2023年12月27日发(作者：)

《化工工艺学》（部分简答题）

1. 什么叫烃类的热裂解？

答：烃类热裂解法是将石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用,使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成分子量较小的烯烃、烷烃和其他分子量不同的轻质和重质烃类。

2. 什么叫烃类热裂解过程的一次反应和二次反应？

答：一次反应：由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应

二次反应：主要指由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生成多种产物，直至最后生成焦或炭的反应。

3。 简述一次裂解反应的规律性.

答：（1)烷烃—正构烷烃最有利于生成乙烯，丙烯,分子量愈小则烯烃的总收率愈

高。异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子的正构烷烃.随着分子量增大，这种差别越小。

(2）环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃生成烯烃的反应优于生成单烯烃的反应。含环烷烃较多的原料，乙烯的收率较低。

（3）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裂及脱氢。芳烃主要倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃,直至结焦.

（4）烯烃—大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，烯烃脱氢生成的二烯烃能进一步反应生成芳烃和焦。

（5)各类烃裂解的难易顺序可归纳为:正构烷烃〉异构烷烃>环烷烃(C6>C5)〉芳烃

4。 烃类热裂解的一次反应主要有哪几个？烃类热裂解的二次反应主要有哪几个？

答：（1）烃类热裂解的一次反应主要有：①脱氢反应 ②断链反应

(2) 烃类热裂解的二次反应主要有： ①烯烃的裂解 ②烯烃的聚合、环化和缩合 ③烯烃的加氢和脱氢 ④积炭和结焦

5。 什么叫焦，什么叫碳?结焦与生碳的区别有哪些？

答：结焦是在较低温度下（＜1200K）通过芳烃缩合而成

生碳是在较高温度下（＞1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠和的碳原子.

结焦与生碳的区别：

机理不同:碳要经过乙炔阶段才能发生；焦要经过芳烃缩合才能发生

温度不同：高温下(900℃~1100℃）生成乙炔，生成碳；低温下（600℃左右）芳烃缩合生成焦

组成不同：碳只含炭，不含杂质；焦还含有氢

6. 试述烃类热裂解的反应机理。

答:以乙烷为例:C2H6 → C2H4+H2

链终止：

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7。 烃类裂解有什么特点？

答：（1）高温，吸热量大

（2）低烃分压，短停留时间，避免二次反应的发生

（3)反应产物是复杂的混合物

8。 什么叫族组成，PONA的含义是什么？什么叫芳烃指数？什么叫特性因素?

答：（1）定义：是指原料烃分子中所含各族烃的质量百分比

P—烷族烃 N—环烷族烃

O—烯族烃 A—芳香族烃

（2）芳烃指数即美国矿务局关联指数(U。S。Bureau of Mines Correlation Index)，简称BMCI。用于表征柴油等重质馏分油中烃组分的结构特性。BMCI值的计算式是:

BMCI=48640/TV+473.7×d15。615。6－456。8

TV=(T10+ T30+ T50+ T70+ T90）/5

TV—体积平均沸点,K

T10、T30…—分别代表恩氏蒸馏馏出体积为10％，30％…时的温度，K

基准:n-C6H14的BMCI=0

芳烃的BMCI=100

(3)特性因素是用作反映石脑油、轻柴油等油品的化学组成特性的一种因素,用K表示。可按下1式算出

3T立

K1.216d15.6T立—立方平均沸点；

xiv—I组分的体积分率；

13nT立xiVTi3Ti—I组分的沸点，k.

i1

9。 裂解炉温度对烃的转化率有何影响，为什么说提高裂解温度更有利于一次反应和二次反应的竞争？

答：温度对产物分布的影响主要有两方面：

①影响一次产物分布；

②影响一次反对二次反应的竞争.

一次反应的活化能大于二次反应，升高温度有利于提高k1/k2的和比值，也即有利于提高一次反应对二次反应的相对速度,提高乙烯的收率。

10. 什么叫停留时间，停留时间与裂解产物分布有何影响？

答：物料从反应开始到达某一转化率时在反应器内经历的时间叫停留时间。

由于存在二次反应，故每一种原料在某一特定温度下裂解时，都有一个得到最大乙烯收率的适宜停留时间。

11。 为什么要采用加入稀释剂的方法来实现减压的目的?在裂解反应中，工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是什么？

答：这是因为:1、 裂解是在高温下进行的，如果系统在减压下操作，当某些管件连接不严密时，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混合物而导致爆炸;2、减压操作对后续分离部分的压缩操作也不利，要增加能耗。

工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是：

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1) 水蒸汽热容量大，能对炉管温度起稳定作用,在一定程度上保护了炉管；

2) 水蒸汽与产物易分离，与产物不起反应，对裂解气的质量无影响；

3) 水蒸汽可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用，可以保护裂解炉管;

4） 水蒸气在高温下能与裂解管中的沉积焦炭发生如下反应:C + H2O  H2 + CO

具有对炉管的清焦作用;

5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，形成氧化物薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。

12。 什么叫KSF，为什么要用正戊烷作为衡量石脑油裂解深度的当量组分.

答：KSF是综合考虑了原料性质、停留时间和裂解温度三方面影响作为衡量重质原料裂解深度的指标。因为在任何轻质油中正戊烷总是存在的，它在裂解过程中只有减少,不会增加。其裂解余下的量亦能测定，选他作当量组分，足以衡量原料的裂解深度。

13。 为了提高烯烃收率裂解反应条件应如何控制？

答：适量的提高裂解温度，减少停留时间，降低烃的分压，添加适量稀释剂.

14. 为什么要对裂解气急冷,急冷有哪两种？

用列解管出来的裂解气是富含烯烃的气体和大量的水蒸气，温度在727～927之间，烯烃反应性很强，若放任它们在高温度下长时间停留，仍会继续发生二次反应，引起结焦，烯烃收率下降和生成很多副产物，因此必须急冷终止反应.

急冷气有:直接急冷气 间接急冷气两种

15。 管式裂解炉结焦的现象有哪些，如何清焦？

答:结焦现象

 炉管投料量不变的情况下，进口压力增大,压差增大。

 从管孔观察可看到辐射室裂解管壁上某些地方因过热而出现光亮点

 投料量不变及管出口温度不变但燃料消耗量增加

 裂解器中乙烯含量下降

清焦方法：停炉清焦法、不停炉清焦法

16. 裂解气净化分离的任务是什么?裂解气的分离方法有哪几种？

答：裂解气是很复杂的混合气体,要从中分离出高纯度的乙烯和丙烯等产品,必须进行一系列的净化与分离过程。

裂解器的分离方法有：深冷分离法 油吸收精馏法

17. 什么是深冷?什么是深冷分离？深冷分离流程包括那几部分？

答:在基本有机化学工业中，冷冻温度≦-100℃的称为深度冷冻,简称“深冷”.

深冷分离法 就是利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同,在低温下除了氢气和甲烷以外，把其余的烃类都冷凝下来，然后在精馏塔内进行多组分精馏分离,利用不同的精馏塔，把各种烃逐个分离下来.其实质是冷凝精馏过程。

深冷分离法流程：（1)气体净化系统（2）压缩和冷冻系统(3）精馏分离系统

18。 裂解气中的酸性气体主要有哪些组分？若这些气体过多时，对分离过程带来什么样的危害？工业上采用什么方法来脱除酸性气体？

答：裂解气中的酸性气体，主要是二氧化碳(CO2）和硫化氢(H2S)。另外还有少量的有机硫化物。

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这些酸性气体含量过多时，对分离过程会带来如下的危害：

硫化氢能腐蚀设备管道,并能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；

二氧化碳能在深冷的操作中结成干冰,堵塞设备和管道,影响正常生产；二氧化碳和硫化物会破坏聚合催化剂的活性;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。

工业上常用化学吸收法，来洗涤裂解气一般用氢氧化钠（NaOH）溶液,乙醇胺溶液

19. 水在裂解气深冷分离中有什么危害？工业上常采用什么方法脱除裂解气中的水分？

答：在低温下,水能冻结成冰,并且能和轻质烃类形成固体结晶水合物.冰和水合物凝结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则堵塞管道，影响正常生产。

工业上采用吸附的方法脱水，用分子筛、活性氧化铝或者硅胶作吸附剂。

20. 裂解气为什么要脱除乙炔和一氧化碳？工业上脱除炔烃的方法有哪些？

答：聚合用的乙烯，应严格限制乙烯中乙炔的含量。乙炔会造成聚合催化剂的中毒，会降低乙烯的分压.在高压聚乙烯生产中,当乙炔积累过多后，会引起爆炸。

工业上脱炔的主要是采用催化加氢法，少量用丙酮吸收法。

21. 什么叫前加氢流程？什么叫后加氢流程?各有什么优缺点？

答：加氢过程设在脱甲烷塔以前进行加氢脱炔的叫做前加氢。前加氢又叫做自给加氢。设在脱甲烷塔以后进行加氢脱炔的叫做后加氢。前加氢流程的优点是氢气可以自给，缺点是氢气是过量的，氢气的分压比较高，会降低加氢的选择性,增大乙烯的损失.后加氢的优点是组分少，选择性高;催化剂寿命长;产品纯度高.缺点是能量利用不如前加氢流程,流程也比前加氢流程复杂.

22。 为什么裂解气要进行压缩？为什么要采用分段压缩？

答：裂解气压缩的目的是①使分离温度不太低②少耗冷量.

为了节省能量,降低压缩的功率,气体压缩一般都采用多段压缩，段与段段与段之间都设置中间冷却器。

23. 什么叫“前冷”流程,什么叫“后冷”流程?前冷流程有什么优缺点？

答：后冷 流程是冷箱放在脱甲烷塔之后来处理塔顶气体；

前冷 是冷箱放在脱甲烷塔之前来处理脱甲烷塔的进料。

前冷优点：前冷流程分离出的氢气浓度高，氢气含量90%左右

缺点：前冷流程也有缺点：脱甲烷塔的操作弹性比后冷要低一些，流程比较复杂，仪表自动化程度要求比较高

24. 脱甲烷过程有哪两种方法，各有什么优缺点？

答：高压法和低压法

低压法优点：分离效果好，乙烯收率高 缺点:需耐低温钢、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂

高压法优点:不必使用甲烷制冷系统，只需液态乙烯冷剂。

25．简述影响乙烯回收的诸因素。

答：1.原料气的组成2。压力的影响 3。温度的影响

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26。 能量回收在整个裂解工艺流程中，主要有哪三个途径?

答：1急冷回收热能的利用 2.中间冷凝器和中间再沸器3.深冷过程冷量的有效利用

27。 脱甲烷塔和乙烯塔采用中间冷凝器和中间再沸器各有什么优缺点?

答：中间冷凝塔 优点：节省能耗 塔顶可省去外来冷剂制冷的冷凝器 降低乙烯的损失

缺点：若中间冷凝器负荷大时会导致板数增加，投资经费增加

中间再沸器 优点：节省能量 有助于回收冷量

缺点：塔板数会大于不设中间再沸器的一般甲烷塔的板数

28。 举例说明复迭制冷的原理。

答:为了获得—100℃级位的冷量，需要乙烯为冷剂，但乙烯的临界温度为9.5℃，低于冷却水的温度因此不能用冷却水来使乙烯冷凝，这样就不能构成乙烯蒸汽压缩冷冻循环。此时，需要采用另一冷凝剂氨或丙烯，使乙烯冷到临界温度以下，发生冷凝过程向氨或丙烯排热，这样氨或丙烯的冷冻循环可以和乙烯的制冷循环复叠起来组成复迭制冷

29。烃类裂解生产乙炔，必须满足哪三个条件?

答：(1)迅速供给大量反应热。

(2)反应区温度很高（1227～1527）

(3) 反应时间特别短（0。01~0。001s一下)，而且反应物一离开反应区应即被急冷，以终 止二次反应，避免乙炔的损失.

30.乙炔的分离提纯常采用什么方法?

答：溶剂吸收法

31． 催化脱氢反应主要有哪几种类型?

答：脱氢反应是加氢反应的逆反应，在基本有机化学工业中,采用催化脱氢反应主要有下列几种类型：

1．低级烷烃的催化脱氢——生成相应的烯烃 CH3CH2CH2CH3 —-—-〉 CH3CH2CH=CH2 + H2

2．烯烃的催化脱氢--生成相应的二烯烃 CH3CH2CH=CH2 —-——>CH2=CH—CH=CH2 + H2

3．烷基芳烃的催化脱氢-—生成相应的烯基芳烃 C6H5—C2H5 ——-〉 C6H5—C2H3 + H2

4．环烷烃的催化脱氢--生成相应环烯烃或芳烃 C5H10 -—> C5H8+H2 ；C6H12 --> C6H6+3H2

5。异戊烯氧化脱氢制异戊二烯 iC5H10+1/2O2 -—> CH2=CHC（CH3）=CH2+H2

用途:合成橡胶单体

6.乙苯脱氢制苯乙烯 C6H5C2H5 -—> C6H5CH=CH2+H2

用途：聚苯乙烯塑料单体;ABS工程塑料单体；合成橡胶单体;合成离子交换树脂

7。二乙苯脱氢制二乙烯基苯 C2H5—C6H4-C2H5 —-〉 CH2=CH—C6H4-CH=CH2+2H2

用途：合成离子交换树脂

8.对甲乙苯脱氢制对甲基苯乙烯 CH3-C6H4-C2H5 -—〉 CH3—C6H4—CH=CH2+H2

用途:聚对甲基苯乙烯塑料

9．正十二烷脱氢制正十二烯 n-C12H26 -—> n-C12H24 + H2

用途：合成洗涤剂原料

10.甲醇氧化脱氢制甲醛 CH3OH+O2 --〉 HCHO+H2O+H2 （空气不足量)

用途：合成染料、农药、精细与专用化学品

11．乙醇氧化脱氢制乙醛 CH3CH2OH+O2 —-〉CH3CHO+H2O+H2(空气不足量)

用途:有机原料

12。乙醇脱氢制乙醛 CH3CH2OH -—〉 CH3CHO+H2

用途:有机原料

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13。异丙醇脱氢制丙酮 CH3CH（CH3）OH —-> CH3C(CH3）=O+H2

用途:溶剂，有机原料

14.正己烷脱氢芳构化 nC6H14 ——> C6H6+4H2O

用途：溶剂，有机原料

15。正庚烷脱氢芳构化 nC7H16 --〉 C6H5—CH3+4H2O

用途：溶剂，有机原料

32．在脱氢反应中水蒸汽作为稀释剂有什么优点、作用？

答：水蒸气具有许多优点：容易分离；热容量大；提高了脱氢反应的平衡转化率；有利于消除催化剂表面上沉积的焦炭.

作用:（1）降低烃的分压，改善化学平衡，提高平衡转化率；（2)水蒸气与催化剂表面的焦碳,发生水煤气反应，从而达到清焦作用；(3)提供反应所需要的热量.

33．为什么烃类的脱氢反应要选用选择性良好的催化剂？

答:能有选择性地加快脱氢反应的速度，对裂解反应、水蒸气转化、聚合等副反应没有或很少有催化作用

34．烃类脱氢催化剂应当有什么样的要求?

答:(1）具有良好的活性和选择性（2）热稳定性好(3)化学稳定性(4）抗结焦性能好，容易再生

35．烃类脱氢催化剂有哪几类？

答:(1)氧化铬—氧化铝系催化剂(2)氧化铁系催化剂(3）磷酸钙镍系催化剂

36．为什么烃类采用氧化铁系催化剂脱氢时，总以水蒸气做稀释剂？

答：水蒸气是氧化性气体，在大量水蒸气存在下，可以阻止氧化铁被过度还原,从而获得比较高的选择性。

37．采用小颗粒催化剂对脱氢反应速度和选择性有哪些影响？

答：采用小颗粒催化剂，不仅可以提高脱氢反应速度,也有利于提高脱氢选择性。

反应速度是表面反应控制，但内扩散对主反应的速度也有影响,而对副反应的速度却影响很小.因此当催化剂颗粒减小时，主反应的速度因为有效扩散系数的增大而加快,但是副反应的反应速度却没有显著的变化，结果造成选择性上升

38．影响脱氢反应过程的主要操作参数有哪几个？

答：反应温度、反应压力、稀释剂用量和原料烃空速。

39. 苯乙烯的生产方法有几种?乙苯脱氢制苯乙烯分哪两步？

答： (一）从裂解汽油中提取（二）乙苯脱氢法

第一步苯用乙烯烷基化合成乙苯第二步乙苯催化脱氢合成苯乙烯

40．什么叫氧化脱氢反应？氧化脱氢反应中，氢的接受体有哪几种？

答：如果在脱氢反应系统中加入能够和氢相结合的所谓氢“接受体",随时去掉反应所生成的氢,这样就可使平衡向脱氢方向转移，转化率就可大幅度提高.这种类型的反应称为氧化脱氢反应。

氧化脱氢反应氢的“接受体”：氧气(或空气）、卤素和含硫化物等。

41．氧化脱氢法与催化脱氢法相比，有什么优点？

答:氧化脱氢法的原料单耗最小；正丁烯单程转化率高；丁二烯选择性高;丁二烯单程收率高；

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水蒸气单耗最低；在技术经济指标方面的优越性更为显著。

42。 催化氧化过程有哪些共同特点?

答：强放热反应;反应不可逆； 过程易燃易爆; 氧化途径复杂多样

43. 均相催化氧化主要分哪两种类型,并解释之。

答：催化自氧化反应和络合催化氧化反应。

45. 影响氧化反应的因素有哪些？

答：1。杂质的影响；2。温度和氧气分压的影响；3.氧化气空速的影响;4。溶剂的影响；5.转化率的控制和返混

46. 醋酸生产工艺路线有哪些？

答：乙醛法；丁烷或轻油氧化法；乙烯直接氧化法；乙烷催化氧化联产醋酸和乙烯法；甲醇羰基化法

47。 液相均相催化氧化的优缺点是什么？

答:优点

1。 反应条件缓和，有较高的选择性

2。 反应热的除去比较方便，有些氧化可用反应物或溶剂的蒸发以移走反应热

3。 反应温度易控，温度分布均匀

4。 反应设备结构简单，生产能力高

缺点 : 设备腐蚀性大；废水量大；催化剂回收问题

一、氨碱法和联碱法的比较

① 氨碱法的优点:原料价廉易得，生产过程中的氨可循环利用，损失较少；能够大规模连续生产，易于机械化、自动化;可得到较高质量的纯碱产品。

缺点:原料利用率低，大量废液、废渣，严重污染环境；碳化后母液中含有大量的氯化铵，需加入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨,就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而造成流程长，设备庞大和能量上的浪费。

②联合制碱法的优点（与氨碱法比较）：原料利用率高；不需石灰石及焦碳，降低了成本；纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰机等设备，缩短了流程,建厂投资减少；无大量废液、废渣，可在内地建厂。

二、各族烃类的热裂解反应规律

烷烃――正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，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。随着原料烃分子量增大,这种差别逐渐减小。

环烷烃――通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。含环烷烃较多的原料，其丁二烯芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。

芳烃――有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断裂及脱氢；无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃，而倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃,直至结焦。

各类烃热裂解的易难顺序可归纳为：

异构烷烃 ＞ 正构烷烃 ＞ 环烷烃 (C6＞C5) ＞ 芳烃

四、结焦与生碳的区别

1、二者机理不同

结焦是在较低温度下(＜1200 K)通过芳烃缩合而成。

生碳是在较高温度下（＞1200 K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子团。

2、形成过程不同：烯烃经过炔烃中间阶段而生碳；经过芳烃中间阶段而结焦 。

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3、氢含量不同：碳几乎不含氢，焦含有微量氢（0。1—0.3%）

1。 合成氨生产主要分几个工序？各部分任务如何？

原料气制取、原料气净化、氨的合成

2. 天然气蒸汽转化制气过程的基本原理与工艺流程如何？能量利用特点如何？

3。 脱硫的主要方法有哪些？天然气为原料的厂和煤焦为原料的厂,脱硫工序安排的流程顺序为什么不同？

湿法脱硫，如ADA法、干法脱硫，如氧化锌法

4。 变换工序主要任务是什么?为什么要分中压变换和低压变换？各部分特点如何?

将原料中的一氧化碳变成二氧化碳和氢气.

5. 脱碳工序基本原理和流程特点是什么？能量消耗主要在哪个设备上?

6. 高压氨合成系统平衡计算特点是什么？

7。 氨合成流程中先分离氨与后分离氨为什么都可采用？各自特点如何？

8。 简述轴向和径向冷激式合成塔的特点。

1。 氨碱法生产纯碱的主要化学反应？

2。 氨盐水碳酸化过程的原理及主要工艺条件如何控制?

5。 电解制烧碱过程的主要副反应及对产品质量的影响如何？怎样控制工艺条件？

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