《典型化工工艺》专题十七 合成氨（4）（举一反三考点练） -课后自测（卷2）

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题十七 合成氨（4）-课后自测 知识点一 一氧化碳变换及其工艺条件 1.为什么在变换工段要严格控制水蒸气比例（n(H₂O)/n(CO) = 3~5）？ 2. 某合成氨厂采用“全低变”工艺后，蒸汽消耗量显著降低，试分析原因。 3. 若变换工段出口气体中CO含量超标，可能是什么原因？如何调整？ 4.在变换反应中，使用铁铬系催化剂时，操作温度通常控制在______℃，而铜锌系催化剂则控制在______℃。 2. 某厂原料气中CO含量为30%，经变换反应后，CO转化为CO₂的同时，H₂的产量会______（填“增加”或“减少”），因为反应方程式为__________________。 知识点二 一氧化碳变换工艺流程 1. 在实际生产中，为什么中温变换流程要控制n(H₂O)/n(CO)≈4？如果水碳比过低或过高，会对生产造成什么影响？ 2. 中(高)变-低变串联流程中，高变炉出口气体需先经废热锅炉降温，再进入低变炉。请分析这一设计对生产能耗和设备运行的影响。 3. 变换炉的催化剂层通常分为两段并采用冷激水降温，试分析该设计在实际运行中可能遇到的问题及解决措施。 4.在中温变换流程中，半水煤气经饱和塔加热至160℃后，需在混合器中补充蒸汽，使n(H₂O)/n(CO)达到______左右，其主要目的是______。 5.中(高)变-低变串联流程中，高变炉出口气体先经废热锅炉降温至______℃，再通过______进一步降温至220℃后进入低变炉。 知识点三 二氧化碳脱除方法 1.某合成氨厂采用低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂，但运行中发现能耗过高。请分析可能的原因，并提出至少两条改进措施。 2.某工厂使用MEA（单乙醇胺）法脱除CO₂，但发现溶剂降解严重。请说明溶剂降解可能带来的问题，并提出一种替代溶剂。 3.在煤制合成氨工艺中，原料气CO₂浓度较高（约20%~30%）。请对比热钾碱法和低温甲醇洗的适用性，并说明选择依据。 4.在醇胺法中，_____对CO₂的吸收效率最高，但易降解；而_____选择性好，适合处理含H₂S的气体。 5.低温甲醇洗的典型操作温度为_____至_____，其净化度可达_____以下。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题十七 合成氨（4）-课后自测 知识点一 一氧化碳变换及其工艺条件 1.为什么在变换工段要严格控制水蒸气比例（n(H₂O)/n(CO) = 3~5）？ 【答案】提高CO转化率：过量水蒸气推动反应正向进行（CO + H₂O → CO₂ + H₂），提高CO转化率。 防止催化剂过热：水蒸气可吸收反应热，避免催化剂因局部高温烧结失活（尤其是铜锌系催化剂）。 经济性考虑：水蒸气过量过多会增加能耗，因此需优化比例（3~5倍）。 2. 某合成氨厂采用“全低变”工艺后，蒸汽消耗量显著降低，试分析原因。 【答案】低温操作：全低变使用耐硫钴钼系催化剂（180~500℃），反应温度低，蒸汽需求量减少。 单段流程简化：传统中低变需分段控温（高温+低温），而全低变可在低温下完成反应，减少蒸汽补充。 催化剂高效性：低温催化剂活性高，反应速率快，无需额外蒸汽维持高温。 3. 若变换工段出口气体中CO含量超标，可能是什么原因？如何调整？ 【答案】可能原因：催化剂活性下降（中毒或烧结）；水蒸气比例不足（n(H₂O)/n(CO) < 3）；反应温度偏离最佳范围（如铜锌系催化剂温度过低）； 调整措施：补充新鲜催化剂或再生旧催化剂；提高水蒸气添加量；检查温度控制系统，确保在催化剂活性范围内操作； 4.在变换反应中，使用铁铬系催化剂时，操作温度通常控制在______℃，而铜锌系催化剂则控制在______℃。 【答案】350~550；200~280 【解析】铁铬系（Fe₂O₃-Cr₂O₃）为高温催化剂，适应350~550℃； 铜锌系（CuO-ZnO）为低温催化剂，活性最佳温度为200~280℃。 2. 某厂原料气中CO含量为30%，经变换反应后，CO转化为CO₂的同时，H₂的产量会______（填“增加”或“减少”），因为反应方程式为__________________。 【答案】增加；CO + H₂O → CO₂ + H₂ 【解析】每消耗1mol CO可生成1mol H₂，因此H₂产量增加；反应方程式体现等摩尔转换关系，符合物料平衡。 知识点二 一氧化碳变换工艺流程 1. 在实际生产中，为什么中温变换流程要控制n(H₂O)/n(CO)≈4？如果水碳比过低或过高，会对生产造成什么影响？ 【答案】控制水碳比≈4的原因：提高CO转化率（促进水煤气变换反应平衡向右移动）。防止催化剂积碳（过量水蒸气可抑制Boudouard反应：2CO → C + CO₂）。 水碳比过低的影响：CO转化率下降，未反应CO增多，影响后续工序（如合成氨或制氢）。催化剂积碳风险增加，缩短催化剂寿命。 水碳比过高的影响：增加蒸汽消耗，导致能耗上升。可能降低反应温度（蒸发吸热），影响催化剂活性。 2. 中(高)变-低变串联流程中，高变炉出口气体需先经废热锅炉降温，再进入低变炉。请分析这一设计对生产能耗和设备运行的影响。 【答案】节能作用：废热锅炉回收高温气体（430℃）的余热，副产蒸汽供工艺使用，降低系统总能耗。 保护设备：避免高温气体直接进入低变炉损坏低温催化剂（如Cu-Zn系催化剂活性温度通常为200-250℃）。减少热应力对管道和设备的损伤。 优化反应：降温后更接近低变催化剂最佳活性温度，提高CO深度转化效率。 3. 变换炉的催化剂层通常分为两段并采用冷激水降温，试分析该设计在实际运行中可能遇到的问题及解决措施。 【答案】可能问题：冷激水分布不均导致床层温度波动，影响反应效率。长期运行后催化剂活性下降（如中毒、烧结或积碳）。冷激水过量可能造成局部过冷，降低催化剂活性。 解决措施：优化分布器设计，确保冷激水均匀喷洒。定期监测催化剂活性，及时更换或再生。严格控制冷激水量，结合温度反馈自动调节。 4.在中温变换流程中，半水煤气经饱和塔加热至160℃后，需在混合器中补充蒸汽，使n(H₂O)/n(CO)达到______左右，其主要目的是______。 【答案】4；提高CO转化率并防止催化剂积碳 【解析】水碳比≈4是工业常见参数，既能推动反应平衡（CO + H₂O → CO₂ + H₂），又能抑制副反应（如积碳）。 5.中(高)变-低变串联流程中，高变炉出口气体先经废热锅炉降温至______℃，再通过______进一步降温至220℃后进入低变炉。 【答案】330；甲烷化炉进气预热器 【解析】题干明确流程顺序：高变炉→废热锅炉（430℃→330℃）→预热器（330℃→220℃）→低变炉。 废热锅炉回收热量，预热器精确控温以适应低变催化剂活性。 知识点三 二氧化碳脱除方法 1.某合成氨厂采用低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂，但运行中发现能耗过高。请分析可能的原因，并提出至少两条改进措施。 【答案】原因： 低温甲醇洗需维持-30°C至-70°C的低温，制冷系统能耗大；高压操作增加压缩能耗。 改进措施：① 优化换热网络，回收冷量以减少制冷负荷；② 与其他方法（如PSA）联用，降低甲醇洗的处理负荷。 2.某工厂使用MEA（单乙醇胺）法脱除CO₂，但发现溶剂降解严重。请说明溶剂降解可能带来的问题，并提出一种替代溶剂。 【答案】问题： MEA降解会导致吸收效率下降、设备腐蚀加剧，并产生有害副产物（如热稳定盐）。 替代溶剂： 改用MDEA（甲基二乙醇胺），其降解率低且选择性更好，但需权衡吸收效率。 3.在煤制合成氨工艺中，原料气CO₂浓度较高（约20%~30%）。请对比热钾碱法和低温甲醇洗的适用性，并说明选择依据。 【答案】热钾碱法： 适合高CO₂浓度，再生能耗低，但腐蚀性强需加缓蚀剂。 低温甲醇洗： 净化度高且可脱硫，但能耗和设备成本高。 选择依据： 若需深度脱除（如<10 ppm）并同步脱硫，选低温甲醇洗；若以经济性为主，选热钾碱法。 4.在醇胺法中，_____对CO₂的吸收效率最高，但易降解；而_____选择性好，适合处理含H₂S的气体。 【答案】 MEA（单乙醇胺）；MDEA（甲基二乙醇胺） 【解析】 MEA活性高但稳定性差；MDEA对H₂S有选择性吸收，且降解率低。 5.低温甲醇洗的典型操作温度为_____至_____，其净化度可达_____以下。 【答案】 -30°C；-70°C；10 ppm 【解析】 低温（-30°C~-70°C）高压下甲醇对CO₂溶解度高，可实现ppm级净化。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$