1.《天然气化工工艺学》习题、指导与训练2016.10.09讲解

1. 《天然气化工工艺学》习题、指导与训练

要求：① 考核范围：系统掌握利用教材、讲义核心内容；

② 注重训练：独立完成和理解本作业与训练-1，注重理解，提高解决实际问题的能力； ③ 公平竞争：考核结果取决于你自己的努力； ④ 教师关注：考核质量和及格率两大问题！ ⑤ F = A*30% + B*70% + C* 0%）

总结与训练-1 §1.0 天然气的组成与性质

1. 天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体, 其中烃类气体主要成分为CH 4，其次为C 2H 6、C 3H 8等；非烃类气体通常为CO 2、CO 、N 2、H 2、H 2S 、H 2O 及微量惰性气体He 、Ar 等。

2. 1m 3（mol ）天然气完全燃烧所放出的热量称为天然气的体积（摩尔）热值，可燃气热值分类：高热值(水蒸气冷却为冷凝水状态)和低热值(水蒸气为蒸汽状态) 。

3. 可燃物摩尔高热值与摩尔低热值的关系为蒸发焓）

(22O

H O H H

n LHV HHV ∆⋅+= 4. 甲烷、乙烷、丙烷的低热值(LHV) LHV(CH 4) > LHV (C 2H 6) > LHV

(C 3H 8)。

5. 计算天然气的爆炸极限为5-15 v%。 其含义为若低于5 v%或者高于15 v%,则会因为天然气在空气中的含量不足或者过剩而不会发生爆炸。

6. CH 3OH 的爆炸极限为5.5% ~ 44 v% (6% ~ 36.5%)。

7. C 3+烃小于100mL(l)/m 3 (g)的天然气俗称贫气；而C 3+烃大于100mL(l)/m 3 (g)天然气俗称富气。

8. C 5+烃小于10mL(l)/m 3 (g)的天然气俗称干气；而C 5+烃小于10mL(l)/m 3 (g)的天然气俗称湿气。 §2 天然气净化

1. 天然气中的硫化物主要是以H 2S 的形式存在，同时还可能有一些有机硫化物，如硫醇和硫醚等。

2.天然气脱硫工艺主要采用是醇胺法和砜胺法，其中醇胺法属于化学溶剂法，而砜胺法为主的化学－物理溶剂法。

3. 对于天然气醇胺法脱硫过程，在70℃以下不易发生的反应是 ( B )。 (A) H 2S + RNH 2 → RNH 3HS (B) RNH 3HS → RNH 2 + H 2S (C) H 2S + R 3N → R 3NHHS

(D) CO 2 + 2RNH 2 → RNHCOONH 3R

4. 天然气醇胺法脱硫过程同时也脱除分部分二氧化碳，下列反应中在105℃以上可向正向进行的是 ( B ) 。

(A) H 2S + RNH 2 → RNH 3HS (B) RNH 3HS → RNH 2 + H 2S (C) H 2S + R 3N → R 3NHHS

(D) CO 2 + 2RNH 2 → RNHCOONH 3R

5. 醇胺法和砜胺法工艺流程包括：吸收、闪蒸、换热和再生四个环节。

6. 克劳斯硫回收工艺发生如下反应，其中不属于硫回收主反应是 （C ）。 （A ） H 2S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2O, ∆rH = - 1038 kJ/mol （B ） 2H 2S + SO 2 = 3/2 S 2 + 2H 2O, ∆rH = 42.1 kJ/mol （C ） 2 H 2S + SO 2 = 3/6 S 2 + 2 H 2O, ∆rH = -69.2 kJ/mol

（D ） CO + S = COS, ∆rH = - 304.4 kJ/mol

注：克劳斯工艺常用低于化学计量的空气先将H 2S 燃烧，再经催化转化为硫磺。

7. 属于克劳斯硫回收艺反应的是 （ A ）。

（A ） 2 H 2S + 3 O 2 = 2 SO 3 +2 H 2O, ∆rH = -1038 kJ/mol （B ） CO + H 2O = CO 2 + H 2 , ∆rH = -32.9 kJ/mol （C ） CO + S = COS, ∆rH = - 304.4 kJ/mol

（D ） CH 4 + 2 H 2S = CS 2 + 4 H 2 , ∆rH = - 304.4 kJ/mol 克劳斯工艺硫单质的原子聚集形态 （S2, S6和S8 ）

8. 阐述题： （1） 根据下图（左）简述克劳斯硫回收工艺原理（化学基础），硫单质形态和H 2S 转化率变化规律。

（2）参考下图（右）比较直流法脱硫和分流法脱硫的工艺特点。 【如流程（燃烧区和催化转化区的利用）、操作温度选择、脱硫能力，处理原料对象等。】

2. 天然气水蒸气转化（重整）工艺流程、化学原理 1） 天然气水蒸气转化反应

a) 甲烷转化主反应;

b) 典型的高级烃转化反应； c) 积炭副反应。

2） 甲烷水蒸汽转化的生产工艺(二段转化法)（P46图3-7） 3） 催化剂和工艺条件

a) 催化剂：Ni/MgAl 2O 4 （1） Ni 活性组分； （2）镁铝尖晶石载体。 b) 压力：采用3～4 MPa 的加压条件；

c) 温度：一段转化炉反应温度700～800℃，二段炉出口温度1000℃左右(1000℃～1200℃)；

d) 原料配料中的水碳比3～4 较适宜；

e) 空间速度(P45)：表示催化剂处理原料气的能力，催化剂活性高，反应速度快，空

速可以大些。二段炉原料气空速：GHSV = F v /V Catal. (h-1) =3000~4000 h -1.

f) 综合结论：温度对甲烷转化影响较大；加压对甲烷转化并不利；水碳比也影响转

化。综合考虑，甲烷蒸汽转化反应尽可能在高温、高水碳比以及低压下进行。

4) 转化结果：CH 4转化率≥ 99.5 v%，生成H 2、CO 、CO 2、H 2O(g)等的混合气体（粗合成气）。

3. 天然气部分氧化制合成气的反应器包括：(1) 固定床反应器； (2) 流化床反应器； (3) 膜反应器

2004006008001000120060

708090100温度/℃

转化率/%

硫露点1.1953年Camson&Elkins 数据，S 2

、S 4

、S 8;

2. 近期数据，S 2

、S 4

、S 8

;3.近期数据，所有形式的硫，S 2-S 8

催化反应区

火焰反应区图1 H 2S 转化为硫的平衡转化率

2空气H S H 2S 空气反应炉及

余热锅炉冷凝器再热器

转化器去灼烧及烟筒

冷凝器再热器

转化器直流法分流法流循环法直接氧化法图1 克劳斯法的主要流程