1.《天然气化工工艺学》习题、指导与训练 2016.10.09 - 图文

估计H2/CO摩尔比和CO+H2单程转化率的合理范围；

（3）如何在较高单程转化率(CO+H2)前提下控制CO2的生成量？ 解：（1）合成气直接制二甲醚的反应是放出大量热量且分子数减少的反应，所以较低的温度

及较高的压力可获得较高的平衡转化率（~60%）。

其优点：打破制甲醇反应的平衡限制，合成气转化率提高；总生产成本降低20%。故而合成二甲醚在热力学上优于合成甲醇。

（2） n (H2)/n (CO) = 1.0~2.0; 单程转化率(CO+H2) = 35~75 %，理想值为50~60%。

（3）在控制单程转化率(CO+H2)接近50%条件下，适当提高n (H2)/n (CO)值，如0.5-1.7，或提高合成气的模数。 参考1

产 品 循环比 CO单程转化率/% 总转化率/% 排放气量比/% 表观热效率/% 相对投资 相对天然气消耗量

二甲醚 2 50 95 5 70.7 85.9 81.1 甲醇 5 14 77 23 55.0 100 100 甲醇及二甲醚 5 18 85 15 63.2 94.5 90.6 总结与训练-2 §5 甲醇制低碳烯烃

1. 在微孔沸石催化剂作用下甲醇转化制低碳烯烃(MTO)，低碳烯烃通常是指碳原子数nC ≤ 4的烯烃。

2. 甲醇转化制烃包括MTO、MTP、MTG、MTA及其变体过程，其中MTP是指甲醇转化制丙烯过程，而MTG是指甲醇转化制汽油过程。 3. 甲醇转化制烃过程可统称为（B）。

（A） MTG ; （B） MTO; （C） MTP; （D） MTH 4. 甲醇转化制低碳烯烃的主反应可表示为nCH3OH?(CH2)n?nH2O，其中n值不正确的是

（A） n =1; （B） n=2; （C） n=3; （D） n=4

5. 甲醇转化制烯烃(MTO)系统发生如下反应：其中 热效应Q???H值最大的是（C）。 （A）2CH3OH → (CH3)2O +H2O；（B）(CH3)2O →C2H4 + H2O;

（C) 2CH3OH → C2H4 +2H2O； （D）(CH3)2O →CH4 + CO + H2

6. SAPO-34和ZSM-5分子筛催化甲醇制烯烃反应催化剂，产物分布以C2～C4特别是乙烯、

丙烯为主是（ ）。

7. SAPO-34和ZSM-5分子筛催化MTO反应催化剂，其中可以副产C5+和芳烃的是（ ZSM-5）。 8. SAPO-34分子筛具有8元环孔结构，ZSM-5分子筛具有10元环孔结构。

9. 在ZSM-5分子筛催化甲醇制汽油(MTG)过程中，产生的粗汽油中含有部分芳烃，其中碳

数最大的芳烃是均四甲苯，该化合物的纯品在常温下为固体。

10. MTG过程合成的重质汽油改质方案主要是指： 过程。

11. 费托合成油的精制过程主要指合成油的加氢裂化和加氢异构化产品改质升级过程。 12. 费托合成涉及到的基本化学问题 （ ）。

（A）C-O 断裂和C-C 形成； （B）C-O选择加氢；

（C）C-C 增长规律； （D）碳链终止。

12-1费托合成涉及到的主要化学过程：① ；② ；③ 。

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13. 根据不同催化剂和反应条件，费托合成过程可分为低温费托和高温费托合成，下列条件属

于高温费托过程的是（ ）; 属于低温费托过程的是（ ）。 （A）Fe基催化剂, 2-4 MPa, 330~350℃；（B）Fe基催化剂, 17-30 MPa, 450-470℃; （C）Co基催化剂, 2.5MPa, 330~350℃；（D）Co基催化剂, 2.6 MPa, 220 ~250℃。 13-1 以下是CO加氢催化剂的活性金属组分，适合煤油、柴油、液蜡生产的费托合成催化剂活性金属组分为（ ）；而甲醇合成催化剂活性金属组分为（ ）。 （A）Ni （B）Cu （C）Co （D） Fe

14. 天然气制液体燃料(GTL)技术路线所涉及到的系列主反应可概括为（ ）。

① CH4 + 2 H2O → CO + 3 H2 ② n CO + 2n H2 → [CH2]n + n H2O ③ CO + 2 H2 → CH3OH

④ n CO +2n H2 → CnH2n+1OH + (n-1) H2O ⑤ CO + H2O → CO2 + H2

⑥ n-C(x+y)H2(x+y+1) + H2 → n-CxH2x+2 + i-CyH2y+2 ⑦ CH3OH → -(CH2)- + H2O ⑧ 2CO → CO2 + C

(A) ①+③+⑤+⑦; (B) ①+②+④+⑥； （C）①+③+⑤+⑦; （D）①+②+⑤+⑥

15. 费托合成产物普遍遵循ASF方程，即 （ ）， 其中α是碳链增长概率。 （A）Wn?n(1??)2??(n?1) （B）Wn?n(1??)??(1?n)

（C）Wn?n(1??)??(n?1) （D）Wn?(1??)n??(n?1)

16. 在正常F-T合成条件下，碳链越长形成的概率越小；而正构烯烃的情况正好相反。因此，低温费托合成产物主要是（ ）。

（A）甲烷和轻质饱和烃； （B）长链正构烯烃；

（C）支链烷烃和正构烯烃；（D）长链正构烷烃； 17. 高温费托合成较适合于（ ）生产方案。

（A）低碳烯烃； （B）汽油馏分油+煤油； （C）煤油+柴油；（D）液蜡

18. 费-托合成碳迁移内插机理涉及 （1）形成-CH2-的起始步骤； （2）碳链增长过程； （3）碳链终止。

19. Sasol第三代SSPD工艺采用的合成反应器是 （ ）。

（A）Arge管式固定床(TFB)； （B）Synthol疏相流化床(CFB)；

（C）SAS密相流化床(FFB)； （D）浆态床（Fe-或Co-催化剂）反应器。

20．天然气直接转化制烃、甲醇或制氢等是崭新的研究方向，其中相对成熟的技术是（ ）。 （A）甲烷等离子转化制乙炔； （B）天然气等离子制氢 （B）天然气等离子制甲醇； （D）甲烷氧化偶联制乙烯

21. 天然气的液化一般包括天然气净化过程和天然气液化过程两部分，其核心是制冷循环系统。

22. 在常压下，净化后的天然气温度降低到 （ ） 左右，即可得到液化天然气产品。

（A）-162℃； （B）-168℃ （C）-183℃ （D）-195.8℃

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二、 简述和工艺流程图

1. 下图描述显示，在ZSM-5催化剂作用下，甲醇转化过程的产物分布随空时(1/LHSV)的变化规律，试阐述：

（1）甲醇制二甲醚（DME）、MTO和MTG在反应进程上的差异；

（2）如何最大化生产低碳烯烃？

（3） MTG过程为何伴有较高分率的芳烃生成，而低碳烯烃分率却较小？

2. 阐述UOP/Hydro流化床MTO工艺条件、反应结果和流化床再生器温度。

◆工艺条件：流化床反应器和流化床再生器；

催化剂：SAPO-34分子筛；

反应温度T=350～525℃，最佳450℃； 操作压力P=0.2～0.4 MPa；

甲醇WHSV=1.0 h-1 ；(1/LHSV=0.04h) 原料气最佳MeOH/H2O= 1/4 。 ◆ 反应结果：甲醇转化率99-100%；

最高C2~C3烯烃选择性88.04%；

C2~C3烯烃产出比可在0.77-1.33间调整。

◆ 流化床再生器温度：550-650℃；再生气:净化空气+氮气。 2.掌握UOP/Hydro流化床MTO工艺流程（图4-33 P115) 3. 绘制EMRE甲醇制汽油工艺示意流程（一段简化），并描述工艺过程、催化剂和工艺条件。

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4. Shell中间馏分油(SMDS)工艺

注释： 1) Shell中间馏分油(SMDS)工艺条件

2) Shell中间馏分油工艺的产物分布：液化石油气：5%；石脑油馏分：20%；煤油馏分：20%；柴油馏分：55%。

5. 绘制天然气制甲醇、低碳烯烃、液化石油气、汽油、煤油、柴油和液体蜡的工艺网络（框图），要求包括MTO、MTG、GTL（HTFT和LTFT）主要路径。（GTL路线；甲醇路线） 6. 美国能源部根据真实能源回收情况，对F-T合成、甲醇制汽油和液化气燃料(MTG),乙醇燃料和生物质加氢脱氧（HDO）制燃料技术进行的经济效益评估。结果如下表。试分析表中数据，得出你的评价结果。

FT Synthetic FuelMethanolNo CatalystCatalyst68.48t.08t.22y.99%Ethanol56.85a.42%HDO65.45% 7. 以下催化反应机理描述了费-托合成碳链终止过程，费-托合成主产物为长链烃(A)，但通常有少量高级醇（B）副产物生成。 （1）请完善长链烃(A)和高级醇(B)的形成机理； （2）据此机理解释Fe或Co基催化剂与Cu-Zn-Al催化剂在CO选择加氢氢能上的差别，及其作为甲醇合成和费托合成催化剂的依据。 解 （1）

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