化工工艺学__复习

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1、第二章制气#热量的供给方式不同有两种制备粗原料气的方法： 1外部供热的蒸汽转化法;2内部蓄热的间歇操作法 #气态烃蒸汽转化反应在高温有催化剂存在的条件下可实现下述反应： CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) 但要完成这一工业过程，必须对可能发生的主要反应及副反应进行详细研究。主要的副反应有CH4(g)=C(s)+2H2(g);2CO(g)=CO2(g)+C(s);CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) #CH4转化反应热力学：甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行为好#CH4转化反应的动力学分析：反应主要取决于在

2、催化剂内表面的反应，所以该反应控制步骤为内表面控制。因此减小粒度增加内表面积有利于扩散过程和提高反应速率。#防止析炭的措施：A配料时增大S/C，从热力学上去消除B选用适宜的催化剂C选择适宜的操作条件。#析碳的处理析炭不严重，可减压、减原料气，提高S/C，甚至可停进天然气，利用析炭逆反应除碳 析炭严重，可通入蒸汽为载体，加入少量空气燃烧碳，但空气量一定要严格控制，结束后对催化剂进行还原。#转化过程描述;一段转化完成转化大部分任务;二段炉转化剩余甲烷和加入原料氮气空气加入量对二段炉出口气组成和温度有无影响，如何影响？P97#对转化催化剂的要求 高活性、强度好、耐热性好、抗析炭能力强.(转化催

3、化剂所处工况转化温度高、水蒸气和氢气分压高、流速大、可能析炭)#转化催化剂的基本组成 NiO为最主要活性成份。实际加速反应的活性成份是Ni，所以使用前必须进行还原反应，使氧化态变成还原态NiNiO(s)+H2(g)=Ni(s)+H2O(g)#催化剂制备 制备方法有三种：沉淀法、浸渍法、混合法，这三种方法最后都需要进行高温焙烧，从而使催化剂有足够的机械强度 #转化分为二段的原因：A转化条件不允许;B补充合成所需要的氮气#为什么用二段转化方式？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。采用二段方式，一段温度只在800°C左右，对合金钢管要求低，材料

4、费用降低。在二段才通入空气，使与一段的H2反应产生高温，保证二段中转化较为完全。#转化工艺条件1转化压力:通常为3~4MPa,采用加压条件的主要原因：降低能耗,能量合理利用,提高余热利用价值,全厂流程统筹,减少设备体积降低投资,综合经济效益. 2转化温度:一段炉温度一般选择760~800℃，二段，出口温度应为1000℃左右实际生产中，转化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高，这个差值叫平衡温距。T＝T－Te（实际温度－平衡温度）它的大小反映实际组成与平衡组成的接近程度。平衡温距低，说明催化剂活性好。一、二段平衡温距通常分别为10~15℃和15~30℃。3水碳比：水碳比高，残余

5、甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用较高的水碳比，约3.5~4.0。原则：不析碳，原料充分利用，能耗小。4空速：原则：生产能力和催化剂用量#工艺流程：凯洛格法典型流程，其特点是热充分利用、能量质量合理安排等。一段转化炉是烃类转化法制取氨的关键设备之一，由辐射段和对流段组成。投资费用高，转化管尤为重要。炉型：顶部烧嘴炉；侧壁烧嘴炉；梯台炉。炉管结构分为三种：冷底式炉管伸出炉膛，有下法兰；热底式炉管不伸出炉膛，无下法兰；套管式。猪尾管作用：补偿炉管热膨胀量 所有炉管都有上猪尾管，冷底式炉管还有下猪尾管。 二段转化炉：二段转化在1000℃高温下进一步转化CH4，是合成氨生产中温度最高的催化

6、反应过程。上部----燃烧反应：一段炉气（H2/CO）与空气反应，强放热，使反应温度达1203℃；中部----装填Cr基镍催化剂；下部----装填Ni基镍催化剂：CH4+H2O=CO+3H2燃烧之前，转化气与空气必须充分混合，以避免局部过热而损坏炉体。因而通入的空气先要经一空气分布器。 #烃类蒸汽转化工段的节能原料烃类：消耗接近理论值；燃料烃类：消耗远远大于理论值，节能方向：降低燃料烃类消耗，**节能措施：增设燃烧空气预热器；降低水碳比S/C（目前较低的水碳比约2.5）；在二段炉中加入过量空气；双一段转化；（过量空气法和双一段转化法对应的流程是目前节能效果非常好的新流程）1、以天然气为原

7、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？ 2、为什么天然气蒸汽转化过程需要供热？供热的形式是什么？一段转化炉有哪些炉型？ 3、为什么转化炉的对流段要设置许多换热器？转化气的显热是如何回收利用的？4、乙烷与过量50%的空气燃烧，乙烷的转化率为90%。燃烧的乙烷有25%生成CO、其余生成CO2。试计算烟道气干基与湿基的组成（摩尔分率）。 5、燃料用过量20%的空气燃烧，得到燃烧气