化工工艺复习题及解答

1、天然气水蒸气转化合成气过程为何分为二段进行？

答：从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低，因而加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补，但是在1000度高温下反应管的材质经受不了，因此，为了满足参与甲烷≤0.3%的要求，需要将转化过程分成两端进行。

2、合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？

答：原料路线相似、制气方法相似、净化工艺大部分相似、合成工艺原理、生产方法基本相同、公用工程基本相同。

3、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生碳的机理有何不同？

答：结焦是在较低的温度下（〈1200K〉通过芳烃缩合而成；生碳是在较高的温度下(1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子

4、烃类热裂解中，为何要加入水蒸气？

答：水蒸汽优点：

(1)降低烃分压，有利于一次反应，抑制二次反应。

(2) 水蒸气的热容较大，水蒸气升温时虽然耗热较多，但能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。

(3) 易于从裂解产物中分离，对裂解气的质量无影响，且水蒸气便宜易得。

(4) 可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用。水蒸气在高温下与裂解管中沉积的焦碳发生如下反应C+H2O=H2+CO实际上起了对炉管的清焦作用。

(5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用

5、氧化脱氢法与催化脱氢法相比有哪些优点？

答：①氧化脱氢反应温度较低。②通常脱氢是吸热反应，而氧化脱氢却是放热的，可省去原先的供热设备；③由于催化剂在较低温度和氧气气氛下工作，结焦极少，所以催化剂可以长期运转；④在通常脱氢反应中，压力对平衡转化率有很大影响，但在氧化脱氢时，压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要；⑤由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。而在通常的脱氢法中，升高温度转化率可以提高，但选择性因副反应激烈往往是下降的。

6、在乙烯直接氧化制环乙烷过程中，与空气氧化法相比较，氧气氧化法有哪些优点？

答：与空气氧化法相比，用氧气氧化乙烯制环氧乙烷具有如下优点：

（1）空气氧化法反应部分的工艺流程较为复杂，需要空气净化系统、排放气氧化和吸收系统及催化燃烧系统，2~3台氧化反应器。而氧气氧化法只需要一台反应器，不需要上述系统，仅多了一套脱碳系统，不包括空气分离装置时，氧气氧化法的建厂费用和固定资产投资比空气氧化法省。

（2）氧气氧化法的催化剂不会受空气污染，且氧化反应温度低，因此催化剂的寿命长。（3）氧气氧化法可采用浓度较高的乙烯，反应器的生产能力比空气氧化法高。

（4）氧气氧化法的乙烯消耗定额和电力消耗比空气氧化法低。

7、乙苯催化脱氢合成苯乙烯工艺中脱氢部分用哪两种类型的反应器，各有什么优缺点？答：分为：（1）等温反应器和(2)绝热反应器。等温反应器优点是出口温度高于进口，对动力学、热力学有利：采用等温反应器脱氢，乙苯转化率选择性都好，另外水仅作为稀释，用量为绝热的1/2，缺点是结构复杂，成本高；绝热反应器优点是简单，生产能力大，成本低。缺点：出口温度低于进口影响转化率，因此绝热反应器脱氢，不仅转化率较低，选择性也较低。

8、在裂解气的深冷分离过程中，乙烯损失的主要部位有哪几处？

答：冷箱尾气中带出损失、乙烯塔釜液乙完中带出损失、脱乙烷塔釜液C3 馏分中带出损失、压缩段间凝液带出损失。

9、写出三烯和三苯的主要来源

答：“三烯”主要来源：主要来源于石油（炼厂气分离，烃类热裂解制备）；“三苯”主要来源：石油、天然气和煤（从炼焦副产粗苯中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取）10、工业上苯的来源主要有哪五种？

答：从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取，从甲苯岐化获取或甲苯加氢脱甲基获取

11、请参考p170页天然气-水蒸气转化工艺流程图回答下列问题：

（1）1#设备的作用是什么？

答:1#设备的作用是将有机硫转化为无机硫。

（2）2#设备的作用是什么？

答:2#设备的作用是用氧化锌干法脱硫法脱除天然气中的无机硫。

（3）此工艺为何要设置二段转化？

答:一段生产无法达到对天然气转化的要求：残余甲烷含量低于0.5%，H2/N2 = 3/1。二段转化可以满足上述要求，同时还可以提供后续合成所需氮气。

（4）为何要向二段转化器中引入经预热至450度左右的空气？

答:降低二段转化的热负荷，提高二段转化催化剂的利用率。

（5）此工艺的压力为何选3Mpa？

答:有三大优点：可以节省压缩功消耗；提高过量蒸汽余热的利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。

12、对裂解气进行深冷分离包括哪三大部分？每部分作用是什么？裂解气为什么要进行压缩？为什么分段压缩？

答：气体净化系统——脱酸性气体、脱水、脱炔、脱一氧化碳。

压缩和冷冻系统——加压降温。

精馏分离系统——精馏塔、分离甲烷、乙烯、丙烯、C4馏分及C5馏分。

裂解气压缩的目的是①使分离温度不太低②少耗冷量。

为了节省能量，降低压缩的功率，气体压缩一般都采用多段压缩，段与段段与段之间都设置中间冷却器。

13、氢氨气合成氨的的流程图p200，回答下列问题：

（1）设置甲烷化气-新鲜气换热器2和水冷器3的目的是什么？

答：在氢氮气合成压缩机的段间设置甲烷化气-新鲜气换热器2和水冷器3的目的在于，氢氮气合成压缩机的进口压力为2.7MPa，而压缩机的出口压力达到15MPa，如果采用一段压缩，其压缩比过大，而导致压缩功耗过大，在采用多级（段）压缩时，当被压缩的气体冷却后，气体的体积会因温度的下降而下降，而压缩功耗与气体的体积正相关，故而达到节省压缩功的目的。

（2）什么是弛放气？为什么要放空？放空气在放空之前为什么要设置放空气氨冷器和放空气分离器？

答：所谓弛放气是指在高压氨分离器分离液氨时，压力较高，液氨对氢氮气和其他惰性气体的溶解度较大，当液氨由高压氨分离器经减压进入低压氨分离器时，由于压力降低，上述气体在其中的溶解度下降而逸出，这一部分逸出的气体称为弛放气。如果不放空，必将造成惰性气体的积累，由于在Kellogg的流程中，放空的位置选在合成塔的出口，在此位置的氨含量最高，因此，设置了氨冷器和氨分离器，将放空气中的氨回收回来，防止氨的损失。（3）设置开工炉的目的是什么？