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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，进行各种化学反映，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。加氮空气；水蒸汽和空气同步加入，空气加入增长了气体中N含量，用来调节原料气中氢氮比，制得合格煤气 原则煤：含碳量为84%煤（每公斤原则煤热值为7000千卡）1煤气化有几种工业办法？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：运用其她便宜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，描述各自特点？工业用煤气化炉有几种类型？ 固定床：气体从颗粒间缝隙中穿过，颗粒保持静止流化床：增大气速，颗粒开始所有悬浮于气流中，并且床层高度随气速增大而升高气流床：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:使新入煤炉中水分蒸发 干馏区：煤开始热解，逸出以烃类为主挥发分，而燃料自身开始碳化 气化区:煤气化重要反映在气化区进行 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 可预热从底部进入气化剂并保持不因过热而变形6间歇式制半水煤气工作循环是什么？为什么？循环时间如何分派？ 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，称为一种循环。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？其作用为什么？使用中应注意什麽事项？水蒸汽和空气同步加入，空气加入增长了气体中N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持续气化工艺制备合成氨流程，为什么后两者流程有差别？ 二、一氧化碳变换1、 名词解释：高温变换：CO在320350变换，使CO含量低于3%。使用Fe-Cr催化剂，使大 某些CO转化为CO2 H2O 低温变换：CO在230280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180500，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构成？各起什么作用？以Fe2O3为主体，加入铬、钾、铜、锌、镍等氧化物后可以提高催化剂活性，加入铝、镁等氧化物可以改进催化剂耐热及耐毒性能3、 低温变换催化剂由哪些成分构成？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，经还原后具备活性组分是细小铜结晶-铜微晶。铜是催化剂活性组分，铜对CO具备化学吸附作用，在较低温度下催化CO变换反映，铜微晶愈小，其比表面积愈大，活性愈高，为了提高微晶热稳定性，需加入适当添加物，氧化锌、氧化铝、氧化铬对铜微晶都是有效稳定剂4高温变换催化剂还原时，为什麽需要保证足量水蒸汽？ 加入足够量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，氢气含量按程序逐渐提高？ 由于还原反映放热量大，工业生产上因还原操作不慎而烧坏催化剂、缩短使用寿命实例不少。因而，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？ 为了尽量接近最佳温度线进行反映，可采用分段冷却。段数越多，越接近最佳反映温度线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，就有也许达到该条件下露点温度而析出液滴。液滴凝聚于催化剂表面，导致催化剂破裂粉碎引起床层阻力增长，以及生成铜氨络合物而使催化剂活性减低。因此低变催化剂操作温度不但受自身活性温度限制，并且还必要高于气体露点温度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。用铜氨液最后清除CO，该法容许变换气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如何拟定变换工艺，以天然气或煤为原料各应采用什么变换工艺？阐明因素。 CO含量；进入系统原料气温度及湿含量；CO变换与脱除残存CO办法结合考虑 天然气：中（高）变-低变串联，原料气中CO含量低，中（高）变催化剂只需配备一段煤：多段变换，CO含量高需采用多段变换第三章 粗原料气净化一、硫化物脱硫1、 名词解释：脱硫：原料气中硫化物脱除脱碳：二氧化碳脱除最后净化：少量残存一氧化碳和二氧化碳脱除空间速度：指单位时间、单位体积催化剂通过原则状态下反映器气体体积无机硫：在半水煤气中，无机硫是指H2S有机硫：对于半水煤气，有机硫普通以硫氧化碳为主，另一方面为二硫化碳、硫醇，硫醚和噻吩含量较少。天然气中有机硫重要成分是甲硫醇反映性硫化物：可被ZnO催化分解硫化物非反映性硫化物：噻吩及噻吩族属于最难脱除硫化物，故称为非反映性硫化物硫穿透：当清净区逐渐缩短直至从床层中完全消失时，继而当出口气中浮现H2S时称为硫穿透工作硫容：当整个床层由“饱和区”和“传质区”两某些构成时，床层脱硫剂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构成时，床层脱硫剂硫容量称为饱和硫容2、 何为湿法脱硫，其有何优缺陷？重要用于哪些原料制气脱硫？为什么？液体脱硫剂。湿法脱硫特点：吸取速度或化学反映速度快，硫容大，适合于脱除气体中高硫，脱硫液再生简朴，且可循环运用，还可回收硫磺。但因受物理或化学反映平衡制约，其脱硫精度不及干法合用于煤和石油造气3、 何为干法脱硫，其有何优缺陷？重要用于哪种原料？为什么？干法脱硫是运用固体脱硫剂。最大长处是精度高。重要缺陷：脱硫设备机组庞大，更换脱硫剂工作笨重，再生能耗大合用于低含量天然气4、 湿法脱硫办法选取原则有哪些？满足特定工艺对脱硫规定净化度硫容量大脱硫剂活性好，容易再生，且消耗定额低 不易发生硫堵脱硫剂价廉易得无毒性、无污染或污染小5、 氧化还原脱硫为什么必要满足下列条件0.75V EQ/H2Q 0.2V？为保证脱硫剂能充分氧化H2S，同步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、 氧化锌脱硫法优、缺陷有哪些 ?详细阐明，最大特点是什么?重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硫化物脱除到0.50.05cm3/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，各用什么办法脱硫，为什么/ 多采用有机溶剂法脱硫，由于有机溶剂对有机硫具备良好溶解性二、脱碳1、物理与化学吸取法脱碳相比较，各有哪些特点和规律？ 物理吸取：各分子间作用力为范德华力，符合亨利定律，高压下，物理吸取吸取量大，物理吸取吸取能力比化学吸取大，物理吸取中，吸取剂吸取容量随酸性组分分压提高而增高，溶剂即是吸取剂，可采用简朴闪蒸法（溶液再生中） 化学吸取：各分子间力为化学键力，低压下，化学吸取吸取量大，化学吸取中吸取剂吸取容量与吸取剂中活性组分含量关于，热效应大，溶液再生时，需要用再沸器进行热再生，化学吸取溶剂是有限2、热碳酸钾脱碳溶液涉及哪些物质？各起什么作用？ A碳酸钾，提高吸取能力，加快反映速率 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，破坏气泡间液膜稳定性，加速气泡破裂，减少溶液起泡高度3、两段脱碳吸取塔外形如何设计，为什么？ 吸取塔：吸取塔是加压设备，进入上塔溶液量仅为所有溶液量四分之一至五分之一，气体中大某些二氧化碳是在塔下部被吸取，因而塔分上下两段，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，上下塔直径可以不同。因其为常压设备，为制作和安装以便，上下塔也可以制成同始终径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陷？ 长处：A可以脱除气体中各种组分 B净化度高C可以选取性脱除原料气中H2S和CO2,，并分别加以回收D热稳定性和化学稳定性好 E利于后续工艺缺陷：工艺流程长，再生过程复杂，甲醇具备毒性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，加热减压可以增进二氧化碳解吸，请问解吸压力如何拟定？为什麽？ 解吸压力低，对多回收二氧化碳是有利，但考虑到下游工序对二氧化碳气体产品压力规定，二氧化碳解吸压力普通在0.180.3MPa。8为什么煤、重油气化工艺不同，低温甲醇洗流程也不相似？解释因素并画出两流程简图。 两步法低温甲醇洗合用于废热锅炉流程，进变换系统原料气脱硫规定严格，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 。 一步法甲醇洗合用于激冷过程，原料气经耐硫变换后，用低温甲醇洗同步进行脱硫和脱碳9聚乙二醇二甲醚法脱碳可以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溶解度关系在较宽压力范畴内都符合亨利定律，闪蒸压力越低，二氧化碳回收率越高，真空闪蒸级数完全由经济效益决定三、原料气最后净化1、名词解释：原料气最后净化（有哪几种办法？）：残存少量CO、CO2脱除，CO+CO210ppm铜氨液：铜盐氨溶液在高压低温下生成CO络合物铜洗气：铜氨液吸取法净化后气体精练气：铜氨液吸取法净化后气体氮洗：用液体氮洗涤CO操作甲烷化：在催化剂上用氢气把CO还原成甲烷2、铜氨液由哪些物质构成？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取CO活性组分，为什么要有高价铜存在？极限铜比意义及变化规律。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、酸根及氨构成水溶液Cu+以【Cu（NH3）2】+形式存在，是吸取CO活性组分；Cu2+以【Cu（NH3）4】2+形式存在，没有吸取CO能力，但溶液中必要有，否Cu（NH3）4 Ac2+Cu= 2Cu（NH3）2Ac 向左进行有金属铜析出防止金属铜生成，极限铜比RM随TCu增大而减小络合氨、固定氨、游离氨3用铜氨液进行最后净化时，工业生产常选用醋酸，为什麽？其浓度如何拟定？若总铜离子浓度为2.5mol/L，醋酸浓度应达何浓度？无论何种铜氨溶液，溶液中络离子【Cu（NH3）2】+ 、【Cu（NH3）4】2+都需要酸根与之结合，为保证总铜含量，使用醋酸铜氨溶液，其吸取能力与蚁酸铜氨溶液接近，构成稳定，再生损失小。操作中醋酸含量以超过总铜含量10%15%较为适当，普通为2.23.0mol/L4、铜氨液吸取CO原理，解释吸取系数和吸取能力影响因素。铜氨液吸取CO2、O2、H2S反映式。P183 增大低价铜含量、减少温度、提高压力都能增大铜液吸取能力。当游离氨浓度较大时，影响吸取速率重要是气膜阻力5、铜氨液再生（解吸及还原反映方程式、操作条件），画出简朴铜氨液再生流程图，解释再生操作条件与设备叠合设立巧妙原理。（重点） 铜液中CO残存量是再生操作重要指标之一，影响CO残存量因素有压力、温度和停留时间A再生压力：普通只要保持再生器出口略有压力，以使再生器可以克服管路和设备阻力达到回收系统即可B再生温度：在兼顾铜液再生及氨损失条件下，接近沸腾状况常压再生温度以7680为宜，而离开回流塔铜液温度不应超过60C：在铜液循环量一定期，铜液停留时间，用再生器液位来控制，普通控制在1/22/3高度比较适当6、甲烷化法工作原理和对原料气规定是什么？为什么？ CO+3H2=CH4+H2O H298= -206.16kJ/molCO CO2+4H2=CH4+2H2O H298= -165.08kJ/molCO2 原料气中碳氧化物含量（体积分数）普通应不大于0.7%7、甲烷化催化剂和甲烷转化催化剂相似点和不同点？ A规定离开甲烷化反映器碳氧化物含量是极小，这就规定甲烷化催化剂有很高活性，并且在更低温度下进行 B碳氧化物与氢反映是强放热反映，规定甲烷化催化剂能承受很大温升8、甲烷化催化剂还原时，为什么对还原气中碳氧化物含量有规定？是多少？为什么？进行甲烷化最后净化时，为什麽要控制入口气中碳氧化物含量？应控制在多少？为什麽？甲烷化催化剂中毒及注意事项有哪些？为什麽T200度时，甲烷化催化剂不能与一氧化碳接触？ 再用原料气还原时，为了避免床层温升过高，必要尽量控制碳氧化物含量在1%如下 只需原料气中碳氧化物含量在0.5%0.7%，甲烷化反映放出热量就能足够将进气口气体预热到需要温度 除羰基镍为甲烷化催化剂毒物外，硫、砷和卤素也能使它中毒，虽然这些元素微量也会减少催化剂活性和寿命 还原后催化剂不能用具有CO气体升温，以防止低温时生成羰基镍9、深冷分离法：原理及其特点，氮气作用，原料气预解决因素。 深冷分离法是在深度冷冻(100)条件下用液氮吸取分离少量CO，并且也能脱除甲烷和大某些氩，这样可以获得只具有惰性气体100cm3/m3如下氢氮混合气（突出长处） 气体混合物冷凝系由汽液两相平衡决定，即由冷凝液构成与其气相各组分平衡分压决定。分离气体混合物中某些组分，可以运用各种气体沸点（即冷凝温度）不同，以某些冷凝或精馏办法实现。 液氮洗涤是用高纯氮在-190左右将原料气中所含少量CO分离过程。 预解决：分子筛吸附CO、CO2；活性炭除去NO、NO2第四章 氨合成1、氨合成为什么采用循环回路流程？ 由于反映后气体中氨含量不高，普通只有10%20%，故采用分离氨后氢氮气体循环回路流程2、惰性气体浓度在进塔和出塔时不同，对吗？为什么？请推导出其变化关系式？（重点） 氨合成反映过程中物料总摩尔随反映进行而减小，惰性气体不参加反映，故惰性气体浓度在进塔和出塔时不同。P2073、氨合成催化剂重要有哪些物质构成，各物质重要起什么作用？何为构造型增进剂、电子型增进剂？ 铁系催化剂活性组分为金属铁，为还原前为FeO、Fe2O3，作为增进剂成分为K2O、CaO、MgO、Al2O3、SiO2等 Al2O3、MgO加入使催化剂表面积增大，氨含量亦随之增长。K2O使催化剂表面积有所下降，活性明显增长。CaO能减少熔体熔点和粘度，还可以提高催化剂热稳定性。SiO2具备中和碱性组分作用，还具备提高催化剂抗水毒害和耐烧结性能。 构造型增进剂：通过改进还愿态铁构造而呈现出增进作用 电子型增进剂：使金属电子逸出功减少，有助于氮活性吸附，从而提高活性4、氨合成催化剂活性下降因素有哪些，如何防止？ 细结晶长大变化了催化剂构造，催化剂中毒以及机械杂质遮盖而使比表面积下降 氢氮原料气送往合成系统前应充分清除各类毒物以保证原料气纯度5、理论上如何调节氨合成工艺温度？以达到最大平衡氨含量？ 氨合成温度普通控制在400500，催化剂床层进口温度比较低，不不大于或等于催化剂使用温度下限，依托反映热床层温度迅速提高，而后温度再次下降，生产后期，催化剂活性减少，操作温度应恰当提高6、氨合成时如何调节压力达到最佳经济效益？ 普通原料气和设备费用对过程经济指标影响较大，在1035MPa范畴内，压力提高，综合费用下降，从能量消耗和综合费用分析，可以以为30MPa左右是氨合成比较适当操作压力7、增大氨合成时空间速度，会对生产效益带来负面影响，试进行分析。 加大空速将使系统阻力增大、循环功耗增长，氨分离所需冷冻负荷也加大。同步，单位循环气量产氨量减少，所获得反映热也相应减少，当反映热减少到一定限度，合成塔就难以维持“自热”。8、 试分析合成塔进口气构成对氨合成影响。当氢氮比为3时，对于氨合成反映，可得最大平衡氨含量 氨合成反映中氢和氮总是按3:1消耗，新鲜空气氢氮比控制为3，否则循环系统中多余氢或氮就会积累起来，导致循环气中氢氮比失调。维持过低惰性气体含量需要大量排放循环气，导致原料气消耗量增长，循环气中惰性气体含量一定，新鲜气消耗随之增大，循环气中惰性气体含量应依照新鲜气惰性气含量、操作压力、催化剂活性等条件而定。进塔气体中氨含量越高，氨净值越小，生产能力越小。初始氨含量高低取决于氨分离办法。9、氨有哪些分离办法？各有什么优、缺陷？ 水吸取法：氨在水中溶解度很大，与溶液平衡气相氨分压很小，因而用水吸取法分离氨效果良好。但气相亦为水蒸气饱和，为防止催化剂中毒，循环气需要严格脱除水分后才干进入合成塔。水吸取法产品是浓氨水 冷凝法：该法是冷却含氨混合气使其中大某些气氨冷凝以便于不冷凝氢氮分开，加压下，气相中饱和氨含量随温度减少、压力增高而减少。水冷仅能分离一某些氨，气相尚含氨7%9%，需要进一步以液氨做冷冻剂冷却到0如下，才也许使气相中氨含量降至2%4%、10、氨合成塔由哪两某些构成？为什么要这样设计？ 氨合成塔普通都由内件和外筒两某些构成，内件置于外筒之内。内件由催化剂筐、热互换器、电加热器三个重要某些构成。进入合成塔气体先通过内件与外筒之间环隙，内件外面设有保温层，以减少向外筒散热。氢氮对碳钢有明显腐蚀作用，在高温高压下，氮与钢中铁及其她诸多合金元素生成硬而脆氮化物，导致金属机械性能减少，因而需要设计成外筒重要承受高压，不承受高温，内件只承受高温不承受高压、11、何为驰放气，如何回收其中氢？液氨冷凝过程中，某些氢氮气及惰性气体溶解其中，溶解气体大某些在液氨贮槽中减压释放出来，称之为贮槽气或驰放气。回收：中空纤维膜分离法、变压吸附分离法、深冷分离法第五章 合成氨综述1、 名词解释：冷法净化：把采用像低温甲醇洗涤法脱硫、脱碳，深冷分离法脱除少量CO操作热法净化：把采用像热钾碱法脱碳、甲烷化法脱除少量CO与CO2操作2、重油为原料含硫量较高，用德士古气化炉或谢尔气化炉各应采用什么工艺流程，画出并阐明因素？ 德士古激冷发流程:重油+纯氧+蒸汽德士古制气消除炭黑耐硫变换一步低温甲醇法脱硫脱碳深冷洗涤法最后净化压缩合成氨 谢尔废热锅炉造气流程：重油+纯氧+蒸汽谢尔炉清除炭黑低温甲醇法脱硫高低变换低温甲醇法脱碳深冷洗涤法最后净化压缩合成氨3、煤为原料用UGI炉气化工艺总流程？ 煤+空气+蒸汽半水煤气氧化法制硫高温变换低温变换氨吸取法脱碳铜氨液吸取最后净化压缩合成氨4、煤为原料用德士古炉气化工艺总流程，用谢尔气化炉工艺总流程 德士古激冷流程：70%水煤浆+纯氧造气耐硫变换一步法低温甲醇法脱硫脱碳深冷洗涤法最后净化压缩合成氨 谢尔废热锅炉造气流程：粉煤+纯氧+蒸汽造气低温甲醇法脱硫高变低变低温甲醇法脱碳深冷洗涤法最后净化压缩合成氨5、天然气为原料制氨总流程？ 天然气脱硫一段转化二段转化高低变换热碳酸钾脱碳甲烷化法最后净化压缩合成氨