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天然气化工工艺学问题答案

2020-04-22 12:15油气能源 人已围观

简介郭麒麟片酬天然气化工工艺学问题答案_工学_高等教育_教育专区。天然气化工工艺学 第一章 概述 1.天然气定义:广义: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...

  天然气化工工艺学问题答案_工学_高等教育_教育专区。天然气化工工艺学 第一章 概述 1.天然气定义:广义: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.天然气怎样分类? 3.按天然气烃类组

  天然气化工工艺学 第一章 概述 1.天然气定义:广义: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.天然气怎样分类? 3.按天然气烃类组成分类 4.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。 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。 3.酸性天然气(sour gas) 定义: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。 洁气:含微量硫化物或不含硫的天然气,不需处理就可外输和利用。 4.我国天然气的主要产地:四川,鄂尔多斯,塔里木,准格尔,柴达木,松辽, 吐哈,渤海湾,东海,珠江口,莺一琼。 5.天然气的优越特性 :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 6.我国的天然气管道: 西气东输工程(最长) ,川气东送工程 ,涩宁兰管道 , 陕京线, 陕京二线.天然气利用领域归纳为四大类:城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化 工。 天然气利用分类:优先类、允许类、限制类和禁止类。 8.天然气在化工利用方面:天然气化工在天然气总消费中占比例只有5%。 第2章 天然气的转化 1.合成气:CO和H2的混合物。 空速:单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料标准体积流量。 水碳比:进口气体中水蒸气与烃原料中所含碳的物质的量之比。 析碳:水碳比过低,使消碳反应的速度低于积碳反应的速度,导致有碳生成。 S容量:与炉渣的成分和温度有关 ,表征炉渣容 纳或吸收硫的能力大小。 钝化:催化剂中活性组分的氧化过程。 2.天然气在转化前为什么要脱S化物? 天然气中的硫化物对化工的影响: 1. 硫化物是各种催化剂的毒物 2.硫化物腐蚀设备和管道要求:硫化物含量<0.5 ×10-6,甚至0.1×10-6。 脱S方法:干法脱硫和湿法脱硫。 干法 : 活炭法 ,氧化铁法 ,氧化锌法 ,氧化锰法 ,分子筛法 ,加氢转 化法 ,水解转化法 湿法: 1.化学吸收法 : 中和法: 醇胺法、 Benfield等 ; 湿式氧化法: 改良ADA、 络合铁法等 2.物理化学吸收法:环丁砜、烷基醇胺法 3.物理吸收法:低温甲醇 法、Selexol法、碳酸丙烯酯法等 各类方法的特点: 3.氧化锌脱硫原理: H2S+ZnO = H2O+ZnS C2H5SH+ZnO = ZnS+C2H5OH C2H5SH+ZnO = ZnS+C2H4+H2O S容量大小受哪些因素影响? 炉渣的成分和温度 4.钴-钼加氢可以脱硫吗?在哪种场合使用? ZnO不能脱除噻吩,单独用ZnO不能将有机硫化合物全部脱除。需先将有机硫加氢 转化成硫化氢后,再彻底清除。 适用于以天然气、油田气、炼厂气和轻油为原料的化肥厂、甲醇厂、炼油厂制氢装置、加氨 脱硫装置对各种烃类、气体的精脱硫等的原料脱有机硫。 5.天然气水蒸气转化催化剂的活性成分:以镍为最佳,一般以NiO形式存在 催化剂的操作和使用需注意哪些方面? 1.制备方法 共沉淀法、混合法、浸渍法等,再经过高温焙烧而得。 2.使用前必须还原成为具有活性的金属镍, 不采用纯H2还原,而是通入水蒸气和天然气混合物(催化剂有微弱活性并产生极 少量的H2,还原反应可进行) 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,导致催化剂钝化。 3.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。 硫化物使催化剂中毒后可采用过量水蒸汽,使活性逐渐恢复。 氯化物与硫化物相似(氯化物来自哪里?)氯主要来源于水蒸气,因此,要始终 保持锅炉给水质量。 砷中毒是不可逆的永久性中毒。 微量的砷都会在催化剂上积累而使催化剂逐渐 失去活性。 4.防止积炭的主要措施: 适当↗水蒸汽用量,选择适宜催化剂并保持活性良好,控制含烃原料的预热温 度不要太高等。 消除积碳:采取↗水蒸汽用量、降压等;若积碳严重,停止送原料气,保留蒸汽, ↗床层温度,利用H2O+C=CO+H2反应除炭;采用空气与蒸汽的混合物“烧炭” 6.天然气转化制合成气的方法有哪些? 水蒸气转化法,CO2转化,部分氧化法,联合转化制合成气 7.甲烷水蒸气转化的主要化学反应方程式以及分析T、P、水碳比对甲烷蒸汽转化 过程的影响? 化学反应方程式:CH4+H2O(g)=CO+3H2 CO+H2O(g)=CO2+H2 T、P、水碳比对甲烷蒸汽转化过程的影响: 采用加压蒸汽转化;一般控制在3.0~4.0MPa,最高已达5MPa。 从化学平衡或反应速度考虑,↗温度对转化反应都是有利的。 ↗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。 总的来说,尽可能在高温,高水碳比以及低压下进行。 第3章 合成氨及下游产品 原理流程换,甲烷化及合成氨过程的主要方程? CO变换 CO+H2O=CO2+H2 甲烷化 目的是什么?合成气中CO+CO210-6 CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O 氨的合成 N2+3H2=2NH3 2.在合成氨过程中,为什么要脱CO2、CO,方法有哪些? 危害:CO对氨合成催化剂有毒害。 化学反应:CO与H2O反应,生成CO2和H2。 CO+H2O=CO2+H2 方法:中变,中变串低变,全低变 为什么要脱除CO2?CO2也合成氨催化剂的一种毒物。 方法:脱除CO2的方法很多,工业上常用的是溶液吸收法: 物理吸收、化学吸 吸收、变压吸附。 3.氨合成催化剂的活性成分:氨合成有活性的金属有锇、铀、铁、钼、锰、钨等。 毒物: 氧及氧的化合物:CO、CO2、H2O,可逆毒物中毒为暂时性的。 硫及硫的化合物:H2S、SO2 磷从磷的化合物:磷化氢等 砷及砷的化台物 氯及氯的化合物 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,水碳比应控制在1.5~3.0 5.CO变换的目的:利用水蒸气把CO变换为H2和易清除的CO2。 变换流程的类型:中变,中变串低变,全低变 主要设备:气水分离器、热交换器、变换炉、冷却器、热水泵 6.CO变换使用的催化剂的活性成分: 中温变换催化剂:活性成分为新催化剂为Fe2O3,需在使用前还原为Fe3O4 低温变换催化剂:活性组分为金属铜微晶,使用前需还原为铜 耐硫变换催化剂:活性组分:钴钼的硫化物 R2R′N+CO2+H2O 7.活化MDEA脱CO2的原理是:R2R′N+CO2 (不反应) R2R′NH++HCO3- (慢反应) 画工艺流程图并标注主要设备名称: 8.合成工段中影响平衡氨含量的因素有哪些? 温度、压力、氢氮比、惰性气体 9.氨的基本性质: 无色气体,比空气密度小,具有刺激性气味,常温下稳定,但在高温下可分解成 氢和氮 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。 极易溶于水, 可生产含氨15%~ 30%(质量)的氨水,水溶液呈碱性。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。 10.影响合成氨的因素有哪些?氨应怎样分离? 压力、温度、空速、入塔气体的组成(氢氮比、惰性气体的含量、入口气体中氨 含量) 分离方法:冷凝法 11.合成氨驰放气排放的目的是什么,组成有哪些 ,如何回收利用? 驰放气排放的目的:防止惰性气积累, 维持系统组成稳定。 驰放气组成:H2、N2、NH3、CH4、Ar等。 驰放气如何回收:膜分离法、变压吸附法、深冷法、储氢合金法 12.列举3种合成氨工艺 新鲜氢氮原料气的补入、末反应气体进行压缩并循环使用、 循环气预热和氨的合成、反应热回收、 氨的分离及情件气体排放 工艺关键:合理确定循环机、新鲜气补入及惰性气放空位置以及氨分离的冷凝级 数,冷热交换器的安排和热能回收的方式。 13.氨的下游产品有哪些? 尿素、碳酸氢铵、硝酸、三聚氰胺等 14.尿素合成的原理or反应方程式 2NH3+CO2=NH2COONH4 NH2COONH2=CO(NH2)2+H2O 第4章 甲醇及其衍生物 1.天然气制甲醇工艺由哪几个部分构成? 甲醇的合成; 甲醇的冷凝分离; 气体的循环以及新鲜气的补充与惰性气的排放。 2.合成气制甲醇的主反应和副反应,CO2对甲醇合成过程有哪些主要影响? 主反应: CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O 副反应: CO2+H2=CO+H2O 2CO+4H2=CH3OCH3+H2O CO+3H2=CH4+H2O 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O CO2对甲醇合成过程的影响: 一定的CO2可促进甲醇合成速率; 适量的CO2可使催剂剂呈现高活性; 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.冷激:在多层固定床绝热反应器中进行放热反应时,在催化剂层间注入冷的原 料,与高温的反应物混合,以直接换热的方式降低反应物的温度。 热点:把沿合成塔轴线上温度最高的一点。热点是判断合成催化剂活性的依据。 4.以天然气为原料制甲醇时,为何要补碳? 以天然气为原料时,在转化前或后注入CO2。为什么? 甲烷蒸气转化时氢碳比接 近3.0,对合成甲醇而言H2为过剩。 5.按压力分甲醇合成有哪几种生成工艺? 高压法、低压法和中压法 6.甲醇合成催化剂有哪几类?各自的活性成分是? 1、单组分催化剂 氧化锌:甲醇合成催化剂的重要组分。 氧化铜:纯氧化铜只有非常低的活性。 氧化铬:纯的氧化铬也是活性较低的催化剂。 2、两组分氧化物混合催化剂 氧化锌-氧化铬以ZnO为主要成分,以少量Cr2O3为助催化剂。 氧化铜-氧化锌 CuO和ZnO两种组分有相互促进作用,比单独的CuO和ZnO的活性 高。 3、三组分氧化物混合催化剂 CuO-ZnO-Cr2O3 CuO-ZnO-Al2O3 4、工业用甲醇合成催化剂 (1)锌铬催化剂 ZnO.ZnCrO4.H2O (2)铜基催化剂 活性组分为铜 7.影响甲醇合成的因素有哪些? 温度、压力、空速、气体组成(氢碳比、CO2含量、惰性气体含量) 、催化剂颗粒 尺寸、循环气中甲醇含量 8.粗甲醇中有哪些杂质,为什么要精制,精制方法有哪些,粗甲醇的三塔精馏工 艺流程? 粗甲醇中杂质分类 1.有机杂质:醇、醛、酮、酸、醚以及烷烃等 2.水 3.还原性杂质 如异丁醛、丙烯醛等 精制原因:杂质存在↘质量和使用价值 精制方法:物理方法:蒸馏 化学方法:处理还原性杂质,采用氧化法 甲醇精馏按工艺主要分为4 种:单塔、双塔、三塔精馏以及带有高锰酸钾反应的 精馏工艺。 三塔精馏工艺流程图 9.天然气制甲醇的原则流程?分析甲醇合成对原料气(合成气)有哪些要求? 天然气制甲醇原则流程 要求:合理的碳氢比、合理的CO2与CO比例、毒物与杂质的要求、补碳 10.甲醇制二甲醚的方程 2CH3OH(g) → H3COCH3(g)+H2O(g) 11.甲醇合成中,合成塔内气体组成的最佳氢碳比是2.05~2.15 12.甲醇的下游产品 甲醛、二甲醚、碳酸二甲酯、醋酸、甲胺 第5章 天然气制乙炔 1.乙炔的主要生产方法 电弧法:利用电弧产生的高温和热量使天然气裂解成乙炔。 部分氧化法:天然气制乙炔的主要方法,利用部分天然气燃烧形成的高温和产 生的热量为甲烷裂解成乙炔创造条件。 热裂解法:利用蓄热炉将天然气燃烧产生的热量储存起来,然后再将天然气切 换到蓄热炉中使之裂解生成乙炔。 等离子法。 2.天然气部分氧化法的主要反应?乙炔为其的组成有哪些以及怎样利用? 主要反应:2CH4=C2H2+H2 (1)尾气组成 尾气中CO和H2的含量达到90%以上; H2/CO比约2.11; (H2-CO2)/(CO+CO2)≈1.75 (2)应用: 合成甲醇、二甲醚以及合成油的良好原料。 3.目前,我国天然气制乙炔的生产厂有:四川维尼纶厂、柴达木天然气-盐湖化 工、塔里木石油天然气公司、海南天然气综合化工厂 4.烃类裂解制乙炔必需满足的条件:供给大量的反应热、反应区温度要求很高、 反应时间特别短(0.01~0.001s以下) ,而且反应物一离开反应区即要被急冷下 来,才能终止二次反应,避免乙炔的损失 5.天然气部分氧化的不足之处:1.高温环境温度受限,消耗的天然气量过大 2. 因有氧气参加反应,使生产运行处于不安全范围内,增加了设备投资 3.裂化气 组成比较复杂,增加了运行成本 6.天然气部分氧化热解制乙炔的工艺包括两个部分,一是稀乙炔制备,另一个是 乙炔的提浓。 第6章 天然气制炭黑 1.炭黑定义: 气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热 裂分解生成的无定形碳,为疏松、质轻而极细的黑色粉末。 2.炭黑的生产原料 气体原料:天然气、矿坑瓦斯、炼油尾气、电石气等; 液体原料:煤焦油、石油炼制的馏分油等 固体原料:萘,蒽等 3.炭黑的分类 按制造方法分类:接触法炭黑、炉法炭黑、热裂法炭黑 按用途和使用特点分类:橡胶用炭黑、非橡胶用炭黑 4.炭黑的生成机理 (1)在高温下形成气态的炭黑先质 (2)晶核形成 (3)粒子的长大和聚集 (4)表面长大过程 (5)附聚过程 (6)聚集体的气化 5.炭黑生产技术改进体现在哪两个方面? 加油富化和富氧生产 6.天然气自然转化法和蒸汽转化法制氢的主要反应? 自热转化 CH4+1/2O2=CO+2H2 CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+3H2 蒸汽转化 CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 CO+H2O=CO2+H2 CO2+CH4=2CO+2H2 7.天然气制氢工艺过程由哪几个部分构成? 原料气处理、蒸汽转化、CO变换和H2提纯等单元 8.目前,H2提纯方法?基本原理是什么? 提纯方法:变压吸附法 基本原理:在高压下进行吸附,在低压(或真空)下使吸附组分解吸。 第7章 天然气制合成油 1.天然气制合成油有哪些产品及特点? GTL产品分类 C5~C9:石脑油馏分 C10~C16:煤油馏分 C17~C23:柴油馏分 C23以上:石蜡馏分 GTL柴油是天然气制合成油中最重要产品。 GTL产品特点 ?GTL柴油具有十六烷值高、硫含量低、不含或低含芳烃等特点。 ?GTL煤油不含硫、氮化合物,燃烧性能非常好。 ?GTL石蜡产品质量甚佳。 ?天然气合成润滑油基础油不含硫,粘度指数高,郭麒麟片酬可高度生物降解。 2.GTL技术可分为两大类:直接转化、间接转化(目前主要) 3.费托法制合成油的催化剂活性成分:铁基或钴基催化剂 反应条件:压力2~3MPa ,温度200~300℃。 4.制合成油采用的反应器有哪些类型? 浆态床反应器、固定床反应器、疏相流化床、密相流化床 5.列举几种典型的制合成油工业装置 压缩机(空气、天然气、循环) 、自然转化器、加热器、F-T反应器、分离器、加 氢裂化器、分馏塔 第8章 天然气应用新技术 1.MTO技术:利用甲醇生产乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃产品。 MTP技术:利用甲醇生产单一的丙烯产品。 低碳混合醇:从甲醇到己醇的混合物。 2.简述天然气制低碳烯烃的技术有哪些? 低碳烯烃指碳原子数≤4的烯烃,如C2H4、C3H6及C4H8等 技术:天然气经甲醇制烯烃(MTO、MTP) 、甲烷氯化法制乙烯、甲烷催化氧化偶 联制烯烃 3.画出UOP/Hydo的MTO工艺,标准主要设备的名称 该工艺的特点:可在最大乙烯和最大丙烯之间进行自由调节。 4.天然气制烯烃的前景 甲醇制烯烃在国外已引起极大的重视, 并且被认为是有前途和不久可以工业化的 新过程。 目前各国研究开发的重点是研制活性高、 选择性好、 寿命长且价格低廉的催化剂。 甲醇制烯烃的竞争能力取决于未来石脑油与甲醇的价格, 关键是能否从煤制取大 量低价的甲醇。 尽管目前甲醇制烯烃尚不能与石脑油制乙烯相竞争,但它具有潜在力量,开发工 作很有意义。 5.低碳混合醇有哪些用途? (1)用作汽油掺和剂或汽油代用燃料(2)可分离为单独醇类,作有机化工原料 6.列举3种国外低碳混合醇的合成工艺 意大利Snam公司的MAS工艺、法国IFP工艺、美国DOW化学公司和UCC联合开发的 Sygmol工艺、Lurgi公司低碳混合醇生产流程(Octamix工艺) 7.天然气等离子转化技术有哪些应用? 等离子体:由大量带电粒子组成的中性非凝聚系统,是部分或全部电离的气体。 应用:制乙炔、制氢、制甲醇、制芳烃。

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