合成氣的制備方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上二甲醚原料-合成氣 合成氣的主要組分為CO和H2,可作為化學工業(yè)的基礎原料,亦可作為制氫氣和發(fā)電的原料。經(jīng)過多年的發(fā)展,目前以天然氣、煤為原料的合成氣制備工藝已很成熟,以合成氣為原料的合成氨、含氧化物、烴類及碳一化工生產(chǎn)技術均已投入商業(yè)運行。清潔高效的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的成功開發(fā),進一步促進了合成氣制備技術的發(fā)展。合成氣的用途廣泛,廉價、清潔的合成氣制備過程是實現(xiàn)綠色化工、合成液體燃料和優(yōu)質(zhì)冶金產(chǎn)品的基礎。1合成氣的制備工藝根據(jù)所用原料和設備的不同,合成氣制備工藝可以分為不同的類型,目前大多數(shù)合成氣制備工藝是以處理天然氣和煤這2種原料的工藝為基礎發(fā)展起來的。1.1

2、以天然氣為原料的合成氣制備工藝以天然氣為原料制備合成氣是一個復雜的反應過程,其主要的反應包括天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(1)、部分氧化反應(2)、完全燃燒反應(3)、一氧化碳變換反應(4)和甲烷與二氧化碳重整反應(5)。 CH4+H2O CO+3H2 +206 kJ/mol (1)CH4+05O2 CO+2H2 -36 kJ/mol (2)CH4+2O2 CO2+2H2O -802 kJ/mol (3)CO+H2O CO2+H2 -41 kJ/mol (4)CH4+CO2 2CO+2H2 +247 kJ/mol (5)這幾個主要反應的不同組合、不同的實施方式和生產(chǎn)裝置,形成了天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣的多

3、種工藝。從工藝特征上來講,目前成熟的天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣的工藝可分為管式爐蒸汽轉(zhuǎn)化法、部分氧化法和兩者的組合方法等三大類。1.1.1甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的代表反應式為(1)。工業(yè)上使用以Ni為活性組分,載體可用硅鋁酸鈣、鋁酸鈣以及難熔的耐火氧化物為催化劑,生成的合成氣中H2/CO體積比約為3：0,適合于制備合成氨和氫氣為主產(chǎn)品的工藝。此工藝能耗高,燃料天然氣約占天然氣總用量的1/3,高溫下催化劑易失活,設備龐大,投資和操作費用高。1.1.2甲烷非催化部分氧化甲烷非催化部分氧化的代表反應式為(2)。CH4與O2的混合氣體在1 0001 500下反應,伴有燃燒反應進行,生產(chǎn)的合成氣中H2/CO

4、體積比約為2:0,適合于甲醇、F-T合成生產(chǎn)。此工藝對反應器材質(zhì)要求苛刻,耐高溫金屬管的投資高,需要復雜的熱回收和除塵裝置。1.1.3甲烷催化部分氧化甲烷催化部分氧化的代表反應式為(2)。以活性組分Ni、Rh和Pt等為主的負載型催化劑在750800下進行反應,轉(zhuǎn)化率可達90%以上,且無伴生燃燒反應發(fā)生;生產(chǎn)的合成氣中H2/CO體積比約為2:0,同樣適合于甲醇、F-T合成生產(chǎn)。目前該工藝尚處于試驗開發(fā)階段,英國Amoco、美國TRW、英國DavyMckee等公司進行了中試研究。1.1.4甲烷自熱轉(zhuǎn)化甲烷自熱轉(zhuǎn)化的代表反應式為(1)和(2)。反應溫度一般在8501 050,H2/CO體積比可在1:

5、03:0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié);雖然尚未工業(yè)化,但其發(fā)展前景良好,其工藝特點是采用固定床反應器,結(jié)構(gòu)簡單,設備費用低,但由于反應溫度高,對催化劑的熱穩(wěn)定性和反應器材質(zhì)要求很高。以天然氣為原料制備合成氣工藝,其主要特點是流程短、CO2排放量少,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,是今后的發(fā)展方向。但天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣工藝過程存在投資高,對天然氣價格敏感、催化劑昂貴和高溫易失活等缺點。當前技術開發(fā)的主要方向是節(jié)能降耗、高效催化劑的開發(fā)和靈活調(diào)節(jié)合成氣的H2/CO體積比,以適應化工合成的需要。此外,以CO2為天然氣轉(zhuǎn)化原料的合成氣制備工藝的研究開發(fā)也備受重視。1.2煤氣化工藝煤氣化工藝反應可分為2種類型:非均相的氣-固反

6、應和均相的氣-氣反應,對于自熱式的煤氣化反應系統(tǒng)來說,一般考慮如下幾個主要反應:C+O2 CO2 -394 kJ/mol (6)C+05O2 CO -1105 kJ/mol (7)C+CO2 2CO +173 kJ/mol (8)C+H2O CO+H2 +1245 kJ/mol (9)C+2H2 CH4 -87 kJ/mol (10) 煤氣化工藝經(jīng)過200多年的開發(fā)實踐形成了100余種技術,根據(jù)氣化爐內(nèi)氣流和燃料床層的運動特點,煤氣化技術可分為氣流床、流化床、移動床和熔融床等4類,前3種煤氣化工藝已工業(yè)化或已建成示范裝置,熔融床煤氣化則處于中試階段。1.2.1流化床煤氣化流化床煤氣化技術是碎煤

7、氣化的主要方法,其主要特點為:氣化劑從底部鼓入爐內(nèi),爐內(nèi)的煤粒被氣化劑流化起來,在一定溫度下發(fā)生煤的氣化反應。流化床氣化過程易于控制,有利于大規(guī)模生產(chǎn),但由于流化床煤氣化過程偏低的操作溫度和較多的粉塵含量、灰渣含碳量,其僅適用于活性高的褐煤、年輕的煙煤。另外,為了回收利用飛灰和灰渣,還需要建立輔助的沸騰燃燒爐,設備復雜。1.2.2氣流床煤氣化氣流床煤氣化是指在固體燃料氣化過程中,粉煤與氣化劑均勻混合,通過特殊的噴嘴進入反應器,瞬間著火,直接發(fā)生燃燒反應,火焰區(qū)溫度高達2 000,形成液態(tài)爐渣。粉煤和氣化劑在火焰中作并流運動,粉煤急速通過高溫區(qū),來不及熔結(jié)而迅速氣化,反應時間極短。在高溫下,所有干餾產(chǎn)物都迅速分解,轉(zhuǎn)變?yōu)樗簹夥磻慕M分,因而生成的煤氣中只含有很少的CH4。氣流床氣化的最大特點是消除了燃料的粘結(jié)性對氣化過程的影響。與其他煤氣化的工藝相比,氣化床氣化的工藝有如下特點:煤在氣流床中的停留時間短,單臺設備處理能力大;煤種適應性強,原則上各種煤均可使用;出爐煤氣不含焦油、酚類及重烴化合物,無污染物的排放;缺點是飛灰?guī)С隽看?需采用循環(huán)回爐的方法提高碳轉(zhuǎn)化率,出爐煤氣溫度高,顯熱損失大。1.2.3移動床煤氣化移動床煤氣化工藝是一逆流反應過程,煤由氣化爐頂部加入,氣化劑由爐底送入。氣化過程進行比較完全,灰渣中殘?zhí)可?/p>