【正文】 習(xí)題及解答第二章 化工資源及初步加工2 煤、石油和天然氣在開(kāi)采、運(yùn)輸、加工和應(yīng)用諸方面有哪些不同？ 答：（1）開(kāi)采：一個(gè)煤礦往往有多層煤層。每煤層的厚度也不同，為此需建造長(zhǎng)長(zhǎng)的坑道，鋪上鐵軌，才能從各層將煤運(yùn)出。為運(yùn)送物資和人員，還需要建造豎井，裝上升降機(jī)。石油和天然氣，用鉆機(jī)鉆道并建立油井（或氣井）后，借用自身的壓力（開(kāi)采后期需抽汲），石油及天燃?xì)饧纯纱罅繌牡叵聡姵?，因此開(kāi)采比煤方便得多。 （2）運(yùn)輸：煤用鐵路或輪船運(yùn)輸，運(yùn)力受限制，石油和天然氣一般采用管道輸送，初期投資似乎較大，但從長(zhǎng)期看還是劃算的，管道輸送成本低、方便，也不受運(yùn)力限制。 （3）加工：煤是高分子量縮聚物，一般用熱化學(xué)方法處理，將煤裂解，可得到氣體、液體和固體產(chǎn)物，由于成分復(fù)雜，從中制取純物質(zhì)難度較大。石油和天然氣是由許多小分子量有機(jī)物組成的混合物，一般采用物理方法將混合物分離和提純。為增加某一組分（或餾分）的產(chǎn)量，也常采用化學(xué)方法（如化學(xué)合成或化學(xué)熱裂解）。因此，由石油和天然氣加工制得的化工產(chǎn)品，比煤多得多，生產(chǎn)成本也比煤低。（4）應(yīng)用：煤主要用作一次性能源。隨著石油資源日益枯竭，由煤合成液體燃料已引起世界各國(guó)的重視，并得到迅速發(fā)展，繼而帶動(dòng)煤化工工業(yè)的發(fā)展。煤化工產(chǎn)品的品種、品質(zhì)和數(shù)量不斷增加。人們指望在不久的將來(lái)，由煤化工和天然氣逐步取代石油化工，成為獲取化工產(chǎn)品的主要途徑。石油大量用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，由石油為原料形成的石油化工目前仍為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)的化工產(chǎn)品都由石化行業(yè)生產(chǎn)出來(lái)。但隨著石油資源的枯竭，石油化工將逐步縮，并被煤化工和天然氣化工取代。天然氣目前大量用作民用燃料。但以天然氣為原料的C1化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，天然氣資源豐富，開(kāi)采和運(yùn)輸方便，以它為原料合成發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料，投資和生產(chǎn)本也比較低廉。今后，天然氣化工和煤化工一樣，將逐步取代石化工，成為化學(xué)工業(yè)的主要產(chǎn)業(yè)。2試敘述煤化程度與煤的性質(zhì)及應(yīng)用的關(guān)系。答： 在泥炭化階段，經(jīng)好養(yǎng)細(xì)菌和厭氧細(xì)菌 分解，植物開(kāi)始腐敗，植物中的蛋白質(zhì)開(kāi)始消失，木質(zhì)素、纖維素等大為減少，產(chǎn)生大量腐蝕酸。但植物殘?bào)w清晰可見(jiàn)，水分含量很高，這一階段得到的泥炭，大量用作民用燃料，工業(yè)價(jià)值甚小。 在煤化階段，形成的泥炭在地?zé)?、地壓的長(zhǎng)期作用下，開(kāi)始進(jìn)一步演變，首先有無(wú)定形的物質(zhì)轉(zhuǎn)換為巖石狀的褐煤，腐植酸大為減少，并發(fā)生脫水，增石炭作用（由縮合和疊合作用得到）氫和氧含量降低，褐煤水含量仍高，發(fā)熱量亦不高，由于縮合和疊合作用處于初級(jí)階段，用作民用燃料、煤氣化原料尚可，用作煉焦原料則不宜。在地壓和地?zé)岬睦^續(xù)作用下，褐煤中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)，逐步形成凝膠化組份、絲炭組分和穩(wěn)定組份。由于成煤原料（植物）和成煤條件的差異，形成的上述組分的含量各不相同，所得的煙煤品質(zhì)也不同。 隨著縮合和疊合作用持續(xù)地進(jìn)行下去，結(jié)果形成不同煤化程度的煙煤。如長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。處于焦煤階段的煤，由于縮合和疊合程度適宜，煤的粘結(jié)性好，適合用作煉焦原料。由煙煤演變成的無(wú)煙煤，分子疊合程度進(jìn)一步加深，H、O含量進(jìn)一步減少，凝膠化組份和穩(wěn)定組分明顯減少，這種煤適合做民用燃料和煤氣化燃料，在化工上的應(yīng)用也不如煙煤重要。 煤化程度演變到石墨階段，煤分子中H、O已消失，分子排列正規(guī)，用加熱的方法已不能將其分解，物理、化學(xué)性質(zhì)已同普通煤有相當(dāng)大的區(qū)別，似乎已是另類物質(zhì)，故不將它列為煤的一個(gè)品種。 2為多產(chǎn)芳烴，在催化重整中要控制哪些工藝參數(shù)？答： 首先要選取合適的重整原料油的族的組成，即餾分油中環(huán)烷烴含量要高。因它經(jīng)芳構(gòu)化反應(yīng)，生成的芳烴產(chǎn)率亦高； 其次是選擇優(yōu)良催化劑，它不僅能減少貴金屬Pt的用量，延長(zhǎng)催化劑使用壽命，而且還可增加芳烴產(chǎn)率和緩和反應(yīng)工藝條件； 再次shirt選擇合適的工藝，如采用移動(dòng)床連續(xù)式再生工藝，因它不僅生產(chǎn)能力大，效率高，而且可使催化劑的活性和選擇性一直處于良好狀態(tài)，從而可得到高效率、高質(zhì)量的芳烴產(chǎn)品。 最后是選擇適宜的抽提劑和抽提工藝。優(yōu)良的抽提劑可減少因混入余油中的芳烴量，從而增加芳烴的收率。優(yōu)良的抽提工藝，可減少工藝的能耗和抽提劑消耗量。 24 、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，寫一篇“21世紀(jì)的天然化工”小論文。提示：（1）關(guān)鍵詞：天然氣：產(chǎn)量和儲(chǔ)量；目前市場(chǎng)消費(fèi)量及消費(fèi)方向；今 后消費(fèi)趨勢(shì) （2）文獻(xiàn)資料：美國(guó)(CA)。中國(guó)《化學(xué)文摘》；《中國(guó)化工信息》《石 油和天然氣化工》《天然氣工業(yè)》 （3）撰寫大綱舉例： 世界和中國(guó)天然氣儲(chǔ)量豐富，開(kāi)采量增長(zhǎng)勢(shì)頭猛烈。 天然氣目前大量用作燃料和化工原料，合成發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的工業(yè) 也得到快速發(fā)展，天然氣化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用日益突出。 天然氣化工和煤化工一起，將取代石油化工成為化學(xué)工業(yè)的支 柱產(chǎn)業(yè)，具體表現(xiàn)在以下方面…. 結(jié)論：21世紀(jì)的天然氣化工大有作為25 、除課文已敘述的外，試舉兩個(gè)以農(nóng)副產(chǎn)品為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的例子，簡(jiǎn)單的描述一下他們的生產(chǎn)過(guò)程。 提示：如利用家畜糞便生產(chǎn)沼氣；由雷火藤經(jīng)抽提制取中成藥；由茉莉 花經(jīng)抽提制取茉莉花香精等?？筛鶕?jù)各自經(jīng)歷，自由選擇。第三章 通用反應(yīng)單元工藝31 氧化反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？這些特點(diǎn)與工藝流程的組織有什么 具體的聯(lián)系？答： 氧化反應(yīng)的共同特點(diǎn)有：1屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)；2反映途徑多樣化，副產(chǎn)品品種多；3生成CO2和水的傾向性（即深度氧化）大。 在工藝流程中須考慮熱量的回收和合理利用，在設(shè)備的選用時(shí)，須考慮反應(yīng)熱的及時(shí)攜出問(wèn)題。由于生成的主、副產(chǎn)物品種多，含量不高（或集中度差），在工藝流程中須考慮產(chǎn)物的分離次序。分離設(shè)備的選用或設(shè)計(jì)時(shí)要考慮是否能達(dá)到分離要求的問(wèn)題。為減少CO2和水的生成，選擇氧化劑和氧化催化劑相當(dāng)重要，并在工藝流程組織重要考慮氧化劑和氧化催化劑的循環(huán)及回收利用問(wèn)題，為減少深度氧化反應(yīng)的發(fā)生，適時(shí)中止氧化反應(yīng)相當(dāng)重要，為此，在工藝流程中須設(shè)置中止氧化反應(yīng)的設(shè)備，如急冷器等。32 二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，為什么要在不同溫度條件下分段進(jìn)行？ 答: 在二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的反應(yīng)中，反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間存在矛盾，即為達(dá)到高轉(zhuǎn)化率，希望反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行。為加快反應(yīng)速率，希望反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中，為兼顧資源利用、環(huán)境保護(hù)及企業(yè)生產(chǎn)能力，常將反應(yīng)分段進(jìn)行。首先利用SO2初始濃度高，傳質(zhì)推動(dòng)力大的優(yōu)勢(shì)。在較低溫度下快速將反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提升至70%75%，然后快速升溫至較高反應(yīng)溫度，在此利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)，快速將反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提升至85%90%。進(jìn)入第三階段后，反應(yīng)又在較低溫度下進(jìn)行，利用反應(yīng)熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)，將轉(zhuǎn)化率再次提升至97%98%。由于提升幅度不大，花費(fèi)的時(shí)間也不會(huì)很多。這種反應(yīng)順序的安排，既照顧了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，又兼顧了反應(yīng)速率。但若追求高轉(zhuǎn)化率（%），反應(yīng)需在更低的溫度下進(jìn)行，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，將嚴(yán)重影響到企業(yè)的生產(chǎn)能力，此時(shí)需采用本教科書上介紹的“二轉(zhuǎn)二吸”工藝才行。33 硝酸生產(chǎn)中，氧化爐的哪些構(gòu)件是為滿足工藝要求而設(shè)置的？ 答： 氧化爐的上下錐體的角度在65176。75176。，上錐體設(shè)有錐形分布器使氨空氣混合氣氣流分布均勻。下錐體通過(guò)熱量反射，讓鉑網(wǎng)受熱均勻，并用耐火磚襯里保溫，使催化區(qū)域保持足夠高的溫度，并有利反應(yīng)熱的回收和利用。下錐體的花板上，還設(shè)置消音環(huán)，以消除反應(yīng)中產(chǎn)生的嘯叫聲。氧化爐的圓柱體部分，設(shè)置鉑催化基層，氣流方向與鉑網(wǎng)重力方向一致，以減少鉑網(wǎng)的振動(dòng)，降低鉑的損失。為開(kāi)工點(diǎn)火、測(cè)溫和取樣分析，在上圓柱體開(kāi)設(shè)了視孔、取樣孔，在下圓柱上開(kāi)設(shè)了點(diǎn)火孔，通過(guò)上述構(gòu)件，保證氨空氣混合氣均勻流過(guò)鉑網(wǎng)整個(gè)截面，滿足反應(yīng)溫度均勻，鉑網(wǎng)損失最小，以及熱損失較小等工藝要求。34 簡(jiǎn)述環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中車間的安全問(wèn)題。答： 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)車間采用的原料（以西）和產(chǎn)品（EO）都是易燃易爆物料，運(yùn)輸和儲(chǔ)存中，管路、容器和反應(yīng)器都不準(zhǔn)有溢流現(xiàn)象發(fā)生；車間動(dòng)力線路采用暗線埋設(shè)，設(shè)備采用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)備之間排列順序和間距要符合國(guó)家安全要求，不能用鐵器擊打設(shè)備和管道，不穿有鐵釘?shù)男?。各工段之間的間距也符合國(guó)家安全要求。乙烯氧氣混和器，氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造要規(guī)范，嚴(yán)格符合工藝和安全要求，以避免混合器爆炸、氧化器“飛溫”和“尾燒”等事故發(fā)生。車間設(shè)置安全通道，配置滅火等消防設(shè)施。 35 丙烯腈反應(yīng)器改進(jìn)的方向以及目前遇到的困難答： 目前廣泛采用的Sohio細(xì)粒子湍流床反應(yīng)器比固定床反應(yīng)器優(yōu)越，但實(shí)際操作與反應(yīng)原理之間存在不小的矛盾。從氧化還原機(jī)理及丙烯氨氧化的特性來(lái)看，要求床層下部處于低氧烯比狀態(tài)，在獲得一定轉(zhuǎn)化率（如80%）的同時(shí)，提高反應(yīng)的選擇性；在床層上部處于高氧烯比狀態(tài)，讓剩余丙烯繼續(xù)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%以上，而實(shí)際操作情況則與之相反，選擇性和轉(zhuǎn)化率不高，大有改進(jìn)余地，Sohio公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型反應(yīng)器（如本教科書圖3142所示），以及國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的UL反應(yīng)器（如圖3143所示），都采用分段式（或兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域）布局。首先在低氧烯比條件下反應(yīng)，然后分段（區(qū)域）補(bǔ)充氧氣繼續(xù)反應(yīng)，以獲取較高的選擇性和轉(zhuǎn)化率。這類反應(yīng)器歲發(fā)表了專利，但存在氣固分離器負(fù)荷大，分離器內(nèi)固體粒子濃度高，易發(fā)生深度氧化反應(yīng)，以及催化劑跑損嚴(yán)重的缺點(diǎn)，反映器結(jié)構(gòu)也頗為復(fù)雜