第一章原料气的制取习题及答案

习题一、填空题1、德士古气化炉是一种以进料的的气化装置，该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为和。

2、目前常用的气化炉有、、、。

3、煤气发生炉可根据使用气化剂和煤气热值不同，一般可以分为、、、。

4、气化的基本过程包括、、、等几个过程。

5、煤的气化是指利用进行多相反应产生、、的过程。

6、对于移动床气化炉而言，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为、、、、、。

7、合成氨过程中，要求半水煤气的组成满足：。

8、根据自控水平及维护炉内工作状况稳定的原则，一般循环时间为。

9、在间歇制气过程中，要求在正常生产条件下，吹出物量不应超过总入炉燃料量的，一般生产1 m3的半水煤气，约消耗的空气。

10、烃类蒸汽转化催化剂中，活性组分是，但其以形式存在于催化剂中，因此在使用时必须先用或进行。

二、判断题1、以空气为气化剂生产的煤气叫做水煤气，其组成中含有大量的H2和CO，发热量很高，可作为燃料。

（）2、煤中灰分高，有利于气化生产，气化率高。

（）3、在气化过程中，煤的粒度越小，气化率越高。

（）4、经常使用及长时间停炉的煤气发生炉可直接点火，可以不经烘炉直接投入生产运行。

（）5、如果生产中没有及时给煤，炉内料层高度下降，煤气出口温度会带上升。

（）6、如果气化炉卸炉不充分，不会影响出口煤气温度。

（）7、从发生炉出来的粗煤气温度很高，带有大量的热量同时带有大量的固体杂质。

（）8、煤气中的硫主要以SO2、硫醇形式存在。

（）9、水碳比越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。

（）10、压力越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。

（）11、提高转化温度，有利于甲烷的蒸汽转化，同时可抑制析碳反应的进行。

（）12、二段转化过程中，要求催化剂中镍含量要高。

（）13、烃类蒸汽转化催化剂的永久性毒物主要是硫化物及砷化物。

（）三、名词解释1、空气煤气2、水煤气3、混合煤气4、半水煤气5、水蒸气分解率6、循环时间7、水碳比8、空间速率四、简答题1、原料气制取的途径是什么2、简述煤气化的原理。

3、制取半水煤气的工业方法有哪些4、半水煤气生产特点是什么5、间歇式制半水煤气的工作循环有那几个阶段6、目前常用的气化炉形式有什么形式的7、气化用煤分为哪几类各有什么特点8、析碳反应的危害有哪些9、工业生产中一般采取什么措施防止炭黑生成10、石脑油蒸汽转化工艺和甲烷蒸汽转化工艺有什么不同之处五、论述题1、论煤质中水分含量对气化的影响。

2、论F-T合成反应的影响因素。

3、论煤的粒度对气化过程的影响。

4、流程分析：①上述工艺流程图中1、2、4、5分别是什么设备有什么作用②该工艺流程属于间歇式生产煤气还是连续化法生产③简述工艺流程。

5、流程分析：①设备1、2的名称是什么各起什么作用②二段转化炉内发生的主要反应有哪些③ 简述工艺流程。

习题答案一、填空题1、水煤浆 加压气流床 淬冷型 全热回收型2、移动床、流化床、气流床、熔融床3、空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气4、煤的干燥、煤的干馏、煤的热解、煤的反应5、煤或半焦与气化剂 碳的氧化物、氢气、甲烷6、空气层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层7、n(CO+H 2)/n(N 2)=、9、4% -1.05m 310、镍 氧化镍 氢气 一氧化碳 还原二、判断题1、×2、3、×4、×5、√6、√7、√8、×9、√ 10、×11、× 12、× 13、×三、名词解释1、空气煤气：以空气为气化剂生成的煤气。

主要成分： N 2，CO ，CO 2，H 2。

2、水煤气：以水蒸气为气化剂生成的煤气。

主要成分： H 2，CO ，CO 2，N 2。

3、混合煤气：以空气和适量水蒸气的混合物为气化剂生成的煤气。

主要成分： N 2，CO ，H 2，CO 2。

4、半水煤气：以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气。

主要成分： H 2，CO ，N 2，CO 2。

5、%100⨯=分解前的水蒸汽量水蒸气分解量水蒸气分解率 6、循环时间：每一工作循环所需要的时间，成为循环时间。

包括五个阶段：吹风阶段、一次上吹、下吹、二次上吹、空气吹净阶段。

7、水碳比：是指进口气体中水蒸气与烃原料中所含碳的摩尔比。

8、空间速率：单位体积催化剂每小时处理的气量，建成空速。

四、简答题1、答：现在工业上采用天然气、炼厂气、石脑油、焦炉气、重油、焦炭和煤生产合成氨，其在高温下与水蒸气作用，制取粗原料气时都可用下式表示，CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2(H>0)或C+H2O=CO+H2()按供热方式的不同，制取粗原料气有下述三种不同方法：外部供热的蒸汽转化法，内部蓄热的间歇操作法，自热反应的部分氧化法。

2、答：以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为：C+O2=CO2,C+1/2O2=CO,C+CO2=2CO,CO+1/2O2=CO2以水蒸气为气化剂时，碳与水蒸气的反应为C+H2O=CO+H2,C+2H2O=CO2+2H2通过有关计算知道，下温度高于900℃，水蒸气与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及CO，其他组分含量接近于零，随着温度的降低，H2O、CO2及甲烷等平衡含量逐渐增加。

3、答：以水蒸气为气化剂的蒸汽转化法：按气化性质分,以纯氧或富氧（有时也同时加入水蒸气）空气作为气化剂的部分氧化法，按气化炉床层形式分，固定床、流化床、气流床和熔床，按排渣的形态分，固体排渣式和液体排渣式。

4、答：（CO+H2）与N2的比例为～以空气为气化剂时，，得含N2的吹风气。

以水蒸气为气化剂时得到含H2的水煤气，以前者反应热为后者提供反应所需要的热，并能维持系统的自热平衡的话，得不到合格的半水煤气；为维持自热平衡，并得到合格的半水煤气，必须采用以下方法，间歇制气法，富氧空气（纯氧）气化法，外热法三种制取工业半水煤气。

5、答：五个阶段，按气体流向：吹风阶段，吹入空气，提高燃料层的温度，吹风气放空；一次上吹制气阶段，自下而上吹入水蒸气进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高；下吹制气阶段，水蒸气自上而下进行反应，使燃料层温度趋于均衡；二次上吹制气阶段，使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备；空气吹净阶段，此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。

6、答：移动床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、熔融床气化炉。

7、答：气化用煤分为四类：（1）气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、半焦、贫煤等。

（2）气化时黏结并产生焦油，代表性原料油弱黏结性煤和不黏结性煤。

（3）气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。

（4）气化时不黏结产生大量甲烷，代表性原料有泥炭。

8、答：因为炭黑覆盖在催化剂表面，不仅堵塞微孔，降低催化剂活性，还会影响传热，使一段转化炉炉管局部过热而缩短使用寿命。

甚至还会使催化剂破碎而增大床曾阻力，影响生产能力。

9、答：（1）实际水碳比大于理论水碳比，这是不会有炭黑生成的前提。

（2）选用活性好、热稳定性好的催化剂，避免进入动力学可能析炭区。

（3）防止原料气和水蒸气带入有害物质，保证催化剂具有良好的活性。

（4）选择适宜的操作条件。

10:、答：①石脑油需先气化，再以气态形式与水蒸气在镍催化剂作用下进行转化反应；②石脑油在蒸汽转化前需进行严格脱硫；③转化过程必须采用抗析碳的催化剂。

五、论述题1、答：（1）煤中水分的存在形式有：内在水、外在水、化合水。

（2）常压气化：水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入干馏层，影响干馏的正常进行，而没有彻底干馏的煤进入气化阶段后，又会降低汽化段的温度，使得甲烷的生成，CO2和H2O的还原反应速率降低，降低煤气产率和气化率。

（3）加压气化：适量的水分有好处，因为水分高，挥发分也高，在干馏阶段半焦的气孔率也较大，当进入气化层时，气化速率快，生成的煤气质量好。

（4）炉型不同对气化用煤的水分含量也不同。

固定床水分含量要求在8-10%，而流化床和气流床要求较低，水分含量要求小于5%。

2、答：（1）原料气组成：①的高低影响合成反应速率的快慢。

CO和H2含量高合成反应速率快，但放热量多易引起床层超温，且成本高，故要求含量在80-85%之间。

②V（H2）/V(CO)的体积比影响反应进行的方向。

V（H2）/V(CO)比值高有利于饱和烃、轻产物及甲烷的生成；V（H2）/V(CO)比值低有利于烯烃、重产物及氧化物的生成。

③提高合成气中的V（H2）/V(CO)和反应压力可提高利用率。

（2）反应温度F-T合成反应温度主要取决于合成时所选用的催化剂。

每一种催化剂都有合适的温度范围，如钴催化剂合适的温度范围为170-210℃。

（3）反应压力反应压力不仅影响催化剂的活性和寿命，而且也影响产物的组成与产率。

（4）空间速度对于不同催化剂和不同合成方法，都有最适宜的空间速度范围。

3、答：（1）粒度大小与比表面间的关系煤的粒度越小，其比表面积越大。

气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。

（2）粒度大小与传热间的关系煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外的温差越大，粒内焦油蒸汽的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。

（3）粒度大小与生产能力间的关系煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使气化炉的气化效率降低。

（4）粒度大小对各项气化指标的影响通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加，气化炉的生产能力下降。

4、答：①1：煤气发生炉，主要用于生产煤气；2：燃烧室，回收热量；4：废热锅炉，回收余热；5：洗涤塔，洗涤煤气并进行降温。

②该流程属于间歇式生产半水煤气工艺流程。

④固体燃料由加料机从煤气发生炉1顶部间歇加入炉内。

吹风时，空气经鼓风机加压之下而上通过煤气发生炉，吹风气经燃烧室2及废热锅炉4回收热量后由烟囱放空。

燃烧室中加入二次空气，将吹风气中可燃气体燃烧使室内的格子蓄热砖温度升高。

蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再经洗气箱3及洗涤塔5进入气柜。

下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入，经预热后进入煤气发生炉自上而下流经燃料层。

由于煤气温度较低，直接经洗气箱和洗涤塔进入气柜。

二次上吹时，气体流向与上吹响铜。

空气吹净时，气体经燃烧室、废热锅炉、洗气箱和洗涤塔进入气柜。

燃料气化后，灰渣经螺旋炉箅由刮刀刮入灰箱，定期排出炉外。

5、①1：钴钼加氢反应器，将有机硫转化为硫化氢；2：脱硫槽：将硫化氢脱除。

②二段转化过程中催化剂床层顶部发生的反应为：2222H +O =2H O(g) 222CO+O =2CO ；催化剂床层中部发生的主要反应为：422CH +H O=CO+3H 422CH +CO =2CO+2H 222CO+H O=CO +H ③原料天然气经压缩机加压到后，配入%%的氢于一段转化炉对流段3盘管加热至400℃，进入钴钼加氢反应器1进行加氢反应，将有机硫转化为硫化氢，然后进入氧化锌脱硫槽2脱除硫化氢，然后配入中压蒸汽，使水碳比达左右，进入对流段盘管加热到500-520，送入辐射段4顶部原料气总管，再分配进入各转化管。