级石油化工工艺学布置部分作业答案要点

04级石油化工工艺学布置部分作业答案要点

3-3 裂解过程的工艺参数选择

裂解过程的工艺参数选择：高温短停留时间，低烃分压。原因如下：

1）高裂解温度

裂解反应为一级不可逆强吸热反应；提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加。

裂解温度的提高受到a)二次反应的产物分布及目的产品收率的限制；b)受到.裂解炉管的结焦影响及清焦周期的限制；c.受到裂解炉管材质要求的限制。

2）低停留时间

停留时间越短，可以抑制二次反应的进行，对提高乙烯产率有利；

3）低烃分压

乙烯裂解反应为体积增大的化学反应。降低压力有利乙烯的生成。

乙烯裂解反应为气相反应。裂解反应为一级反应；缩合/聚合反应为二级反应，压力提高，反应物浓度增加，反应速度加快。但对缩合/聚合反应增加的幅度更大。所以应采取低的反应压力。

4）稀释剂

稀释剂作用是降低烃分压，防止裂解炉管内壁的结焦。同时可以.稳定裂解温度，.脱除结焦。缺点是需要的急冷速度、急冷剂用量大；.处理能力下降；.所需炉管管径、管长增大，所需的热负荷增加。

3-9裂解气的预分馏及净化裂解气预分馏的目的与任务

1）解气预分馏的目的与任务

（1）经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。

（2）裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的进料负荷。

（3）在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量。

（4）在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量。

2）裂解气中的气体杂质

裂解气中的气体杂质主要有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO。

H2S、CO2无机碱洗或醇胺湿法脱除

H2O：3A分子筛吸附脱除

C2H2、CO催化加氢脱除。

3-12分离流程的共同点，顺序分离流程，前脱乙烷后加氢流程，前脱丙烷加氢流程的特点优缺点、适用范围。

1）分离流程的共同点：

a.裂解气的分离由三个系统构成：气体净化系统，压缩与冷冻系统，精馏分离系统。

b.都是先将不同碳原子数的烃分开，然后再采取先易后难的分离顺序分离同一碳原子的烃。

c.最终出产品的乙烯塔与丙烯塔并联安排，并且排于最后。

2）流程的特点优缺点、适用范围。

（1）顺序分离流程：工艺简单，适用于所有裂解原料。其中的中、低压脱甲烷技术，流程复杂。

（2）前脱丙烷流程：适用于液体原料。流程简单、运行稳定、开车时间短。深冷部分采用分凝分离器前脱丙烷流程，能耗低。

但流程中的热泵系统的优化不好，其采用的特殊设备分凝分离器价格昂贵。

3）流程图：见课本

4-3 芳烃转化的必要性与意义；主要的芳烃转化反应

1）芳烃转化的必要性与意义：芳香烃中需求量最大的是对二甲苯、邻二甲苯及乙苯。

而粗苯、乙烯裂解汽油的芳烃中主要含量为苯；重整芳烃中对二甲苯及邻二甲苯含量也不高。因此将苯、甲苯、间二甲苯转化为对二甲苯、邻二甲苯及乙苯很有必要。

2）主要的芳烃转化反应：a.异构化反应：间二甲苯转化为对二甲苯及邻二甲苯。

b.歧化反应：甲苯歧化为二甲苯。

c.烷基化反应：苯与乙烯通过烷基化转化为乙苯。

4-5 B、T及各种X单体的主要生产过程，各自的特点。

苯、甲苯和各种二甲苯单体可以从由煤焦油、石油芳烃（主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油）中经过精制、芳烃抽提、精馏及通过吸附、结晶等过程分离提炼而得。除此之外，还可以通过以下各工艺来补充生产。

1）苯单体的其他主要生产过程

脱烷基化：甲苯脱甲基制苯。

甲苯的歧化反应:通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料。

2）各种二甲苯单体的其他主要生产过程

甲苯的歧化反应。通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料.

C8芳烃的异构化：C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的。

5-2 合成气的用途；合成气的生产与应用受到重视。

1）合成氨；甲醇；乙烯；乙醛；乙二醇；丙酸；甲基丙烯酸；醋酸乙烯；醋酸；醋酐。还有托过费

—托合成制合成油（烃）；

2）近年来有机金属络合物催化剂体系的技术开发已取得长足的进步，利用CO为原料的液相催化羰基化工艺在工业上被大量应用，导致人们对开发合成气制备新工艺的兴趣愈来愈大。

5-3天然气（甲烷）蒸汽转化制合成气的主要反应及副反应。热力学反应条件。动力学反应条件。

1）主反应及副反应：

主要反应:CH4+H2O-----CO+H2 （吸热）；（主反应）

CH4+H2O-----CO2+H2（吸热）；

CO+H2O-----CO2+H2 （放热）；

副反应：CH4-----C+H2（吸热）

2CO----C+CO2（放热）

CO+H2-----C+H2O（放热）（反应式应该采用可逆符号，）

2）热力学反应条件：

（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，高温对平衡有利。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利，可以少生成二氧化碳，但是，温度过高，会有利于甲烷裂解，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。

（2）、水碳比的影响

水碳比对于甲烷转化影响重大，高的水碳比有利于CO及H2的生成，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，低压有利平衡，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。压力对一氧化碳变换反应平衡无影响。

总之，单从反应平衡考虑，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。

3）动力学反应条件：

1）、温度的影响

温度升高，反应速率常数增大，因甲烷蒸汽转化是吸热的，平衡常数随温度的升高而增大，结果反应速率也是增大的。

（2）、压力的影响

总压增高，会使各组分的分压也增高，对反应初期的速率提高很有利。此外加压尚可使反应体积减少。

（3）、水碳比的影响

CH4和H2O都是反应物，CH4和太高而H2O太低，或者CH4和太低高而H2O太高，都难以获得高的反应速度。水碳比的要在合适的范围内。

6-13根据热力学分析，合成甲醇应在低温和高压下更为有利，工业上为什么不采用此工艺

?甲醇合成反应的反应热是随温度和压力而变化，当温度越低，压力越高时，反应热越大。

?当低于200oC时，反应热随压力变化的幅度比高温时（>300oC）更大.

?所以合成甲醇温度低于300oC时，要严格控制压力和温度的变化，以免造成温度的失控。当压力为20Mpa 时，反映温度在300oC以上，此时的反应热变化最少，易于控制。

?合成甲醇的反应若采用高压，则同时采用高温，反之，宜采用低温、低压操作。由于低温下反应速率不高，故需选择活性好的催化剂，即低温高活性催化剂，使得低压合成甲醇法逐渐取代高压合成甲醇法。6-14 乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中温度及空速对选择性的影响

乙笨脱氢反应是可逆吸热反应，温度升高有利于平衡转化率提高，也有利于反应速率的提高。而温度升高也有利乙苯的裂解和加氢裂解，结果是随着温度的升高，乙苯的转化率增加，二苯乙烯的选择性下降。

乙苯脱氢反应是个复杂反应，空速低，接触时间增加，副反应加剧，选择性显著下降，故需采用较高的空速，以提高选择性，虽然转化率不是很高，末反应的原料气可以循环使用，必然造成能耗增加，因此需要综合考虑，选择最佳空速。

《石油化工工艺学》布置练习题题号

----化学工艺学(第二版)教材

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