无机化工工艺.docx

1. 合成氨历史简介1754 年，J.Priestley 发现氨.1784年，C.L.Berthollet证明氨是由氮、氢组成的1898年，A. Frank and N. Caro发现碳化钙与氮气在1000度左右加热时生成CaCN2,该物质可在2000C 碱性介质中水解生成氨1905年在德国建成第一座氰化法制氨装置1901年法国物理化学家提出氨合成的条件是高温、高压，并有适当催化剂存在1909年，德国人哈伯以锇为催化剂在17.5〜20MPa和500〜600°C温度下进行了合成氨1911年化学家A. Mittasch研究成功以铁为活性组分的合成催化剂2. 间歇制气特点及原理原理：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特点：气化炉内温度呈周期性变化，而产生的煤气组成也自然呈周期性变化3. 德士古水煤浆特点及原理优点：① 可用的气化原料范围比较宽，几乎从褐煤到无烟煤的大部分煤种都可以采用；② 水煤浆进料与干煤粉进料比较，具有安全并容易控制的特点；③ 工艺技术成熟，流程简单，过程控制安全可靠。

设备布置紧凑，运转率高气化炉内结构简单，炉内没 有机械传动装置操作性能好，可靠程度高；④ 操作弹性大，气化过程碳转化率比较高，转化率一般可达95%~99%，负荷调整范围大；⑤ 粗煤气质量好，用途广因采用高纯度氧气进行部分氧化反应，粗煤气中有效成分可达80%左右；⑥ 可供选择的气化压力范围宽；⑦ 单台气化炉投煤量选择范围大；⑧ 气化过程污染少，环保性能好缺点：① 炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，选用的高铬耐火砖寿命为1~2年，更换耐火砖费用大，增加了生产成本；② 烧嘴使用周期短，一般使用60~90天就需要更换，停炉更换烧嘴对生产连续运行或者高负荷运行有影响， 一般需要有备用炉，这增加了建设投资；③ 考虑到喷嘴的雾化性能及气化反应过程对炉砖的损害，气化炉不适宜长时间在低负荷下运行，经济负荷 在70%以上；工艺原理：德士古气化装置包括煤浆制备、气化、灰水处理1•煤浆制备采用湿法磨煤，碎煤经物理破碎，同时加入水和添加物料，混磨成均匀、稳定的水煤浆混合物2. 煤浆气化采用德士古水煤浆加压气化的激冷流程，将加压了的煤浆和氧气送入气化炉，在 1250〜1350C，进行部分氧化，生成水蒸气、CO、H2和CO2为主的湿煤气，经激冷和洗涤后，饱和了水蒸汽并 除去细灰，送入变换系统。

3•气化产生的粗渣脱水后运走，含有细灰的240C黑水经三级闪蒸，回收热量和冷凝液，作为气化洗涤水 而循环利用4. 为什么用二段转化方式1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2a将一段转化气中的甲烷进一步转化b加入空气提供氨合成需要的氮，同时燃烧一部分转化气（主要是氢）而实现内部给热5•简述天然气为原料进行蒸汽转化的工艺条件压力：热力学上，降压有利，但是实际采用加压操作，可以节省压缩功消耗；可以提高蒸汽余热利用价值；可以 降低原料气制备与净化系统的设备投资3.5~4.0Mpa温度：升温在热力学和动力学上都有利，但受反应管寿命限制，温度不能太高，具体与操作压力大小有关一段 炉1.8Mpa，出口温度约760°C3.2Mpa,出口温度约800°C二段炉：确保出口甲烷低于0.5%出口温度需达 1000 r以上水蒸汽与甲烷的摩尔比m：提高水碳比，可以提高甲烷的转化率；此外还可抑制付反应即析碳反应的发生但是过高，从经济上不合 理；而且还会增大系统阻力、增加动力消耗；增加辐射段的热负荷，一般水碳比选择为2.5~3.5。

空间速度：越大，催化剂用量越少，其大小的选择由设备尺寸，催化剂的颗粒大小以及操作压力等因素综合决定6. 简述合成氨原料气净化阶段湿法脱硫和干法脱硫两种方法各自的特点湿法脱硫：吸收速度或化学反应速度快，硫容量大，适合于高硫含量的原料气，脱硫液再生方便，可循环使用，还可 回收硫黄，但脱硫精度不咼干法脱硫：使用固体脱硫剂，脱硫精高，可将硫化物脱至0.1~0.5cm3/m3,但脱硫设备机组庞大，更换脱硫剂工作笨重， 再生能耗大，仅适用于脱除低硫或微量硫7. 氨合成的工艺条件如何选择温度：400~500°C ；压力：中小型厂20~32Mpa；空间速度：根据压力来确定；进塔气体组成：氢氮比约3；惰性气体：根据新鲜原料气中量来确定；初始氨含量：越低越好，具体量由 氨分离方法确定水吸收可低于0.5%8. 常采用哪些方法对合成气精制？这些方法各有何优缺点精制合成气的方法有铜氨液吸收法，甲烷化法，液氮洗涤法三种三种精制方法比较，铜氨液精制法需建 立一套加压铜氨液吸收塔及再生系统，设备投资增大管理复杂；甲烷化转化法只需增加一套甲烷化反应装 置和催化剂，设备虽然简单，但消耗了合成气中的氢气，除了采用低温变换反应外，最好增加一套一氧化 碳选择氧化反应器，以便进一步降低一氧化碳残余含量；液氮洗涤法需有空分装置，如果已具备此条件， 只需增加一套高效热交换器和液氮洗涤泡罩塔。

9. 天然气为原料的日产千吨的大型合成氨厂的转化工段流程图1、 1#设备的作用是将有机硫转化为无机硫2、 2#设备的作用是用氧化锌干法脱硫法脱除天然气中的无机硫3、 一段生产无法达到对天然气转化的要求：残余甲烷含量低于0.5%，H2/N2 = 3/1二段转化可以满足上 述要求，同时还可以提供后续合成所需氮气4、 降低二段转化的热负荷，提高二段转化催化剂的利用率5、 有三大优点：可以节省压缩功消耗；提高过量蒸汽余热的利用价值；可以降低原料气制备与净化系统 的设备投资10. 甲烷化法的原理是把CO, CO2转化为对氨合成无害的CH4,主要反应是CO + 3H2 = CH4 + H2O CO2 + 4H2=CH4 + 2H2O 甲烷化法镍为主的催化剂作用下，在280〜380C及压强0.6〜3MPa下进行甲烷化反应此法将气体中碳 化物总量降低到10“g・gT11. 氧化锌法的原理氧化锌脱除有机硫的能力很强，可使出口硫含量＜0.1ppm，当原料气硫含量V50X10-6时，仅用它一步脱 硫就行了若硫含量较高，可先用湿法，再用此法其基本原理如下：ZnO(s)+H2S(g)=ZnS(s)+H2O(g)ZnO(s)+C2H5SH(g)=ZnS(s)+C2H5OH(g)ZnO(s)+ C2H5SH(g)= ZnS(s)+C2H4(g)+H2O(g)12. 钻钼加氢脱硫法的原理钻钼加氢脱硫法是脱除有机硫十分有效的预处理措施。

钻钼加氢催化剂几乎可使天然气/石脑油中的有机 硫全部转化成硫化氢钻钼加氢催化剂以氧化铝为载体，由氧化钻和氧化钼组成经硫化后活性组分为MoS2, Co9S8活性成份 主要反应如下：RCH2SH+H2=RCH3 + H2SRCH2-S-CH2R'+2H2=RCH3 + R'CH3 +H2SRCH2S-SCH2R'+3H2=RCH3 + R'CH3 +2H2S13. 改良ADA法(改良蒽酿二磺酸法)反应原理在脱硫塔中进行的反应为：Na2C03 +H2S =NaHS+NaHC03然后再与偏钒酸钠反应：NaHS+4NaV03+H20 =Na2V409+4Na0H+2S氧化态ADA氧化焦性偏钒酸钠：Na2V409+2ADA(氧化态)+2NaOH +H2O = 4NaVO3 +2ADA (还原态) 在再生塔中的反应为：2ADA(还原态)+02=2ADA(氧化态)+2H2014•变换过程工艺条件温度变换反应是放热反应，存在反应最佳温度从热力学上看，温度上升，平衡常数下降；但从动力学 因素看，温度升高，反应速度增加使变换率最大的温度为最佳温度压力 从平衡角度看，加压对变换反应不利；但从动力学角度看，压力增大，反应速率上升。

这是由于加压催化剂活性更高，以天然气为原料的合成氨厂，变换压力一般为3.0MPa水蒸气比例以水蒸气摩尔数与CO摩尔数之比表示，称为水碳比水碳比上升，平衡转化率上升，且可避免析碳但 实际生产中水碳比也不能过大，一是蒸汽消耗大，另一是床层压降增大水碳比一般为3.0-5.00可通过 调节床层温度来调节水碳比15. 本菲尔法脱碳基本原理本菲尔法即二乙醇胺热钾碱法 C02(aq)+K2C03(aq)+H20(aq)=2KHC03(aq)加入少量DEA可以增加吸收系数，降低二氧化碳的平衡分压16. 简述在合成氨粗原料气净化阶段采用低温甲醇洗涤法的优、缺点优点：①可脱除多种杂质：HS、CO、COS、CS、RSH、CHS、HCN、NH和NO,同时还有脱水作用，使气体2 2 2 4 4 3得到干燥，有用的组分在甲醇的再生过程中得到回收② 净化程度高：总硫可降到O.lppm以下；CO可降到lOppm以下③ 可选择性脱除HS和CO，并可分别加以回收利用④ 甲醇热稳定性和化学稳定性好，不会被降解，不腐蚀设备管道，便宜，易获得，可大量生产⑤ 可与液氮脱除CO、CH联合使用，工艺更加合理，能节省投资和动力消耗4缺点：①甲醇有毒，对设备管道安装要求非常严格。

②工艺流程长，再生过程比较复杂17. 两转两吸的优缺点优点：①转化反应速度快，最终转化率高，既满足了越来越高的环保要求，及提高硫的利用率，而且又不 使催化剂的用量较一转一吸多；② 能处理SO含量较高的气体；③能减轻尾气的危害缺点：①由于增设中间吸收塔，转化温度由高-低-高，整个系统热量损失大；②由于两次转化较一次转化增加了一台中间吸收塔及几台换热器，阻力比一次转化大许多，能耗增加；③ 二次转化流程较一次转化复杂，操作也复杂一点18. 侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点1. 相同点 NaCl+NH3+H2O+CO2—NaHCO3 (+NH4Cl； 2NaHCO3^Na2CO3+H2O+CO2 f2. 不同点：索氏制碱法(氨碱法)；侯氏制碱(联合制碱法)滤液处理方法 Ca(OH)2+2NH4Cl—2NH3+CaCl2+2H2OCa(OH)2 来源：CaCO3—CaO+CO2； CaO+H2O—Ca(OH)21、 通入NH3：a、 增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出b、 使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出NH4Cl的纯度2、 降温，并加入过量NaCl：低温时NH4Cl溶解度比NaCl小，所以可以使NH4Cl析出，同时补充Na+ 原料来源CO2 :石灰石的煅烧；NH3 : Ca(OH)2与NH4Cl的反应CO2 :高温下焦炭与水蒸气的反应；NH3 :工业合成氨的反应 循环物质：CO2、NH3； CO2、NaCl优缺点优点1、 原料(食盐和石灰石)便宜；2、 产品纯碱的纯度咼；3、 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；4、 步骤简单，适于大规模生产。

缺点1、NaCl利用率低；2、生成用途不大的CaCl2优点1、提高了 NaCl利用率；2、产生了有用的化工原料 和肥料NH4Cl。