化學(xué)工藝學(xué)課后習(xí)題答案

第2章化學(xué)工藝基礎(chǔ)2-1為什么說石油、天然氣和煤是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要原料資源？它們的綜合利用途徑有哪些？答：石油化工自20世紀(jì)50年代開始蓬勃發(fā)展至今，基本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工及氮肥工業(yè)等產(chǎn)品大約有90%來源于石油和天然氣。90%左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。其中的三烯主要有石油制取，三苯、萘、甲醇可有石油、天然氣、煤制取。2-2生物質(zhì)和再生資源的利用前景如何？答：生物質(zhì)和再生能源的市場(chǎng)在短期內(nèi)不可能取代，傳統(tǒng)能源的市場(chǎng)，但是在國(guó)家和國(guó)際政策的指引下，在技術(shù)上的不斷突破中，可以發(fā)現(xiàn)新能源在開始慢慢進(jìn)入試用階段，在石油等傳統(tǒng)資源日益緊張的前提下，開發(fā)新能源也是勢(shì)不可擋的，那么在我國(guó)生物質(zhì)作現(xiàn)階段主要仍是燃燒利用，但是越來越的的研究開始往更深層次的利用上轉(zhuǎn)變，估計(jì)在未來的一段時(shí)間生物質(zhì)能源會(huì)開始慢慢走入人們的視線2-3何謂化工生產(chǎn)工藝流程？舉例說明工藝流程是如何組織的？答：化工生產(chǎn)工藝流程——將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程。教材上有2個(gè)例子。2-4何謂循環(huán)式工藝流程？它有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：循環(huán)流程的特點(diǎn)：未反應(yīng)的反應(yīng)物從產(chǎn)物中分離出來，再返回反應(yīng)器。循環(huán)流程的優(yōu)點(diǎn)：能顯著地提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，降低了原料消耗，也減少了對(duì)環(huán)境的污染。循環(huán)流程的缺點(diǎn)：循環(huán)體系中惰性物質(zhì)和其他雜質(zhì)會(huì)逐漸積累，對(duì)反應(yīng)速率和產(chǎn)品產(chǎn)率有影響，必須定期排出這些物質(zhì)以避免積累。同時(shí)，大量循環(huán)物料的輸送會(huì)消耗較多動(dòng)力。2-5何謂轉(zhuǎn)化率？何謂選擇性？對(duì)于多反應(yīng)體系，為什么要同時(shí)考慮轉(zhuǎn)化率和選擇性兩個(gè)指標(biāo)？答：轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)物起始量的百分率。選擇性是指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的該反應(yīng)物總量之比。在復(fù)雜反應(yīng)體系中，選擇性表達(dá)了主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的相對(duì)大小，能確切反映原料的利用是否合理。有副反應(yīng)的體系，希望在選擇性高的前提下轉(zhuǎn)化率盡可能高。但是，通常使轉(zhuǎn)化率提高的反應(yīng)條件往往會(huì)使選擇性降低，所以不能單純追求高轉(zhuǎn)化率或高選擇性，而要兼顧兩者，使目的產(chǎn)物的收率最高。2-6催化劑有哪些基本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)中如何正確使用催化劑？答：三個(gè)基本特征：①催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化。②催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，但不能改變平衡。③催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)。在化工生產(chǎn)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：⑴提高反應(yīng)速率和選擇性。⑵改進(jìn)操作條件。⑶催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過程，發(fā)展新的化工技術(shù)。⑷催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用。在生產(chǎn)中必須正確操作和控制反應(yīng)參數(shù)，防止損害催化劑。催化劑使用時(shí)，必須在反應(yīng)前對(duì)其進(jìn)行活化，使其轉(zhuǎn)化成具有活性的狀態(tài)，應(yīng)該嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用。應(yīng)嚴(yán)格控制操作條件：①采用結(jié)構(gòu)合理的反應(yīng)器，使反應(yīng)溫度在催化劑最佳使用溫度范圍內(nèi)合理地分布，防止超溫；②反應(yīng)原料中的毒物雜質(zhì)應(yīng)該預(yù)先加以脫除，使毒物含量低于催化劑耐受值以下；③在有析碳反應(yīng)的體系中，應(yīng)采用有利于防止析碳的反應(yīng)條件，并選用抗積碳性能高的催化劑。在運(yùn)輸和貯藏中應(yīng)防止催化劑受污染和破壞；固體催化劑在裝填時(shí)要防止污染和破裂，裝填要均勻，避免“架橋”現(xiàn)象，以防止反應(yīng)工況惡化；許多催化劑使用后，在停工卸出之前，需要進(jìn)行鈍化處理，以免燒壞催化劑和設(shè)備。2-10假設(shè)某天然氣全是甲烷，將其燃燒來加熱一個(gè)管式爐，燃燒后煙道氣的摩爾分?jǐn)?shù)組成（干基）為86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。試計(jì)算天然氣與空氣的摩爾比，并列出物料收支平衡表。解：設(shè)煙道氣（干基）的量為100mol。反應(yīng)式：CH4+2O2CO2+2H2O分子量：16324418反應(yīng)轉(zhuǎn)化的量：9.42×9.49.42×9.4則產(chǎn)物的量為：N2：86.4mol×28＝2419.2gO2：4.2mol×32＝134.4gCO2：9.4mol×44＝413.6gH2O：2×9.4mol×18＝338.4g原料的量為：N2：86.4mol×28＝2419.2gO2：（4.2+2×9.4）mol×32＝736gCH4：9.4mol×16＝150.4gCH4/空氣（摩爾比）＝9.4/（86.4+23）×100％＝8.6%列物料衡算表得組分輸入輸出molmol%gWt％molmol%gWt％N286.472.72419.273.286.472.72419.273.2O22319.473622.34.23.5134.44.1H2O18.815.8338.410.2CH49.47.9150.44.5CO29.47.9413.612.5∑118.8100.03305.6100.0118.899.93305.6100.02-13一氧化碳與水蒸氣發(fā)生的變換反應(yīng)為CO＋H2OCO2＋H2，若初始混合原料的摩爾比為H2O／CO＝2／1，反應(yīng)在500℃進(jìn)行，此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝P(CO2)·P(H2)／P(H2O)·P(CO)＝4.88，求反應(yīng)后混合物的平衡組成和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)初始原料中＝1mol，則＝2mol，達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化了mmol。由CO＋H2OCO2＋H2轉(zhuǎn)化量mmmm平衡時(shí)＝1－m=2－m生成＝＝m產(chǎn)物總量n＝∑＝3觸，急冷劑用油或水，急冷下來的油、水密度相差不大，分離苦難，污水量大，不能回收高品位的熱量。采用間接急冷的目的是回收高品位的熱量，產(chǎn)生高壓水蒸氣作動(dòng)力能源以驅(qū)動(dòng)裂解氣、乙烯、丙稀的壓縮機(jī)，汽輪機(jī)及高壓水閥等機(jī)械，同時(shí)終止二次反應(yīng)。設(shè)計(jì)一個(gè)間接急冷換熱器其關(guān)鍵指標(biāo)是：為減少結(jié)焦傾向，應(yīng)控制兩個(gè)指標(biāo)．一是停留時(shí)間，一般控制在0.04s以內(nèi)；二是裂解氣出口溫度，要求高于裂解氣的露點(diǎn)。急冷換熱器是裂解裝置中五大關(guān)鍵設(shè)備之一，是間接急冷的關(guān)鍵設(shè)備。急冷換熱器的結(jié)構(gòu)，必須滿足裂解氣急冷的特殊條件：①溫度高;②降溫快，熱強(qiáng)度高，內(nèi)外溫差高。

3-9裂解氣進(jìn)行預(yù)分離的目的和任務(wù)是什么？裂解氣中要嚴(yán)格控制的雜質(zhì)有哪些？這些雜質(zhì)存在的害處？用什么方法除掉這些雜質(zhì)，這些處理方法的原理是什么？（P85，87-92）答：目的和任務(wù)：①經(jīng)預(yù)分餾處理，盡可能降低裂解氣的溫度，從而保證裂解氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低裂解氣壓縮機(jī)的功耗。②裂解氣經(jīng)預(yù)分餾處理，盡可能分餾出裂解氣的重組分，減少進(jìn)入壓縮分離系統(tǒng)的負(fù)荷。③在裂解氣的預(yù)分餾過程中將裂解氣中的稀釋蒸汽以冷凝水的形式分離回收，用以再發(fā)生稀釋蒸汽，從而大大減少污水排放量。④在裂解氣的預(yù)分餾過程中繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量。需嚴(yán)格控制的雜質(zhì)有H2S，CO2，H2O，C2H2，CO等氣體。這些雜質(zhì)量不大，但對(duì)深冷分離過程是有害的，而且會(huì)使產(chǎn)品達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。酸性氣體的脫除有堿洗法和醇胺法。脫水用吸附干燥法。炔烴脫除有催化加氫法和溶劑吸收法。3-10壓縮氣的壓縮為什么采用多級(jí)壓縮，確定段數(shù)的依據(jù)是什么？（P95-96）答：壓縮氣壓縮基本上是一個(gè)絕熱過程，氣體壓力升高后，溫度也上升。為了節(jié)約壓縮功耗、降低出口溫度、減少分離凈化負(fù)荷，氣體壓縮采用多級(jí)壓縮。3-11某乙烯裝置采用低壓法分離甲烷，整個(gè)裝置中需要的最低冷凍溫度為-115℃，根據(jù)乙烯裝置中出現(xiàn)的原料、產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠提供這樣低溫的制冷系統(tǒng)，繪出制冷循環(huán)示意圖。并標(biāo)以各蒸發(fā)器和冷凝器的溫度（第一級(jí)冷凝器溫度，為冷卻水上水溫度25～30℃）。答：3-12裂解氣分離流程各有不同，其共同點(diǎn)是什么？答：①在分離順序上遵循先易后難的原則，先將不同碳原子數(shù)的烴分開，再分同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴；②將生產(chǎn)乙烯的乙烯精餾塔和生產(chǎn)丙烯的丙烯精餾塔置于流程最后，可確保這兩個(gè)主要產(chǎn)品純度，同時(shí)也減少分離損失，提高烯烴收率。3-14對(duì)于一已有的甲烷塔，H2/CH4對(duì)乙烯回收率有何影響？采用前冷工藝對(duì)甲烷塔分離有何好處？答：相同壓力相同溫度下，乙烯在塔頂尾氣中的含量，隨H2/CH4比增加而增加，即乙烯的損失率加大，降低了乙烯的回收率。前冷是將塔頂餾分的冷量將裂解氣預(yù)冷，通過分凝將裂解其中的大部分氫和部分甲烷分離，使H2/CH4比下降，提高了乙烯的回收率，減少了甲烷塔的進(jìn)料量，節(jié)約能耗。3-15何謂非絕熱精餾？何種情況下采用中間冷凝器或中間再沸器？分析其利弊？答：非絕熱精餾——在塔中間對(duì)塔內(nèi)物料進(jìn)行冷卻和加熱的過程。使用條件：對(duì)于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精餾塔。利：可降低分離過程的有效能損失，達(dá)到節(jié)省能量的目的。對(duì)中間再沸器而言，還可減小提餾段塔徑。弊：由于中間冷凝器和中間再沸器的設(shè)置，在降低塔頂冷凝器和塔釜再沸器負(fù)荷的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致精餾段回流和提餾段上升蒸氣的減少，故為了達(dá)到分離要求，就相應(yīng)增加塔板數(shù)，從而增加設(shè)備投資。3-16根據(jù)本章所學(xué)知識(shí)，試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程表述烴類熱裂解從原料到產(chǎn)品所經(jīng)歷的主要工序及彼此的關(guān)系。答：原料→熱裂解→預(yù)分離（→裂解汽油→芳烴）→裂解氣→凈化（脫酸、脫水、脫炔）→深冷（壓縮系統(tǒng)）→分離（精餾系統(tǒng)）第五章5-1有哪些原料可生產(chǎn)合成氣？合成氣的生產(chǎn)方法有哪些？近年來出現(xiàn)哪些生產(chǎn)合成氣的新方法？它們與原有生產(chǎn)方法相比有什么優(yōu)點(diǎn)？答：原料：煤、天然氣、石油餾分、農(nóng)林廢料、城市垃圾等。合成氣的生產(chǎn)方法：1.以天然氣為原料的生產(chǎn)方法：主要有轉(zhuǎn)化法和部分氧化法。2.以重油或渣油為原料的生產(chǎn)方法：主要采用部分氧化法3.以煤為原料的生產(chǎn)方法：有間歇式和連續(xù)式兩種操作方式。以上幾種方法的比較：1.以天然氣為原料制合成氣的成本最低；2.重質(zhì)油與煤炭制造合成氣的成本差不多，重油和渣油制合成氣可以使石油資源得到充分的綜合利用；3.輕質(zhì)油價(jià)格很貴，用它來制造合成氣的成本較高，而它很容易經(jīng)其他方法加工成液體燃料和化工原料，不必走合成氣路線。其他含碳原料(包括各種含碳廢料)制合成氣在工業(yè)上尚未形成大規(guī)模生產(chǎn)，隨著再生資源的開發(fā)、二次原料的廣泛利用，今后會(huì)迅速發(fā)展起來的。生產(chǎn)合成氣的新方法：近年來，部分氧化法的工藝因其熱效率較高。H2/CO比值易于調(diào)節(jié)，故逐漸收到重視和應(yīng)用，但需要有廉價(jià)的氧源，才能有滿意的經(jīng)濟(jì)性。最近開展了二氧化碳轉(zhuǎn)化法的研究，有些公司和研究者已進(jìn)行了中間規(guī)模和工業(yè)化的擴(kuò)大試驗(yàn)。5-3以天然氣為原料生產(chǎn)合成氣的過程有哪些主要反應(yīng)？從熱力學(xué)角度考慮，對(duì)反應(yīng)條件有哪些要求？從動(dòng)力學(xué)角度考慮又有哪些要求？（P161，165-168）答：甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)CH4＋H2OCO＋3H2QUOTECO變換反應(yīng)CO＋H2OCO2＋H2QUOTE析碳反應(yīng)CH4C＋2H2QUOTE熱力學(xué)：溫度800℃以上，水碳比3.5以上，壓力2MPa左右。動(dòng)力學(xué)：溫度（高溫使反應(yīng)速率加快，所以出口殘余甲烷含量低。因加壓對(duì)平衡的不利影響，更要提高溫度來彌補(bǔ)）、壓力（在反應(yīng)初期，增加系統(tǒng)壓力，相當(dāng)于增加了反應(yīng)物分壓，反應(yīng)速率加快；但到反應(yīng)后期，反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)物濃度很低，而產(chǎn)物濃度高，加壓反而會(huì)降低反應(yīng)速率，所以從化學(xué)角度看，壓力不宜過高）、組分。5-5天然氣-水蒸氣轉(zhuǎn)化法制合成氣過程有哪些步驟？為什么天然氣要預(yù)先脫硫才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化？用哪些方法較好？（P169，181-182）答：答：基本步驟有：原料氣脫硫、脫硫后的原料氣與水蒸氣在一段轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行反應(yīng)生成合成氣、未反應(yīng)的甲烷與補(bǔ)入的氧氣或空氣燃燒放熱，進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)、根據(jù)對(duì)合成氣使用目的不同選擇是否進(jìn)行變換反應(yīng)、脫除合成氣中的二氧化碳，使成品氣中只含有CO和H2。因?yàn)樵蠚庵械牧蚧镏饕橇蚧瘹浜陀袡C(jī)硫化物，后者在高溫和水蒸氣、氫氣作用下也轉(zhuǎn)變成硫化氫，催化劑表面吸附硫化氫后反應(yīng)生成硫化鎳，發(fā)生暫時(shí)性中毒，在輕微中毒后，當(dāng)原料氣中清除了硫化物后，硫化鎳會(huì)逐漸分解釋放出硫化氫，催化劑得到再生，但若頻繁的反復(fù)中毒和再生，鎳晶粒要長(zhǎng)大，活性降低。即極少量的硫化物就會(huì)使催化劑中毒，使活性明顯降低，時(shí)間不長(zhǎng)就完全失活，所以必須先脫硫才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。用天然氣制合成氣時(shí)，先將原料氣徹底脫硫，使總含硫量（體積分?jǐn)?shù)）小于0.110-6，則采用鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化-氧化鋅組合法較好。原因是：鈷鉬加氫脫硫劑先將原料中的有機(jī)硫化物氫解，轉(zhuǎn)化成易于脫除的硫化氫，硫化氫再與氧化鋅發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫化鋅固體，由于硫化鋅難離解，凈化氣中總硫含量（體積分?jǐn)?shù)）可降低至0.110-6以下，符合要求。5.6為什么天然氣—水蒸氣轉(zhuǎn)化過程中需要供熱？供熱形式是什么？一段轉(zhuǎn)化爐有哪些型式？答：從熱力學(xué)角度看，高溫下甲烷濃度低，從動(dòng)力學(xué)看，高溫使反應(yīng)速率加快，所以出口殘余甲烷含量低。因加壓對(duì)平衡的不利影響，更要提高溫度來補(bǔ)償。甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2是吸熱的可逆反應(yīng)，高溫對(duì)平衡有利，即H2及CO的平衡產(chǎn)率高，CH4平衡含量低。高溫對(duì)一氧化碳變換反應(yīng)的平衡不利，可以少生成二氧化碳，而且高溫也會(huì)抑制一氧化碳岐化和還原析碳的副反應(yīng)。但是，溫度過高，會(huì)有利于甲烷裂解，當(dāng)高于700℃時(shí)，甲烷均相裂解速率很快，會(huì)大量析出碳，并沉積在催化劑和器壁上。一段轉(zhuǎn)化采用管間供熱；二段轉(zhuǎn)化則是溫度在800℃左右的一段轉(zhuǎn)化氣絕熱進(jìn)入二段爐，同時(shí)補(bǔ)入氧氣，氧與轉(zhuǎn)化氣中甲烷燃燒放熱進(jìn)行供熱。一段轉(zhuǎn)化爐的爐型主要有兩大類，一類是以美國(guó)凱洛格公司為代表所采用的頂燒爐，另一類是以丹麥托普索公司為代表所采用的側(cè)燒爐。預(yù)先脫硫是為了避免蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑中毒。脫硫方法有干法和濕法。干法分為吸附法和催化轉(zhuǎn)化法。濕法分為化學(xué)吸收法、物理吸收法、物理-化學(xué)吸收法和濕式氧化法。5-7為什么說一段轉(zhuǎn)化管是變溫反應(yīng)器？為什么天然氣-水蒸汽轉(zhuǎn)化要用變溫反應(yīng)器？答：由于在一段轉(zhuǎn)化爐中可能會(huì)產(chǎn)生較多的碳，影響主反應(yīng)的進(jìn)行，故操作中必須重視析碳反應(yīng)的產(chǎn)生條件，采用控制反應(yīng)溫度沿爐管軸向分布不同的方法，以減少析碳反應(yīng)的發(fā)生。A.在入口處，由于甲烷含量最高，在高溫下（>700℃），甲烷會(huì)均相裂解，析出大量碳，故應(yīng)著重降低裂解速率，降低溫度<500B.離入口1/3處，溫度必須嚴(yán)格控制在<650℃C.離入口1/3處以后，溫度高于650℃，此時(shí)，生成的氫氣，可抑制甲烷的裂解析碳反應(yīng)；同時(shí)溫度逐步升高（副反應(yīng)放熱，加熱爐供熱），故有利于逆反應(yīng)的發(fā)生——綜上所述，一段轉(zhuǎn)化爐只有采用變溫反應(yīng)器，才可以減少裂解反應(yīng)，保證低的甲烷殘余量。顯然，一段轉(zhuǎn)化爐是變溫反應(yīng)器，同時(shí)也說明了必須采用變溫反應(yīng)器。5-9由煤制合成氣有哪些生產(chǎn)方法？這些方法相比較各有什么優(yōu)點(diǎn)？較先進(jìn)的方法是什么？（P156-159）答：生產(chǎn)方法有固定床間歇式氣化法、固定床連續(xù)式氣化法、流化床連續(xù)式氣化法、氣流床連續(xù)式氣化法。固定床間歇式氣化法優(yōu)點(diǎn)：只用空氣而不用純氧，成本和投資費(fèi)用低。固定床連續(xù)式氣化法優(yōu)點(diǎn)：①可控制和調(diào)節(jié)爐中溫度；②因無N2存在，不需放空，故可連續(xù)制氣，生產(chǎn)強(qiáng)度較高，而且煤氣質(zhì)量也穩(wěn)定。流化床連續(xù)式氣化法特點(diǎn)：提高了單爐的生產(chǎn)能力，適應(yīng)了采煤技術(shù)的發(fā)展，直接使用小顆粒碎煤為原料，并可利用褐煤等高灰分煤。氣流床連續(xù)式氣化法優(yōu)點(diǎn)：一種在常壓、高溫下以水蒸氣和氧氣與粉煤反應(yīng)的氣化法，生產(chǎn)強(qiáng)度非常大。5-10一氧化碳變換的反應(yīng)是什么？影響該反應(yīng)的平衡和速度的因素有哪些？如何影響？為什么該反應(yīng)存在最佳反應(yīng)溫度？最佳反應(yīng)溫度與哪些參數(shù)有關(guān)？（P175-177）答：CO變換反應(yīng)CO＋H2OCO2＋H2QUOTE影響平衡因素有溫度、水碳比、原料氣中CO2含量等。影響速度因素有壓力（加壓可以提高反應(yīng)物分壓，在3.0MPa以下，反應(yīng)速率與壓力的平方根成正比，壓力再高，影響就不明顯了）、溫度（CO的變換反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，所以存在最佳反應(yīng)溫度Top）、水蒸氣（水蒸氣的用量決定了H2O/CO比值，在水碳比低于4時(shí)，提高水碳比，可使反應(yīng)速率增長(zhǎng)較快，但水碳比大于4后，反應(yīng)速率的增長(zhǎng)不明顯，故一般選用H2O/CO比為4左右）。因該反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，所以存在最佳反應(yīng)溫度Top，Top與氣體原始組成、轉(zhuǎn)化率及催化劑有關(guān)。5-11為什么一氧化碳變換過程要分段進(jìn)行，要用多段反應(yīng)器？段數(shù)的選定依據(jù)是什么？有哪些形式的反應(yīng)器？（P178-179）答：在工程實(shí)際中，降溫措施不可能完全符合最佳溫度曲線，因此采用分段冷卻，段數(shù)越多操作溫度越接近最佳溫度曲線。具體段數(shù)由水煤氣中CO含量、所要達(dá)到的轉(zhuǎn)化率、催化劑活性溫度范圍等因素決定。變換反應(yīng)器的類型有中間間接冷卻式多段絕熱反應(yīng)器、原料氣冷激式多段絕熱反應(yīng)器、水蒸氣或冷凝水冷激式多段絕熱反應(yīng)器等。5.12一氧化碳變換催化劑有哪些類型？各適用于什么場(chǎng)合？使用中注意哪些事項(xiàng)？答：鐵鉻系變換催化劑：其化學(xué)組成以Fe2O3為主，促進(jìn)劑有Cr2O3和K2CO3，反應(yīng)前還原成Fe3O4才有活性。適用溫度范圍300～530℃。該類催化劑稱為中溫或高溫變換催化劑，因?yàn)闇囟容^高，反應(yīng)后氣體中殘余CO含量最低為3%～4%。銅基變換催化劑：其化學(xué)組成以CuO為主，ZnO和Al2O3為促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑，反應(yīng)前也要還原成具有活性的細(xì)小銅晶粒。該類催化劑另一弱點(diǎn)是易中毒，所以原料氣中硫化物的體積分?jǐn)?shù)不得超過0.1×10-6。銅基催化劑適用溫度范圍180～260℃，稱為低溫變換催化劑，反應(yīng)后殘余CO可降至0.2%～0.3%。銅基催化劑活性高，若原料氣中CO含量高時(shí)，應(yīng)先經(jīng)高溫變換，將CO降至3%左右，再接低溫變換，以防劇烈放熱而燒壞低變催化劑。鈷鉬系耐硫催化劑：其化學(xué)組成是鈷、鉬氧化物并負(fù)載在氧化鋁上，反應(yīng)前將鈷、鉬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧铮A(yù)硫化）才有活性，反應(yīng)中原料氣必須含硫化物。適用溫度范圍160～500℃，屬寬溫變換催化劑。其特點(diǎn)是耐硫抗毒，使用壽命長(zhǎng)。5.14在合成氣制造過程中，為什么要有脫碳（CO2）步驟？通常有哪些脫碳方法，各適用于什么場(chǎng)合？答：在將氣、液、固原料經(jīng)轉(zhuǎn)化或氣化制造合成氣過程中會(huì)生成一定量的CO2，尤其當(dāng)有一氧化碳變換過程時(shí)，生成更多的CO2，其含量可高達(dá)28%～30%。因此也需要脫除CO2，回收的CO2可加以利用。脫除二氧化碳的過程通常簡(jiǎn)稱為脫碳。根據(jù)吸收機(jī)理可分為化學(xué)吸收和物理吸收兩大類。近年來出現(xiàn)了變壓吸附法、膜分離等固體脫除二氧化碳法。目前常用的化學(xué)吸收法是改良的熱鉀堿法，即在碳酸鉀溶液中添加少量活化劑，以加快吸收CO2的速率和解吸速率，根據(jù)活化劑種類不同，改良熱鉀堿法又分為以下幾種：①本菲爾（Benfild）法；②復(fù)合催化法；③空間位阻胺促進(jìn)法；④氨基乙酸法。目前國(guó)內(nèi)外使用的物理吸收法主要有冷甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法。物理吸收法在加壓（2～5MPa）和較低溫度條件下吸收CO2，溶液的再生靠減壓解吸，而不是加熱分解，屬于冷法，能耗較低。物理-化學(xué)吸收法是將物理吸收劑與化學(xué)吸收劑結(jié)合起來的氣體凈化法，例如MDEA法中用甲基二乙醇胺-環(huán)丁砜混合液作吸收劑，能同時(shí)脫硫和脫碳，可與改良熱鉀