过程；（2）在T - S图（右）上，标记热效应Q1和Q2的对应变化过程；（3）给出计算制冷量Q和冷冻机冷冻系数的数学表达式。