无机化工工艺学习题

习题答案脱硫一、填空1、合成氨原料气中的硫分为无机硫H2S和有机硫CS2、COS、硫醇、噻吩、硫醚等。2、气体脱硫方法按脱硫剂的形态可分为两类，一类是干法脱硫，一类是湿法脱硫。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法两类。3、常用的干法脱硫有：钴钼加氢、氧化锌法、活性炭法、氧化铁法等。4、氧化锌脱硫剂以氧化锌为主体，其余为三氧化二铝，可加入氧化铜、氧化钼等以增加脱硫效果。5、活性炭脱硫法分吸附法、催化法和氧化法。6、钴钼催化剂以氧化铝为载体，由氧化钼和氧化钴组成。7、湿法脱硫根据吸收原理的不同可分为物理法、化学法。化学吸收法又分为中和法和湿式氧化法。8、湿式氧化法脱硫包括两个过程。一是脱硫剂中的吸收剂将将原料气中的硫化氢吸收；二是吸收到溶液中的硫化氢的氧化以及吸收剂的再生。二、判断1、采用钴钼加氢可使天然气、石脑油原料中的有机硫几乎全部转化成硫化氢。（×）2、吸附脱硫是因为活性炭具有很大的比表面积，对某些物质具有较强的吸附能力。（）3、活性炭对吸附有机硫中的噻吩很有效，而对挥发性大的硫氧化碳的吸附很差。（）4、活性炭对吸附原料气中二氧化碳和氨的吸附强，而对挥发性大的氧和氢较差。（）5、ADA是蒽醌二磺酸钠的英文缩写。（）6、PDS法、MSQ、栲胶法和鳌合铁法都属于湿式氧化法脱硫。（）三、简答1、合成氨原料气为何要进行脱硫？答：硫是各种催化剂的毒物。对甲烷转化和甲烷化催化剂、中温变换催化剂、低温变换催化剂、甲醇合成催化剂、氨合成催化剂等的活性有显著的影响。硫化物还会腐蚀设备和管道，给后工序的生产带来许多危害。因此，对原料气中硫化物的清除是十分必要的。同时，在净化过程中还可得到副产品硫磺。2、氧化锌法脱硫的原理是什么？温度对脱硫过程有何影响？答：氧化锌内表面积较大，硫容量较高，在脱除气体中的硫化氢及部分有机硫的过程中，速度极快，广泛用于精细脱硫。氧化锌脱硫剂可直接吸收硫化氢和硫醇，反应式：OHZnSZnOSH22C2H5SH+ZnO=ZnS+C2H4+H2O对有机硫，如COS，CS2等则先转化成硫化氢，然后再被氧化锌吸收，反应式：COSHHCOS224222CHSH2H4CS3、活性炭法脱硫的原理是怎样的？脱硫后的活性炭如何再生？答：活性炭主要用于脱除有机硫及少量的硫化氢。因反应机理不同可分为吸附、氧化和催化三种方法。吸附法：活性炭具有很大的比表面积，吸附能力较强，具有较强的选择性，主要表现在难吸附挥发性大的物质，对噻吩最有效。氧化法：硫化氢和氧硫化碳被气体中存在的氧气氧化。H2S(g)＋O2=S(s)+H2O2COS+O2==CO2+2S催化法：在活性炭上浸渍铁、铜等盐类，使有机硫催化为硫化氢，然后再被吸附脱除。脱硫剂再生有过热蒸汽法和多硫化铵法。①多硫化铵法是采用硫化铵溶液多次萃取活性炭中的硫，硫与硫化铵反应生成多硫化铵，反应式为：（NH4）2S+（n-1）S=（NH4）2Sn此法包括硫化铵溶液的制备、用硫化铵溶液浸取活性炭上的硫磺、再生活性炭和多硫化铵溶液的分解、以及回收硫磺及硫化铵溶液等步骤。②过热蒸汽或热惰性气体（热氮气或煤气燃烧气）再生法：由于这些气体不与硫反应，可用燃烧炉或电炉加热，调节温度至350～450℃，通入活性炭脱硫器内，活性炭上硫磺便发生升华，硫蒸汽被热气体带走。4、什么是湿式氧化法？与中和法有何不同？如何选择湿式氧化法的氧化催化剂？答：湿法氧化法是指用碱性脱硫剂吸收酸性硫化氢气体，再用氧化态催化剂将硫化氢氧化为单质硫使脱硫剂再生的方法。湿法氧化法脱硫包含两个过程：一是脱硫剂中的吸收剂将将原料气中的硫化氢吸收；二是吸收到溶液中的硫化氢的氧化以及吸收剂的再生；湿式氧化法与中和法区别于再生原理不同。中和法脱硫剂的再生是通过升温和减压使吸收过程中生成的化合物分解并释放出硫化氢；湿式氧化法脱硫剂的再生是以催化剂作为载氧体将溶液中被吸收下来的硫化氢氧化为单质硫。湿式氧化法的氧化催化剂必须既能氧化硫化氢，又能被空气中的氧所氧化。即氧化态的催化剂：0.2V﹤E⊙Q/H2Q﹤0.75V是选择催化剂的重要依据，同时还应考虑原料的来源、用量、价格、化学性质等。5、ADA法脱硫和再生的原理是什么？ADA法脱硫塔为什么容易发生堵塞现象？ADA法脱硫和再生的原理：（1）脱硫塔中的反应：以PH为8.5~9.2的稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物3232NaHCONaHSSHCONa硫氢化物与偏钒酸盐反应转化成还原性的焦钒酸钠及单质硫322492NaHS+4NaVO+HONaVO+4NaOH+2S氧化态ADA反复氧化焦钒酸纳24923NaVO+2ADA()+2NaOH+HO4NaVO+2ADA()氧化态还原态（2）氧化槽中（吸收液再生设备）的反应还原态的ADA被空气中的氧氧化恢复氧化态，其后溶液循环使用；OH)(ADA2O)(ADA222氧化态还原态由于在脱硫塔内发生析硫反应，因而ADA法脱硫塔中容易发生堵塞现象。6、简述天然气加氢串氧化锌脱硫工艺过程。答：含有有机硫40mg/m3的原料气压缩到4~4.5Mpa后加入氢氮混合气使天然气含氢气15%，在一段转化炉对流段加热到400℃进入加氢槽1，通过钴钼催化剂加氢使有机硫转化为硫化氢，使转化气中含有机硫≤1mg/m3，然后送入两个串联的氧化锌槽2将硫化氢吸收除去。净化气原料气H21221加氢反应器2氧化锌脱硫槽图2－1加氢转换串联氧化锌流程变换一、填空题1.变换反应：CO+H2O=CO2+H22.变换率：反应中变换了的一氧化碳量与反应前气体中一氧化碳量之比。3.铁铬系催化剂使用温度为350~550℃，铜锌系催化剂使用温度为200~280℃。4.孔隙率＝催化剂的微孔体积／催化剂的颗粒体积5.低变催化剂的主要毒物有：硫化物、氯化物和冷凝水。二、简答题1.影响一氧化碳平衡变换率的因素有哪些？如何影响？答：1．温度的影响。温度降低，平衡变换率提高，变换气中一氧化碳的平衡量减少。2.水蒸气与一氧化碳体积比：在温度一定的情况下，一氧化碳平衡变换率随H2O/CO提高而增加，其趋势是先快后慢。3．压力：反应为等体积反应，压力对平衡变换率无影响。4．二氧化碳量：降低CO2量，有利于提高一氧化碳的变换率。2、铁-铬系中温变换催化剂的活性组分是什么？使用前需进行怎样的处理？答：铁铬系催化剂主要组分为三氧化二铁和助催化剂三氧化二铬。其活性成分是四氧化三铁，因此，催化剂使用前需利用煤气中的氢和一氧化碳进行还原，其反应式如下：233423FeOCO2FeOCO50.945KJ/mol2323423FeOH2FeOHO9.26KJ/mol3、当系统停车或检修时，为什么要对催化剂进行钝化？如何处理？答：氧能使还原后的催化剂氧化生成三氧化二铁，反应式如下342234FeOO6FeO514.14KJ/mol此反应热效应很大，生产中必须严防煤气中因氧含量高造成催化剂超温，在停车检修或更换催化剂时，必须进行钝化。其方法是用蒸汽或氮气以30~50℃/h的速度将催化剂的温度降至150～200℃，然后配入少量空气进行钝化。在温升不大于50℃/h的情况下，逐渐提高氧的浓度，直到炉温不再上升，进出口氧含量相等时，钝化工作即告结束。4、铜锌系催化剂的组成是什么？其活性组分是什么？使用前需进行怎样的处理？答：铜锌系催化剂是以氧化铜为主体，氧化锌、氧化铬、氧化铝为促进剂。铜锌系催化剂的活性组分是金属铜微晶。氧化铜对变换反应无催化活性，使用前要用氢或CO还原具有活性的单质铜：22CuOHCuHO86.526KJ2CuOCOCuCO127.49KJ/mol5.什么是催化剂的孔隙率？催化剂的孔隙率指单位颗粒体积（包括催化剂和骨架体积）含有微孔体积的百分数，即：孔隙率＝催化剂的微孔体积／催化剂的颗粒体积6．催化剂活性下降的原因是什么？硫、磷、砷、氟、氯、硼的化合物及氢氰酸等物质，均可引起催化剂中毒，使活性显著下降。硫化氢能使催化剂暂时中毒。提高温度，降低硫化氢含量和增加气体中水蒸气含量，可使催化剂活性逐渐恢复。原料气中灰尘及水蒸气中无机盐高时，都会使催化剂活性显著下降，造成永久性的中毒。催化剂活性下降的另一个重要因素是催化剂的衰老。主要原因是在长期使用后，催化剂的活性逐渐下降。因为长期处在高温下，会使催化剂逐渐变质；另外气流冲刷，也会破坏催化剂表面状态。7．如何对催化剂进行维护与保养？（1）在装填前，要进行过筛除去粉尘和碎粒。使催化剂的装填时要保证松紧一样。严禁直接踩在催化剂上，并不许把杂物带入炉内。（2）在开、停车时，要按规定的升、降温速度进行操作，严防超温。（3）正常生产中，原料气必须经过除尘和脱硫(氧化型的催化剂)，并保持原料气成分稳定。控制好蒸汽与原料气的比例及床层温度，升降负荷时要平稳。8．加压变换比常压有哪些优点？（1）可以加快反应速率和提高催化剂的生产能力，因此可用较大空速增加生产负荷。（2）由于干原料气体积小于干变换气的体积，因此，先压缩原料气后，再进行变换的动力消耗，比常压变换后再压缩变换气的动力消耗低很多。（3）需用的设备体积小，布置紧凑，投资较少。（4）湿变换气中蒸汽的冷凝温度高，利于热能的回收利用。原料气中二氧化碳的脱除一、填空1、工业上常用的脱除二氧化碳的方法为溶液吸收法。一类是循环吸收法，另一类是联合吸收法，循环吸收法根据吸收原理的不同，可分为物理、化学和物理化学吸收法三种。2、物理吸收法是利用分子间的范德华力进行选择性吸收。化学吸收法是利用CO2的酸性特性与碱性物质进行反应将其吸收。3、再生度fc的定义为：2c2CO=KOf溶液中总的摩尔数总的摩尔数4、MDEA即N-甲基二乙醇胺（R2CH3N）5、二、1、本菲尔特法吸收二氧化碳的原理是什么？再生的原理是什么？答：（1）纯碳酸钾水溶液和二氧化碳的反应碳酸钾水溶液吸收CO2的过程为：气相中CO2扩散到溶液界面；CO2溶解于界面的溶液中；溶解的CO2在界面液层中与碳酸钾溶液发生化学反应；反应产物向液相主体扩散。据研究，在碳酸钾水溶液吸收CO2的过程中，化学反应速率最慢,起了控制作用。纯碳酸钾水溶液吸收CO2的化学反应式为：22223KCO+HO+CO2KHCO＝（2）碳酸钾溶液对原料气中其他组分的吸收含有机胺的碳酸钾溶液在吸收CO2的同时，也可除去原料气中的硫化氢、氰化氢，硫酸等酸性组分，吸收反应为：H2S+K2CO3=KHCO3+KHSHCN+K2CO3=KCN+KHCO3R-SH+K2CO3=RSH+KHCO3硫氧化碳，二硫化碳首先在热钾碱溶液中水解生成H2S，然后再被溶液吸收。COS+H2O=CO2+H2SCS2+H2O=COS+H2S(3)吸收溶液的再生碳酸钾溶液吸收CO2后，碳酸钾为碳酸氢钾，溶液PH值减小，活性下降，故需要将溶液再生，逐出CO2，使溶液恢复吸收能力，循环使用，再生反应为2KHCO3=K2CO3+CO2+H2O原料气精制一、填空1、目前常用于合成氨原料气精制的方法有铜氨液洗涤法、甲烷化法和液氮洗涤法。2、铜洗工艺流程由吸收和再生两部分组成。3、甲烷化催化剂中的镍都是以NiO的形式存在，使用前需还原为活性组分Ni。二、判断1、甲烷化法是在催化剂镍的作用下将一氧化碳、二氧化碳加氢生产甲烷而达到气体精制的方法。（√）2、甲烷化过程消耗氢气而生成无用的甲烷。（√）3、甲烷化是甲烷转化的逆反应。（√）4、甲烷化催化剂和甲烷转化催化剂都是以镍作为活性组分。但二者有区别。（）5、硫、砷、卤素是镍催化剂的毒物。（）6、液氮洗涤法是一种深冷分离方法，是基于各种气体沸点不同这一特性进行的。（）三、简答1、铜氨液吸收一氧化碳的原理是什么？铜氨液再生的作用与原理是什么？铜氨液吸收一氧化碳的反应：Cu(NH3)4Ac2+CO+NH4≒Cu[(NH3)3CO]Ac铜氨液再生的作用：使吸收的CO和CO2解析出来；把被氧化的高价铜还原成低价铜。铜液从铜洗塔中出来后，经减压并加热，使被吸收的CO、CO2和H2S等按吸收的逆反应释放出来。高价铜还原成低价铜的反应式：Cu[(NH3)3CO]A