能源╱化工有机工艺学习题答案

答案

绪论一、填空题1.无机物化学工业；有机物化学工业。2.天然气；煤；石油。3.直接液化；间接液化。4.干气；湿气。5.拔顶气；汽油；煤油；柴油；催化裂化原料或润滑油原料。6.物理；化学。7.化合物；混合物。8．烃类；非烃类。9．直馏汽油；石脑油。10.催化裂化。11.石油芳烃；高辛烷值汽油组分。12.丙烷；丁烷。13.气态烃；汽油；柴油；蜡油。14．原料预处理；化学反应；产品精制。15．乙烯；丙烯；丁二烯；苯；甲苯；二甲苯；甲醇。16氢；一氧化碳。二、解释概念1．答：把多种设备、机器和仪表适当组合起来的加工过程称为生产装置。例如石油烃热裂解装置是由原料油贮罐、原料油预热器、裂解炉、急冷换热器、气包、急冷器、油洗塔、燃料油气提塔、裂解轻柴油气提塔、水洗塔、油水分离器等设备，鼓风机、离心泵等机器，热电偶、孔板流量计、压力计等仪表和自控器适当组合起来的。2．答：化工生产从原料开始到制成目的产物，要经过一系列物理的和化学的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤，总称为化工过程。3．答：指各化工生产过程中以化学为主的处理方法，概括为具有共同化学反应特点的基本过程。如氧化过程、加氢过程等。4．答：指各化工生产过程中以物理为主的处理方法，概括为具有共同物理变化特点的基本过程。如精馏操作、吸收操作等。5．答：化工工艺即化工技术或化学生产技术，指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。6．答：工艺是指利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工处理，使之成为产品的方法。工艺除指技术外，还应包括过程的理论、系统、各环节的安排，所以工艺是工程和技术、艺术的结合。7．答：工艺流程就是按物料加工的先后顺序将这些单元表达出来。如果以方框来表达各单元，则称为流程框图；如果以设备外形或简图表达的流程图则称为工艺（原理）流程图。8．答：转化率是表示进行反应器内的原料与参加反应的原料之间的数量关系。转化率越大，说明参加反应的原料量越多，转化程度越高。9．答：表示了参加主反应的原料量与参加反应的原料量之间的数量关系。10．表示进入反应器的原料与生成目的产物所消耗的原料之间的数量关系。收率越高，说明进入反应器的原料中，消耗在生产目的产物上的数量越多。11．答：化工装置在单位时间内生产的产品量或在单位时间内处理的原料量，称为生产能力。12．答：消耗定额是指生产单位产品所消耗的原料量，即每生产一吨100%的产品所需要的原料数量。消耗定额＝13．答：催化加氢裂化是在加热、高氢压和采用具有裂化和加氢两种作用的双功能催化剂存在的条件下，使重质油发生裂化反应，转化为气态烃、汽油、喷气燃料（航煤）、柴油等的过程。14．答：原油经常减压蒸馏后，初馏塔顶和常压塔顶得到的轻汽油和（重）汽油，称为直馏汽油，也称为石脑油15．答：将原油加工成各种石油产品的过程称为石油炼制。石油炼制过程主要包括常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、催化加氢、焦化和加氢精制等工艺生产过程。16．答：在隔绝空气的条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气。其中在煤焦油中可获得萘，在粗苯中可得到苯、甲苯、二甲苯等。17．答：煤气化是以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸汽等做气化剂在高温下通过化学反应把煤或煤焦油转化为含氢、一氧化碳等气体的过程。18．答：煤液化是指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。19．答：预处理过的原油经预热到200～240℃20．答：初馏塔蒸出的塔顶油气经冷凝冷却后进行气液分离，气体称为拔顶气。三、判断正误1．√2．×3．×4．×5．√6．×7×8．√9．√10．√四、回答问题1．答：有机化学工业即指生产有机化学品的工业部门，一般来说，其原料和产品都是有机化合物。有机化学工业的主要产品有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇（乙炔、萘）等基础原料及由这些烃类产品经过各种化学合成过程生产出的种类繁多、品种各异、用途广泛的有机化工产品。可以简单分为：基本有机化工产品和高分子产品、精细化工产品等终端产品。2．答：常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、催化加氢、焦化、加氢精制和石油烃热裂解。3．答：大分子烷烃加氢裂解成较小分子烷烃；环烷烃开环生成链烷烃；芳烃加氢生成环烷烃；含S、N、O和金属化合物加氢分别生成H2S、NH3、H2O和金属和烷烃。4．答：以下为常减压工艺流程图：5．答：催化重整是以C6～C11石脑油为原料，在一定的操作条件和催化剂的作用下，使轻质原料油（石脑油）的烃类分子结构重新排列整理，转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气的过程。6．答：干气主要成分是甲烷，其次还有少量的乙烷、丙烷和丁烷及更重的烃烃，也会有CO2、N2、H2S和NH3等。对它稍加压缩不会有液体产生，故称为干气；湿气除甲烷和乙烷等低碳烷烃外，还含有少量轻汽油，对它稍加压缩就有称为凝析油的液态烃析出来，故称为湿气。7．答：焦化是以贫氢的重质油，如减压渣油、裂化渣油等为原料，在高温下进行深度的热裂解和缩合反应的热加工过程。延迟焦化只是在加热炉管中控制原料油基本上不发生裂化反应，而延缓到专设的焦炭塔中进行裂化反应，故称“延迟焦化”。8.答：转化率×产率=收率。9.答：前五章讲解乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等基本有机原料的生产，后五章则是介绍以这些产品为原料进一步生产其它有机化工产品的生产技术。五、计算题1.忽略反应物与生成物之间的分子量变化，则有：单程转化率＝×100%＝×100%＝50%单程收率＝×100%＝×100%=42%产率（或选择性）＝×100%＝单程收率÷单程转化率＝42%÷50%＝84%或者：产率（或选择性）＝×100%＝×100%＝84%2．单程转化率＝×100%＝（7000-4500）÷7000×100%＝35.7%生成目的产物所消耗的原料量X＝4500×28÷44＝2863kg/h单程收率＝×100%＝2863÷7000×100%＝41%3．乙烷转化率＝×100%＝（9000-3000）÷9000×100%＝66.7%4．总转化率＝×100%＝（5000-1500）÷5000×100%＝70%5．解：消耗的原料量＝4550＋（7000-4550）×5%＝4550＋122.5＝4672.5消耗定额＝＝＝1.4答案

绪论一、填空题1.无机物化学工业；有机物化学工业。2.天然气；煤；石油。3.直接液化；间接液化。4.干气；湿气。5.拔顶气；汽油；煤油；柴油；催化裂化原料或润滑油原料。6.物理；化学。7.化合物；混合物。8．烃类；非烃类。9．直馏汽油；石脑油。10.催化裂化。11.石油芳烃；高辛烷值汽油组分。12.丙烷；丁烷。13.气态烃；汽油；柴油；蜡油。14．原料预处理；化学反应；产品精制。15．乙烯；丙烯；丁二烯；苯；甲苯；二甲苯；甲醇。16氢；一氧化碳。二、解释概念1．答：把多种设备、机器和仪表适当组合起来的加工过程称为生产装置。例如石油烃热裂解装置是由原料油贮罐、原料油预热器、裂解炉、急冷换热器、气包、急冷器、油洗塔、燃料油气提塔、裂解轻柴油气提塔、水洗塔、油水分离器等设备，鼓风机、离心泵等机器，热电偶、孔板流量计、压力计等仪表和自控器适当组合起来的。2．答：化工生产从原料开始到制成目的产物，要经过一系列物理的和化学的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤，总称为化工过程。3．答：指各化工生产过程中以化学为主的处理方法，概括为具有共同化学反应特点的基本过程。如氧化过程、加氢过程等。4．答：指各化工生产过程中以物理为主的处理方法，概括为具有共同物理变化特点的基本过程。如精馏操作、吸收操作等。5．答：化工工艺即化工技术或化学生产技术，指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。6．答：工艺是指利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工处理，使之成为产品的方法。工艺除指技术外，还应包括过程的理论、系统、各环节的安排，所以工艺是工程和技术、艺术的结合。7．答：工艺流程就是按物料加工的先后顺序将这些单元表达出来。如果以方框来表达各单元，则称为流程框图；如果以设备外形或简图表达的流程图则称为工艺（原理）流程图。8．答：转化率是表示进行反应器内的原料与参加反应的原料之间的数量关系。转化率越大，说明参加反应的原料量越多，转化程度越高。9．答：表示了参加主反应的原料量与参加反应的原料量之间的数量关系。10．表示进入反应器的原料与生成目的产物所消耗的原料之间的数量关系。收率越高，说明进入反应器的原料中，消耗在生产目的产物上的数量越多。11．答：化工装置在单位时间内生产的产品量或在单位时间内处理的原料量，称为生产能力。12．答：消耗定额是指生产单位产品所消耗的原料量，即每生产一吨100%的产品所需要的原料数量。消耗定额＝13．答：催化加氢裂化是在加热、高氢压和采用具有裂化和加氢两种作用的双功能催化剂存在的条件下，使重质油发生裂化反应，转化为气态烃、汽油、喷气燃料（航煤）、柴油等的过程。14．答：原油经常减压蒸馏后，初馏塔顶和常压塔顶得到的轻汽油和（重）汽油，称为直馏汽油，也称为石脑油15．答：将原油加工成各种石油产品的过程称为石油炼制。石油炼制过程主要包括常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、催化加氢、焦化和加氢精制等工艺生产过程。16．答：在隔绝空气的条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气。其中在煤焦油中可获得萘，在粗苯中可得到苯、甲苯、二甲苯等。17．答：煤气化是以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸汽等做气化剂在高温下通过化学反应把煤或煤焦油转化为含氢、一氧化碳等气体的过程。18．答：煤液化是指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。19．答：预处理过的原油经预热到200～240℃20．答：初馏塔蒸出的塔顶油气经冷凝冷却后进行气液分离，气体称为拔顶气。三、判断正误1．√2．×3．×4．×5．√6．×7×8．√9．√10．√四、回答问题1．答：有机化学工业即指生产有机化学品的工业部门，一般来说，其原料和产品都是有机化合物。有机化学工业的主要产品有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇（乙炔、萘）等基础原料及由这些烃类产品经过各种化学合成过程生产出的种类繁多、品种各异、用途广泛的有机化工产品。可以简单分为：基本有机化工产品和高分子产品、精细化工产品等终端产品。2．答：常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、催化加氢、焦化、加氢精制和石油烃热裂解。3．答：大分子烷烃加氢裂解成较小分子烷烃；环烷烃开环生成链烷烃；芳烃加氢生成环烷烃；含S、N、O和金属化合物加氢分别生成H2S、NH3、H2O和金属和烷烃。4．答：以下为常减压工艺流程图：5．答：催化重整是以C6～C11石脑油为原料，在一定的操作条件和催化剂的作用下，使轻质原料油（石脑油）的烃类分子结构重新排列整理，转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气的过程。6．答：干气主要成分是甲烷，其次还有少量的乙烷、丙烷和丁烷及更重的烃烃，也会有CO2、N2、H2S和NH3等。对它稍加压缩不会有液体产生，故称为干气；湿气除甲烷和乙烷等低碳烷烃外，还含有少量轻汽油，对它稍加压缩就有称为凝析油的液态烃析出来，故称为湿气。7．答：焦化是以贫氢的重质油，如减压渣油、裂化渣油等为原料，在高温下进行深度的热裂解和缩合反应的热加工过程。延迟焦化只是在加热炉管中控制原料油基本上不发生裂化反应，而延缓到专设的焦炭塔中进行裂化反应，故称“延迟焦化”。8.答：转化率×产率=收率。9.答：前五章讲解乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等基本有机原料的生产，后五章则是介绍以这些产品为原料进一步生产其它有机化工产品的生产技术。五、计算题1.忽略反应物与生成物之间的分子量变化，则有：单程转化率＝×100%＝×100%＝50%单程收率＝×100%＝×100%=42%产率（或选择性）＝×100%＝单程收率÷单程转化率＝42%÷50%＝84%或者：产率（或选择性）＝×100%＝×100%＝84%2．单程转化率＝×100%＝（7000-4500）÷7000×100%＝35.7%生成目的产物所消耗的原料量X＝4500×28÷44＝2863kg/h单程收率＝×100%＝2863÷7000×100%＝41%3．乙烷转化率＝×100%＝（9000-3000）÷9000×100%＝66.7%4．总转化率＝×100%＝（5000-1500）÷5000×100%＝70%5．解：消耗的原料量＝4550＋（7000-4550）×5%＝4550＋122.5＝4672.5消耗定额＝＝＝1.4第一章烃类热裂解一、填空题1．天然气；炼厂气；石脑油；柴油；重油。2．生产乙烯；丙烯；丁二烯；苯；甲苯；二甲苯。3．石油烃热裂解；管式炉裂解4．生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃为主的反应。5．烷烃；烯烃；减少；Cm+nH2(m+n)+2CnH2n+CmH2m+2。6．较低；芳烃缩合；较高；乙炔。7．目的；烯烃；原料；生碳或结焦；堵塞。8．烷烃；芳烃；烯烃。9．较高；较低。10．提高；降低。11．裂解原料由进入裂解辐射管到离开裂解辐射管所经过的；反应管中停留的。12．越高；越短。13．降低烃分压；水蒸汽。14．高温；短停留时间；低烃分压。14．对流段（或称对流室）和辐射段（或称辐射室）组成的炉体；炉体内适当布置的由耐高温合金钢制成的炉管；燃料燃烧器。15．凯洛格毫秒裂解炉。16．直接急冷；间接急冷。17．停炉；不停炉。18．（1）开车前的准备；（2）单机试车；（3）联动试车；（4）化工试车。19.低分子烯烃脱氢反应；二烯烃叠合芳构化反应；结焦反应；生碳反应。20．高温；短停留时间；以水蒸气作为稀释剂。21.原料油供给和预热；裂解和高压蒸汽；急冷油和燃料油；急冷水和稀释水蒸汽。22．天然气加工厂的；乙烷；丙烷；丁烷；炼油厂的加工；炼厂气；石脑油；柴油。二、判断题1．×2．√3．×4．×5．√6．×7．√8．×9．√10．×三、概念解释1.以石油烃为原料，利用石油烃在高温下不稳定、易分解的性质，在隔绝空气和高温条件下，使大分子的烃类发生断链和脱氢等反应，以制取低级烯烃的过程。2.所谓一次反应是指生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃为主的反应。所谓二次反应就是一次反应生成的乙烯、丙烯继续反应并转化为炔烃、二烯烃、芳烃直至生碳或结焦的反应。3.直接急冷用急冷剂与裂解气直接接触，急冷剂用油或水，急冷下来的油水密度相差不大，分离困难，污水量大，不能回收高品位的热量。采用间接急冷的目的是回收高品位的热量，产生高压水蒸汽作动力能源以驱动裂解气、乙烯、丙烯的压缩机、汽轮机发电及高压水泵等机械，同时终止二次反应。4.单机试车是在不带物料和无载荷的情况下进行的。联动试车是用水、空气或和生产物料相似的其它介质，代替生产物料所进行的一种模拟生产状态的试车。5.急冷换热器与汽包所构成的水蒸汽发生系统称为急冷废热锅炉。6.是指裂解原料由进入裂解辐射管到离开裂解辐射管所经过的时间。即反应原料在反应管中停留的时间。停留时间一般用τ来表示，单位为秒。四、回答问题1．答：裂解原料的来源主要有两个方面，一是天然气加工厂的轻烃，如乙烷、丙烷、丁烷等，二是炼油厂的加工产品，如炼厂气、石脑油、柴油、重油等，以及炼油厂二次加工油，如加氢焦化汽油、加氢裂化尾油等。合理选择裂解原料主要考虑以下几方面：（1）石油和天然气的供应状况和价格（2）原料对能耗的影响（3）原料对装置投资的影响（4）副产物的综合利用2．答：各族烃类的热裂解反应的大致规律：烷烃—正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最理想原料。分子量越小则烯烃的总收率越高。异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。随着分子量的增大，这种差别就减少。环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于断链（开环）生成单烯烃的反应。含环烷烃多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。芳烃—无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断链及脱氢。芳烃倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。所以芳烃不是裂解的合适原料。烯烃—大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原料不好。3．答：工业上都是用水蒸汽作为稀释剂，其优点是：（1）易于从裂解气中分离水蒸汽在急冷时可以冷凝，很容易就实现了稀释剂与裂解气的分离。（2）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀（3）可脱除炉管的部分结焦（4）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用（5）稳定炉管裂解温度（6）降低烃分压的作用明显。加入水蒸汽的量，不是越多越好，增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加燃料的消耗量，增加水蒸汽的冷凝量，从而增加能量消耗，同时会降低裂解炉和后部系统设备的生产能力。水蒸汽的加入量随裂解原料而异，一般地说，轻质原料裂解时，所需稀释蒸汽量可以降低，随着裂解原料变重，为减少结焦，所需稀释水蒸汽量将增大。4．答：实际裂解温度的选择应考虑裂解原料、产品分布、裂解技术、停留时间等因素。

5．答：原料在反应区停留时间过长，对促进一次反应是有利的，故转化率较高，但二次反应更有时间充分进行，一次反应生成的乙烯大部分都发生二次反应而消失，乙烯收率反而下降。同时二次反应的进行，生成更多焦和碳，缩短了裂解炉管的运转周期，既浪费了原料，又影响正常的生产进行。6．答：管式裂解炉裂解的生产技术要点：反应器与加热炉融为一体，称为裂解炉。原料在辐射炉管内流过，管外通过燃料燃烧的高温火焰、产生的烟道气、炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给管内物料，裂解反应在管内高温下进行，管内无催化剂，也称为石油烃热裂解。同时为降低烃分压，目前大多采用加入稀释蒸汽，故也称为蒸汽裂解技术。目前代表性的技术有：①SRT型裂解炉——SRT型裂解炉即短停留时间炉，是美国鲁姆斯（Lummus）公司于1963年开发，1965年工业化。SRT型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。中国的燕山石油化工公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司的乙烯生产装置均采用此种裂解炉。②凯洛格毫秒裂解炉——超短停留时间裂解炉简称USRT炉，是美国凯洛格（Kellogg）公司在60年代开始研究开发的一种炉型。1978年开发成功，在高裂解温度下，使物料在炉管内的停留时间缩短到0.05～0.1秒（50～100毫秒），所以也称为毫秒裂解炉。毫秒炉由于管径较小，所需炉管数量多，致使裂解炉结构复杂，投资相对较高。因裂解管是一程，没有弯头，阻力降小，烃分压低，因此乙烯收率比其它炉型高。我国兰州石化公司采用此技术。③USC裂解炉——超选择性裂解炉简称USC炉。它是美国斯通－韦伯斯特（Stone&Webster）公司在70年代开发的一种炉型，USC裂解技术是根据停留时间、裂解温度和烃分压条件的选择，使生成的产品中乙烷等副产品较少，乙烯收率较高而命名的。7．答：从热力学分析，裂解是吸热反应，需要在高温下才能进行。温度越高对生成乙烯、丙烯越有利，但对烃类分解成碳和氢的副反应也越有利；从动力学角度分析，升高温度，石油烃裂解生成乙烯的反应速度的提高大于烃分解为碳和氢的反应速度，即提高反应温度，有利于提高一次反应对二次反应的相对速率，有利于乙烯收率的提高。因此应选择一个最适宜的裂解温度，发挥一次反应在动力学上的优势，而克服二次反应在热力学上的优势，既可提高转化率也可得到较高的乙烯收率。较轻的裂解原料，裂解温度较高，较重的裂解原料，裂解温度较低。8．答：烃类裂解的一次反应是分子数增加的反应，降低压力对反应平衡向正反应方向移动是有利的，但是高温条件下，断链反应的平衡常数很大，几乎接近全部转化，反应是不可逆的，因此改变压力对断链反应的平衡转化率影响不大。脱氢反应是可逆过程，降低压力有利于提高转化率。聚合、脱氢缩合、结焦等二次反应，都是分子数减少的反应，降低压力不利于平衡向产物方向移动。所以从热力学分析可知，降低压力对一次反应有利，而对二次反应不利。烃类裂解的一次反应是单分子反应，其反应速度可表示为：r裂＝k裂C烃类聚合或缩合反应为多分子反应，其反应速度为：r聚＝k聚Cnr缩＝k缩CACB压力不能改变速度常数k的大小，但能通过改变浓度C的大小来改变反应速度r的大小。降低压力会使气相的反应分子的浓度减少，也就减少了反应速度。浓度的改变对三个反应速度降低的程度不一样，双分子和多分子反应速度的降低比单分子反应速度要大得多。从动力学分析得出：降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速度。总之，降低裂解压力对增产乙烯的一次反应有利，可抑制二次反应，从而减轻结焦的程度。9．答：停留时间的选择主要取决于裂解温度，当停留时间在适宜的范围内，乙烯的生成量较大，而乙烯的损失较小，即有一个最高的乙烯收率称为峰值收率。不同的裂解温度，所对应的峰值收率不同，温度越高，乙烯的峰值收率越高，相对应的最适宜的停留时间越短，在一定的反应温度下，每一种裂解原料，都有它最适宜的停留时间，如裂解原料较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可选择稍长一些。10．答：（1）适应多种原料的灵活性；（2）炉管热强度高，炉子热效率高；（3）炉膛温度分布均匀；（4）生产能力大；（5）运转周期长。11．答：当出现下列任一情况时，应进行清焦：（1）裂解炉管管壁温度超过设计规定值。（2）裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值。（3）废热锅炉出口温度超过设计允许值，或废热锅炉进出口压差超过设计允许值。12．答：结焦是在较低温度下(＜927℃)通过芳烃缩合而成，生碳是在较高温度下(＞92713．答：一次反应是生产的目的，而二次反应既造成烯烃的损失，浪费原料又会生碳或结焦，致使设备或管道堵塞，影响正常生产，所以是不希望发生的。因此，无论在选取工艺条件或进行设计，都要尽力促进一次反应，千方百计地抑制二次反应。14．答：（1）易于从裂解气中分离；（2）可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐蚀；（3）可脱除炉管的部分结焦；（4）减轻了炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用；（5）稳定炉管裂解温度；（6）降低烃分压的作用明显。15．答：直接急冷用急冷剂与裂解气直接接触，急冷剂用油或水，急冷下来的油水密度相差不大，分离困难，污水量大，不能回收高品位的热量。采用间接急冷的目的是回收高品位的热量，产生高压水蒸汽作动力能源以驱动裂解气、乙烯、丙烯的压缩机、汽轮机发电及高压水泵等机械，同时终止二次反应。16．答：二次反应既造成烯烃的损失，浪费原料又会生碳或结焦，致使设备或管道堵塞，影响正常生产。17．答：（1）原料油供给和预热系统；（2）裂解和高压蒸汽系统；（3）急冷油和燃料油系统；（4）急冷水和稀释水蒸汽系统。18．答：清焦方法有停炉清焦和不停炉清焦法（也称在线清焦）。停炉清焦法是将进料及出口裂解气切断（离线）后，将裂解炉和急冷锅炉停车拆开，分别进行除焦，用惰性气体和水蒸汽清扫管线，逐渐降低炉温，然后通入空气和水蒸汽烧焦。交替裂解法是使用重质原料（如轻柴油等）裂解一段时间后有较多的焦生成，需要清焦时切换轻质原料（如乙烷）去裂解，并加入大量的水蒸汽，这样可以起到裂解和清焦的作用。当压降减少后（焦已大部分被清除），再切换为原来的裂解原料。水蒸汽、氢气清焦是定期将原料切换成水蒸汽、氢气，方法同上，也能达到不停炉清焦的目的。对整个裂解炉系统，可以将炉管组轮流进行清焦操作。19．答：如果在生产中直接采用减压操作，因为裂解是在高温下进行的，当某些管件连接不严密时，有可能漏入空气，不仅会使裂解原料和产物部分氧化而造成损失，更严重的是空气与裂解气能形成爆炸性混合物而导致爆炸。另外如果在此处采用减压操作，而对后继分离部分的裂解气压缩操作就会增加负荷，即增加了能耗。20．答：一是急冷油与裂解气接触后超过300℃急冷油系统产生结焦的原因有哪些？21．答：油洗的作用一是将裂解气继续冷却，并回收其热量；二是使裂解气中的重质油和轻质油冷凝洗涤下来回收，然后送去水洗。水洗的作用一是将裂解气继续降温到40℃22．答：水洗的作用一是将裂解气继续降温到40℃五、综合题1．答：发生不正常现象的原因多种多样，主要有以下几种：（1）生产中原料质量和数量的变化，引起产品质量和产量的下降。（2）由生产故障引起的异常现象。（3）公用工程中供水、供电、供汽、供冷等的变化，使生产发生不正常现象。（4）由于调节回路和仪表发生故障、失灵而造成的生产事故。（5）因分析检验的错误引起的事故。生产中一旦出现问题，操作人员应该根据所产生的异常现象，迅速而准确地做出判断，并熟练地加以调整，或找电气、仪表人员来修理，使工艺条件恢复到正常。2．答：轻柴油裂解工艺流程图如下：四个系统及其作用为：（要点）（1）原料油供给和预热系统为反应系统提供稳定进料。（2）裂解和高压蒸汽系统高温反应，快速急冷，中止反应，回收热量产生高压蒸汽。（3）急冷油和燃料油系统回收热量，简单分离。（4）急冷水和稀释水蒸汽系统进一步回收热量，将裂解气和裂解汽油分离。产生稀释蒸汽。3．答：烷烃—正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最理想原料。分子量越小则烯烃的总收率越高。异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。随着分子量的增大，这种差别就减少。环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于断链（开环）生成单烯烃的反应。含环烷烃多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。芳烃—无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断链及脱氢。芳烃倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。所以芳烃不是裂解的合适原料。烯烃—大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原料不好。所以，高含量的烷烃，低含量的芳烃和烯烃是理想的裂解原料。4．答：急冷换热器的给水先在对流段预热并局部汽化后送入高压汽包，靠自然对流流入急冷换热器中，产生11MPa的高压水蒸汽，从汽包送出的高压水蒸汽进入裂解炉预热段过热，过热至470℃第二章裂解气的分离一、填空题1．压缩和冷冻系统；气体净化系统；低温精馏分离系统。2．高于—50℃；等于或低于—1003．酸性气体；水；炔烃、二系烃；一氧化碳等。4．增加；升高；提高；冷量。5．环境；丙烯；丙烯；乙烯；乙烯。6．蒸发；压缩；冷凝；膨胀。7．CO2；H2S和其它气态硫化物。8．乙醇胺吸收法；碱洗法。9．甲烷化法；CO十H2—→CH4十H2O。10．顺序分离；前脱乙烷分离；前脱丙烷分离。11．降低；提高。12．第二脱甲烷塔；乙烯精馏塔。13．闭式热泵；开式热泵。14．甲烷；乙烯；甲烷；纯度；乙烯；回收率。15．最多；最大；最低；最大。16．乙烷；乙烯；乙烷—乙烯；聚合级乙烯；乙烷。17．溶剂吸收；催化加氢；溶剂；溶剂；溶剂。18．未分出；裂解气中；外加氢气；自给。二、判断题1．×；2．√；3．×；4．√；5．×；6．√；9．

√；10．

×。三、解释概念1．答：深冷分离是在-100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。因为这种分离方法采用了-1002．答：在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔称为前加氢，即氢气和甲烷尚没有分离之前进行加氢除炔；在脱甲烷塔之后进行加氢脱炔称为后加氢，即裂解气中所含氢气、甲烷等轻质馏分分出后，再对分离所得到的碳二馏分和碳三馏分分别进行加氢的过程。3．答：在生产中，脱甲烷塔系统为了防止低温设备散冷，减少其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个有绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱4．答：常规的精馏塔都是从塔顶冷凝器取走热量，由塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的90%左右，能量利用很不合理。如果能将塔顶冷凝器取走的热量传递给塔釜再沸器，就可以大幅度地降低能耗。但同一塔的塔顶温度总是低于塔釜温度，根据热力学第二定律，“热量不能自动地从低温流向高温”，所以需从外界输入功。这种通过做功将热量从低温热源传递给高温热源的供热系统称为热泵系统。该热泵系统是既向塔顶供冷又向塔釜供热的制冷循环系统。四、回答问题1．答：总体可概括为三大部分。（1）．压缩和冷冻系统该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。（2）．气体净化系统该系统的任务是脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等。（3）．低温精馏分离系统这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分离并将乙烯、丙烯产品精制提纯。2．答：在深冷分离装置中用低温精馏方法分离裂解气时，要求温度最低的部位是在甲烷和氢气的分离，而且所需的温度随操作压力的降低而降低。例如：脱甲烷塔操作压力为3.0MPa时，为分离甲烷所需塔顶温度约－90～－100℃左右；当脱甲烷塔压力为0.5MPa时，为分离甲烷所需塔顶温度则需下降到－130℃－3．答：在乙烯—丙烯复迭制冷循环中，冷水在换热器(2)中向丙烯供冷，带走丙烯冷凝时放出的热量，丙烯被冷凝为液体，然后，经节流膨胀降温，在复迭换热器中汽化，此时向乙烯气供冷，带走乙烯冷凝时放出的热量，乙烯气变为液态乙烯，液态乙烯经膨胀阀降压到换热器(1)中汽化，向被冷物料供冷，可使被冷物料冷却到-100℃4．答：裂解气经压缩后，不仅会使压力升高，而且气体温度也会升高，为避免压缩过程温升过大造成裂解气中双烯烃尤其是丁二烯之类的二烯烃在较高的温度下发生大量的聚合，以至形成聚合物堵塞叶轮流道和密封件，裂解气压缩后的气体温度必须要限制，压缩机出口温度一般不能超过100℃，在生产上主要是通过裂解气的多段压缩和段间冷却相结合的方法来实现。5．答：目的是得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料乙烯、丙烯等。工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离和油吸收精馏分离两种。6．答：裂解气中的酸性气体主要是指CO2和H2S和其它气态硫化物。此外尚含有少量的有机硫化物，如氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、硫醚(RSR')、硫醇(RSH)、噻吩等。危害：酸性气体含量过多时，对分离过程会带来危害：H2S能腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿命缩短，还能使加氢脱炔用的催化剂中毒；CO2则在深冷操作中会结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产。酸性气体杂质对于乙烯或丙烯的进一步利用也有危害，例如生产低压聚乙烯时，二氧化碳和硫化物会破坏聚合催化剂的活性。生产高压聚乙烯时，二氧化碳在循环乙烯中积累，降低乙烯的有效压力，从而影响聚合速度和聚乙烯的分子量。7．答：碱洗法对酸性气体吸收彻底，但是碱液不能回收，消耗量较大，适用裂解气中酸性气体含量少时。醇胺法吸收剂可再生循环使用，吸收液消耗少，但是：（1）醇胺法吸收不如碱洗彻底；（2）醇胺法对设备材质要求高，投资相应增大；（醇胺水溶液呈碱性，但当有酸性气体存在时，溶液PH值急剧下降，从而对碳钢设备产生腐蚀）；（3）醇胺溶液可吸收丁二烯和其它双烯烃；（吸收双烯烃的吸收剂在高温下再生时易生成聚合物，由此既造成系统结垢，又损失了丁二烯。）适用裂解气中酸性气体含量多时。8．答：工业生产中，一般采用吸收法脱除酸性气体，即在吸收塔内让吸收剂和裂解气进行逆流接触，裂解气中的酸牲气体则有选择性地进入吸收剂中或与吸收剂发生化学反应。工业生产中常采用的吸收剂有NaOH或乙醇胺。其原理分别是：（1）氢氧化钠（NaOH）CO2十2NaOH——→Na2CO3十H2OH2S十2NaOH——→Na2S十2H2O（2）乙醇胺（HOCH2CH2NH2）2HOCH2CH2NH十H2S(HOCH2CH2NH3)2S2HOCH2CH2NH2十CO2(HOCH2CH2NH3)2CO39．答：裂解气中少量乙炔、丙炔和丙二烯的存在严重地影响乙烯、丙烯的质量。乙炔的存在还将影响合成催化剂寿命，恶化乙烯聚合物性能，若积累过多还具有爆炸的危险。丙炔和丙二烯的存在，将影响丙烯聚合反应的顺利进行。乙炔的脱除方法主要有溶剂吸收法和催化加氢法，溶剂法是采用特定的溶剂选择性将裂解气中少量的乙炔或丙炔和丙二烯吸收到溶剂中，达到净化的目的,同时也相应回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中的乙炔加氢成为乙烯。10．答：来源：由于裂解原料在裂解时加入一定量的稀释蒸汽，所得裂解气经急冷水洗和脱酸性气体的碱洗等处理，裂解气中不可避免地带一定量的水(约400～700PPm)。危害：在低温分离时，水会凝结成冰；另外在一定压力和温度下，水还能与烃类生成白色的晶体水合物，水合物在高压低温下是稳定的。冰和水合物结在管壁上，轻则增大动力消耗，重者使管道堵塞，影响正常生产。常用的脱水的方法：工业上对裂解气进行深度干燥的方法很多，主要采用固体吸附方法。吸附剂有硅胶活性氧化铝、分子筛等。目前广泛采用的效果较好的是分子筛吸附剂。11．答：来源：烃类与稀释水蒸汽反应生成的。CH4十H2O—→CO十3H2C2H6十2H2O—→2CO十5H2CO的危害：经裂解气低温分离，一氧化碳部分富集于甲烷馏份中，另一部分富集于富氢馏分中。裂解气中少量的CO带入富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒。另外，随着烯烃聚合高效催化剂的发展，对乙烯和丙烯的CO含量的要求也越来越高。因此要脱除富氢馏份中的CO。脱除的方法：乙烯装置中采用的脱除CO的方法是甲烷化法，甲烷化法是在催化剂存在的条件下，使裂解气中的一氧化碳催化加氢生成甲烷和水，从而达到脱除CO的目的。其主反应方程为：CO十H2—→CH4十H2O12．答：前加氢由于氢气自给，故流程简单，能量消耗低；不足之处是：（1）加氢过程中，乙炔浓度很低，氢分压较高，因此，加氢选择性较差，乙烯损失量多；同时副反应的剧烈发生，不仅造成乙烯、丙烯加氢遭受损失，而且可能导致反应温度的失控，乃至出现催化剂床层温度飞速上升；（2）当原料中乙炔、丙炔、丙二烯共存时，当乙炔脱除到合格指标时，丙炔、丙二烯却达不到要求的脱除指标；（3）在顺序分离流程中，裂解气的所有组分均进入加氢除炔反应器，丁二烯未分出，导致丁二烯损失量较高，此外裂解气中较重组分的存在，对加氢催化剂性能有较大的影响，使催化剂寿命缩短。后加氢是对裂解气分离得到的碳二馏分和碳三馏分，分别进行催化选择加氢，将碳二馏分中的乙炔，碳三馏分中的丙炔和丙二烯脱除，其优点有：（1）因为是在脱甲烷塔之高，乙烯几乎没有损失；（2）加氢产品质量稳定，加氢原料中所含乙炔、丙炔和丙二烯的脱除均能达到指标要求；（3）加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长，产品纯度也高。但后加氢属外加氢操作，通入的本装置所产氢气中常含有甲烷。为了保证乙烯的纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余的氢脱除，因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂，设备费用高。13．答：加氢除炔的主副反应方程式如下：主反应：CH≡CH十H2——→CH2＝CH2副反应：CH≡CH十2H2——→CH3—CH3CH2＝CH2十H2——→CH3—CH3乙炔也可能聚合生成二聚、三聚等俗称绿油的物质。碳三馏分加氢可能发生下列反应：主反应：CH≡C－CH3十H2——→CH2＝CH－CH3CH2＝C＝CH2十H2——→CH2＝CH－CH3副反应：CH2＝CH－CH3十H2——→CH3－CH2－CH3nC3H4——→(C3H4)n低聚物C4H6——→高聚物工业上脱炔用钯系催化剂为多，它是一种加氢选择性很强的催化剂，其加氢反应难易顺序为：丁二烯＞乙炔＞丙炔＞丙烯＞乙烯。14．答：对于脱甲烷塔，希望塔釜中甲烷的含量应该尽可能低，以利于提高乙烯的纯度。塔顶尾气中乙烯的含量应尽可能少，以利于提高乙烯的回收率。15．答：CH4／H2分子比大，尾气中乙烯含量低，即提高乙烯的回收率。这是由于裂解气中所含的氢和甲烷都进入了脱甲烷塔塔顶，在塔顶为了满足分离要求，要有一部分甲烷的液体回流。但如有大量氢气存在，降低了甲烷的分压，甲烷气体的冷凝温度会降低，即不容易冷凝，会减少甲烷的回流量。所以在满足塔顶露点的要求条件下，在同一温度和压力水平下，分子比越大，乙烯损失率越小。16．答：（1）低压法操作条件为压力0.6～0.7MPa，顶温-140℃左右，釜温-50℃左右。由于压力低，相对挥发度较大，所以分离效果好。又由于温度低，所以乙烯回收率高。虽然需要低温级冷剂，但因易分离，回流比较小，折算到每吨乙烯的能量消耗，低压法仅为高压法的70%多一些。低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂，同时低压法并不适合所有的裂解气分离，只适用于裂解气中的CH4/C2H（2）中压法压力为1.05～1.25MPa，脱甲烷塔顶温度为－113℃。对乙烷、丙烷等轻质原料进行裂解时，由于裂解气中甲烷量太少，不适宜采用低压脱甲烷工艺。TPL公司采用了中压脱甲烷的工艺流程。（3）高压法压力为3.1～4.1MPa，高压法的脱甲烷塔顶温度为-96℃左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可。由于脱甲烷塔顶尾气压力高，可借助高压尾气的自身节流膨胀获得额外的降温，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求看，高压法有利，但分离效果不如低压法。17．答：乙烯精馏的影响因素有压力、温度。压力对乙烷—乙烯的相对挥发度有较大的影响，压力增大，相对挥发度降低，使塔板数增多或回流比加大，对乙烷—乙烯的分离不利。当压力一定时，塔顶温度就决定了出料组成。如操作温度升高，塔顶重组分含量就会增加，产品纯度就下降；如果温度太低，则浪费冷量，同时，塔釜温度控制低了，塔釜轻组分含量升高，乙烯收率下降；如釜温太高，会引起重组分结焦，对操作不利。18．答：丙烯精馏塔就是分离丙烯—丙烷的塔，塔顶得到丙烯，塔底得到丙烷。由于丙烯—丙烷的相对挥发度很小，彼此不易分离，要达到分离目的，就得增加塔板数、加大回流比，所以，丙烯塔是分离系统中塔板数最多，回流比最大的一个塔，也是运转费和投资费较多的一个塔。19．答：三种深冷分离流程的全面比较如下表所示：比较项目顺序分离流程前脱乙烷分离流程前脱丙烷分离流程操作问题脱甲烷塔在最前，釜温低，再沸器中不易发生聚合而堵塞脱乙烷塔在最前，压力高，釜温高，如C4以上烃含量多，二烯烃在再沸器聚合，影响操作且损失丁二烯脱丙烷在最前，且放置在压缩机段间，低压时就除去了丁二烯，再沸器中不易发生聚合而堵塞冷量消耗全馏分都进入了脱甲烷塔，加重了脱甲烷塔的冷冻负荷，消耗高能级位的冷量多，冷量利用不够合理C3、C4烃不在脱甲烷而是在脱乙烷塔冷凝，消耗低能级位的冷量，冷量利用合理C4烃在脱丙烷塔冷凝，冷量利用比较合理分子筛干燥负荷分子筛干燥是放在流程中压力较高、温度较低的位置，对吸附有利，容易保证裂解气的露点，负荷小与顺序分离流程相同由于脱丙烷塔在压缩机三段出口，分子筛干燥只能放在压力较低的位置，以吸附不利，且三段出口C3以上重质烃不能较多冷凝下来，负荷大对原料的适应性对原料适应性强，无论裂解气轻、重，均可最适合C3、C4烃含量较多而丁二烯含量少的气体可处理较重的裂解气，对含C4烃较多的裂解气，本流程更能体现其优点

20．答：在生产中，脱甲烷塔系统常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个有绝热材料做成的箱子中，在同一个冷箱中允许多种物质同时换热，冷量利用合理，从而省掉了一个庞大的列管式换热系统，起到了节能的作用。21．答：①深冷塔逐级冷凝多股进料；②低温下操作的塔采用热泵；③乙烯精馏采用二塔合一流程；④采用中间冷凝器和中间重沸器。22．答：闭式热泵——塔内物料与制冷系统介质之间是封闭的，而用外界的工作介质为制冷剂。液态制冷剂在塔顶冷凝器（5）中蒸发，使塔顶物料冷凝，蒸发的制冷剂气体再进入压缩机（1）升高压力，然后在塔釜再沸器（2）中冷凝为液体，放出的热量传递给塔釜物料，液体制冷剂通过节流阀（4）降低压力后再去塔顶换热，完成一个循环，这样塔顶低温处的热量，通过制冷剂而传到塔釜高温处。在此流程中，制冷循环中的制冷剂冷凝器与塔釜再沸器合成一个设备，在此设备中，制冷剂冷凝放热，而釜液吸热蒸发。闭式热泵特点是操作简便、稳定，物料不会污染，出料质量容易保证。但流程复杂，设备费用较高。开式热泵——特点是流程简单，设备费用较闭式热泵少，但制冷剂与物料合并，在塔操作不稳定时，物料容易被污染，因此自动化程度要求较高。23．答：后加氢属外加氢操作，通入的本装置所产氢气中常含有甲烷。为了保证乙烯的纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余的氢脱除，因此，需设第二脱甲烷塔。24．答：丙烯精馏过程在低压法情况采用热泵。原因是：压力在1.2MPa以下的称低压法，低压法的操作压力低，有利于提高物料的相对挥发度，从而塔板数和回流比就可减少。由于此时塔顶温度低于环境温度，故塔顶蒸气不能用工业水来冷凝，必须采用制冷剂才能达到凝液回流的目的，工业上往往采用热泵系统。25．答：序号生产工序不正常现象产生原因1碱洗法脱硫（1）碱洗塔H2S分析不合格（2）碱洗塔CO2分析不合格（1）碱洗液浓度过低；碱洗液循环量过少；泵停车（2）碱洗液浓度过高2脱水干燥后水含量不合格干燥剂再生不好；使用周期过长；物料含水量过高；干燥剂结炭；装填量不够或干燥剂质量不合格

五、综合题1．答：氨蒸汽压缩制冷系统可由四个基本过程组成。1．答：氨蒸汽压缩制冷系统可由四个基本过程组成。

(1)蒸发在低压下液氨的沸点很低，如压力为O.12MPa时沸点为-30℃。液氨在此条件下，在蒸发器中蒸发变成氨蒸气，则必须从通入液氨蒸发器的被冷物料中吸取热量，产生制冷效果，使被冷物料冷却到接近-30(2)压缩蒸发器中所得的是低温、低压的氨蒸气。为了使其液化，首先通过氨压缩机压缩，使氨蒸气压力升高。(3)冷凝高压下的氨蒸气的冷凝点是比较高的。例如把氨蒸气加压到1.55MPa时，其冷凝点是40℃(4)膨胀若液氨在1.55MPa压力下汽化，由于沸点为40℃，不能得到低温，为此，必须把高压下的液氨，通过节流阀降压到0.12MPa，若在此压力下汽化，温度可降到-302．答：乙烯－丙烯复迭制冷的原理图如下。

过程叙述：（略）3．答：精馏塔都是从塔顶冷凝器取走热量，由塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的90%左右。如下图：一般制冷图热泵系统是既向塔顶供冷又向塔釜供热的制冷循环系统。如下图：闭式热泵图4．答：精馏塔开式A型热泵流程图。5．答：精馏塔开式B型热泵流程图。6．答：精馏塔闭式热泵流程图。7．答：

顺序分离工艺流程简图1—压缩机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；2—碱洗塔；3—压缩机Ⅳ、Ⅴ段；4—干燥器；5—冷箱；6—第一脱甲烷塔；7—第一脱乙烷塔；8—第二脱甲烷塔；9—乙烯精馏塔；10—加氢反应器；11—脱丙烷塔；12—第二脱乙烷塔；13—丙烯精馏塔；14—脱丁烷塔；15-甲烷化反应器；16－干燥器或者：分离的顺序是：按裂解气中各组分碳原子数由小到大的顺序进行分离，即先分离出甲烷、氢，其次是脱乙烷及乙烯的精馏，接着是脱丙烷和丙烯的精馏，最后是脱丁烷，塔底得碳五馏分。8．答：关键组分是C3前脱丙烷深冷分离流程图1一压缩机Ⅰ～Ⅲ段；2一碱洗塔；3一干燥器；4一脱丙烷塔；5一脱丁烷塔；6一压缩机Ⅳ、Ⅴ段；7一加氢反应器；8一冷箱；9一脱甲烷塔；10一脱乙烷塔；11一乙烯精馏塔；12一丙烯精馏塔；13一甲烷化反应器9．答：前脱乙烷分离流程图如下：前脱乙烷分离工艺流程图1—压缩机Ⅰ～Ⅲ段压缩；2—碱洗塔；3—压缩机Ⅳ、Ⅴ段；4—干燥器；5—脱乙烷塔；6—催化加氢反应器；7—脱甲烷塔；8—冷箱；9—乙烯精馏塔；10—甲烷化反应器；11—脱丙烷塔；12—丙烯精馏塔；13—脱丁烷塔；该流程最适合C3、C4烃含量较多而丁二烯含量少的气体。

第五章

丁二烯的生产一、填空题1．阻聚剂。2．合成橡胶。3．乙腈法（ACN法）；二甲基甲酰胺法（DMF法）；N－甲基吡咯烷酮法（NMP法）4．从乙烯裂解装置副产的混合C4馏分中；从炼油厂C4馏分脱氢。5．萃取蒸馏；脱气；蒸馏；溶剂再生；。6．即第一萃取蒸馏工序；第二萃取蒸馏工序；精馏工序；溶剂回收工序。7．萃取精馏；普通精馏。8．非常接近；不会。二、解释概念1．答：萃取精馏是在精馏塔中，加入某种选择性溶剂（萃取剂），这种溶剂对精馏系统中的某一组分具有较大的溶解能力，而对其它组分溶解能力较小。这样，使分子间的距离加大，分子间作用力发生改变，被分离组分之间的相对挥发度差值增大，使精馏分离变的容易进行。其结果使易溶的组分随溶剂一起由塔釜排出，未被萃取下来的组分由塔顶逸出，以达到分离的目的。2．答：萃取精馏的最大特点是加入了萃取剂，而且萃取剂的用量较多，沸点又高，所以在塔内各板上，基本维持一个固定的浓度值，此值为溶剂恒定浓度，一般为70%～80%左右。三、判断题1．×2．×3．√4．√5．×6．√7．√8．√9．×10．×11．×12．×四、回答问题1．答：丁二烯容易发生自身聚合作用，也容易与其它单体进行共聚作用，所以工业上利用这一性质生产合成橡胶、合成树脂和合成纤维等。2．答：国内外丁二烯的来源主要有两种，一种是从乙烯裂解装置副产的混合C4馏分中抽提得到，另一种是从炼油厂C4馏分脱氢得到。3．答：ACN法生产丁二烯的特点有：(1)沸点低，萃取、汽提操作温度低，易防止丁二烯自聚；(2)汽提可在高压下操作，省去了丁二烯气体压缩机，减少了投资；(3)粘度低，塔板效率高，实际塔板数少；(4)毒性微弱，在操作条件下对碳钢腐蚀性小；(5)丁二烯分别与正丁烷、丁二烯二聚物等形成共沸物，溶剂精制过程复杂，操作费用高；(6)蒸汽压高，随尾气排出的溶剂损失大；(7)用于回收溶剂的水洗塔较多，相对流程长。4．答：DMF法生产丁二烯的特点有：(1)对原料C4的适应性强，丁二烯含量在15%-60%范围内都可生产出合格的丁二烯产品；(2)生产能力大，成本低，工艺成熟，安全性好、节能效果较好，产品、副产品回收率高达97%；(3)由于DMF对丁二烯的溶解能力及选择性比其他溶剂高，所以循环溶剂量较小，溶剂消耗量低；(4)无水DMF可与任何比例的C4馏分互溶，因而避免了萃取塔中的分层现象；(5)DMF与任何C4馏分都不会形成共沸物，有利于烃和溶剂的分离，但由于其沸点较高，溶剂损失小；(6)热稳定性和化学稳定性良好；(7)由于其沸点高，萃取塔及解吸塔的操作温度都较高，易引起双烯烃和炔烃的聚合；(8)无水情况下对碳钢无腐蚀性，但在水分存在下会分解生成甲酸和二甲胺，因而有一定的腐蚀性。5．答：NMP法生产丁二烯的特点有：(1)溶剂性能优良，毒性低，可生物降解，腐蚀性低；(2)原料范围较广，可得到高质量的丁二烯，产品纯度可达99.7%-99.9%；(3)C4炔烃无需加氢处理，流程简单，投资低，操作方便，经济效益高；(4)NMP具有优良的选择性和溶解能力，沸点高、蒸汽压低，因而运转中溶剂损失小；(5)热稳定性和化学稳定性极好，即使发生微量水解，其产物也无腐蚀性，因此装置可全部采用普通碳钢。6．答：萃取精馏的基本原理是：萃取精馏法与一般精馏不同之处，在于萃取精馏是在精馏塔中，加入某种选择性溶剂（萃取剂），这种溶剂对精馏系统中的某一组分具有较大的溶解能力，而对其它组分溶解能力较小。这样，使分子间的距离加大，分子间作用力发生改变，被分离组分之间的相对挥发度差值增大，使精馏分离变的容易进行。其结果使易溶的组分随溶剂一起由塔釜排出，未被萃取下来的组分由塔顶逸出，以达到分离的目的。7．答：影响萃取精馏操作的因素有：溶剂比——溶剂比指溶剂量与加料量之比，通常情况下，溶剂比增大，选择性明显提高，分离越容易进行。但是，过大的溶剂比将导致设备与操作费用增加，经济效果差。过小则会破坏正常操作，使其产品不合格。在实际操作中，随溶剂的不同其溶剂比也不同。溶剂的物理性质——溶剂的物理性质对萃取蒸馏过程有很大的影响，溶剂的沸点低，可在较低温度下操作，降低能量损耗，但塔顶馏出物中溶剂夹带量增加，导致溶剂损耗量上升，溶剂粘度对萃取精馏塔板效率有较大的影响，粘度大板效率低，粘度小则板效率大。溶剂的进塔温度——在萃取精馏操作过程中，由于溶剂量很大，所以溶剂的进料温度的微小变化对分离效果都有很大的影响。生产中温度一般比塔顶温度高3～5℃。溶剂含水量——溶剂中加入适量的水可提高组分间的相对挥发度，使溶剂选择性大大提高。在工业生产中，以乙腈为溶剂，加水量以8～12%为宜。回流比——这一点不同于普通精馏，萃取精馏塔的回流比一般非常接近最小回流比，操作过程一定要仔细地控制、精心调节。回流比过大不会提高产品质量，反而会降低产品质量。因为增加回流量就直接降低了每层塔板上溶剂的浓度，不利于萃取精馏操作，使分离变得困难。8．答：萃取精馏塔的回流比一般非常接近最小回流比，操作过程一定要仔细地控制、精心调节。回流比过大不会提高产品质量，反而会降低产品质量。因为增加回流量就直接降低了每层塔板上溶剂的浓度，不利于萃取精馏操作，使分离变得困难。9．答：DMF法从C4馏分中分离丁二烯的基本流程如下：

NMP法从C4馏分中分离丁二烯的基本流程与DMF法相同。其不同之处在于，溶剂中含有5%～10%的水，使其沸点降低，有利于防止自聚反应。10．答：从教材59页表《丁二烯萃取精馏塔（乙腈法）生产中的异常现象举例》来说明。（具体实例略）11．答：从教材54页由表3－2可以看出：碳四各组分的沸点非常接近，相对挥发度差别也非常小，所以普通精馏不能分离得到高纯度的丁二烯。（可举数据说明）12．答：溶剂比指溶剂量与加料量之比，通常情况下，溶剂比增大，选择性明显提高，分离越容易进行。但是，过大的溶剂比将导致设备与操作费用增加，经济效果差。过小则会破坏正常操作，使其产品不合格。在实际操作中，随溶剂的不同其溶剂比也不同。13．答：溶剂的物理性质对萃取蒸馏过程有很大的影响，溶剂的沸点低，可在较低温度下操作，降低能量损耗，但塔顶馏出物中溶剂夹带量增加，导致溶剂损耗量上升，溶剂粘度对萃取精馏塔板效率有较大的影响，粘度大板效率低，粘度小则板效率大。14．答：在萃取精馏操作过程中，由于溶剂量很大，所以溶剂的进料温度的微小变化对分离效果都有很大的影响。溶剂进料温度主要影响塔内每层塔板上的各组分的浓度和汽液相平衡。若萃取温度低，会使塔内回流量增加，反而会使“恒定浓度”降低，不利于分离正常进行，导致塔釜产品不合格；如果溶剂温度过高，使塔底溶剂损失量增加，塔顶产品不合格。生产中温度一般比塔顶温度高3～5℃15．答：溶剂中加入适量的水可提高组分间的相对挥发度，使溶剂选择性大大提高。另外，含水溶剂可降低溶液的沸点，使操作温度降低，减少蒸汽消耗，避免二烯烃自聚。但是，随着溶剂中含水量不断增加，烃类在溶剂中的溶解度降低。为避免萃取精馏塔内出现分层现象，则需要提高溶剂比，从而增加了蒸汽和动力消耗。在工业生产中，以乙腈为溶剂，加水量以8～12%为宜。

五、综合题1．答：ACN法生产丁二烯的流程图如下：乙腈法分离丁二烯工艺流程图1-脱C3塔；2-脱C5塔；3-丁二烯萃取精馏塔；4-丁二烯蒸出塔；5-炔烃萃取精馏塔；6-炔烃蒸出塔；7-丁烷、丁烯水洗塔；8-丁二烯水洗塔；9-乙腈回收塔；10-脱轻组分塔；11-脱重组分塔；12-乙腈中间贮槽2．答：NMP法生产丁二烯的流程图如下：NMP法丁二烯抽提装置工艺流程1－脱C5塔；2－汽化塔；3－第一萃取精馏塔；4－解吸塔；5－第二萃取精馏塔；6－脱气塔；7－水洗塔；8－丁二烯精馏塔；9－压缩机3．答：DMF法生产丁二烯流程图如下：

二甲基甲酰胺抽提丁二烯流程图1-第一萃取精馏塔；2-第一解吸塔；3-第二萃取精馏塔；4-丁二烯回收塔；5-第二解吸塔；6-脱轻组分塔；7-脱重组分塔；8-丁二烯压缩机

第四章

石油芳烃的生产一、填空题1．石脑油催化重整法；裂解汽油加氢法。2．化工型；燃料型；综合型。3．芳烃；高辛烷值汽油4．六员环烷烃脱氢反应；五员环烷烃异构脱氢反应；烷烃的环化脱氢反应。5．脱氢（芳构化）反应；裂化、异构化反应。6．活性组分（如铂、钯、铱、铑）；助催化剂（如铼、锡）；酸性载体。7．预分馏；预加氢；预脱砷；脱水。切取适宜馏程的重整原料。8．对催化剂有害的杂质；烯烃。9．重整催化剂永久性中毒。10．轴向反应器；二是径向反应器。11．预处理；催化重整反应；溶剂抽提；芳烃精馏。12．二烯烃、单烯烃、少量直链烷烃和环烷烃；硫、氧、氮、氯；重金属。13．放热反应；降低。14．歧化；烷基转移；可。15．加压临氢气相法；常压不临氢气相法。16．裂化异构化；加氢脱氢。17．二甲苯；邻二甲苯、间二甲苯；乙苯。二、解释概念1．答：催化重整是以C6～C11石脑油为原料，在一定的操作条件和催化剂的作用下，使轻质原料油（石脑油）的烃类分子结构重新排列整理，转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气的过程。2．答：液相抽提就是利用某些有机溶剂对芳烃和非芳烃具有不同的溶解能力，即利用各组分在溶剂中溶解度的差异，经逆流连续抽提过程而使芳烃和非芳烃得以分离。3．答：在溶剂与重整生成油混合后生成的两相中，一个是溶剂和溶于溶剂的芳烃，称为提取液，另一个是在溶剂中具有极小溶解能力的非芳烃，称为提余液。4．答：由溶剂抽提所得的混合芳烃中含有苯、甲苯、二甲苯、乙苯及少量较重的芳烃，而有机合成工业所需的原料有很高的纯度要求，为此必须将混合芳烃通过精馏的方法分离成高纯度的单体芳烃。这一过程称为芳烃精馏。5．答：芳烃潜含量是假设所有的碳六、碳七、碳八环烷烃完全转化为同碳数的芳烃时，能得到的芳烃的量占原料量的百分数。芳烃潜含量=苯潜含量＋甲苯潜含量＋碳八芳烃潜含量（%）6．答：重整转化率＝×100%三、判断正误1．√2．×3．×4．×5．√6．×7．×8．×9．√10．√11．√四、回答问题1．答：（要点）催化重整主要是分子重排，由非芳烃（环烷烃、烷烃）生成芳烃，以生产芳烃；裂解汽油加氢实际是一个精制过程，是将裂解汽油中的含S、含N、含O化合物和金属化合物出去的过程。2．答：（要点）以生产芳烃为目的的催化重整过程必须包括预处理、重整反应、芳烃抽提、芳烃精馏等四个部分，见64页图4——1。同时原料的馏分组成一般在60～130℃（或60～145℃，见64页表43．答：（要点）催化重整中发生的化学反应有：六员环烷烃脱氢反应、五员环烷烃异构脱氢反应、烷烃的环化脱氢反应、异构化反应、加氢裂化反应、缩合生焦反应等反应。4．答：（要点）催化重整原料预处理的几个关键步骤是：预分馏；预加氢；预脱砷；脱水。5．答：（要点）芳烃抽提的目的是分离芳烃和非芳烃。工业上多采用液相抽提的方法。6．答：（要点）在裂解汽油加氢工艺过程中，采用两段加氢可以达到：第一段加氢将易于聚合的二烯烃转化为单烯烃，包括烯基芳烃转化为芳烃；第二段加氢使单烯烃进一步饱和，而氧、硫、氮等杂质被破坏而除去，从而得到高质量的芳烃原料。7．答：（要点）本书内容讲的制取对二甲苯实际是指芳烃品种数量的调整，以最大程度地生产对二甲苯，其经济意义在于：进一步由对二甲苯生产市场精确的衍生产品。如对本二甲酸，涤纶等。8．答：（要点）由甲苯制取对二甲苯主要是基于如下的反应：CH3CH3——CH3CH3CH3

烷基转移：CH3——CHCH3——CH3CH3——（CH3）2CH39．答：（要点）由碳八混合芳烃制取对二甲苯是通过C8混合芳烃异构化来实现的。其反应如下:CH3CH3CHCH3CH3CH3—CH3CH3CH3CH3—CH3

10．答：（要点）碳八混合芳烃的分离方法有：①深冷分步结晶分离法——利用它们的熔点相差较大，其中以对二甲苯的熔点为最高的特点，将C8芳烃逐步冷凝，首先对二甲苯被结晶出来，然后滤除液态的邻二甲苯、间二甲苯和乙苯，则得晶体对二甲苯。②模拟移动床吸附分离法——利用某种固体吸附剂，有选择地吸附混合物中某一组分，随后使之从吸附剂上解吸出来，从而达到分离的目的。吸附分离C8混合芳烃是采用液相操作。其原理是选择分于筛作为吸附剂，它对于对二甲苯吸附能力较强，而对其它的二甲苯异构体吸附能力较弱，从而使对二甲苯可以从混合二甲苯中被分子筛吸附；然后用一种液体脱附剂冲洗，使对二甲苯从分子筛吸附剂上脱附；最后用精馏的方法分离对二甲苯和脱附剂，从而达到分离对二甲苯与其它异构体的目的。五、综合题1．答：（略）2．答：（略）3．答：（略）C8芳烃异构化工艺流程1－进料加热炉；2－反应器；3－冷凝器；4－循环氢气压缩机；5－产品分离器；6—白土塔；7—脱庚烷塔；8－分离器

第五章甲醇的生产一、填空题1．木醇；木精。2．甲醇；二甲醚。3．高压（30～50MPa）下；中压法10～27Mpa；低压法5MPa。4．锌-铬氧化物；铜基；铜基。5．水蒸气转化法；部分氧化法等。6．ZnO基；CuO基。7．摩尔数；最小。8．降低；下降。9．选择性；转化率。10．原料气的制备；净化；压缩；合成；精馏。11．乙烯；丙烯；苯。二、解释概念1．答：（在基本有机化工中）合成气主要是指主要成分为氢和一氧化碳的气体混合物。2．答：在低、中压法合成甲醇的过程中，可逆放热反应的总速度的变化有一个最大值，此最大值对应的温度即为“最适宜温度”，它可以从反应速度方程式计算出来。三、判断正误1．×2．√3．√6．×7．×四、回答问题1．答：几种生产甲醇方法的优缺点如下：①氯甲烷水解法——在350℃，于流动系统中进行这一过程时，所得到的甲醇产率为67%，二甲醚为33%。氯甲烷的转化率达98%。尽管反应指标尚好，又是在常压下进行反应，工艺简单，但反应过程中氯以氯化钙的形式消失，因此水解法价格昂贵，没有在工业上得到广泛应用。②甲烷部分氧化法——这种制甲醇的方法工艺流程简单，节省建设投资，而且将便宜的原料甲烷变成贵重的产品甲醇，是一种可取的生产甲醇的方法。但是，这种氧化过程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水，而使原料和产品受到很大损失，使甲醇的总收率不高。在催化剂作用下，采用压力101.32～202.64×105Pa，在350～500℃下，有利于甲醇的生成。由于该方法甲醇收率不高（30%），虽然已有运行的工业试验装置，甲烷氧化制甲醇的方法仍未实现工业化。但它具有上述优点，国外在这方面的研究一直没有中断，应该是一个很有工业前景的生产甲醇的方法。③合成气生产甲醇——自从1923年工业上实现了这一人工合成甲醇的方法以后，甲醇的生产迅速发展，成为目前世界上生产甲醇的常用方法，在实际生产中又分为高压法、低压法和中压法。高压法——即合成气在高温（340～420℃）、高压（30～50MPa）下，以锌-铬氧化物作催化剂，其生产能力大，单程转化率较高。但是，高压法有许多缺点，如合成压力和温度高、设备投资和操作费用大、操作复杂、温度压力不易控制、副产物多，原料损失大。低压法——即用合成气为原料在低压（5MPa）、温度为275℃左右下进行，采用铜基催化剂合成甲醇，是近几年开发的合成甲醇的新方法。低压法的特点是选择性高，粗甲醇中的杂质少，精制甲醇质量好。中压法——即以合成气为原料，操作压力为10～27MPa，温度235～275℃，催化剂为铜基催化剂。此法的特点是处理量大、设备庞大、占地面积大、是综合了高压、低压法的优缺点而提出来的。此法目前发展较快，新建厂的规模也趋大型化。我国独创的联醇工艺，实际上也是一种中压法合成甲醇的方法。

2．答：①气体原料生产合成气可用于制造合成气的气体原料主要有天然气、焦炉气、炼厂气和乙炔尾气等，其中天然气是制造合成气的主要原料。以天然气为原料生产合成气的方法主要有水蒸气转化法和部分氧化法等。天然气水蒸气转化法——在高温和催化剂存在下，天然气与水蒸气反应生产合成气的方法称为水蒸气转化法。是目前工业生产应用最广泛的方法。甲烷与水蒸气在催化剂上发生的反应为：CH4+H2OCO+3H2天然气中所含的多碳烃类与水蒸气发生类似反应：CnHm+nH2OnCO+（n+m/2）H2天然气部分氧化法——部分氧化法是指用氧气（或空气）将烷烃部分氧化制备合成气的方法。甲烷在高温和有氧气存在的条件下，发生如下反应：CH4+1/2O2CO+2H2+35.60kJ②液体原料制取合成气生产合成气的液体原料都是石油产品，如轻质石脑油、重油、渣油等。这些液体原料大多是含有碳原子数目不等的碳氢化合物，因其化学性质都很接近，所以用这些原料生产合成气的方法也大致相同。常用的方法仍然是水蒸气转化法和部分氧化法。液体原料水蒸汽氧化法——对于沸点较低的轻质油产品，大多采用水蒸气转化法。液体原料的水蒸气转化反应通式为：CnHm+nH2OnCO+（n+m/2）H2－Q液体原料部分氧化法——液体原料通过部分氧化法来制取合成气，是利用原料油在氧化炉内不完全燃烧提供高温热源，使烃类碳氢化合物裂解，制得甲醇生产所需要的氢气和一氧化碳。③固体原料制取合成气固体原料成分以固定碳为主，主要指煤和焦碳。固体原料在高温下通入水蒸气，生成氢和一氧化碳等合成气。其反应主要包括碳的氧化和水蒸气的分解两个部分。其主反应为：C+H2OCO+H2－119.2kJ3．答：

主反应：CO+2H2CH3OH当有二氧化碳存在时，二氧化碳按下列反应生成甲醇：CO2+H2CO+H2OCO+2H2CH3OH两步反应的总反应式为：CO2+3H2CH3OH+H2O副反应：（1）平行副反应CO+3H2CH4+H2O2CO+2H2CO2+CH44CO+8H2C4H9OH+3H2O2CO+4H2CH3OCH3+H2O当有金属铁、钴、镍等存在时，还可以发生生碳反应。（2）连串副反应2CH3OHCH3OCH3+H2OCH3OH+nCO+2nH2CnH2n+1CH2OH+nH2OCH3OH+nCO+2（n－1）H2CnH2n+1COOH+（n－1）H2O

4．答：目前工业生产中广泛采用的是ZnO基和CuO基的二元或多元催化剂。其中以ZnO或CuO为主催化剂，同时还要加入一些助催化剂。ZnO催化剂中加入的助催化剂往往是一些难还原的金属氧化物，它们本身无活性，但都具有较高的熔点，能阻止主催化剂的老化。作为助催化剂的金属氧化物有Cr2O3、Al2O3、V2O5、MgO、ThO2、TaO2和CdO，其中最有效的成分为Cr2O3。在CuO基催化剂中，加入结构型助催化剂Al2O3，起着分散和间隔活性组分的作用，加入适量的Al2O3可提高催化剂的活性和热稳定性。我国目前使用的是C301型Cu系催化剂，为Cu-Zn-Al三元催化剂，活性组分为CuO，加入ZnO可以提高催化剂的热稳定性和活性。CuO和ZnO两种组分有相互促进的作用。实验证明，CuO-ZnO催化剂的活性比任何单独一种氧化物都高。但该二元催化剂对老化的抵抗力差，并对毒物十分敏感。有实际意义的含铜催化剂都是三组分氧化物催化剂。第三组分是Al2O3或Cr2O3。由于铬对人体有害，因此工业上CuO-ZnO-Al2O3应用更为普遍。

5．答：甲醇合成反应原料气的化学计量比为H2︰CO=2︰1，但生产实践证明，一氧化碳含量高不好，不仅对温度控制不利，而且会引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化剂失去活性，故一般采用氢过量。氢过量可以抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高粗甲醇的浓度和纯度。同时，过量的氢可以起到稀释作用，且因氢的导热性能好，有利于防止局部过热和控制整个催化剂床层的温度。原料气中氢气和一氧化碳的比例对一氧化碳生成甲醇的转化率也有较大影响，增加氢浓度，可以提高一氧化碳的转化率。但是，氢过量太多会降低反应设备的生产能力。工业生产上采用铜基催化剂的低压法甲醇合成，一般控制氢气与一氧化碳的摩尔比为（2.2～3.0）︰1。6．答：与副反应相比，合成甲醇的主反应是摩尔数减少最多而平衡常数最小的反应，因此增加压力对提高甲醇的平衡浓度和加快主反应速率都是有利的。反应压力越高，甲醇生