陕西科技大学机电工程学院过程装备与控制工程期末考试复习资料综合重点汇总总结分享 - 图文

第一章

一、填空题

1、 德士古气化炉是一种以 水煤浆 进料的 加压气流床 气化装置，该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方

法不同，可分为 淬冷型 和 全热回收型。

2、 目前常用的气化炉有移动床、流化床、气流床、熔融床。

3、 煤气发生炉可根据使用气化剂和煤气热值不同，一般可以分为空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气。 4、 气化的基本过程包括煤的干燥、煤的干馏、煤的热解、煤的反应等几个过程。

5、 煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂进行多相反应产生碳的氧化物、氢气、甲烷的过程。

6、 对于移动床气化炉而言，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为 空气层、 干燥层、干馏层、还原层、氧化层、

灰渣层。

7、合成氨过程中，要求半水煤气的组成满足：n(CO+H2)/n(N2)=3.1-3.2。

8、根据自控水平及维护炉内工作状况稳定的原则，一般循环时间为2.5-3min。

9、在间歇制气过程中，要求在正常生产条件下，吹出物量不应超过总入炉燃料量的4%，一般生产1 m3的半水煤气，约消耗0.95-1.05m3的空气。 10、烃类蒸汽转化催化剂中，活性组分是 镍，但其以 氧化镍 形式存在于催化剂中，因此在使用时必须先用 氢气 或 一氧化碳 进行 还原 。 二、判断题

1、以空气为气化剂生产的煤气叫做水煤气，其组成中含有大量的H2和CO，发热量很高，可作为燃料。（× ） 2、煤中灰分高，有利于气化生产，气化率高。（ ） 3、在气化过程中，煤的粒度越小，气化率越高。（ × ）

4、经常使用及长时间停炉的煤气发生炉可直接点火，可以不经烘炉直接投入生产运行。（ × ） 5、如果生产中没有及时给煤，炉内料层高度下降，煤气出口温度会带上升。（√ ） 6、如果气化炉卸炉不充分，不会影响出口煤气温度。（√ ）

7、从发生炉出来的粗煤气温度很高，带有大量的热量同时带有大量的固体杂质。（√） 8、煤气中的硫主要以SO2、硫醇形式存在。（× ） 9、水碳比越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。（√） 10、压力越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。（ × ）

11、提高转化温度，有利于甲烷的蒸汽转化，同时可抑制析碳反应的进行。（×） 12、二段转化过程中，要求催化剂中镍含量要高。（×）

13、烃类蒸汽转化催化剂的永久性毒物主要是硫化物及砷化物。（×） 三、名词解释

1、空气煤气：以空气为气化剂生成的煤气。主要成分： N2，CO，CO2，H2。 2、水煤气：以水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分： H2，CO，CO2，N2。

3、混合煤气：以空气和适量水蒸气的混合物为气化剂生成的煤气。主要成分： N2，CO，H2，CO2。

4、半水煤气：以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气。主要成分： H2，CO，N2，CO2。 5、水蒸气分解率?水蒸气分解量?100%

分解前的水蒸汽量6、循环时间：每一工作循环所需要的时间，成为循环时间。包括五个阶段：吹风阶段、一次上吹、下吹、二次上吹、空气吹净阶段。

7、水碳比：是指进口气体中水蒸气与烃原料中所含碳的摩尔比。 8、空间速率：单位体积催化剂每小时处理的气量，建成空速。

四、简答题

1、原料气制取的途径是什么？ 2、简述煤气化的原理。

3、制取半水煤气的工业方法有哪些？ 4、半水煤气生产特点是什么？

5、间歇式制半水煤气的工作循环有那几个阶段？ 6、目前常用的气化炉形式有什么形式的？ 7、气化用煤分为哪几类？各有什么特点？ 8、析碳反应的危害有哪些？

9、工业生产中一般采取什么措施防止炭黑生成？

10、石脑油蒸汽转化工艺和甲烷蒸汽转化工艺有什么不同之处？ 回答：

1、答：现在工业上采用天然气、炼厂气、石脑油、焦炉气、重油、焦炭和煤生产合成氨，其在高温下与水蒸气作用，制取粗原料气时都可用下式表示，CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2(H>0)

或C+H2O=CO+H2()按供热方式的不同，制取粗原料气有下述三种不同方法：外部供热的蒸汽转化法，内部蓄热的间歇操作法，自热反应的部分氧化法。 2、答：以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2=CO2,C+1/2O2=CO,C+CO2=2CO,CO+1/2O2=CO2

以水蒸气为气化剂时，碳与水蒸气的反应为C+H2O=CO+H2,C+2H2O=CO2+2H2通过有关计算知道，0.1MPa下温度高于900℃，水蒸气与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及CO，其他组分含量接近于零，随着温度的降低，H2O、CO2及甲烷等平衡含量逐渐增加。

3、答：以水蒸气为气化剂的蒸汽转化法：按气化性质分,以纯氧或富氧（有时也同时加入水蒸气）空气作为气化剂的部分氧化法，按气化炉床层形式分，固定床、流化床、气流床和熔床，按排渣的形态分，固体排渣式和液体排渣式。

4、答：（CO+H2）与N2的比例为3.1～3.2以空气为气化剂时，，得含N2的吹风气。以水蒸气为气化剂时得到含H2的水煤气，以前者反应热为后者提供反应所需要的热，并能维持系统的自热平衡的话，得不到合格的半水煤气；为维持自热平衡，并得到合格的半水煤气，必须采用以下方法，间歇制气法，富氧空气（纯氧）气化法，外热法三种制取工业半水煤气。

5、答：五个阶段，按气体流向：吹风阶段，吹入空气，提高燃料层的温度，吹风气放空；一次上吹制气阶段，自下而上吹入水蒸气进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高；下吹制气阶段，水蒸气自上而下进行反应，使燃料层温度趋于均衡；二次上吹制气阶段，使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备；空气吹净阶段，此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 6、答：移动床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、熔融床气化炉。 7、答：气化用煤分为四类：

（1）气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、半焦、贫煤等。 （2）气化时黏结并产生焦油，代表性原料油弱黏结性煤和不黏结性煤。 （3）气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。 （4）气化时不黏结产生大量甲烷，代表性原料有泥炭。

8、答：因为炭黑覆盖在催化剂表面，不仅堵塞微孔，降低催化剂活性，还会影响传热，使一段转化炉炉

管局部过热而缩短使用寿命。甚至还会使催化剂破碎而增大床曾阻力，影响生产能力。 9、答：（1）实际水碳比大于理论水碳比，这是不会有炭黑生成的前提。 （2）选用活性好、热稳定性好的催化剂，避免进入动力学可能析炭区。 （3）防止原料气和水蒸气带入有害物质，保证催化剂具有良好的活性。 （4）选择适宜的操作条件。

10:、答：①石脑油需先气化，再以气态形式与水蒸气在镍催化剂作用下进行转化反应； ②石脑油在蒸汽转化前需进行严格脱硫； ③转化过程必须采用抗析碳的催化剂。

五、论述题

1、论煤质中水分含量对气化的影响。 答：（1）煤中水分的存在形式有：内在水、外在水、化合水。

（2）常压气化：水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入干馏层，影响干馏的正常进行，而没有彻底干馏的煤进入气化阶段后，又会降低汽化段的温度，使得甲烷的生成，CO2和H2O的还原反应速率降低，降低煤气产率和气化率。 （3）加压气化：适量的水分有好处，因为水分高，挥发分也高，在干馏阶段半焦的气孔率也较大，当进入气化层时，气化速率快，生成的煤气质量好。

（4）炉型不同对气化用煤的水分含量也不同。固定床水分含量要求在8-10%，而流化床和气流床要求较低，水分含量要求小于5%。

2、论F-T合成反应的影响因素。 答：（1）原料气组成：①的高低影响合成反应速率的快慢。CO和H2含量高合成反应速率快，但放热量多易引起床层超温，且成本高，故要求含量在80-85%之间。 ②V（H2）/V(CO)的体积比影响反应进行的方向。V（H2）/V(CO)比值高有利于饱和烃、轻产物及甲烷的生成；V（H2）/V(CO)比值低有利于烯烃、重产物及氧化物的生成。 ③提高合成气中的V（H2）/V(CO)和反应压力可提高利用率。

（2）反应温度 F-T合成反应温度主要取决于合成时所选用的催化剂。每一种催化剂都有合适的温度范围，如钴催化剂合适的温度范围为170-210℃。

（3）反应压力 反应压力不仅影响催化剂的活性和寿命，而且也影响产物的组成与产率。 （4）空间速度 对于不同催化剂和不同合成方法，都有最适宜的空间速度范围。 3、论煤的粒度对气化过程的影响。 答：（1）粒度大小与比表面间的关系

煤的粒度越小，其比表面积越大。气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。

（2）粒度大小与传热间的关系

煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外的温差越大，粒内焦油蒸汽的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。

（3）粒度大小与生产能力间的关系

煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使气化炉的气化效率降低。 （4）粒度大小对各项气化指标的影响

通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加，气化炉的生产能力下降。 4、流程分析：

①上述工艺流程图中1、2、4、5分别是什么设备？有什么作用？ ②该工艺流程属于间歇式生产煤气还是连续化法生产？ ③简述工艺流程。 答：① 1：煤气发生炉，主要用于生产煤气；2：燃烧室，回收热量；4：废热锅炉，回收余热；5：洗涤塔，洗涤煤气并进行降温。 ②该流程属于间歇式生产半水煤气工艺流程。

固体燃料由加料机从煤气发生炉1顶部间歇加入炉内。吹风时，空气经鼓风机加压之下而上通过煤气发生炉，吹风气经燃烧室2及废热锅炉4回收热量后由烟囱放空。燃烧室中加入二次空气，将吹风气中可燃气体燃烧使室内的格子蓄热砖温度升高。蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再经洗气箱3及洗涤塔5进入气柜。下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入，经预热后进入煤气发生炉自上而下流经燃料层。由于煤气温度较低，直接经洗气箱和洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向与上吹响铜。空气吹净时，气体经燃烧室、废热锅炉、洗气箱和洗涤塔进入气柜。燃料气化后，灰渣经螺旋炉箅由刮刀刮入灰箱，定期排出炉外。 5、流程分析：

① 设备1、2的名称是什么？各起什么作用？ ② 二段转化炉内发生的主要反应有哪些？ ③ 简述工艺流程。 答：①1：钴钼加氢反应器，将有机硫转化为硫化氢；2：脱硫槽：将硫化氢脱除。 ②二段转化过程中催化剂床层顶部发生的反应为：

2H2+O2=2H2O(g) 2CO+O2=2CO2；

催化剂床层中部发生的主要反应为：

CH4+H2O=CO+3H2 CH4+CO2=2CO+2H2 CO+H2O=CO2+H2

③原料天然气经压缩机加压到4.15MPa后，配入3.5%-5.5%的氢于一段转化炉对流段3盘管加热至400℃，进入钴钼加氢反应器1进行加氢反应，将有机硫转化为硫化氢，然后进入氧化锌脱硫槽2脱除硫化氢，然后配入中压蒸汽，使水碳

比达3.5左右，进入对流段盘管加热到500-520，送入辐射段4顶部原料气总管，再分配进入各转化管。气体自上而下流经催化床，一边吸热一边反应，并沿着集气管中间的上升管上升，继续吸收热量，使温度达到800-860℃，经输气总管送往二段转化炉5。工艺空气经压缩机加压到3.34-3.55MPa，也配入少量水蒸气进入对流段盘管加热到450℃左右，进入二段炉顶部与一段转化气汇合，在顶部燃烧区燃烧，温度升到1200℃左右，再通过催化剂床层反应。为了挥手转化气的热量，二段转化炉通过两台并联的废热锅炉6后，接着又进入第二废热锅炉7，从第二废热锅炉出来的气体即可送往变换工段。

脱 硫（第二章）

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、化学吸收法与直接氧化法三类。

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、分子筛法等。

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、化学法和物理化学法。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：

H2S + ZnO = ZnS + H2O 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：

COS?H2?H2S?CO CS2?4H2?2H2S?CH4

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)+H2O 2COS+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

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