液氮洗工段操作问答

液氮洗工段操作问答

1、液氮洗系统的生产任务是什么？

答：液氮系统的主要生产任务有：

1）净化原料气：

利用分子筛吸附器脱除来自低温甲醇洗工艺气中的微量CO2、CH3OH等高沸点物质。

利用液氮洗涤脱除工艺气中对氨合成触媒有害作用的微量CO及CH4、Ar等惰性气，制取CO<5ppm的净化气。

2）配氮

根据氨合成系统的需要，向出系统的合成气中配入高压氮气，调节合成气的氢氮比（理论值3：1），作为生产合成氨的原料。

3）回收CO、CH4等可燃性气体，供燃料气系统作为燃料气。

4）回收氮洗塔底尾液中H2，送往K401压缩回收利用。

5）调整冷量平衡，为低温甲醇洗工段提供冷量。

2、什么叫吸附？吸附与解吸时热量如何变化？

答：吸附是指两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。

具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被成为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。

我们通常所说的气体的吸附是指气体与多孔性固体接触时，气体中的一种或几种组份附着在固体表面的现象。其中多孔性固体称为吸附剂，被吸附的气体组份称为吸附质。

气体的吸附过程与液化过程相似，是放热过程，即温度升高；而解吸过程是吸热过程，温度要降低。例如在V-501A/B中吸附CO2、CH3OH时要放热，工艺气温度要升高，而再生时由于CO2、CH3OH的解吸要吸热，使得再生气的温度下降。

3、根据吸附质与吸附剂之间的相互作用不同，吸附剂可分为：

化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附四大类。

化学吸附：吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。

活性吸附：吸附质与吸附剂间生成有表面络合物的吸附过程。

毛细管凝缩：是指固体吸附剂在吸附蒸气时，在吸附剂空隙内发生的凝结现象，一般需要加热才能完全再生。

4、简述物理吸附的定义？有何特点?

答：物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力和电磁力）进行的吸附过程。

特点：1）吸附过程中没有化学反应，吸附热一般不大，接近于冷凝热。

2）吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成；

3）这种吸附是完全可逆的；

4）除了固体表面之外，吸附剂本身性质对吸附质无选择作用。

5、简述吸附平衡的概念？

答：吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附

质在两相中的分布达到平附平衡实际上是一个动态的平衡过程，此时吸附质的吸附和解吸速度相当，一定时间内进入吸附相的吸附质分子数和离开吸附相的吸附质分子数相等，从宏观上看，吸附量不再增加。

6、何为平衡吸附量？平衡吸附量与那些因素有关？

答：吸附过程达到吸附平衡时，吸附剂对吸附剂的吸附量称为平衡吸附量。平衡吸附量的大小与吸附剂的物化性质---比表面积、孔结构、粒度、化学成分有关，也与吸附质的物化性能、压力（或浓度）、温度等因素有关。在吸附剂和吸附质一定时，平衡吸附量就是吸附质的分压（或浓度）和温度的函数。

7、温度和压力对吸附剂平衡吸附量有何影响？是什么影响？

答：在温度一定时，随着吸附剂分压的升高吸附剂的吸附容量逐渐增大，压力一定时，随着温度的升高吸附剂的吸附容量逐渐减小。

以上原因的微观解释：由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因此压力越高平衡吸附容量也就越大；而温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少。

8、何为吸附等温线？

答：在实际中，经常用吸附等温线来描述吸附过程中平衡吸附量与吸附质分压（或浓度）的关系，吸附等温线就是在一定的温度下，测定出不同压力下，吸附质组份在吸附剂上的平衡吸附量，将不同压力下得到的平衡吸附量连接而成的曲线。

9、何为吸附剂的选择性？

答：对于同一种吸附剂，不同的吸附质，在相同的温度和压力下，由于吸附质各组分分子的结构、大小、极性各不相同，吸附剂对吸附质的吸附能力不同，吸附剂的平衡吸附量是不同的，即具有选择性。

10、什么叫吸附前沿？

答：实际吸附中，由于传质阻力的存在，流体的速度、吸附相平衡以及吸附机理等各方面的影响，吸附质浓度恒定的混合气体通过吸附床层时，首先是在吸附床层的进口形成S 形曲线，如下图所示，此曲线称为吸附前沿（或传质前沿）。

11、吸附器内吸附过程是怎样进行的？

答：气体或液体经过吸附器床层时，吸附剂床层不是全部同量进行吸附，而是分层逐步进行的，吸附质前沿气流方向逐步在每一层吸附剂上吸附至饱和。随着气体混合物的不断流入，吸附前沿将不断向前移动，经过一段时间后，吸附前沿的前端将达到吸附床的出口端。S形曲线所占的床层长度称为吸附的传质区（MTZ），传质区形成后，只要气流速度不变，入口气体混合物中吸附质浓度不变，其长度将不改变，随着气流的进入，沿气流方向向前推进，因此在吸附过程中，如下图所示，吸附床层内可以分为三个区域：

吸附饱和区：在此区域内的吸附剂不再吸附，达到动态平衡状态；

吸附传质区：在此区域内吸附剂已经吸附了部分吸附质，但未达到动态平衡，还在继续进行吸附；

未吸附区：此区域内吸附剂为“新鲜”吸附剂，吸附剂还未开始吸附；吸附过程只是在传质区为一定形状的浓度分布范围内进行，在吸附工况处于稳定状态下，浓度梯度的分布形状和长度基本不变，以一定的速度在吸附床层上移动。随着吸附过程的持续进行，吸附床内的吸附饱和区逐渐扩大，而尚未吸附区逐渐缩小。当传质区到达吸附床出口端时，流出气体中的吸附质浓度开始突然上升的位置，即所谓的穿透点，与其相对应的吸附质浓度、吸附时间分别称为穿透浓度和穿透时间。

12、选择吸附剂时应考虑那些问题？

答：1）具有较好的选择性。不能吸附混合物中所有组份，只吸附从中清除的组份，且吸附速度较快。

2）具有较大的吸附容量；

3）具有较高的机械强度和耐磨性，耐压、不粉化，耐气流冲刷；

4）具有较高的热稳定性，温度波动不易破碎。

5）颗粒大小均匀，流动阻力系数小。

6）价格便宜，容易再生。

13、吸附剂的吸附容量与哪些因素有关？

答：1）吸附过程的温度以及被吸附组份的分压；

2）气体的流速（空速）；

3）吸附剂的再生完全程度；

4）吸附剂的装填量；

5）吸附剂的吸附时间。