天然气化工工艺学问题答案

天然气化工工艺学

第一章 概述

1.天然气定义：广义：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.天然气怎样分类？ 3.按天然气烃类组成分类 4.C5界定法

①干气(dry gas)：1Sm3井口流出物中，C5以上烃液含量＜13.5cm3的天然气。 ②湿气(wet gas)：1Sm3井口流出物中，C5以上烃液含量＞13.5cm3的天然气。 C3界定法

①贫气(lean gas)：1Sm3井口流出物中，C3以上烃液含量＜94cm3的天然气。 ②富气(rich gas)：1Sm3井口流出物中，C3以上烃液含量＞94cm3的天然气。 3.酸性天然气(sour gas) 定义：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。

洁气：含微量硫化物或不含硫的天然气，不需处理就可外输和利用。

4.我国天然气的主要产地：四川，鄂尔多斯，塔里木，准格尔，柴达木，松辽，吐哈，渤海湾，东海，珠江口，莺一琼。

5.天然气的优越特性 ：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

6.我国的天然气管道： 西气东输工程（最长） ，川气东送工程 ，涩宁兰管道 ，陕京线， 陕京二线 ，忠武线

7.天然气利用领域归纳为四大类：城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工。 天然气利用分类：优先类、允许类、限制类和禁止类。

8.天然气在化工利用方面：天然气化工在天然气总消费中占比例只有5%。

第2章 天然气的转化

1.合成气：CO和H2的混合物。

空速：单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料标准体积流量。 水碳比：进口气体中水蒸气与烃原料中所含碳的物质的量之比。 析碳：水碳比过低,使消碳反应的速度低于积碳反应的速度,导致有碳生成。 S容量：与炉渣的成分和温度有关 ,表征炉渣容 纳或吸收硫的能力大小。 钝化：催化剂中活性组分的氧化过程。 2.天然气在转化前为什么要脱S化物? 天然气中的硫化物对化工的影响： 1.

硫化物是各种催化剂的毒物 2.硫化物腐蚀设备和管道要求：硫化物含量＜0.5×10-6，甚至0.1×10-6。

脱S方法：干法脱硫和湿法脱硫。

干法 ： 活炭法 ，氧化铁法 ，氧化锌法 ，氧化锰法 ，分子筛法 ，加氢转化法 ，水解转化法 湿法：1.化学吸收法 ：中和法：醇胺法、Benfield等 ；湿式氧化法：改良ADA、络合铁法等 2.物理化学吸收法：环丁砜、烷基醇胺法 3.物理吸收法：低温甲醇法、Selexol法、碳酸丙烯酯法等 各类方法的特点： 3.氧化锌脱硫原理： H2S＋ZnO ＝ H2O＋ZnS

C2H5SH＋ZnO ＝ ZnS＋C2H5OH C2H5SH＋ZnO ＝ ZnS＋C2H4＋H2O

S容量大小受哪些因素影响？ 炉渣的成分和温度 4.钴-钼加氢可以脱硫吗？在哪种场合使用？ ZnO不能脱除噻吩，单独用ZnO不能将有机硫化合物全部脱除。需先将有机硫加氢转化成硫化氢后，再彻底清除。

适用于以天然气、油田气、炼厂气和轻油为原料的化肥厂、甲醇厂、炼油厂制氢装置、加氨脱硫装置对各种烃类、气体的精脱硫等的原料脱有机硫。

5.天然气水蒸气转化催化剂的活性成分：以镍为最佳，一般以NiO形式存在

催化剂的操作和使用需注意哪些方面？

1.制备方法 共沉淀法、混合法、浸渍法等，再经过高温焙烧而得。 2.使用前必须还原成为具有活性的金属镍， 不采用纯H2还原，而是通入水蒸气和天然气混合物（催化剂有微弱活性并产生极少量的H2，还原反应可进行）。 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，导致催化剂钝化。

3.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。

硫化物使催化剂中毒后可采用过量水蒸汽，使活性逐渐恢复。

氯化物与硫化物相似（氯化物来自哪里？）氯主要来源于水蒸气，因此，要始终保持锅炉给水质量。

砷中毒是不可逆的永久性中毒。 微量的砷都会在催化剂上积累而使催化剂逐渐失去活性。

4.防止积炭的主要措施：

适当↗水蒸汽用量，选择适宜催化剂并保持活性良好，控制含烃原料的预热温度不要太高等。

消除积碳：采取↗水蒸汽用量、降压等；若积碳严重，停止送原料气，保留蒸汽，↗床层温度，利用H2O+C=CO+H2反应除炭；采用空气与蒸汽的混合物“烧炭” 6.天然气转化制合成气的方法有哪些？

水蒸气转化法，CO2转化，部分氧化法，联合转化制合成气 7.甲烷水蒸气转化的主要化学反应方程式以及分析T、P、水碳比对甲烷蒸汽转化过程的影响？

化学反应方程式：CH4＋H2O(g)＝CO＋3H2 CO＋H2O(g)＝CO2＋H2

T、P、水碳比对甲烷蒸汽转化过程的影响：

采用加压蒸汽转化；一般控制在3.0～4.0MPa，最高已达5MPa。 从化学平衡或反应速度考虑，↗温度对转化反应都是有利的。

↗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。

总的来说,尽可能在高温，高水碳比以及低压下进行。 第3章 合成氨及下游产品 原理流程

1.CO变换，甲烷化及合成氨过程的主要方程? CO变换 CO＋H2O＝CO2＋H2

甲烷化 目的是什么?合成气中CO+CO2<10-6 CO＋3H2＝CH4＋H2O CO2＋4H2＝CH4＋2H2O 氨的合成 N2＋3H2＝2NH3

2.在合成氨过程中，为什么要脱CO2、CO，方法有哪些？ 危害：CO对氨合成催化剂有毒害。

化学反应：CO与H2O反应，生成CO2和H2。 CO＋H2O＝CO2＋H2

方法：中变，中变串低变，全低变

为什么要脱除CO2？CO2也合成氨催化剂的一种毒物。

方法：脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸收法： 物理吸收、化学吸 吸收、变压吸附。

3.氨合成催化剂的活性成分：氨合成有活性的金属有锇、铀、铁、钼、锰、钨等。 毒物：

氧及氧的化合物：CO、CO2、H2O，可逆毒物中毒为暂时性的。 硫及硫的化合物：H2S、SO2 磷从磷的化合物：磷化氢等 砷及砷的化台物 氯及氯的化合物

其它：润滑油、铜液等。

4.以天然气为原料的节能型合成氨工艺中，水碳比应控制在1.5～3.0 5.CO变换的目的：利用水蒸气把CO变换为H2和易清除的CO2。 变换流程的类型：中变，中变串低变，全低变

主要设备：气水分离器、热交换器、变换炉、冷却器、热水泵 6.CO变换使用的催化剂的活性成分:

中温变换催化剂:活性成分为新催化剂为Fe2O3，需在使用前还原为Fe3O4 低温变换催化剂:活性组分为金属铜微晶，使用前需还原为铜 耐硫变换催化剂：活性组分：钴钼的硫化物

7.活化MDEA脱CO2的原理是：R2R′N＋CO2 (不反应) R2R′N＋CO2＋H2O

R2R′NH+＋HCO3- (慢反应) 画工艺流程图并标注主要设备名称：

8.合成工段中影响平衡氨含量的因素有哪些？ 温度、压力、氢氮比、惰性气体 9.氨的基本性质：