1-1-1原料气的制取-固体燃料气化概述
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合成氨发展的三个典型特点:1。
生产规模大型化2。
能量的合理利用. 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力,基本不用电能3。
高度自动化Chp2。
原料气的制取2.1 固体燃料气化法氢气的主要来源有:气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。
煤气化技术装置的分类:(1)固定床气化(2)流化床气化(3)气流床气化固定床气化:UGI炉,鲁奇(Lurgi)炉和液态排渣的鲁奇炉流化床气化:Winkler气化炉;Lurgi循环流化床气化炉;U—Gas灰团聚流化床气化炉气流床气化:常压气流床粉煤气化即Koppers-Totzek(柯柏斯—托切克,简称K-T)炉;水煤浆加压气化,即Texaco(德士古)炉和Destec(现E—Gas)炉;粉煤加压气化,即SCGP(Shell 煤气化工艺)。
固定床间歇制气:采用间歇法造气时,空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。
通入空气的过程称为吹风,制得的煤气叫空气煤气;通入水蒸气的过程称为制气,制得的煤气叫水煤气;空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气.间歇式制半水煤气流程:a.空气吹风b.上吹制气c.下吹制气d.二次上吹e.空气吹净德士古气化装置包括煤浆制备、气化、灰水处理。
煤浆气化采用德士古水煤浆加压气化的激冷流程。
气化工段关键设备气化炉(参见p56图1-2-39)气化炉分上下两部分,上部为燃烧室,燃烧室内安装三层耐火砖用来防止炉壁烧坏;下部为激冷室.从燃烧室出来的工艺气通过下降管进入激冷室,激冷室上部有激冷环,下部下降管浸入水中,工艺气在水中冷激。
气化炉是德士古装置核心设备。
碳洗塔的作用是洗涤从气化炉来的粗煤气,除去粗煤气中的含杂的灰分以及可容水的反应副产物,保证干净、含灰分少的粗煤气送到下一工段进行使用.碳洗塔下部主要作用是洗涤,碳洗塔合成气入口管线伸入水下,粗煤气进入碳洗塔水下后,经过塔内灰水的洗涤再进入上部;碳洗塔上部有塔盘,采用筛板结构,用来对合成气进行可溶性气体以及灰分进行吸收.碳洗塔是德士古气化装置中,一个非常重要的中间过程装置。
第二章、固体燃料气化1、最近十多年我国合成氨原料构成是以煤、焦炭为主。
2、煤化过程的第一阶段,首先是形成年轻的泥炭,继后逐次形成褐煤、次烟煤、烟煤、最终形成无烟煤和天然石墨。
3、煤气的分类:(1)空气煤气以空气作为气化剂所制得的煤气,可作为合成氨原料气中氮的来源。
(2)水煤气以水蒸气作气化剂所制得的煤气。
其中氢气和一氧化碳的含量在85%以上。
主要作为合成氨原料气中氢气的来源。
(3)混合煤气以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。
主要用作工业气体燃料。
半水煤气分别以空气和水蒸气作气化剂,然后将分别制得的空气煤气和水煤气按混合后气体中(H2+CO)与N2的摩尔比为3.1-3.2的比例进行掺配。
4、5、煤在汽化炉中进行的气化过程包括:干燥、热解以及由热解生成的碳与气化剂反应阶段。
一)、煤的干燥:煤中水分包括三类:1、吸附在煤表面的外表水,叫游离水;2、吸附于煤结构体毛细孔中的吸附水3、煤中含氧基团-OH和-COOH相连的水,叫化学键态水。
其中1和2中的水在温度高于100℃,即可缓慢的释出(此过程为蒸发)。
3中的键态水在150-300℃时,开始分解,放出CO2和CO。
二)煤加热分解:三)、气化反应的化学平衡:1、以空气或富氧空气为气化剂时,碳与氧之间的反应为:C+O2= CO2;C+1/2O2=CO;C+CO2=2CO;CO+1/2O2=CO26、O2全部与C反应生成CO2,CO2的平衡转化率为α,总压为P;空气中N2∕O2的摩尔比为79∕21=3.76计算基准取1molO2。
C + CO2 = 2CO平衡时:1-ɑ2ɑ气相总量=1-ɑ+2ɑ+3.76=4.76-ɑmol由此求得各组分分压将分别代入平衡常数式中整理得:7、以水蒸汽作气化剂时碳与水蒸汽的反应为:C+H2O(g)=CO+H2 ,C+2H2O(g)=CO2+2H2 CO +H2O(g)=CO2+2H2 C +2H2=CH48、制取半水煤气的工业方法,按其供热方式可分为:①蓄热法也称间歇式制气法。
固体燃料的气化过程及设备固体燃料是指那些不易挥发的固体物质,例如煤和生物质等。
而气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的过程。
在气化过程中,固体燃料被加热并与氧气或气体反应,从而产生可燃气体和灰燃残渣。
本文将介绍固体燃料的气化过程和常用设备。
气化过程干式气化干式气化是在没有用水的条件下进行气化。
在干式气化中,固体燃料通常被加热至200-800℃的温度范围内,然后经过一系列的热解和化学反应转化为可燃气体。
该过程中生成的气体是水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳、氢气等。
常用的设备包括固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉等。
湿式气化湿式气化是在加水条件下进行的气化。
在湿式气化过程中,固体燃料通常被加热至300-600℃的温度,然后通过蒸汽进行气化。
在湿式气化中,水蒸气是主要的反应物质,反应过程会产生大量的氢气。
湿式气化主要用于处理生物质。
常见的设备包括喷雾床气化炉和旋转床气化炉等。
气化设备固定床气化炉固定床气化炉是一种将固体燃料转化为可燃气体的设备。
它是将固体燃料放入反应器中,通入氧气和水蒸气,在高温高压下发生气化反应,产生可燃性气体。
该设备具有结构简单、操作简单、安全可靠等优点。
但是,它的气化效率较低,需要占用较大的空间和能源。
移动床气化炉移动床气化炉是固定床气化炉的改进型。
它的反应器是一个可以移动的炉具,可以周期性地取出灰渣和添加燃料。
该设备具有气化效率高、能源利用率高、节能环保等优点。
但是,它的结构比较复杂,需要较为精密的控制系统。
旋转床气化炉旋转床气化炉是一种可以连续气化固体燃料的设备。
固体燃料通过发射器和旋转床进入反应器中,然后与氧气和水蒸气发生反应,生成可燃气体。
该设备具有气化效率高、反应均匀、空间占用小等优点。
但是,它的设备成本较高。
结论固体燃料的气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的重要技术。
干式气化和湿式气化是常用的气化过程。
在气化设备方面,固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉是常用的设备。
《化学工艺学》教学大纲课程名称:化学工艺学英文名称:Chemical engineering process课程编号:课程类型: 专业选修课学时/学分:51学时/3学分;理论学时:51学时开设学期:五开设单位:化学化工学院适用专业:应用化学说明一、课程性质与说明1.课程性质专业必修课2.课程说明化学工艺学是研究将各种原料加工成为更有价值的消费品或生产资料的过程,是应用化学专业的一门重要的专业主干课。
它的作用和任务是培养学生在化工工艺过程的理论与实践方面建立较为系统的基础,能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决实际问题,初步掌握化工工艺过程开发的基本思路和技巧,为学生将来从事化工行业打下基础。
本课程根据化学工业的结构特点,以典型化工产品生产工艺为主线,介绍每个典型产品所涉及的化工过程。
共分9章,每一章均根据其特点侧重介绍了有关基础理论和生产方法,如分析和讨论生产工艺中工艺路线、反应原理、影响因素、工艺条件的确定、流程的组织、主要设备的结构特点等内容。
同时,对技术经济指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理也有一定的介绍和论述。
二、教学目标1.将已学的专业理论知识和专业基础知识与实际生产相结合,以处理实际生产过程问题;2.使学生了解化学工业的特点、原料资源和主要产品;理解化学工艺的共性知识中化工过程的主要效率指标,催化剂的性能及使用;3.掌握化学反应过程中的物料衡算和能量衡算;4.理解工艺流程的设计,最适宜的操作条件,生产过程所需的各种机械设备的规格、结构,产品的质量控制等内容。
三、学时分配表四、教学教法建议通过课堂讨论、师生交流、习题评讲、答疑、等环节,达到教学大纲规定的要求,较好完成教学任务。
课堂教学应力求学生弄清基本概念,熟练掌握基本内容,引导学生学会分析问题和解决问题的能力。
教学方法上通过实物、挂图、多媒体及课外实验等各种途径加深学生印象,提高教学效果。
五、课程考核及要求1.考核方式:考试(√)2.成绩评定:计分制:百分制(√)成绩构成:总成绩= 平时考核10% + 中期考核30% + 期末考核60%六、参考书目[1] 刘晓勤,吕效平编.《化工工艺学》. 南京:河海大学出版社,2010.[2] 崔英德编.《实用化工工艺学》.北京:化学工业出版社,2002.[3] 廖巧丽,米镇涛编.《化学工艺学》.北京:化学工业出版社,2001.[4] 米镇涛编.《化学工艺学》.北京:化学工业出版社,2001.[5] 陈五平编.《无机化工工艺学》. 北京:化学工业出版社,1996.本文第一章绪论教学目标:1.了解化学工艺学的研究内容,化学工业的概况。
合成氨工艺——原料气的制备综述系别:化学与材料工程系课程名称无机化工工艺学班级:姓名:学号:日期:汽转化法、固体燃料气化法、一氧化碳变换。
气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。
其中以天然气为原料的气态烃类转化过程经济效益最高。
关键字:原料气;气态烃蒸汽转化法;固体燃料气化法;一氧化碳变换;引言:制取合成氨的原料气的气态烃主要有天然气,此外还有炼厂气、油田气、焦炉气及裂解气等。
天然气蕴藏在地下多孔层岩石中,是一种多组分的混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数(含量在90%以上),另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水分,以及微量的惰性气体,如氦和氩等。
天然气相对密度0.65,比空气轻,具有无色、无味、无毒的特性。
在800℃高温、一定压力及催化剂作用下,天然气中烷烃和水蒸气发生化学反应,可得到含有H2、CO、CO2、N2、CH4的转化气。
法、固体燃料气化法、一氧化碳变换。
气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。
其中以天然气为原料的气态烃类转化过程经济效益最高。
对天然气为原料生产合成氨的装置,大中型规模多采用前者,而小型合成氨厂则采用后者。
天然气中主要成份为甲烷,还含有乙烷、丙烷及其他少量烯烃等,其中也有极少量的S等对催化剂有害的元素,转化前必须先脱硫。
1、气态烃类转化法气态烃类转化法以轻质烃为原料生产原料气。
有操作连续、工程投资省、能量消耗低等优点。
甲烷制备原料气主要反应主反应:()()()() ()()()()gHgCOgOHCOgHgCOgOHCH222224g3g+=++=+副反应:()()() ()()()()()()()sgsg2sg22224CgOHgHCOCgCOCOgHCCH+=++=+=烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法。
甲烷蒸汽转化反应包含反应很多,但经物理化学中判断独立反应数的方法可得出其独立反应数为3个。
甲烷蒸汽转化的生产方式为二段转化,采用二段转化的原因是转化率高必须转化温度高,全部用很高温度,设备和过程控制都不利,设备费用和操作费用都高。
第二章粗原料气制取一、固体燃料气化法名词解释:煤气化:使煤与气化剂作用;进行各种化学反应;把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气..加氮空气;水蒸汽和空气同时加入;空气的加入增加了气体中N的含量;用来调节原料气中氢氮比;制得合格煤气标准煤:含碳量为84%的煤每千克标准煤的热值为7000千卡1.煤气化有几种工业方法各有什么特点蓄热法:将空气和水蒸气分别送入煤层;也称间歇式制气法富氧空气气化法:用富氧空气或纯氧代替空气进行煤气化外热法: 利用其他廉价高温热源来为煤气化提供热能;尚未达到工业化阶段2.气化炉有哪些床层类型;描述各自的特点工业用煤气化炉有几种类型固定床:气体从颗粒间的缝隙中穿过;颗粒保持静止流化床:增大气速;颗粒开始全部悬浮于气流中;而且床层的高度随气速的增大而升高气流床:气流速度增大至某一极限值时;悬浮于气流中的颗粒被气流带出间歇式气化炉、鲁奇炉、温克勒炉、K-T炉、德士古炉3.煤的气化剂有哪些用不同气化剂进行煤气化;气体产物各是什么空气和水蒸气空气煤气N2、CO、水煤气H2、CO、混合煤气、半水煤气4.固定床煤气化炉燃料层如何分区各区进行什么过程干燥区:使新入煤炉中的水分蒸发干馏区:煤开始热解;逸出以烃类为主的挥发分;而燃料本身开始碳化气化区:煤气化的主要反应在气化区进行灰渣区:灰渣于该区域出炉5.固定床气化炉燃料最下层是什麽区其有何作用灰渣区可预热从底部进入的气化剂并保持不因过热而变形6.间歇式制半水煤气的工作循环是什么为什么循环时间如何分配工业上将自上一次开始送入空气至下一次再送入空气为止;称为一个循环..每个循环有五个阶段;吹风阶段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空气吹净7.什麽是加氮空气其作用为何使用中应注意什麽事项水蒸汽和空气同时加入;空气的加入增加了气体中N的含量..用来调节原料气中氢氮比;制得合格煤气使炉温下降慢调节合成氨气体成分;严格控制氮含量;以免引起事故8.德士古炉废热如何回收直接激冷法、间接冷却法、间接冷却和直接淬冷9.画出间歇式煤气化、德士古炉及谢尔废热锅炉连续气化工艺制备合成氨流程;为什么后两者流程有差别P70P72二、一氧化碳变换1、名词解释:高温变换:CO在320~350℃变换;使CO含量低于3%..使用Fe-Cr催化剂;使大部分CO转化为CO2 H2O低温变换:CO在230~280℃变换;使CO含量低于0.3%;使用Cu-Zn催化剂耐硫变换:宽温变换在180~500℃;使用Co-Mo系催化剂重油、煤气化制氨流程中将含硫气体进行CO变换;再脱硫、脱碳2、高温变换催化剂由哪些成分组成各起什么作用以Fe2O3为主体;加入铬、钾、铜、锌、镍等的氧化物后可以提高催化剂的活性;加入铝、镁等的氧化物可以改善催化剂的耐热及耐毒性能3、低温变换催化剂由哪些成分组成各起什么作用铜锌铝系和铜锌铬系两种;均以氧化铜为主体;经还原后具有活性的组分是细小的铜结晶-铜微晶..铜是催化剂的活性组分;铜对CO具有化学吸附作用;在较低温度下催化CO变换反应;铜微晶愈小;其比表面积愈大;活性愈高;为了提高微晶的热稳定性;需加入适宜的添加物;氧化锌、氧化铝、氧化铬对铜微晶都是有效的稳定剂4.高温变换催化剂还原时;为什麽需要保证足量的水蒸汽加入足够量的水蒸汽以防止催化剂被过度还原为元素铁5.低温变换催化剂还原时;为什麽要严格控制还原条件;氢气含量按程序逐步提高由于还原反应放热量大;工业生产上因还原操作不慎而烧坏催化剂、缩短使用寿命的实例不少..因此;一定要严格控制还原温度;精心做好配氢工作6.分段高温变换时;段间冷却有哪些作用为了尽可能接近最佳温度线进行反应;可采用分段冷却..段数越多;越接近最佳反应温度线7.为什么低温变换温度要高于露点温度有什么危害当气体降温进入低变系统时;就有可能达到该条件下的露点温度而析出液滴..液滴凝聚于催化剂的表面;造成催化剂的破裂粉碎引起床层阻力增加;以及生成铜氨络合物而使催化剂活性减低..所以低变催化剂的操作温度不但受本身活性温度的限制;而且还必须高于气体的露点温度8.以煤为原料制气;为什么高温变换要分段进行而低温变换不必分段进行以煤气化制得的合成氨原料气;CO含量较高;需采用多段中温变换..用铜氨液最终清除CO;该法允许变换气CO含量较高;故不设低温变换..低温变换过程温升很小;催化剂不必分段9.如何确定变换工艺;以天然气或煤为原料各应采用什么变换工艺说明原因..①CO的含量;②进入系统的原料气温度及湿含量;③CO变换与脱除残余CO 的方法结合考虑天然气:中高变-低变串联;原料气中CO含量低;中高变催化剂只需配置一段煤:多段变换;CO含量高需采用多段变换第三章粗原料气的净化一、硫化物的脱硫1、名词解释:脱硫:原料气中硫化物的脱除脱碳:二氧化碳的脱除最终净化:少量残余一氧化碳和二氧化碳的脱除空间速度:指单位时间、单位体积催化剂通过的标准状态下反应器气体的体积无机硫:在半水煤气中;无机硫是指H2S有机硫:对于半水煤气;有机硫通常以硫氧化碳为主;其次为二硫化碳、硫醇;硫醚和噻吩的含量较少..天然气中有机硫主要成分是甲硫醇反应性硫化物:可被ZnO催化分解的硫化物非反应性硫化物:噻吩及噻吩族属于最难脱除的硫化物;故称为非反应性硫化物硫穿透:当清净区逐渐缩短直至从床层中完全消失时;继而当出口气中出现H2S时称为硫穿透工作硫容:当整个床层由“饱和区”和“传质区”两部分组成时;床层脱硫剂的硫容称为穿透硫容或称工作硫容穿透硫容:同上饱和硫容:当整个床层由饱和区组成时;床层脱硫剂的硫容量称为饱和硫容2、何为湿法脱硫;其有何优缺点主要用于哪些原料制气的脱硫为什么液体脱硫剂..湿法脱硫特点:吸收速度或化学反应速度快;硫容大;适合于脱除气体中的高硫;脱硫液再生简单;且可循环利用;还可回收硫磺..但因受物理或化学反应平衡的制约;其脱硫精度不及干法适用于煤和石油造气3、何为干法脱硫;其有何优缺点主要用于哪种原料为什么干法脱硫是利用固体脱硫剂..最大优点是精度高..主要缺点:脱硫设备机组庞大;更换脱硫剂工作笨重;再生能耗大适用于低含量天然气4、湿法脱硫方法的选择原则有哪些①满足特定工艺对脱硫要求的净化度②硫容量大③脱硫剂活性好;容易再生;且消耗定额低④不易发生硫堵⑤脱硫剂价廉易得⑥无毒性、无污染或污染小5、氧化还原脱硫为什么必须满足下列条件0.75V > E Q/H2Q > 0.2V为保证脱硫剂能充分氧化H2S;同时又能使脱硫后脱硫剂能被空气中氧所再生6、氧化铁脱硫剂由什么构成以铁屑或沼铁矿、铁木屑、熟石灰拌水调制;并经干燥而制成7、氧化锌脱硫法的优、缺点有哪些具体说明; 最大特点是什么主要用于哪种原料脱硫脱硫精度高;硫容量大;使用性能稳定可靠可将原料气中的硫化物脱除到0.5~0.05cm3/m3数量级天然气、石油馏分、油田气、炼厂气、合成气、以及二氧化碳原料气8、氧化锌脱硫床层如何分区画出双床串联倒换法氧化锌脱硫流程;为什么这样设计9、以天然气或煤为原料制气;各用什么方法脱硫;为什么/多采用有机溶剂法脱硫;因为有机溶剂对有机硫具有良好的溶解性二、脱碳1、物理与化学吸收法脱碳相比较;各有哪些特点和规律物理吸收:各分子间的作用力为范德华力;符合亨利定律;高压下;物理吸收的吸收量大;物理吸收的吸收能力比化学吸收大;物理吸收中;吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增高;溶剂即是吸收剂;可采用简单闪蒸法溶液再生中化学吸收:各分子间力为化学键力;低压下;化学吸收的吸收量大;化学吸收中吸收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分的含量有关;热效应大;溶液再生时;需要用再沸器进行热再生;化学吸收的溶剂是有限的2、热碳酸钾脱碳溶液包括哪些物质各起什么作用A碳酸钾;提高吸收能力;加快反应速率 B活性剂;提高净化度 C缓蚀剂;保护钢表面;防腐蚀 D消泡剂;破坏气泡间液膜的稳定性;加速气泡的破裂;降低溶液的起泡高度3、两段脱碳吸收塔外形如何设计;为什么吸收塔:吸收塔是加压设备;进入上塔的溶液量仅为全部溶液量的四分之一至五分之一;气体中大部分二氧化碳是在塔下部被吸收;因此塔分上下两段;上塔塔径较小而下塔塔径较大再生塔:再生塔也分上下两段;上下塔的直径可以不同..因其为常压设备;为制作和安装方便;上下塔也可以制成同一直径4、为什么用缓蚀剂;其作用原理是什么缓蚀剂会在铁表面起钒化作用;使铁氧化成四氧化三铁;形成牢固致密的钝化膜;保护钢表面;使之不遭受腐蚀5、低温甲醇洗涤法脱碳有什么优缺点优点:A可以脱除气体中的多种组分 B净化度高C可以选择性的脱除原料气中H2S和CO2;;并分别加以回收D热稳定性和化学稳定性好E利于后续工艺缺点:工艺流程长;再生过程复杂;甲醇具有毒性6、甲醇富液如何再生A减压闪蒸解吸B气提再生C热再生7.脱碳后溶液再生时;加热减压可以促进二氧化碳的解吸;请问解吸压力如何确定为什麽解吸压力低;对多回收二氧化碳是有利的;但考虑到下游工序对二氧化碳气体产品压力要求;二氧化碳解吸压力一般在0.18~0.3MPa..8.为什么煤、重油的气化工艺不同;低温甲醇洗流程也不相同解释原因并画出两流程简图..两步法低温甲醇洗适用于废热锅炉流程;进变换系统的原料气脱硫要求严格;用低温甲醇洗脱硫;脱硫后进变换;在CO变换后在用低温甲醇洗脱除CO2 ..一步法甲醇洗适用于激冷过程;原料气经耐硫变换后;用低温甲醇洗同时进行脱硫和脱碳9.聚乙二醇二甲醚法脱碳可以百分之百回收二氧化碳;为什么该法净化度可达10 -6级;二氧化碳在聚乙二醇二甲醚溶剂中的溶解度关系在较宽的压力范围内都符合亨利定律;闪蒸的压力越低;二氧化碳的回收率越高;真空闪蒸的级数完全由经济效益决定三、原料气的最终净化1、名词解释:原料气的最终净化有哪几种方法:残余少量CO、CO2的脱除;CO+CO2<10ppm 铜氨液:铜盐氨溶液在高压低温下生成CO的络合物铜洗气:铜氨液吸收法净化后的气体精练气:铜氨液吸收法净化后的气体氮洗:用液体氮洗涤CO的操作甲烷化:在催化剂上用氢气把CO还原成甲烷2、铜氨液由哪些物质组成铜氨液中有几种铜离子分子式;各起什么作用;它们间有什么关系铜氨液中低价铜是吸收CO的活性组分;为什么要有高价铜的存在极限铜比的意义及变化规律..铜氨液中氨有几种存在形式;各有什么作用铜氨液是铜离子、酸根及氨组成的水溶液Cu+以CuNH32+形式存在;是吸收CO的活性组分;Cu2+以CuNH342+形式存在;没有吸收CO的能力;但溶液中必须有;否CuNH34 Ac2+Cu= 2CuNH32Ac 向左进行有金属铜析出防止金属铜的生成;极限铜比RM随TCu增大而减小络合氨、固定氨、游离氨3.用铜氨液进行最终净化时;工业生产常选用醋酸;为什麽其浓度如何确定若总铜离子浓度为2.5mol/L; 醋酸浓度应达何浓度不论何种铜氨溶液;溶液中的络离子CuNH32+ 、 CuNH342+都需要酸根与之结合;为确保总铜含量;使用醋酸铜氨溶液;其吸收能力与蚁酸铜氨溶液接近;组成稳定;再生损失小..操作中醋酸含量以超过总铜含量10%~15%较为合适;一般为2.2~3.0mol/L4、铜氨液吸收CO原理;解释吸收系数和吸收能力的影响因素..铜氨液吸收CO2、O 2、H2S反应式..P183增大低价铜含量、降低温度、提高压力都能增大铜液的吸收能力..当游离氨浓度较大时;影响吸收速率的主要是气膜阻力5、铜氨液再生解吸及还原的反应方程式、操作条件;画出简单的铜氨液再生流程图;解释再生操作条件与设备叠合设置的巧妙原理..重点铜液中CO残余量是再生操作的主要指标之一;影响CO残余量的因素有压力、温度和停留时间A再生压力:通常只要保持再生器出口略有压力;以使再生器能够克服管路和设备阻力达到回收系统即可B再生温度:在兼顾铜液再生及氨的损失的条件下;接近沸腾情况的常压再生温度以76~80℃为宜;而离开回流塔的铜液温度不应超过60℃C:在铜液循环量一定时;铜液的停留时间;用再生器的液位来控制;一般控制在1/2~2/3高度比较合适6、甲烷化法的工作原理和对原料气的要求是什么为什么CO+3H2===CH4+H2O △H298= -206.16kJ/molCOCO2+4H2===CH4+2H2O △H298= -165.08kJ/molCO2原料气中的碳的氧化物含量体积分数一般应小于0.7%7、甲烷化催化剂和甲烷转化催化剂的相同点和不同点A要求离开甲烷化反应器的碳的氧化物含量是极小的;这就要求甲烷化催化剂有很高的活性;而且在更低的温度下进行B碳的氧化物与氢的反应是强放热反应;要求甲烷化催化剂能承受很大的温升8、甲烷化催化剂还原时;为什么对还原气中碳氧化物的含量有要求是多少为什么进行甲烷化最终净化时;为什麽要控制入口气中碳氧化物的含量应控制在多少为什麽甲烷化催化剂的中毒及注意事项有哪些为什麽T<200度时;甲烷化催化剂不能与一氧化碳接触再用原料气还原时;为了避免床层温升过高;必须尽可能控制碳的氧化物含量在1%以下只需原料气中碳氧化物的含量在0.5%~0.7%;甲烷化反应放出的热量就能足够将进气口气体预热到需要的温度除羰基镍为甲烷化催化剂的毒物外;硫、砷和卤素也能使它中毒;即使这些元素微量也会降低催化剂的活性和寿命还原后的催化剂不能用含有CO的气体升温;以防止低温时生成羰基镍9、深冷分离法:原理及其特点;氮气的作用;原料气预处理的原因..深冷分离法是在深度冷冻<100℃条件下用液氮吸收分离少量CO;而且也能脱除甲烷和大部分氩;这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气突出优点气体混合物的冷凝系由汽液两相平衡决定;即由冷凝液组成与其气相各组分的平衡分压决定..分离气体混合物中某些组分;可以利用各种气体的沸点即冷凝温度不同;以部分冷凝或精馏方法实现..液氮洗涤是用高纯的氮在-190℃左右将原料气中所含的少量CO分离的过程..预处理:分子筛吸附CO、CO2;活性炭除去NO、NO2第四章氨的合成1、氨的合成为什么采用循环的回路流程由于反应后气体中氨含量不高;一般只有10%~20%;故采用分离氨后的氢氮气体循环的回路流程2、惰性气体浓度在进塔和出塔时不同;对吗为什么请推导出其变化关系式重点氨合成反应过程中物料的总摩尔随反应的进行而减小;惰性气体不参与反应;故惰性气体浓度在进塔和出塔时不同..P2073、氨合成催化剂主要有哪些物质构成;各物质主要起什么作用何为结构型促进剂、电子型促进剂铁系催化剂活性组分为金属铁;为还原前为FeO、Fe2O3;;作为促进剂的成分为K2O、CaO、MgO、Al2O3、SiO2等Al2O3、MgO的加入使催化剂的表面积增大;氨含量亦随之增加..K2O使催化剂的表面积有所下降;活性显着增加..CaO能降低熔体的熔点和粘度;还可以提高催化剂的热稳定性..SiO2具有中和碱性组分的作用;还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能..结构型促进剂:通过改善还愿态铁的结构而呈现出促进作用电子型促进剂:使金属电子逸出功降低;有利于氮的活性吸附;从而提高活性4、氨合成催化剂活性下降的原因有哪些;如何预防细结晶长大改变了催化剂的结构;催化剂中毒以及机械杂质遮盖而使比表面积下降氢氮原料气送往合成系统前应充分清除各类毒物以保证原料气的纯度5、理论上如何调整氨合成工艺温度以达到最大平衡氨含量氨合成的温度一般控制在400~500℃;催化剂的床层进口温度比较低;大于或等于催化剂使用温度的下限;依靠反应热床层温度迅速提高;而后温度再次下降;生产后期;催化剂活性降低;操作温度应适当提升6、氨合成时如何调整压力达到最佳经济效益通常原料气和设备的费用对过程的经济指标影响较大;在10~35MPa范围内;压力提高;综合费用下降;从能量消耗和综合费用分析;可以认为30MPa左右是氨合成的比较适宜的操作压力7、增大氨合成时的空间速度;会对生产效益带来负面影响;试进行分析..加大空速将使系统阻力增大、循环功耗增加;氨分离所需的冷冻负荷也加大..同时;单位循环气量的产氨量减少;所获得的反应热也相应减少;当反应热减少到一定程度;合成塔就难以维持“自热”..8、试分析合成塔进口气组成对氨合成的影响..当氢氮比为3时;对于氨合成反应;可得最大平衡氨含量氨合成反应中氢和氮总是按3:1消耗;新鲜空气氢氮比控制为3;否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来;造成循环气中氢氮比失调..维持过低的惰性气体含量需要大量排放循环气;导致原料气消耗量增加;循环气中惰性气体含量一定;新鲜气消耗随之增大;循环气中惰性气体的含量应根据新鲜气惰性气含量、操作压力、催化剂活性等条件而定..进塔气体中氨含量越高;氨净值越小;生产能力越小..初始氨含量的高低取决于氨分离的方法..9、氨有哪些分离方法各有什么优、缺点水吸收法:氨在水中的溶解度很大;与溶液平衡的气相氨分压很小;因此用水吸收法分离氨效果良好..但气相亦为水蒸气饱和;为防止催化剂中毒;循环气需要严格脱除水分后才能进入合成塔..水吸收法的产品是浓氨水冷凝法:该法是冷却含氨混合气使其中大部分气氨冷凝以便于不冷凝的氢氮分开;加压下;气相中饱和氨含量随温度的降低、压力的增高而减少..水冷仅能分离一部分氨;气相尚含氨7%~9%;需要进一步以液氨做冷冻剂冷却到0℃以下;才可能使气相中氨含量降至2%~4%、10、氨合成塔由哪两部分构成为什么要这样设计氨合成塔通常都由内件和外筒两部分构成;内件置于外筒之内..内件由催化剂筐、热交换器、电加热器三个主要部分构成..进入合成塔的气体先经过内件与外筒之间的环隙;内件外面设有保温层;以减少向外筒的散热..氢氮对碳钢有明显的腐蚀作用;在高温高压下;氮与钢中的铁及其他很多合金元素生成硬而脆的氮化物;导致金属机械性能降低;因此需要设计成外筒主要承受高压;不承受高温;内件只承受高温不承受高压、11、何为驰放气;如何回收其中的氢液氨冷凝过程中;部分氢氮气及惰性气体溶解其中;溶解气体大部分在液氨贮槽中减压释放出来;称之为贮槽气或驰放气..回收:中空纤维膜分离法、变压吸附分离法、深冷分离法第五章合成氨综述1、名词解释:冷法净化:把采用像低温甲醇洗涤法脱硫、脱碳;深冷分离法脱除少量CO的操作热法净化:把采用像热钾碱法脱碳、甲烷化法脱除少量CO与CO2的操作2、重油为原料含硫量较高;用德士古气化炉或谢尔气化炉各应采用什么工艺流程;画出并说明原因德士古激冷发流程:重油+纯氧+蒸汽→德士古制气→消除炭黑→耐硫变换→一步低温甲醇法脱硫脱碳→深冷洗涤法最终净化→压缩→合成→氨谢尔废热锅炉造气流程:重油+纯氧+蒸汽→谢尔炉→清除炭黑→低温甲醇法脱硫→高低变换→低温甲醇法脱碳→深冷洗涤法最终净化→压缩→合成→氨3、煤为原料用UGI炉气化的工艺总流程煤+空气+蒸汽→半水煤气→氧化法制硫→高温变换→低温变换→氨吸收法脱碳→铜氨液吸收最终净化→压缩→合成→氨4、煤为原料用德士古炉气化的工艺总流程;用谢尔气化炉的工艺总流程德士古激冷流程:70%水煤浆+纯氧→造气→耐硫变换→一步法低温甲醇法脱硫脱碳→深冷洗涤法最终净化→压缩→合成→氨谢尔废热锅炉造气流程:粉煤+纯氧+蒸汽→造气→低温甲醇法脱硫→高变低变→低温甲醇法脱碳→深冷洗涤法最终净化→压缩→合成→氨5、天然气为原料制氨的总流程天然气→脱硫→一段转化→二段转化→高低变换→热碳酸钾脱碳→甲烷化法最终净化→压缩→合成→氨。
合成氨工艺作业第一部分合成氨概述第一节氨的生产简史世界上第一个研究成功合成氨技术的科学家是德国巴斯夫荷技术大学的哈伯教授,他在1901年开始研究氢与氮直接合成氨的研究,1908年在实验室研究取得成功。
哈伯经研究发现:氨的合成转化率非常小,只有把高压的气体进行循环并将生成的氨在高压下除去,氨合成的技术方法是可行的。
哈伯的这一著名的“循环法”专利一直被应用到现今的合成氨厂德国的巴斯夫(BASF)公司对哈伯的氨合成研究很感兴趣,购买了哈伯的专利,并授予布什伟氨合成工业化项目的负责人。
哈伯完成了合成氨的基础研发工作,布什实现了合成氨的工业化。
两人密切合作,1913年9月9日世界上第一座工业化的合成氨工厂在德国建成投产,氨厂的生产能力为30t/d。
所以,合成氨工业的发展史迄今将近100年。
第二节氨的性质和用途1.氨的物理性质氨为无色透明、有强烈刺激臭味的气体,能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官粘膜。
氨的密度为0.771Kg/Nm3 ,液氨的比重0.667(20℃),液氨挥发性很强、气化热较大。
氨极易溶于水,可生产含氨15~30%(重量)的商品氨水,氨溶解时放出大量的热。
氨的水溶液呈弱碱性,易挥发。
2.氨的化学性质液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性,但在有水的条件下,对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。
氨的自燃点630℃,在空气中燃烧分解为氮和水。
氨与空气遇火能爆炸,在常压常温下氨的爆炸范围为15.5~28%,或13.5~82%(在氧气中)。
氨是活泼性化合物,与酸作用生成盐类。
例如,氨与硝酸作用生成硝酸铵,与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,然后脱水生成尿素。
3.氨的用途(1)氨主要用于农业。
除氨本身就可作为化肥外,几乎所有的氮肥、复合肥料都离不开氨。
(2)氨不仅对发展农业有着重要的意义,而且也是重要的工业原料,广泛用于制药、炼油、合成纤维、合成树脂等工业部门。
(3)将氨硝化可制成硝酸。
硝酸用来制造氮肥,也是生产炸药、染料等产品的化工原料。
《化工工艺学》教学大纲课程编码:0412101404课程名称:化工工艺学学时/学分:56/3.5先修课程:《化工原理》、《化学反应工程》、《化工热力学》适用专业:化学工程与工艺开课教研室:化工教研室一、课程性质与任务1.课程性质:本课程是化学工程与工艺专业的专业必修课。
本课程主要是从化工生产的工艺角度出发,运用化工过程的基本原理,阐明化工工艺的基本概念和基本理论。
2.课程任务:本课程的任务是通过分析和讨论生产工艺中反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织,使学生掌握化工生产与开发研究工作中的基本方法,对化工生产更加深入的了解,培养学生理论联系实际、应用已学过的基础理论解决实际工程问题的能力。
二、课程教学基本要求通过对本课程的学习,要求学生掌握合成氨、尿素、甲醇等化工产品生产过程的工艺原理、操作条件(工艺参数)的确定,熟悉有关工艺流程以及主要设备结构;了解当今化学工业的概貌及发展方向,了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。
使学生获得基本的化学工艺知识,培养理论联系实际的能力,为其将来从事化工过程的开发、设计、建设和科学管理建立化工工艺基础。
成绩考核形式:期末成绩(闭卷考试)(70%)+平时成绩(作业、期中考试等)(30%)。
成绩评定采用百分制,60分为及格。
三、课程教学内容第一章绪论1.教学基本要求掌握化学工业的分类和特点,掌握各类化工资源的加工利用。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学,要求学生熟悉化工生产的基本过程和化工资源,掌握合成氨、尿素和甲醇生产的基本过程。
3.教学重点和难点教学重点是化工过程的主要效率指标,石油及其加工利用。
教学难点是石油的几种不同的一次加工方法。
4.教学内容(1)概述主要知识点:化学工艺学研究范畴;化学工业的发展历史及其在人类社会中的作用;现代化学工业的特点和发展方向;化学工业的原料资源和主要产品;化工过程的主要效率指标。