《天然气化工工艺学》复习资料

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1、天然气化工工艺学复习资料- 1 -天然气化工工艺学天然气化工工艺学复习资料复习资料考试时间：11 月 9 日，14：3016：10 考试地点：明德楼 B303、B307、A304、A312 考试题型：名词解释、填空、选择、问答 说明：1.本资料根据上课 PPT 及教材归纳整理，第一、二、三章由化工 3 班蒋鹏同 学完成，四、六、八章由化工 3 班李超同学完成，五、六章由化工 4 班张颖超同 学完成，旨在方便复习，减轻为考研和找工作的同学负担；2.红色标注的是未找到或者归纳得不全面的内容，有待进一步整理及优化；3.本资料整理的时间比较仓促，统稿完成后迫不及待与大家分享，不可能完 全保证答案的正确

2、性，仅仅为复习提供一个参考。Chapter 1 概述概述 1.天然气的定义天然气的定义? 答：广义上看：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.干气、湿气、贫气、富气、凝析井气、伴生气、气井气的定义？干气、湿气、贫气、富气、凝析井气、伴生气、气井气的定义？ 答：干气与湿气：C5 界定法干气(dry gas)： 1Sm3 井口流出物中， C5 以上烃液含量13.5cm3 的天然气。湿气(wet gas)： 1Sm3 井口流出物中， C5 以上烃液含量13.5cm3 的天然气。（注： Sm3 指基本立方米， 标准参比条件， 压力

3、101.325kPa、 温度 20 （CHN） 或 15.6（GPA） ）贫气与富气：C3 界定法贫气(lean gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量94cm3 的天然气。富气(rich gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量94cm3 的天然气。 凝析井气(condensate gas)：在井口减压后可分成气、液两相，液相主要为凝析油；除甲、乙烷外，还含一定量丙、丁烷及戊烷(C5+)以上烃类。天然气化工工艺学复习资料- 2 -伴生气(associated gas) ：伴随原油共生并与原油同时被采出，亦称油田气(oil field gas) ，在地层中为油、气两相

4、。 除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷， 甚至 C9、C10 组分。气井气(gas well gas)：在气藏中天然气以气相形式在在；主要为甲烷，及少 量乙、丙、丁烷和非烃气体。3.酸性天然气的定义？酸性天然气的定义？答：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。4.我国天然气主要产地有哪些？我国天然气主要产地有哪些？ 答：我国天然气主要分布在四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、准格尔、松辽六 大盆地。5.天然气质量标准中对硫化物的要求？天然气质量标准中对硫化物的要求？答：分类 1：含硫气(0.3%1.0%)、中含硫气(1.0%5.0%)、高含硫气(

5、5.0%)。 分类 2：含硫气藏(2%5%)、高含硫气藏(5%20%)、特高含硫气藏(20%以上)、“纯”硫化氢气藏(80%以上)。6.天然气作为清洁能源有哪些优点？天然气作为清洁能源有哪些优点？ 答：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。7.我国最长的天然气输气管线有哪些？我国最长的天然气输气管线有哪些？ 答：1）西气东输：起点：西部的塔里木盆地、柴达木盆地、陕甘宁盆地以及川 渝盆地。2）川气东送：从重庆忠县到湖北武汉。3）俄气南供。 8.在我国天然气利用政策中，天然气利用分为哪几类？在我国天然气利用政策中，天然气利用分为哪几类？ 答：1

6、）城市居民应用；2）天然气发电；3）天然气汽车；4）燃料电池 9.天然气化工利用有哪些？天然气化工利用有哪些？ 答：目前天然气利用以合成氨和甲醇为主。氨、甲醇、乙炔是天然气化工的三大 基础产品。天然气化工工艺学复习资料- 3 -Chapter 2 天然气转化天然气转化 1.合成气、空速、水碳比、硫容量、析碳的定义？合成气、空速、水碳比、硫容量、析碳的定义？ 答：合成气：CO 和 H2 的混合物。空速：单位时间单位催化剂所处理的进料量。 水碳比：进口气体中水蒸气与烃原料中所含的碳的物质的量之比。 硫容量：析碳：2.天然气转化前，脱硫的原因？脱硫方法？及各类的特点？天然气转化前，脱硫的原因？脱硫方

7、法？及各类的特点？ 答：原因：1）硫化物是各种催化剂的毒物；2）硫化物腐蚀设备和管道。天然气 进入转化工序之前，必须进一步脱除硫化物，要求：硫化物含量0.510-6，甚 至 0.110-6。脱硫方法：脱硫方法可分干法脱硫（活炭法、氧化铁法、氧化锌法、氧化锰 法、分子筛法）和湿法脱硫（化学吸收法、物理化学吸收法：环丁砜、烷基醇胺 法、物理吸收法：低温甲醇法、Selexol 法、碳酸丙烯酯法等） 3.氧化锌脱硫原理氧化锌脱硫原理?硫容量的大小受哪些因素影响？硫容量的大小受哪些因素影响？答：H2SZnO H2OZnS，将硫化氢转化为硫化锌固体。4.钴钴钼加氢能独立脱硫么？什么场合使用钴钼加氢能独立脱

8、硫么？什么场合使用钴钼加氢？钼加氢？5.天天然然气气蒸蒸汽汽转转换换催催化化剂剂的的活活性性组组分分？催催化化剂剂的的使使用用操操作作需需注注意意哪哪些些？催催化化剂剂 中毒类型？中毒类型？答：活性组分：以镍为最佳，一般以 NiO 形式存在，含量约为 4%30%。 使用时：1）使用前必须还原成为具有活性的金属镍；2）不采用纯 H2 还原，而是通入水蒸气和天然气混合物；3）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，催化剂钝化。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。6.天然气转化生成合成气的方法？主要反应式？天然气转化生成合成气的方法？主要反

9、应式？ 答：1）天然气水蒸气转化法：CH4+H2O=CO+3H2;CO+H2O=CO2+H22）天然气 CO2 转化：CH4+CO2=2CO+2H23)天然气部分氧化法：CH4+1/2O2=CO+2H2天然气化工工艺学复习资料- 4 -4）联合转化制备合成气7.分析甲烷水蒸气转化时，温度、压力、分析甲烷水蒸气转化时，温度、压力、H/C 对甲烷水蒸气转化过程的影响？对甲烷水蒸气转化过程的影响？ 答：1）压力升高压力对于体积增加的甲烷转化反应不利，平衡转化率随着压 力的升高而降低。采用加压蒸汽转化；一般控制在 3.04.0MPa，最高已达 5MPa。2）温度 从化学平衡或反应速度考虑，温度对转化反

10、应都是有利的。一 段转化炉出口温度温度决定出口气体组成，出口温度，可残余甲烷含量；温 度一般在 800860。 二段转化炉出口温度：合成气的最终组成取决于二段转 化炉出口温度，一般在 10001200。3）水碳比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。Chapter 3 合成氨及下游产品合成氨及下游产品1.CO 变换、甲烷化以及氨合成过程的主要反应式？变换、甲烷化以及氨合成过程的主要反应式？ 答：CO 变换：CO+H2O=CO2+H2甲烷化：CO+3H2=CH4+H2O;CO2+4H2=CH4+2H2O氨的合成：N2+3H2=2NH32.在氨合成中，为什么

11、要脱除在氨合成中，为什么要脱除 CO2 中的中的 CO？有哪些方法？有哪些方法？答：CO2 也合成氨催化剂的一种毒物，需要脱除。采用吸收法如 Benfield 法、aMDEA 法、Selexol 法。3.氨合成时催化剂的活性成分？毒物有哪些？氨合成时催化剂的活性成分？毒物有哪些？ 答：铁系催化剂活性成分：Fe；未还原前：氧化铁和氧化亚铁，Fe2+/Fe3+约 0.5， 催化剂主要可视为 Fe3O4，具有尖晶石结构。毒物：1）氧及氧的化合物：CO、CO2、H2O，可逆毒物，中毒为暂时性的。2）硫及硫的化合物：H2S、SO23）磷从磷的化合物：磷化氢等4）砷及砷的化台物 氯及氯的化合物5）其它：润

12、滑油、铜液等。4.以天然气为原料的节能型合成氨工艺中以天然气为原料的节能型合成氨工艺中 H20/C 控制多少？控制多少？天然气化工工艺学复习资料- 5 -5.CO 变换目的？变换流程的类型及主要设备？变换目的？变换流程的类型及主要设备？答：CO 是合成氨催化剂的毒物，利用水蒸气把 CO 变换为 H2 和易清除的 CO2。 1）中变流程及设备名称。2）中变串低变流程天然气化工工艺学复习资料- 6 -6.CO 变换使用的催化剂？变换使用的催化剂？答：1）中温变换催化剂活性组分：新催化剂为 Fe2O3，需在使用前还原为 Fe3O4 2）低温变换催化剂活性组分：金属铜微晶，使用前需还原为铜。3）耐硫变

13、换催化剂活性组分：钴钼的硫化物。7.aMDEA 脱脱 CO2 的原理，工艺流程，标注主要设备名称？的原理，工艺流程，标注主要设备名称？ 答：R2RNCO2H2O =R2RNH+HCO3-纯 MDEA 不能与 CO2 发生化学反应，仅 MDEA 水溶液对 CO2 有吸收作用。 为加快反应速率，需加入 2%5%左右的活化剂：二乙醇胺、嗪、咪唑、甲基咪 唑等。工艺流程图如下所示。8.合成工段中，影响氨含量的因素有哪些？合成工段中，影响氨含量的因素有哪些？答：1）温度和压力影响压力，温度，KPp 数值， y*NH3 随之。2）氢氮比影响在 =3 时， y*NH3 具有最大值。3）惰性气体的影响y*NH

14、3 随 y1*的而。9.氨的基本性质？氨的基本性质？ 答：理化性质如下。1）无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味2）常温下稳定，但在高温下可分解成氢和氮3）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1625%，最易引燃浓度 17%)遇明火会燃烧和爆炸。4）氨极易溶于水，可生产含氨 15%30%(质量)的氨水，水溶液呈碱 性。天然气化工工艺学复习资料- 7 -有毒性如下。 具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。危险性如下。 不能与下列物质共存：

15、乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。10.影响氨的合成因素有哪些？氨怎样分离？影响氨的合成因素有哪些？氨怎样分离？答： （1）压力操作压力利于平衡氨含量和氨合成速度，生产能力，有利 于简化氨分离流程。合成氨适宜的操作压力：30MPa。（2）温度 工业生产中，应控制两点温度：床层入口温度、热点温度。床层 入口温度应等于或略高于催化剂活性温度的下限；热点应小于或等于催化剂使用 温度的上限。（3）空速 1000020000h-1（4）入塔气体的组成 氢氮比，生产实践表明：进塔气中适宜的氢氮比 是 2.82.9，若含钴催化剂其适宜氢氮比在 2.2 左右。惰性气体

16、含量 ，惰性气 含量过低，需大量排放循环气，而损失氢氮气，原料气耗量。 循环气中惰性 气含量宜在 1620，以原料气消耗量。入口气体中氨含量，入塔氨含 量的高低，取决于氨分离的方法。分离方法：冷凝法，利用氨气在高压下易于被冷凝的原理而进行。 11.合成氨中驰放气排放的目的？组成？如何回收？合成氨中驰放气排放的目的？组成？如何回收？ 答：生产中采取放掉一部分循环气的办法，放掉的气体称为驰放气。1）目的：防止惰性气积累，维持系统组成稳定。2）驰放气组成：H2、N2、NH3、CH4、Ar 等。3）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.列举三种主要的合成氨工艺？列举三种主要的合成氨工艺？ 答：天然气制氨、石脑油制氨、重油制氨。 13.氨合成塔的基本要求及类型有哪些？氨合成塔的基本要求及类型有哪些？答：基本要求：催化床层温度分布合理 容积利用率高