无机化工工艺学

合成氨作业

1、内表面利用率：固体内孔隙中深度大于宽度的裂缝，孔和空腔内壁的面与反应介质相接触的面积。

1、少量CO最终化法：甲烷化法、深冷分离法、铜氨液吸收法。

1、富液：在吸收塔的吸收操作中，易溶组分在塔内被吸收剂吸收后，于塔底流出的溶液（其中包含有被吸收组分）。贫液：洗涤滤饼所得到的极少或没有回收价值的液体(溶液)。

2、闪点：在规定条件下，加热式样，当式样达到某温度时，式样的蒸汽和周围空气的混合气，一点与火焰接触，即发生闪燃现象，发生闪燃时试样的最低温度称为闪点。

3、氨净值：氨合成塔出口气相中氨含量与进口气相中氨含量的差值。

4、最佳温度：对一定类型的催化剂和一定气体组成而言，必将出现最大的反应速度值，与其对应的T。

5、为什么不能按最佳温度线操作？

答：①在反应前期，因距平衡尚远，即使离开最佳温度线，仍有较高反应速率。②随着反应的进行，温度应逐渐降低，故需要从催化剂床层中不断移去热量，因此，变换各段温度是综合各方面因素而确定的：A、高温变换：a、应在催化剂活性温度范围内操作，反应开始温度应高于催化剂起始活性温度20左右。b、对着催化剂使用年限的增长，由于中毒、老化等原因，催化剂活性降低，操作温度应适当提高。c、为了尽可能接近最佳温度线进行反应，可才用分段冷却；冷却方法：间接换热式（用原料气或饱和蒸汽间接换热），直接冷激式（用原料气、水蒸汽或冷凝水直接加入反应系统进行降温）B、低温变换：由于温升小，催化剂不必分段；注意根据气相中水蒸汽含量，确定低变过程的温度下线。

6、煤气有哪几种？各有什么特点？

答：①空气煤气，以空气为气化剂所制的的没气。按体积分数计，其中约含50%N2，一定量的CO及少量的CO2和H2。属于一种低热值煤气可作工业燃料气用，也可作合成氨原料气中N的来源。②水煤气，以水蒸汽作为气化剂所制的的煤气。按体积分数计，其中H2和CO的含量约在85%以上，含N量低，热值高，主要作为合成氨原料气中H2来源。③以空气和适量水蒸汽的混合物做气化剂所制的煤气，主要用于工业气体燃料。④半水煤气，分别以空气和水蒸汽作为气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气，两者按混合后气体中（H2+CO）与N2的摩尔比为3.1~3.2的比例进行参配.

7、尿素中加甲醛的作用？尿素合成率？在什么相中完成？怎么完成？反应？防腐蚀？

答：作用：提高产品强度，减少粉尘。合成率：50~75%。在气相中完成，2NH3+CO2=NH2CONH2+H2O,防腐蚀：加入空气，形成氧化膜，工业一般加H2O2。

8、临界流化速度：物料刚开始运动的速度；最大流化速度：颗粒的吹出速度。

9、尿素生产的反应原理，在每个设备个发生了哪些法院？为什么？

答：氨和CO2合成尿素的反应分两步进行，首先NH3和CO2合成中间产物NH4COONH2，然后脱水成NH2CONH2，总反应式：2NH3+CO2=NH2CONH2+H2O.合成塔：NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2,2NH2CONHCONH2+NH3.气提装置：在于合成压力相同的压力下，将合成液中一部分NH3和CO2气提出来，随后再冷凝为液体，可不用泵而直接返回合成塔。高压甲铵冷凝器：可视为合成塔的前导，主要进行甲铵的合成反应。蒸发设备：一般采用长管升膜式蒸发器，尿液从底部进入，经受热气化，并向上流动，未汽化的形成薄膜，在高气流的抽携下，快读上升继续汽化。预蒸发器：减少加热蒸汽的耗量。结晶器：利用冷却水夹套，液体冷却至50~65，析出尿素结晶。离心分离机：浆液经离心分离机使结晶与母液分离。干燥器：干燥结晶出来的结晶尿素。造粒机：温度140，尿素浓度达99.7%送往几十米高空，喷洒出来，下降过程中与自下而上的空气逆流接触，熔体得到凝固并冷却。

1、合成气的生产方法主要有几种？什么是？

答：气态烃蒸汽转化法、固体燃料气化法、重油部分氧化法。2、天然气水蒸气转化反应过程的主副反应有哪些？

答：主反应：CH4+H2O→CO+3H2，CH4+2H2O→CO2+4H2，CH4+CO2→2CO+2H2，CH4+2CO2→3CO+H2+H2O,CH4+3CO2→4CO+2H2O,CO+H2O→CO2+H2.副反应：CH4→C+2H2,2CO→C+CO2，CO+H2→C+H2O.

3、影响天然气水蒸气转化反应的平衡组成因素有哪些？有何影响？

答：因素：温度、压力、水碳比（H2O/CH4）,CH4+H2O→CO+3H2，①P一定，T升高，残余CH4%下降，平衡向反应正方向移动；②T一定，P升高，残余CH4%升高，平衡向反应逆方向移动；③（H2O/CH4）升高，残余CH4%下降，平衡向反应正方向移动。因此，甲烷蒸汽转化应在高温、高水碳比和低压条件下进行。

4、天然气水蒸汽转化反应的催化剂组成及使用

答：组成：NiO为最主要成分，同时加入助催化剂，并以AL2O3，MgO.催化剂的使用：①对不同的生产流程有不同的催化剂装填方式；②催化剂使用前先进行还原；NiO→O;③充分考虑催化剂的活性、机械强度、耐热性，④尽量避免催化剂中毒。

5、影响天然气水蒸汽转化反应速率的主要因素有哪些？如何影响？

答：因素：温度、压力、扩散作用。温度升高，反应速率升高；压力升高，反应速率升高；催化剂粒度降低，内表面积升高，内扩散影响下降，反应速率升高。

6、天然气水蒸汽转化过程为何分为二段进行？如何根据化学热力学，化学动力性原理和工程实际来优化天然气-水蒸汽转化制合成气的工艺条件？答：⑴原因：转化率高必须转化温度，全部用很高温度，设备和控制都不利，使设备费用和操作费用增多，采用二段方式，一段温度只在800℃左右，对合金钢管要求低，材料费用低，在二段才通入空气，使与一段的H2反应，产生高温，保证二段中转化较为完全。⑵工艺条件：①压力：从平衡角度看，由于转化反应是一个增体积的可逆反应，压力增大对反应不利；从实际生产运行来看，加压转化可以节约压缩功能耗有利于提高反应速率，减少触媒用量，可以提高蒸汽余热的利用，可减少设备投资费用，综合考虑，压力通常在3.5-5.0MPa②温度，温度是转化气进出口组成的主要因素，温度升高，有利于转化反应的进行，但温度过高，炉管使用寿命降低，燃料消耗增加。一段炉温度760-800，二段炉1000左右。③水碳比，提高水碳比，经济成本提高，系统阻力增加，使能耗增大，以不析碳，原料充分利用，能耗小为原则，2.5-2.7；④空间速度，以提高生产能力和降低催化剂用量为原则，在催化剂活性高时，提高空速，生产能力提高，催化剂用量减少，可以通过提高压力来提高空速。

8、从化学角度看，天然气水蒸汽转化反应压力不宜过高，但为何选择3MPa？

答：第6题工艺条件-压力的确定

9、为什么天然气-水蒸汽转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些形成？

答：供热的目的：将原料气预热到一定温度，使转化反应转化率和反应速率达到最佳。供热方式：燃烧一定量的烃类气体。炉型：顶部烧嘴炉，侧壁烧嘴炉，梯台烧嘴炉。

11、为什么转化炉的对流室内要设置许多热交换器？转化气的显热是如何回收利用的？

答：为了充分回收烟道气的热量。回收：一段转化炉对流段：烟道气的预热除加热原料、工艺蒸汽与空气用去一部分，别外尚有的热量可以用来加热锅炉给水、过热蒸汽。二段转化气：尚且回收的余热用来产生高压蒸汽。

12、天然气-水蒸汽转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些脱硫方法较好？

答：⑴天然气→压缩→脱硫→一段转化（蒸汽）→二段转化（空气压缩）→高温变换→低温变换→脱碳（CO2）→甲烷化→压缩→合成→氨。⑵在转化反应过程中若原料气中有硫元素，则会使转化催化剂产生中毒现象，降低催化剂的活性，使转化反应转化率降低。因此，天然气转化前要先脱硫，以保护转化催化剂。⑶方法：干法，湿法。

制气过程（以煤为原料）

1、简述常压固定床煤气炉操作循环和炉内煤气化主要区域。

答：主要反应在气化区中进行。当气化剂为空气时，该区分为还原区和氧化区。区域：干燥区、干馏区、气化区（还原区、氧化区）、灰渣区。操作循环：吹风阶段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空气吹净。

2、简述常压固定床煤气炉为什么常用间歇操作？为什么一个工作循环要分为五个过程？

答：⑴碳与水蒸气的反应为吸热反应，但是前期碳燃烧供给的热量不能维持自热平衡，为了能制的合格的半水煤气，需要进行间歇操作。⑵为了安全、高产、提高质量和降低能耗，需按照5个阶段的工序反复循环。

3、简述气化过程及化学反应。

答：干燥、热解、由热解生成的碳与气化剂反应。以空气或富氧空气为气化剂：C+O2=CO2，C+1/2O2=CO,C+CO2=2CO,CO+1/2O2=CO2;以水蒸汽为气化剂：C+H2O=CO+H2，C+2H2O=CO2+2H2，CO+H2O=CO2+H2，C+2H2=CH4。

4、由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？比较先进的方法是什么？

答：⑴按供热方式：蓄热法（广泛采用）、富氧空气气化法（连续制气生产）、外热法。⑵按气化性质：以水蒸汽为气化剂蒸汽转化法，以纯氧或富氧空气为气化剂部分氧化。⑶按气化炉床层形式：固定床，流化床，气流床。⑷按排渣形态：固体排渣式、液体排渣式。

变换过程

1、写出CO变换的反应，影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？为什么该反应存在最佳反应温度？最佳反应温度与哪些参数有关？CO最终转化率：高变：96%~97%；低变：99.5~99.7%。

答：CO+H2O=CO2+H2(△H=-41.19KJ/mol)；影响平衡因素：温度、压力、汽气比（H2O/CO）；影响速率的因素：内扩散、压力、温度、汽气比。温度升高，速率常数K值增加的影响大于Kp(平衡常数)的影响，故对反应有利，温度继续升高，二者影响互相抵消，反应速度对T的增值为0，再提高T时，Kp的不利影响>K值的影响，此时反应速度会随T升高而下降。Tm=Te/[1+(RTe/E2-E1)Ln(E2/E1)],Tm与平衡温度Te，CO变换率x,平衡常数Kp有关。

2、为什么一氧化碳变换过程要分段进行并要用多段反应器？段数的选定依据是什么？