PAGEPAGE8第二章粗原料氣制取一、 固體燃料氣化法名詞解釋：煤氣化：使煤與氣化劑作用，進行各種化學反應，把煤炭轉變為燃料用煤氣或合成用煤氣。加氮空氣；水蒸汽和空氣同時加入，空氣的加入增加了氣體中N的含量，用來調節原料氣中氫氮比，制得合格煤氣標準煤：含碳量為84%的煤（每千克標準煤的熱值為7000千卡）煤氣化有幾種工業方法？各有什么特點？蓄熱法：將空氣和水蒸氣分別送入煤層，也稱間歇式制氣法富氧空氣氣化法：用富氧空氣或純氧代替空氣進行煤氣化外熱法:利用其他廉價高溫熱源來為煤氣化提供熱能，尚未達到工業化階段固定床：氣體從顆粒間的縫隙中穿過，顆粒保持靜止流化床：增大氣速，顆粒開始全部懸浮于氣流中，而且床層的高度隨氣速的增大而升高氣流床：氣流速度增大至某一極限值時，懸浮于氣流中的顆粒被氣流帶出間歇式氣化爐、魯奇爐、溫克勒爐、K-T爐、德士古爐空氣和水蒸氣空氣煤氣N2CO、水煤氣HC、混合煤氣、半水煤氣:使新入煤爐中的水分蒸發干餾區：煤開始熱解，逸出以烴類為主的揮發分，而燃料本身開始碳化氣化區:煤氣化的主要反應在氣化區進行灰渣區：灰渣于該區域出爐固定床氣化爐燃料最下層是什麼區？其有何作用？灰渣區 可預熱從底部進入的氣化劑并保持不因過熱而變形間歇式制半水煤氣的工作循環是什么？為什么？循環時間如何分配？工業上將自上一次開始送入空氣至下一次再送入空氣為止吹風階段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空氣吹凈什麼是加氮空氣？其作用為何？使用中應注意什麼事項？水蒸汽和空氣同時加入，空氣的加入增加了氣體中N的含量。用來調節原料氣中氫氮比，制得合格煤氣使爐溫下降慢調節合成氨氣體成分，嚴格控制氮含量，以免引起事故德士古爐廢熱如何回收？直接激冷法、間接冷卻法、間接冷卻和直接淬冷有差別？Ｐ７０ Ｐ７２二、一氧化碳變換1、名詞解釋：高溫變換在320～350℃變換，使CO含量低于。使用Fe-Cr催化劑，使部分CO轉化為CO2 H2O低溫變換：CO在230~280℃變換，使CO含量低于0.3%,使用Cu-Zn催化劑耐硫變換：寬溫變換在180~500℃，使用Co-Mo系催化劑重油、煤氣化制氨流程中將含硫氣體進行CO變換，再脫硫、脫碳2、高溫變換催化劑由哪些成分組成？各起什么作用？以Fe2O3為主體，加入鉻、鉀、銅、鋅、鎳等的氧化物后可以提高催化劑的活性，加入鋁、鎂等的氧化物可以改善催化劑的耐熱及耐毒性能3、低溫變換催化劑由哪些成分組成？各起什么作用？銅微COCO氧化鋁、氧化鉻對銅微晶都是有效的穩定劑4．高溫變換催化劑還原時，為什麼需要保證足量的水蒸汽？加入足夠量的水蒸汽以防止催化劑被過度還原為元素鐵低溫變換催化劑還原時，為什麼要嚴格控制還原條件，氫氣含量按程序逐步提高？由于還原反應放熱量大，工業生產上因還原操作不慎而燒壞催化劑、縮短使用壽命的實例不少。因此，一定要嚴格控制還原溫度，精心做好配氫工作分段高溫變換時，段間冷卻有哪些作用？為了盡可能接近最佳溫度線進行反應，可采用分段冷卻。段數越多，越接近最佳反應溫度線為什么低溫變換溫度要高于露點溫度？有什么危害？以低變催化劑的操作溫度不但受本身活性溫度的限制，而且還必須高于氣體的露點溫度8．以煤為原料制氣，為什么高溫變換要分段進行？而低溫變換不必分段進行？以煤氣化制得的合成氨原料氣，CO含量較高，需采用多段中溫變換。用銅氨液最終清除CO，該法允許變換氣CO含量較高，故不設低溫變換。低溫變換過程溫升很小，催化劑不必分段9．如何確定變換工藝，以天然氣或煤為原料各應采用什么變換工藝？說明原因。①CO的含量；②進入系統的原料氣溫度及濕含量；③CO變換與脫除殘余CO的方法結合考慮天然氣：中（高）變-低變串聯，原料氣中CO含量低，中（高）變催化劑只需配置一段煤：多段變換，CO含量高需采用多段變換第三章粗原料氣的凈化一、硫化物的脫硫1、名詞解釋：脫硫：原料氣中硫化物的脫除脫碳：二氧化碳的脫除最終凈化：少量殘余一氧化碳和二氧化碳的脫除空間速度：指單位時間、單位體積催化劑通過的標準狀態下反應器氣體的體積無機硫：在半水煤氣中，無機硫是指H2S有機硫：對于半水煤氣，有機硫通常以硫氧化碳為主，其次為二硫化碳、硫醇，硫醚和噻吩的含量較少。天然氣中有機硫主要成分是甲硫醇反應性硫化物：可被ZnO非反應性硫化物：噻吩及噻吩族屬于最難脫除的硫化物，故稱為非反應性硫化物硫穿透：當清凈區逐漸縮短直至從床層中完全消失時，繼而當出口氣中出現H2S時稱為硫穿透工作硫容：當整個床層由“飽和區”和“傳質區”兩部分組成時，床層脫硫劑的硫容稱為穿透硫容或稱工作硫容飽和硫容：當整個床層由飽和區組成時，床層脫硫劑的硫容量稱為飽和硫容2、何為濕法脫硫，其有何優缺點？主要用于哪些原料制氣的脫硫？為什么？脫硫液再生簡單，且可循環利用，還可回收硫磺。但因受物理或化學反應平衡的制約，其脫硫精度不及干法適用于煤和石油造氣3、何為干法脫硫，其有何優缺點？主要用于哪種原料？為什么？干法脫硫是利用固體脫硫劑。最大優點是精度高。主要缺點：脫硫設備機組龐大，更換脫硫劑工作笨重，再生能耗大適用于低含量天然氣4、濕法脫硫方法的選擇原則有哪些？①滿足特定工藝對脫硫要求的凈化度②硫容量大③脫硫劑活性好，容易再生，且消耗定額低④不易發生硫堵⑤脫硫劑價廉易得⑥無毒性、無污染或污染小5、氧化還原脫硫為什么必須滿足下列條件0.75V>Q/H2>0.2？為保證脫硫劑能充分氧化H2S，同時又能使脫硫后脫硫劑能被空氣中氧所再生6、氧化鐵脫硫劑由什么構成？以鐵屑或沼鐵礦、鐵木屑、熟石灰拌水調制，并經干燥而制成7?,?脫硫精度高，硫容量大，使用性能穩定可靠可將原料氣中的硫化物脫除到0.5~0.05cm3/m3數量級天然氣、石油餾分、油田氣、煉廠氣、合成氣、以及二氧化碳原料氣8、氧化鋅脫硫床層如何分區?畫出雙床串聯倒換法氧化鋅脫硫流程,為什么這樣設計?9、以天然氣或煤為原料制氣，各用什么方法脫硫，為什么/多采用有機溶劑法脫硫，因為有機溶劑對有機硫具有良好的溶解性二、脫碳1、物理與化學吸收法脫碳相比較，各有哪些特點和規律？物理吸收：各分子間的作用力為范德華力，符合亨利定律，高壓下，物理吸收的吸收量大，物理吸收的吸收能力比化學吸收大，物理吸收中，吸收劑的吸收容量隨酸性組分分壓的提高而增高，溶劑即是吸收劑，可采用簡單閃蒸法（溶液再生中）量與吸收劑中活性組分的含量有關，熱效應大，溶液再生時，需要用再沸器進行熱再生，化學吸收的溶劑是有限的2、熱碳酸鉀脫碳溶液包括哪些物質？各起什么作用？A碳酸鉀，提高吸收能力，加快反應速率B活性劑，提高凈化度C腐蝕D消泡劑，破壞氣泡間液膜的穩定性，加速氣泡的破裂，降低溶液的起泡高度3、兩段脫碳吸收塔外形如何設計，為什么？吸收塔：吸收塔是加壓設備，進入上塔的溶液量僅為全部溶液量的四分之一至五分之一，氣體中大部分二氧化碳是在塔下部被吸收，因此塔分上下兩段，上塔塔徑較小而下塔塔徑較大上下塔也可以制成同一直徑4、為什么用緩蝕劑，其作用原理是什么？使之不遭受腐蝕5、低溫甲醇洗滌法脫碳有什么優缺點？優點可以脫除氣體中的多種組分 B凈化度高C可以選擇性的脫除原料氣中H2S和CO2,，并分別加以回收D熱穩定性和化學穩定性好E利于后續工藝缺點：工藝流程長，再生過程復雜，甲醇具有毒性6、甲醇富液如何再生？A減壓閃蒸解吸B氣提再生C熱再生7．脫碳后溶液再生時，加熱減壓可以促進二氧化碳的解吸，請問解吸壓力如何確定？為什麼？氧化碳解吸壓力一般在0.18~0.3MPa。8．為什么煤、重油的氣化工藝不同，低溫甲醇洗流程也不相同？解釋原因并畫出兩流程簡圖。脫硫后進變換，在CO變換后在用低溫甲醇洗脫除CO2。一步法甲醇洗適用于激冷過程，原料氣經耐硫變換后，用低溫甲醇洗同時進行脫硫和脫碳9．聚乙二醇二甲醚法脫碳可以百分之百回收二氧化碳，為什么？10-6符合亨利定律，閃蒸的壓力越低，二氧化碳的回收率越高，真空閃蒸的級數完全由經濟效益決定三、原料氣的最終凈化1、名詞解釋：原料氣的最終凈化（有哪幾種方法？：殘余少量CC2CO+C＜10ppm銅氨液：銅鹽氨溶液在高壓低溫下生成CO的絡合物銅洗氣：銅氨液吸收法凈化后的氣體精練氣：銅氨液吸收法凈化后的氣體氮洗：用液體氮洗滌CO的操作甲烷化：在催化劑上用氫氣把CO還原成甲烷2（分子式CO銅氨液中氨有幾種存在形式，各有什么作用？銅氨液是銅離子、酸根及氨組成的水溶液Cu+以【Cu（NH3）2】+形式存在，是吸收CO的活性組分；Cu2+以【Cu（NH3）4】2+形式存在，沒有吸收CO的能力，但溶液中必須有，否Cu（NH3）4Ac2+Cu=2Cu（NH3）2Ac向左進行有金屬銅析出防止金屬銅的生成，極限銅比RM隨TCu增大而減小絡合氨、固定氨、游離氨3．用銅氨液進行最終凈化時，工業生產常選用醋酸，為什麼？其濃度如何確定？若總銅離子濃度為2.5mol/L,醋酸濃度應達何濃度？+、【2+都需要酸根與之結失小。操作中醋酸含量以超過總銅含量10%~15%2.2~3.0mol/L4、銅氨液吸收CO原理，解釋吸收系數和吸收能力的影響因素。銅氨液吸收CO、O、HS反應式。2 2 2P183當游離氨濃度較大時，影響吸收速率的主要是氣膜阻力5、銅氨液再生（解吸及還原的反應方程式、操作條件操作條件與設備疊合設置的巧妙原理（重點）銅液中CO殘余量是再生操作的主要指標之一，影響CO殘余量的因素有壓力、溫度和停留時間A再生壓力：通常只要保持再生器出口略有壓力，以使再生器能夠克服管路和設備阻力達到回收系統即可B再生溫度：在兼顧銅液再生及氨的損失的條件下，接近沸騰情況的常壓再生溫度以76~8060℃C：在銅液循環量一定時，銅液的停留時間，用再生器的液位來控制，一般控制在1/2~2/3合適6、甲烷化法的工作原理和對原料氣的要求是什么？為什么CO+3H2===CH4+H2O △H298=-206.16kJ/molCOCO2+4H2===CH4+2H2O △H298=-165.08kJ/molCO2原料氣中的碳的氧化物含量（體積分數）一般應小于0.7%7、甲烷化催化劑和甲烷轉化催化劑的相同點和不同點？A要求離開甲烷化反應器的碳的氧化物含量是極小的，這就要求甲烷化催化劑有很高的活性，而且在更低的溫度下進行B碳的氧化物與氫的反應是強放熱反應，要求甲烷化催化劑能承受很大的溫升8、甲烷化催化劑還原時，為什么對還原氣中碳氧化物的含量有要求？是多少？為什么？進行甲烷化最終凈化時，為什麼要控制入口氣中碳氧化物的含量？應控制在多少？為什麼？甲烷化催化劑的中毒及注意事項有哪些？為什麼T<200再用原料氣還原時，為了避免床層溫升過高，必須盡可能控制碳的氧化物含量在1%以下只需原料氣中碳氧化物的含量在0.5%~0.7%，甲烷化反應放出的熱量就能足夠將進氣口氣體預熱到需要的溫度除羰基鎳為甲烷化催化劑的毒物外，硫、砷和鹵素也能使它中毒，即使這些元素微量也會降低催化劑的活性和壽命還原后的催化劑不能用含有CO的氣體升溫，以防止低溫時生成羰基鎳9、深冷分離法：原理及其特點，氮氣的作用，原料氣預處理的原因。(<100℃)條件下用液氮吸收分離少量CO氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣（突出優點）實現。液氮洗滌是用高純的氮在-190℃左右將原料氣中所含的少量CO分離的過程。預處理：分子篩吸附CO、CO2；活性炭除去NO、NO2第四章氨的合成1、氨的合成為什么采用循環的回路流程？由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用分離氨后的氫氮氣體循環的回路流程2、惰性氣體濃度在進塔和出塔時不同，對嗎？為什么？請推導出其變化關系式？（重點）氨合成反應過程中物料的總摩爾隨反應的進行而減小，惰性氣體不參與反應，故惰性氣體濃度在進塔和出塔時不同。P2073FeF2O32OCaMgAl2O3、SiO2等Al2O3、MgO的加入使催化劑的表面積增大，氨含量亦隨之增加。K2O使催化劑的表面積有所下降，活性顯著增加。CaO能降低熔體的熔點和粘度，還可以提高催化劑的熱穩定性。SiO2具有中和堿性組分的作用，還具有提高催化劑抗水毒害和耐燒結的性能。結構型促進劑：通過改善還愿態鐵的結構而呈現出促進作用電子型促進劑：使金屬電子逸出功降低，有利于氮的活性吸附，從而提高活性4、氨合成催化劑活性下降的原因有哪些，如何預防？細結晶長大改變了催化劑的結構，催化劑中毒以及機械雜質遮蓋而使比表面積下降氫氮原料氣送往合成系統前應充分清除各類毒物以保證原料氣的純度5、理論上如何調整氨合成工藝溫度？以達到最大平衡氨含量？氨合成的溫度一般控制在400~500度的下限，依靠反應熱床層溫度迅速提高，而后溫度再次下降，生產后期，催化劑活性降低，操作溫度應適當提升6、氨合成時如何調整壓力達到最佳經濟效益？通常原料氣和設備的費用對過程的經濟指標影響較大，在10~35MPa用下降，從能量消耗和綜合費用分析，可以認為30MPa左右是氨合成的比較適宜的操作壓力7、增大氨合成時的空間速度，會對生產效益帶來負面影響，試進行分析。8、試分析合成塔進口氣組成對氨合成的影響。當氫氮比為3時，對于氨合成反應，可得最大平衡氨含量氨合成反應中氫和氮總是按3:1消耗，新鮮空氣氫氮比控制為3，否則循環系統中多余的氫或氮就會積累起來，造成循環氣中氫氮比失調。維持過低的惰性氣體含量需要大量排放循環氣，導致原料氣消耗量增加，循環氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣消耗隨之增大，循環氣中惰性氣體的含量應生產能力越小。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。9、氨有哪些分離方法？各有什么優、缺點？良好。但氣相亦為水蒸氣飽和，為防止催化劑中毒，循環氣需要嚴格脫除水分后才能進入合成塔。水吸收法的產品是濃氨水冷凝法：該法是冷卻含氨混合氣使其中大部分氣氨冷凝以便于不冷凝的氫氮分開，