急冷塔分为三段，下段为空塔，设有稀酸喷淋装置，用稀硫酸把夹带的催化剂、高沸物和聚合物洗涤下来并中和大部分的氨，气体在此被冷至84℃。中段，设置填料，气体从下段进入中段后，再次与稀酸接触，将剩余的氨及催化剂粉末、高沸物等脱除干净，并冷至80℃。上段，设置筛板，用水洗去气流中的酸并冷至40℃，在此，一部分产物会溶于水中，此部分冷却水与塔顶气体一并进入水吸收塔。 3. 天然气蒸汽转化流程 回答问题：
（1）说明一段炉辐射段的组成及其作用。 （2）一段炉对流段都有哪些加热盘管？
（3）钴钼加氢槽有什么作用？其反应温度和反应压力是多少？
（4）硫化锌脱硫槽的作用是什么？为什么天然气先通过钴钼加氢槽而后通过氧化锌脱硫槽？ （5）一段炉辐射盘管的材质是什么？其管壁温度有什么要求？一段炉出口温度是多少？出口残余甲烷含量是多少？
（6）说明天然气蒸汽转化反应的催化剂的组成及各组分的作用。 （7）二段炉的作用是什么？ 答：
（1） 一段炉辐射段包括转化炉管和烧嘴，其作用是利用燃料天然气通过烧嘴燃烧所放出的热量，
供甲烷蒸汽转化反应生成合成气所需，并将一段炉出口残余甲烷含量降至10%以下。 （2） 一段炉对流段的加热盘管包括：燃料天然气预热盘管、原料天然气预热盘管、过热蒸汽盘管、原料空气预热盘管及原料天然气-工艺蒸汽预热盘管。
（3） 钴钼加氢槽的作用是将天然气中的有机硫加氢转化为硫化氢，其反应温度为380~400℃，反
应压力3.6MPa 。
（4） 氧化锌脱硫槽的作用是利用氧化锌与硫化氢反应，将原料天然气中的硫化物降至0.1ppm以
下，将原料天然气先通过钴钼加氢槽而后通过氧化锌脱硫槽是因为氧化锌脱除某些有机硫化物的能力不佳，不能达到要求，为此先将原料天然气通过钴钼加氢槽，将其中的有机硫化物加氢转变为硫化氢后，再通过氧化锌脱硫槽，将原料天然气中的硫化物脱除至0.1ppm以下，保护天然气蒸汽镍触媒免受中毒。
（5） 一段炉辐射段转化盘管的材质为HK-40（Cr25Ni20）合金钢。在反应条件下，其管壁温度
不得超过920℃，管内介质温度800~820℃。
（6） 甲烷蒸汽转化反应所用的催化剂组成为活性组分镍，载体和一些助催化剂，载体成分有α—
Al2O3或MgAl2O4尖晶石，其作用是支承、分散活性组分并使之不易烧结，此外载体还要有足够的机械强度；为了抑制烃类在催化剂表面的酸中心上裂解析碳，在催化剂中加入K2O等碱性物质来中和表面的酸性；此外还加入一些稀土金属的氧化物来提高催化剂的活性。
（7） 二段炉的作用是将一残余甲烷含量达10%，800℃左右的一段转化气直接进入二段炉，同时
补加氧气（或空气），氧与转化气中的氢气反应放热，温度升至1000℃以上，继续进行转化反应，使二段炉出口气体中的残余甲烷含量降至0.3%以下。
4. 烃类热裂解反应为什么不允许在负压下操作？
答：由于裂解是在高温下操作的，不宜与用抽真空减压的方法降低烃分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗。
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6在甲烷蒸汽转化过程中，确定操作压力、温度、水碳比和空速的依据分别是什么？
1影响一氧化碳平衡变换率的因素有颐些第一章合成氨 ?如何影响？ 2一氧化碳变换反应为什么存在最适宜温度以气态烃为原料制取合成氨原料气的方法有哪几种?最适宜温度随变换挛是如何变化的?每种方法的原理和特点是什么? ? 1．物理吸收法脱除二氧化碳的基本原理是什么？
3比较中变催化剂与低变催化剂在活性组分、升温还原、钝化及中毒等方面的异同。镍催化剂在使用之前为什么要进行还原?已还原的镍催化剂若与空气接触 2．碳酸丙烯脂脱除二氧化碳的常压解吸—空气气提的工艺存在什么问题?应 为何要进行钝化4钴钼系变换催化剂的活性组分是什么? ?通常在什么场合使用?使用前需进行怎样的处理? 如何改进?
4加压变换有哪些忧缺点？5什么是析炭现象?有何危害 ?如何防止析炭?发生析炭后应如何处理? 3．低温甲醇法脱除二氧化碳的特点是什么?
5中温变换与低温变换的操作条件差异上要在哪此方面甲烷蒸汽转化为什么要分两段转化?二段转化炉所发生的主要化学反应有哪些？ 6?
4．如何正确选择脱碳方法。1．物理吸收法脱除二氧化碳的基本原理是什么？ 7一氧化碳变换能耗高低的L要标志是什么?如何减少外加蒸汽用量?
2．碳酸丙烯脂脱除二氧化碳的常压解吸—空气气提的工艺存在什么问题?应
8饱和热水塔系统的能量回收好坏是怎样影响外加蒸汽用量的?减少外加蒸汽用量的具体措施有哪些? 如何改进?
3．低温甲醇法脱除二氧化碳的特点是什么?
1．物理吸收法脱除二氧化碳的基本原理是什么？
2．碳酸丙烯脂脱除二氧化碳的常压解吸—空气气提的工艺存在什么问题?应 如何改进?
3．低温甲醇法脱除二氧化碳的特点是什么?
1 合成氨原料气为何要进行脱硫?脱硫方法可分为邮几类?备类的特点是什么? 3．氧化锌法脱硫的原理是什么？其硫容的大小受到哪些因素的影响? 4．钴钼加氢能独立脱硫吗？什么场合使用钴钼加氢脱硫? 5．活性炭法脱硫的原理是怎样的?脱硫后的活性炭如何再生？ 6．什么是湿式氧化法?与中和法相比有何不同? 7．如何选则湿式氧化法的氧化催化剂？ 8．简述氨水催化法脱硫及两生的原理。
9．影响氨水催化法脱硫效率利再生效卒的因素有哪些?
11．氨水催化法脱硫的正常生产控制指标是怎样的?它们对脱硫效率或再生效率有什么影响? 9蒸汽自给工程指什么?要实现蒸汽自给，要做哪几方面的工作? 4．如何正确选择脱碳方法。
3．低温甲醇法脱除二氧化碳的特点是什么?
1．物理吸收法脱除二氧化碳的基本原理是什么？
氨合成流程中先分离氨与后分离氨为什么都可采用？各自特点如何？简述轴向和径向冷激式合成塔的特点。 1. 合成氨生产过程主要分为哪几个工序？
2. 天然气水蒸汽转化制气的主要反应有哪些？各反应的相态、反应热、转化率等有什么特点？如何用甲烷的转化率表示反应过程的组分组成？
3. 天然气水蒸汽转化制合成气的主要副反应有哪些？其危害是什么？抑制策略如何？ 4. 水碳比指是什么？水碳比的选择考虑哪些因素？
5. 为什么采用两段转化？两段转化的供热方式各有什么不同？如何确定和控制二段转化的温度？ 6. 天然气中的硫成分有哪些？干法脱硫和湿法脱硫的主要方法有哪些？其适用范围有何区别？ 7. 氧化锌脱硫的工作原理是什么？其工艺流程和工艺条件如何？
8. 改良ADA法脱硫的主要化学反应和脱硫原理是什么？吸收和再生的工艺流程和工艺条件如何？ 9. 变换工序的反应原理和主要任务是什么？为什么要分中温变换和低温变换？ 10. 说明中温变换和低温变换的温度、催化剂、出口CO含量。
11. 气相色谱分析得变换前后合成气中CO的体积分率分别为y1和y2，则变换率x如何表示？ 12. 苯菲尔脱碳的主要化学反应和脱碳原理是什么？
13. 苯菲尔脱碳流程中，吸收和再生的设备、温度、压力、再生指数各有什么特点？ 14. 甲烷化反应是水蒸气转化的逆反应，它们的反应条件和催化剂有什么不同？
16. 氨合成反应中，进口H2/N2比为r，如何用平衡NH3组成表示反应平衡常数？并从中分析温度、压力、r
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对反应平衡NH3含量的影响。
17. 什么是氨分解基流量，如何表示单程氨产率？
18. 氨合成流程中先分离氨与后分离氨为什么都可采用？简述轴向和径向冷激式合成塔的特点 1一氧化碳变换的反应是什么？影响该反应的平衡和速度的因素是那些？如何影响？为什么
1. 有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些生 产合成气的新方法？
2．为什么天然气—水蒸气转化过程中需要供热？供热形式是什么？
4. 为什么一氧化碳变换过程要分段进行，要用多段反应器？段数的选定依据是 什么？有哪些形式的反应器？
答：变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低， 最佳温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO 变换反应是放热的， 需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。在工程实际中，降温措施不可 能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后 进行冷却，然后再反应，如此分段越多，操作温度越接近最佳温度曲线。应特别 注意的是，操作温度必须控制在催化剂活性温度范围内，低于此范围，催化剂活 性太低，反应速率太慢；高于此范围，催化剂易过热而受损，失去活性。 反应器分段太多，流程和设备太复杂，过程上并不合理，也不经济。具体段 数由水煤气CO 含量、所要达到的转化率、催化剂活性温度范围等因素决定，一 般2-3 段即可满足高转化率的要求。
变换反应器的类型有：中间间接冷却式多段绝热反应器、原料气冷激式多段 绝热反应器和水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器。
5. 一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？使用中注意哪些事 项？
答：铁铬系变换催化剂：其化学组成以Fe2O3为主，促进剂有Cr2O3 和K2CO3， 反应前还原成Fe3O4才有活性。适用温度范围300～530℃。该类催化剂称为中温 或高温变换催化剂，因为温度较高，反应后气体中残余CO 含量最低为3%～4%。 铜基变换催化剂： 其化学组成以CuO 为主，ZnO 和Al2O3 为促进剂和稳定剂， 反应前也要还原成具有活性的细小铜晶粒。该类催化剂另一弱点是易中毒，所以 原料气中硫化物的体积分数不得超过0.1×10-6。铜基催化剂适用温度范围180～ 260℃，称为低温变换催化剂，反应后残余CO 可降至0.2%～0.3%。铜基催化剂 活性高，若原料气中CO 含量高时，应先经高温变换，将CO 降至3%左右，再接 低温变换，以防剧烈放热而烧坏低变催化剂。
钴钼系耐硫催化剂：其化学组成是钴、钼氧化物并负载在氧化铝上，反应
前将钴、钼氧化物转变为硫化物（预硫化）才有活性，反应中原料气必须含硫化 物。适用温度范围160～500℃，属宽温变换催化剂。其特点是耐硫抗毒，使用 寿命长。
6. 在合成气制造过程中，为什么要有脱碳（CO2）步骤？通常有哪些脱碳方法， 各适用于什么场合？
答：在将气、液、固原料经转化或气化制造合成气过程中会生成一定量的
CO2，尤其当有一氧化碳变换过程时，生成更多的CO2，其含量可高达28%～30%。 因此也需要脱除CO2，回收的CO2 可加以利用。脱除二氧化碳的过程通常简称为 脱碳。
根据吸收机理可分为化学吸收和物理吸收两大类。近年来出现了变压吸附 法、膜分离等固体脱除二氧化碳法。
目前常用的化学吸收法是改良的热钾碱法，即在碳酸钾溶液中添加少量活化 剂，以加快吸收CO2 的速率和解吸速率，根据活化剂种类不同，改良热钾碱法又
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分为以下几种：① 本菲尔（Benfild）法；② 复合催化法；③ 空间位阻胺促进 法；④ 氨基乙酸法。
目前国内外使用的物理吸收法主要有冷甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙 烯酯法。物理吸收法在加压（2～5MPa）和较低温度条件下吸收CO2，溶液的再生 靠减压解吸，而不是加热分解，属于冷法，能耗较低。
物理-化学吸收法是将物理吸收剂与化学吸收剂结合起来的气体净化法，例
如MDEA 法中用甲基二乙醇胺-环丁砜混合液作吸收剂，能同时脱硫和脱碳，可与 改良热钾碱法相竞争，但溶剂较贵。
变压吸附法（PSA）变压吸附技术是利用固体吸附剂在加压下吸附CO2，使气 体得到净化，吸附剂再生是减压脱附析出CO2。
7. 工业上气体脱硫有哪些方法，各使用于什么场合？ 答： 脱硫有干法和湿法两大类。
干法脱硫又分为吸附法和催化转化法：吸附法是采用对硫化物有强吸附能力
的固体来脱硫，吸附剂主要有氧化锌、活性炭、氧化铁、分子筛等；催化转化法 是使用加氢脱硫催化剂，将烃类原料中所含的有机硫化合物氢解，转化成易于脱 除的硫化氢，再用其他方法除之。
湿法脱硫剂为液体，一般用于含硫高、处理量大的气体的脱硫。按其脱硫机 理的不同又分为化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧化法。 化学吸收法是常用的湿式脱硫工艺。有一乙醇胺法（MEA）、二乙醇胺法
（DEA）、二甘醇胺法（DGA）、二异丙醇胺法（DIPA）、以及近年来发展很快的 改良甲基二乙醇胺法（MDEA）。物理吸收法是利用有机溶剂在一定压力下进行物 理吸收脱硫，然后减压而释放出硫化物气体，溶剂得以再生。主要有冷甲醇法 （Rectisol），此外还有碳酸丙烯酯法（Fluar）和N-甲基吡啶烷酮法（Purisol） 等等。冷甲醇法可以同时或分段脱除H2S、CO2 和各种有机硫，还可以脱除HCN、 C2H2、C3 及C3以上气态烃、水蒸气等，能达到很高的净化度。
物理-化学吸收法是将具有物理吸收性能和化学吸收性能的两类溶液混合在
一起，脱硫效率较高。常用的吸收剂为环丁砜-烷基醇胺（例如甲基二乙醇胺） 混合液，前者对硫化物是物理吸收，后者是化学吸收。
湿式氧化法脱硫的基本原理是利用含催化剂的碱性溶液吸收H2S，以催化剂作为 载氧体，使H2S 氧化成单质硫，催化剂本身被还原。再生时通入空气将还原态的 催化剂氧化复原，如此循环使用。湿式氧化法一般只能脱除硫化氢，不能或只能 少量脱除有机硫。最常用的湿式氧化法有蒽醌法（ADA 法）。 补充习题：
1有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些生产合成气的新方法？它们与原有生产方法相比有什么优点？
2合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重视？ 3以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应条件有哪些要求？从动力学考虑又有哪些要求？
4如何根据化学热力学、化学动力学原理和工程实际来优化天然气-水蒸气转化制合成气的工艺条件？
5天然气-水蒸气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？
6为什么天然气-水蒸气转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？ 7为什么说一段转化管属于变温反应器？为什么天然气-水蒸气转化要用变温反应器？ 8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？
9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？
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10一氧化碳变换的反应是什么？影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？如何影响？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？
11一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？使用中注意哪些事项？
12在合成气制造过程中，为什么要有脱碳（CO2）步骤？通常有哪些脱碳方法，各适用于什么场合？
13工业上气体脱硫有哪些方法，各适用于什么场合？
14由渣油制合成气过程包括哪几个步骤？渣油气化的主要设备是什么，有何结构特点？ 1 有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些生产 合成气的新方法？它们与原有生产方法相比有什么优点？
2 合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重 视？
3 以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应 条件有哪些要求？从动力学考虑又有哪些要求？
4 如何根据化学热力学、化学动力学原理和工程实际来优化天然气-水蒸气转化制 合成气的工艺条件？
5 天然气-水蒸气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？
6 为什么天然气-水蒸气转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪 些型式？
7 为什么说一段转化管属于变温反应器？为什么天然气-水蒸气转化要用变温反 应器？
1. 影响氨平衡浓度的因素有哪些？
答：① 温度和压力温度降低或压力增高，都能使平衡常数及相应的平衡 氨含量增大；② 氢氮比当氢氮比为3 时，平衡氨含量最大；③ 惰性气体惰 性气体会使平衡氨含量明显下降。
2. 惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响。
答：惰性气体含量对平衡氨浓度有影响，对反应速率也有影响，而且对两方
面的影响是一致的，即惰气含量增加，会使反应速率下降，也使平衡氨浓度降低。 3. 在氨合成工艺流程中，排放气为什么在循环压缩前，而氨冷则在循环压缩机 之后？
答：因为排放气中含有一定量的惰性气体，若惰性气体浓度达到一定值时会
影响反应的正常进行，即降低合成率和平衡氨含量，若不在循环压缩机前排放， 其将与新鲜原料气混合进入下一循环过程，可能影响后续反应。氨冷在循环压缩 机之后是为了对新鲜原料气和循环气同时进行氨冷，方便除杂。 4 氨合成反应的平衡常数Kf 随温度和压力是如何变化的？ 5 影响氨平衡浓度的因素有哪些？
6 温度和压力对氨合成反应的平衡氨浓度及反应速率的影响。 7 惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响。 8 氨合成催化剂活性组分与助剂的作用。
9 在氨合成工艺流程中，排放气为什么在循环压缩机前，而氨冷则在循环压缩机 之后？
10 从节能和提高经济效益出发，氨合成塔结构应如何改进？
第七章重点
掌握乙烯环氧化制环氧乙烷的原理、催化体系和反应主流程。
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化学工艺学复习题(DOC)
