天然气化工工艺学复习资料

段转化炉出口温度温度决定出口气体组成，↗出口温度，可↙残余甲烷含量；温 度一般在 800～860℃。 二段转化炉出口温度：合成气的最终组成取决于二段转 化炉出口温度，一般在 1000～1200℃。 3）水碳比 ↗进入转化系统的水碳比，有利于↙甲烷平衡含量，有利于↗
反应速度，有也利于防止析炭。
Chapter 3 合成氨及下游产品
Chapter 4 甲醇合成及其衍生物
1.天然气制甲醇由那几个部分构成？ 答: 合成器→水冷器→甲醇分离器→循环机→油水分离器←新鲜气 ↓ 粗甲醇 2.合成气制取甲醇的主要反应及副反应，CO2 对甲醇的合成有哪些影响？ 答：主反应：1）CO+2H2=CH3OH;2)CO2+3H2=CH3OH 副反应：1）CO+3H2=CH4+H2O;2)2CO+4H2=C2H5OH+H2O; 3)CO+H2=HCHO;4)2CO+4H2=CH3OCH3+H2O; 4)2CH3OH=HCOOCH3+2H2;5)CH3OH+CO=HCOOCH3 CO2 一般维持在 2%~6%对甲醇合成有益： 一定的 CO2 可促进甲醇合成速率； 适量的 CO2 可使催化剂呈现高活性，可降低甲醇合成热效应，催化床层温度易 控制；CO2 存在，可降低甲醇合成热效应，催化床层温度易控制；CO2 含量过高， 会导致甲醇中水含量增多。 3.热点温度、冷激、飞温的定义？ 答： 热点温度： 在催化剂上层， 反应气中反应物的浓度最高， 生成物的浓度最低， 此时反应最剧烈，所以催化剂床层的温度沿轴线上升。到某一温度最高，此后，
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考试时间：11 月 9 日，14：30～16：10 考试地点：明德楼 B303、B307、A304、A312 考试题型：名词解释、填空、选择、问答 说明： 1.本资料根据上课 PPT 及教材归纳整理，第一、二、三章由化工 3 班蒋鹏同 学完成，四、六、八章由化工 3 班李超同学完成，五、六章由化工 4 班张颖超同 学完成，旨在方便复习，减轻为考研和找工作的同学负担； 2.红色标注的是未找到或者归纳得不全面的内容，有待进一步整理及优化； 3.本资料整理的时间比较仓促，统稿完成后迫不及待与大家分享，不可能完 全保证答案的正确性，仅仅为复习提供一个参考。
于简化氨分离流程。合成氨适宜的操作压力：30MPa。 （2）温度 工业生产中，应控制两点温度：床层入口温度、热点温度。床层 入口温度应等于或略高于催化剂活性温度的下限； 热点应小于或等于催化剂使用 温度的上限。 （3）空速 10000～20000h-1 （4）入塔气体的组成 ①氢氮比，生产实践表明：进塔气中适宜的氢氮比
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Chapter 2 天然气转化
1.合成气、空速、水碳比、硫容量、析碳的定义？ 答：合成气：CO 和 H2 的混合物。 空速：单位时间单位催化剂所处理的进料量。 水碳比：进口气体中水蒸气与烃原料中所含的碳的物质的量之比。 硫容量： 析碳： 2.天然气转化前，脱硫的原因？脱硫方法？及各类的特点？ 答：原因：1）硫化物是各种催化剂的毒物；2）硫化物腐蚀设备和管道。天然气 进入转化工序之前，必须进一步脱除硫化物，要求：硫化物含量＜ 0.5× 10-6，甚 至 0.1× 10-6。 脱硫方法：脱硫方法可分干法脱硫（活炭法、氧化铁法、氧化锌法、氧化锰 法、分子筛法）和湿法脱硫（化学吸收法、物理化学吸收法：环丁砜、烷基醇胺 法、物理吸收法：低温甲醇法、Selexol 法、碳酸丙烯酯法等） 3.氧化锌脱硫原理?硫容量的大小受哪些因素影响？ 答：H2S＋ZnO ＝ H2O＋ZnS，将硫化氢转化为硫化锌固体。 4.钴—钼加氢能独立脱硫么？什么场合使用钴—钼加氢？ 5.天然气蒸汽转换催化剂的活性组分？催化剂的使用操作需注意哪些？催化剂 中毒类型？ 答：活性组分：以镍为最佳，一般以 NiO 形式存在，含量约为 4%～30%。 使用时：1）使用前必须还原成为具有活性的金属镍；2）不采用纯 H2 还原， 而是通入水蒸气和天然气混合物；3）还原后的催化剂不能与氧气接触，否则会 产生强烈的氧化反应，催化剂钝化。 原料中的硫、砷、氯都是催化剂的毒物。 催化剂中毒分为暂时性中毒和永 久性中毒。 6.天然气转化生成合成气的方法？主要反应式？ 答：1）天然气水蒸气转化法：CH4+H2O=CO+3H2;CO+H2O=CO2+H2 2）天然气 CO2 转化：CH4+CO2=2CO+2H2 3)天然气部分氧化法：CH4+1/2O2=CO+2H2
1.CO 变换、甲烷化以及氨合成过程的主要反应式？ 答：CO 变换：CO+H2O=CO2+H2 甲烷化：CO+3H2=CH4+H2O;CO2+4H2=CH4+2H2O 氨的合成：N2+3H2=2NH3 2.在氨合成中，为什么要脱除 CO2 中的 CO？有哪些方法？ 答：CO2 也合成氨催化剂的一种毒物，需要脱除。采用吸收法如 Benfield 法、 aMDEA 法、Selexol 法。 3.氨合成时催化剂的活性成分？毒物有哪些？ 答：铁系催化剂活性成分：Fe；未还原前：氧化铁和氧化亚铁，Fe2+/Fe3+约 0.5， 催化剂主要可视为 Fe3O4，具有尖晶石结构。 毒物：1）氧及氧的化合物：CO、CO2、H2O，可逆毒物，中毒为暂时性的。 2）硫及硫的化合物：H2S、SO2 3）磷从磷的化合物：磷化氢等 4）砷及砷的化台物 氯及氯的化合物 5）其它：润滑油、铜液等。 4.以天然气为原料的节能型合成氨工艺中 H20/C 控制多少？
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↗压力，↙温度，KPp 数值↗， y*NH3 随之↗。 在 γ=3 时， y*NH3 具有最大值。 y*NH3 随 y1*的↗而↙。
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有毒性如下。 具有特殊性恶臭的有毒气体，最高允许浓度：25ppm(18mg/m3)。 对粘膜和 皮肤有碱性刺激及腐蚀作用， 可造成组织溶解性坏死；高浓度可引起反射性呼吸 停止和心脏停搏。 危险性如下。 不能与下列物质共存：乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、酸、 汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。 10.影响氨的合成因素有哪些？氨怎样分离？ 答： （1）压力 ↗操作压力利于↗平衡氨含量和氨合成速度，生产能力，有利
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伴生气(associated gas) ： 伴随原油共生并与原油同时被采出， 亦称油田气(oil field gas) ，在地层中为油、气两相。 除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷， 甚至 C9、C10 组分。 气井气(gas well gas)：在气藏中天然气以气相形式在在；主要为甲烷，及少 量乙、丙、丁烷和非烃气体。 3.酸性天然气的定义？ 答：含硫量高于 20mg/Sm3 的天然气，必须经过处理才能达到管输标准或商品气 气质指标。 4.我国天然气主要产地有哪些？ 答：我国天然气主要分布在四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、准格尔、松辽六 大盆地。 5.天然气质量标准中对硫化物的要求？ 答：分类 1：含硫气(0.3%～1.0%)、中含硫气(1.0%～5.0%)、高含硫气(＞5.0%)。 分类 2：含硫气藏(2%～5%)、高含硫气藏(5%～20%)、特高含硫气藏(20% 以上)、“纯”硫化氢气藏(80%以上)。 6.天然气作为清洁能源有哪些优点？ 答：1）天然气是高热值能源；2）天然气是清洁能源；3）利用效率高；4）天然 气是资源丰富的能源。 7.我国最长的天然气输气管线有哪些？ 答：1）西气东输：起点：西部的塔里木盆地、柴达木盆地、陕甘宁盆地以及川 渝盆地。2）川气东送：从重庆忠县到湖北武汉。3）俄气南供。 8.在我国天然气利用政策中，天然气利用分为哪几类？ 答：1）城市居民应用；2）天然气发电；3）天然气汽车；4）燃料电池 9.天然气化工利用有哪些？ 答：目前天然气利用以合成氨和甲醇为主。氨、甲醇、乙炔是天然气化工的三大 基础产品。
12.列举三种主要的合成氨工艺？ 答：天然气制氨、石脑油制氨、重油制氨。 13.氨合成塔的基本要求及类型有哪些？ 答：基本要求：①催化床层温度分布合理 ②容积利用率高 ③正常操作时，反应
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能维持自热 ④气体在催化床层分布均匀，压降小。 类型：按从催化剂床层移热的方式不同，大致分为： 连续换热式、采用内 冷管式，利用管内未反应的气体移走反应热、多段间接换热式 、多段冷激式。 14.氨的下游产品？ 答：尿素、碳酸氢铵、硝酸、三聚氰胺。 15.尿素合成的基本原理及化学反应有哪些？ 答：CO2 和 NH3 合成尿素的主反应为两个步骤： 2NH3+CO2=NH2COONH4 NH2COONH2=CO(NH2)2+H2O 副反应：副反应是生成缩二尿的综合反应： 2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3
是 2.8～2.9，若含钴催化剂其适宜氢氮比在 2.2 左右。②惰性气体含量 ，惰性气 含量过低，需大量排放循环气，而损失氢氮气，原料气耗量↗。 循环气中惰性 气含量宜在 16％～20％，以↙原料气消耗量。③入口气体中氨含量，入塔氨含 量的高低，取决于氨分离的方法。 分离方法：冷凝法，利用氨气在高压下易于被冷凝的原理而进行。 11.合成氨中驰放气排放的目的？组成？如何回收？ 答：生产中采取放掉一部分循环气的办法，放掉的气体称为驰放气。 1）目的：防止惰性气积累，维持系统组成稳定。 2）驰放气组成：H2、N2、NH3、CH4、Ar 等。 3）驰放气如何回收 膜分离法、变压吸附法、深冷法、储氢合金法。
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4）联合转化制备合成气 7.分析甲烷水蒸气转化时，温度、压力、H/C 对甲烷水蒸气转化过程的影响？ 答：1）压力 升高压力对于体积增加的甲烷转化反应不利，平衡转化率随着压
力的升高而降低。 采用加压蒸汽转化； 一般控制在 3.0～4.0MPa， 最高已达 5MPa。 2）温度 从化学平衡或反应速度考虑，↗温度对转化反应都是有利的。一
7.aMDEA 脱 CO2 的原理，工艺流程，标注主要设备名称？ 答：R2R’N＋CO2＋H2O =R2R′NH+＋HCO3纯 MDEA 不能与 CO2 发生化学反应，仅 MDEA 水溶液对 CO2 有吸收作用。 为加快反应速率，需加入 2%～5%左右的活化剂：二乙醇胺、嗪、咪唑、甲基咪 唑等。工艺流程图如下所示。
Chapter 1 概述
1.天然气的定义? 答：广义上看：指在自然界中天然生成的气体化合物。 能源工业：专指岩石圈中生成并蕴藏的以气态烷烃混合物为主的可燃性气 体。 2.干气、湿气、贫气、富气、凝析井气、伴生气、气井气的定义？ 答：干气与湿气：C5 界定法 ①干气(dry gas)： 1Sm3 井口流出物中， C5 以上烃液含量＜13.5cm3 的天然气。 ②湿气(wet gas)： 1Sm3 井口流出物中， C5 以上烃液含量＞13.5cm3 的天然气。 （注： Sm3 指基本立方米， 标准参比条件， 压力 101.325kPa、 温度 20℃ （CHN） 或 15.6℃（GPA） ） 贫气与富气：C3 界定法 ①贫气(lean gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＜94cm3 的天然气。 ②富气(rich gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＞94cm3 的天然气。 凝析井气(condensate gas)：在井口减压后可分成气、液两相，液相主要为凝 析油；除甲、乙烷外，还含一定量丙、丁烷及戊烷(C5+)以上烃类。
8.合成工段中，影响氨含量的因素有哪些？ 答：1）温度和压力影响 2）氢氮比影响 3）惰性气体的影响 9.氨的基本性质？ 答：理化性质如下。 1）无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味 2）常温下稳定，但在高温下可分解成氢和氮 3）遇热、明火难以点燃危险性较低；但与空气混合物达到某浓度(爆炸极限 16～25%，最易引燃浓度 17%)遇明火会燃烧和爆炸。 4）氨极易溶于水，可生产含氨 15%～30%(质量)的氨水，水溶液呈碱 性。
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5.CO 变换目的？变换流程的类型及主要设备？ 答：CO 是合成氨催化剂的毒物，利用水蒸气把 CO 变换为 H2 和易清除的 CO2。 1）中变流程及设备名称。
2）中变串低变流程
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6.CO 变换使用的催化剂？ 答： 1） 中温变换催化剂 2）低温变换催化剂 3）耐硫变换催化剂 活性组分： 新催化剂为 Fe2O3， 需在使用前还原为 Fe3O4 活性组分：金属铜微晶，使用前需还原为铜。 活性组分：钴钼的硫化物。