化学工艺知识点总结

第2章 化学工艺基础

1.石油的一次加工方法：常压蒸馏和减压蒸馏 2.馏分油的化学加工方法（二次加工方法）:

催化重整、催化裂化、催化加氢裂化、烃类热裂解 (主要包括各种加工方法的原料，加工的产物)

催化重整: 原料：加热汽油馏分（石脑油） 目的：生产高辛烷值汽油或生产芳烃 催化裂化：原料：加热重质馏分油 目的：增加汽油产量

烃类热裂解：原料：较优者是乙烷、丙烷和石脑油

目的：为了制取乙烯和丙烯，同时副产丁烯、丁二烯、苯、甲苯、丁二烯、 二甲苯、乙苯等芳烃及其他化工原料

3.化工生产过程一般可概括为：原料预处理、化学反应、产品分离和精制 4.循环流程及其特点：

特点：反应物进入反应器后未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器的工艺流程称为循环式工艺流程。

优点：能显著地提高原料的利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了环境污染。

c.降低烃分压:烃裂解的一次反应是分子数增多的过程，对于脱氢可逆反应，降低压力对于提高乙烯平衡组成有利；从反应速率分析，降低压力可以增大一次反应对于二次反应的相对速率，提高一次反应选择性。

4.在烃类裂解过程中为什么要降低烃分压？从热力学与动力学两个角度分析。为什么要添加稀释剂？为何选择水蒸气为稀释剂?

①a.热力学：（书P74 公式）△n<0,增大反应压力，Kx上升，平衡向生成产物方向移动；△n>0,增大反应压力，Kx下降，平衡向原料方向移动。烃裂解的一次反应是分子数增多的过程，对于脱氢可逆反应，降低压力对提高乙烯平衡组成有利（断链反应因是不可逆反应，压力无影响）。烃聚合缩合的二次反应是分子数减少的过程，降低压力对提高二次反应产物的平衡组成不利，可抑制结焦过程。

b．动力学：烃裂解的一次反应多是一级反应或可按拟一级反应处理，其反应速率方程式：r裂=k裂c ; 烃类聚合和缩合的二次反应多是高于一级反应，其反应速率方程式为：r聚=k聚c r缩=k缩cAcB 压力不能改变反应速率常数k，但降低压力能降低反应物浓度c，所以对一次反应、二次反应都不利。但反应的级数不同影响有所不同，压力对高于一级的反应的影响比对一级反应的影响要大得多，也就是说降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速率。

②由于裂解是在高温下操作，不宜于用抽真空减压的方法降低烃分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗。所以，采取添加稀释剂以降低烃分压。 ③原因：a.裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难。使用其他惰性气体为稀释剂时反应后均与裂解气混为一体，增加分离困难。

b.水蒸气热容量大，使系统有较大热惯性，当操作供热不平稳时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。

c.抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀。b.脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。水蒸气对铁和镍有氧化作用，抑制他们对生碳反应的催化的作用。而且水蒸气对已生成的碳有一定脱除作用。

5.管事裂解炉的改进：如何改进？改进的原则是什么？ 改进：在分支变径管基础上逐步减少管程，缩短管径。 原则：提高裂解温度，缩短停留时间。

6. 裂解炉出口的裂解气的冷却为何要采取急冷操作？操作方法的比较。

原因：裂解炉出口的高温裂解气在出口高温条件下将继续进行裂解反应，由于停留时间的增长，二次反应增加，烯烃损失随之增多。为此，需要将裂解炉出口高温裂解气尽快冷却，通过急冷以终止其裂解反应。

比较：①直接急冷设备费少，操作简单，系统阻力小。由于是冷却介质直接与裂解气接触，传热效果好。但形成大量含油污水，油水分离困难，且难以回收热量。

②间接急冷对能量利用较合理，可回收裂解气被急冷时所释放的热量，经济性较好，且无污水产生，故工业上多用间接急冷。

7.裂解气的净化：气体杂质的来源；每一种气体杂质的脱除方法：酸性气体的净化方法、脱水方法、脱炔方法。

n

来源：①原料中带来 ②裂解反应过程生成 ③裂解气处理过程中引入 酸性气体：a.碱洗法脱除酸性气体 b.乙醇胺法脱除酸性气体 书p88 脱水：吸附干燥 书p91

脱炔：a.催化加烃脱炔 b.溶剂吸收法脱除乙炔 (书P9)

第

4章 芳烃转化过程

1.芳烃的来源：最初来源于：煤焦化工业

石油芳烃主要来源于：催化重整油、裂解汽油、轻烃与重芳烃

2.芳烃转化的必要性与意义；芳烃的转化反应：芳烃的脱烷基化、芳烃的歧化与烷基转移、芳烃的烷基化（包括：各种反应的典型产品与相互之间转化的关系）

必要性：由于不同来源的各种芳烃馏分组成是不同的，能得到的各种芳烃的产量也不同，如仅从这些来源来获得各种芳烃的话，必然会发生供需不平衡的矛盾。 意义：开发芳烃的转化工艺，以便依据市场的供求，调节各种芳烃的产量

脱烷基化：甲苯加氢脱烷基制苯 歧化与烷基转移：甲苯歧化反应 烷基化：苯的烷基化 3.C8芳烃的分离方法，分离的目的

分离方法：邻二甲苯、乙苯的分离可以用精馏法分离

对二甲苯、间二甲苯的沸点差只有0.75℃，难于采用精馏方法进行分离。目前工业上分离对二甲苯的主要方法有：深冷结晶分离法、络合分离法、模拟移动床吸附分离法 目的：将不含或少含对二甲苯的原料，转化为对二甲苯到平均浓度的组成

第5章 合成气的生产过程

1.合成气的主要成分：CO2和H2的混合气

2.合成气的生产方法：以煤为原料的生产方法、 以天然气为原料的生产方法 以重油或煤渣为原料的上产方法

3.由天然气制合成气 方法：水蒸气转化法

水蒸气转化法：主反应：CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 CO+H2O=CO2+H2O 副反应：CH4=C+H2O 2CO=C+CO2 CO+H2=C+H2O

影响因素的分析（从热力学角度分析，工艺条件的确定）

①温度的影响：甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆反应，高温对平衡有有利，及H2

及CO的平衡产率高，CH4平衡产率低。一般情况下，当温度提高10℃，甲烷的平衡含量可降低1%~1.3%。但温度过高，会有利于甲烷裂解，当高于700℃时，甲烷均相裂解速率很快，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。

②水碳比的影响：水碳比对甲烷转化影响重大，高的水碳比有利于甲烷的蒸汽重整反应，在800℃，2Mpa条件下，水碳比由3提高到4时，甲烷平衡含量由8%降至5%。同时，高水碳比也有利于抑制析碳副反应。

③压力的影响：甲烷蒸汽转化反应是体积增大的反应，低压有利于平衡，当温度800、水碳比4时，压力有2Mpa降低至1Mpa时，甲烷平衡含量有5%降至2.5%。低压也可抑制一氧化碳的两个析碳反应，但是低压对甲烷裂解析碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。

总之，从反应平衡考虑、甲烷水蒸气转化过程应该用适当的高温，稍低的压力和高水碳比。

4.天然气水蒸气转化为何要将转化过程分为两段进行？ ①从热力学的角度看，高温下甲烷的平衡浓度低。

②从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低。 ③因压力对平衡的不利影响，要提高温度来弥补。 ④为使残余甲烷含量降至0.3%（干基），必须使温度达到1000摄氏度。但是在此高温下，反应器的材质受不了。因此，为满足残余甲烷小于等于0.3%的要求，需要将转化过程分为两段进行。

5．为什么说一段转化炉属于变温反应器？

一段转化炉温度沿炉管轴向的分布很重要，在入口端，甲烷含量最高，应着重降低裂解速率，故温度应低些，一般不超过500摄氏度，因有催化剂，转化反应速率不会太低，析出的少量碳也及时气化，不会结碳。在离入口1/3处温度应控制不超过650摄氏度，只要催化剂活性好，大部分甲烷都能转化。在1/3处以后，温度高于650摄氏度，此时氢气已增加，同时水碳比相对较大，可抑制裂解，温度又高，消碳速率大增，因此不可能积碳了，之后温度继续升高，直到出口达到800摄氏度左右，以保证低的甲烷残余量。因而，一段转化炉是变温反应器。

6.甲烷水蒸气转化制合成气反应中，催化剂活性显著下降可由哪些现象判断？阐述原因 ①反应器出口气中甲烷含量升高 ②出口处平衡温距增大 ③出现“红管”现象

原因：催化剂活性降低时，出口甲烷含量升高，一氧化碳和氢含量降低，此组成对应的平衡常数减小，故平衡温度降低，平衡温距增大。催化剂活性越低，平衡温距越大。因为反应时吸热的，活性降低则吸热减少，而管外供热未变，多余的热量将管壁烧得通红。

7. 一氧化碳变换（变换的目的、变换的化学反应、变换的催化剂、变换反应器的类型）

目的：通过变化反应可产生更多氢气，同时降低CO含量，用于调节H2/CO的比例，满足不同生产需求。

化学反应：CO + H2O (汽) = CO2 + H2

催化剂：A.铁铬系变换催化剂 化学组成以Fe2O3为主，促进剂有Cr2O3和K2CO3 B.铜基变换催化剂 化学组成以CuO为主，ZnO和Al2O3为促进剂和稳定剂 C.钴钼系耐硫催化剂 化学组成是钴、钼氧化物并负载在氧化铝上 变换反应器：①中间间接冷却式多段绝热反应器 ②原料气冷激式多段绝热反应器

③水蒸气或冷凝水式多段绝热反应器

8. 气体中硫化物、二氧化碳的脱除方法

脱硫方法：干法脱硫：吸附法，吸附剂主要有氧化锌、活性炭、氧化铁、分子筛催化转化法，

是使用其他脱硫催化剂，将烃类原料中所含的有机硫化物氢解，转化成易于脱硫的硫化氢。

湿法脱硫：化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法、湿式氧化法

脱除二氧化碳：化学吸收法：本菲尔法、复合催化法、空间位阻胺促进法、氨基乙酸法。 物理吸收法：低温甲醇洗涤法、聚乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法 物理-化学吸收法 变压吸收法

第6章 加氢与脱氢过程

1.氮加氢制合成氨、平衡氨含量的影响因素

氮与氢合成氨的化学反应式：0.5N2+1.5H2=NH3 可逆放热反应，反应热与温度、压力有关 影响因素：①温度和压力的影响：当温度降低，或压力增高时，都能使平衡常数及相应的平衡氨含量增大

②氢氮比的影响

③惰性气体的影响：惰性气体的存在，会使平衡氨含量明显下降

2.氨合成催化剂的活性组分、助剂、衰老

活性组分：还原前主要成分是Fe3O4，还原后生成α-Fe

助剂：AL2O3（结构型助催化剂，能增加催化剂的比表面积，兵防治还原后的铁微晶长大从而提高催化剂的活性和稳定性）、K2O（电子型催化剂，能促进电子转移过程，有利于氨分子的吸附和活动，促进生成物氨的脱附）、SiO2（虽有消弱催化剂碱性的作用，但起到稳定铁晶粒作用，增加催化剂的抗毒性和耐热性等） 、MgO（提高耐热性能和耐硫性）、CaO（起助熔作用） 衰老：催化剂经常使用后活性会降低，氨合成率降低，这种现象称为催化剂衰老。衰老主要原因是α-Fe微晶逐渐长大，催化剂内表面变小，催化剂粉碎及长期慢性中毒所致

3.氨合成塔的特点

①承受高压的部位不承受高温，而承受高温的部位不承受高压 ②单位空间利用率高，以节省钢材

③开孔少，保证筒体的强度，只留必要的开孔，以便安装和维修

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