合成氣的制?。ㄕn堂PPT）

1、1第第2章章 合成氣合成氣 synthesis gas or syngas2.1 合成氣的制取合成氣的制取 2.1.1 烴類蒸汽轉化 2.1.2 重油部分氧化 2.1.3 固體燃料氣化2.2 合成氣的凈化合成氣的凈化 2.2.1 脫硫 2.2.2 一氧化碳變換 2.2.3 二氧化碳的脫除 2.2.4 少量碳氧化物的清除 2.2.5 熱法與冷法凈化流程的比較2概概 述述 什么是什么是合成氣合成氣？指指H2 和和CO的混合氣（的混合氣（Synthesis gas or Syngas）。）。其中，其中，H2 /CO的摩爾比為的摩爾比為1/23/1。 合成氣的合成氣的用途用途是什么？是什么？是是有機合

2、成原料有機合成原料之一；是之一；是H2和和CO的來源的來源。 合成氣的合成氣的來源來源是什么？是什么？轉化成轉化成液體和氣體燃料液體和氣體燃料，轉化成高附加值的，轉化成高附加值的精細化學品精細化學品。C1化學和化學和C1化工化工含碳資源含碳資源，如，如煤煤、天然氣天然氣、石油餾分（主要為、石油餾分（主要為和和渣渣油油）、）、農(nóng)林廢料、城市垃圾農(nóng)林廢料、城市垃圾等。等。31 合成氣的生產(chǎn)方法合成氣的生產(chǎn)方法 煤為原料煤為原料 特點特點 H2/CO摩爾比低，適用于合成有機化合物摩爾比低，適用于合成有機化合物過程過程間歇式間歇式 生產(chǎn)效率低生產(chǎn)效率低連續(xù)式連續(xù)式 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高, 技術先進技術

3、先進 在在高溫高溫下，以下，以水蒸氣和氧氣水蒸氣和氧氣為氣化劑，與煤反應生成為氣化劑，與煤反應生成H2和和CO的過程的過程煤氣化煤氣化4 天然氣為原料天然氣為原料 轉化法轉化法水蒸氣轉化法水蒸氣轉化法，H2/CO=3 ，適宜，適宜生產(chǎn)合成氨和氫氣生產(chǎn)合成氨和氫氣 熱效率高、熱效率高、H2/CO易于調節(jié)易于調節(jié) 重油或渣油為原料重油或渣油為原料 部分氧化法部分氧化法調節(jié)原料中調節(jié)原料中油、水蒸氣和氧氣比例，油、水蒸氣和氧氣比例，可達到自可達到自熱平衡熱平衡 不同原料制合成氣成本不同原料制合成氣成本 天然氣天然氣 1000材質：材質： 目前耐熱合金鋼工作溫度目前耐熱合金鋼工作溫度800-900 H

4、K-40: 96060000h; 95084000h38 解決方法解決方法 分段轉化過程分段轉化過程 在在較低溫度較低溫度下，下，外熱式轉化管外熱式轉化管中進行蒸汽中進行蒸汽一段催一段催化化 轉化轉化, ,出口出口800-820,800-820,甲烷含量約甲烷含量約9.5%(9.5%(干基干基) ) 在在較高溫度較高溫度下，下，耐火磚襯里耐火磚襯里的二段轉化爐加入空氣的二段轉化爐加入空氣 （氧氣），（氧氣），利用反應熱利用反應熱繼續(xù)甲烷催化轉化反應。二繼續(xù)甲烷催化轉化反應。二 段爐出口段爐出口1000,1000,甲烷含量小于甲烷含量小于0.3%(0.3%(干基干基) )39 一段爐出口：一段爐

5、出口：中型合成氨中型合成氨 1.8MPa1.8MPa，760 760 大型合成氨大型合成氨 3.2MPa3.2MPa，800800 一段轉化爐的一段轉化爐的受熱程度受熱程度受到管材耐溫性的限制，受到管材耐溫性的限制，是決定轉化出口氣組成的主要因素是決定轉化出口氣組成的主要因素。 40二段爐出口：二段爐出口：1000-12001000-1200 熱力學：熱力學：溫度溫度反應越有利；反應越有利； 動力學：動力學：溫度溫度反應加快。反應加快。 2H2 + O2 = 2H2O(g) - 483.99KJ/mol2CO + O2 = CO2 - 565.95KJ/molCH4 + H2O = CO +

6、3H2 +206.29KJ/mol供熱供熱41水碳比水碳比 水碳比增大，對轉化有利，防止積碳水碳比增大，對轉化有利，防止積碳 受經(jīng)濟的限制，工業(yè)一般為受經(jīng)濟的限制，工業(yè)一般為3.5-43.5-4空間速度空間速度 碳空速碳空速 1000-2000h1000-2000h1 1 氣體流速高，有利于傳熱，延長爐管壽命；氣體流速高，有利于傳熱，延長爐管壽命； 提高生產(chǎn)能力。提高生產(chǎn)能力。 不宜過高，床層阻力增大，能耗增加。不宜過高，床層阻力增大，能耗增加。 壓力高，可適當采取較高空速。壓力高，可適當采取較高空速。42 a. a.原料的預熱溫度原料的預熱溫度 b.b.對流段內(nèi)各加熱盤管的布置對流段內(nèi)各加熱

7、盤管的布置 c.c.轉化系統(tǒng)的余熱回收轉化系統(tǒng)的余熱回收天然氣蒸汽轉化的工藝流程天然氣蒸汽轉化的工藝流程美國美國KellegeKellege法，英國法，英國ICIICI法，丹麥法，丹麥TapseTapse法法不同流程的區(qū)別不同流程的區(qū)別五、轉化反應工藝流程五、轉化反應工藝流程43需需CO，取消，取消需需H2，設置，設置44一段一段二段二段4546天然氣天然氣壓壓 縮縮脫脫 硫硫一段轉化一段轉化二段轉化二段轉化脫碳脫碳變換變換蒸汽蒸汽空氣空氣CO2CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2H2壓壓 縮縮47一段轉一段轉化爐化爐六、主要設備六、主要設備4849不同生產(chǎn)規(guī)模的裝置，一段轉

8、化爐的管子數(shù)量不同生產(chǎn)規(guī)模的裝置，一段轉化爐的管子數(shù)量不同，年產(chǎn)不同，年產(chǎn)30萬噸合成氨，有萬噸合成氨，有88根轉化管。根轉化管。 (1)一段轉化爐一段轉化爐 輻射段輻射段 對流段對流段 （反應管與加熱室）（反應管與加熱室） (回收熱量）回收熱量） 爐型：頂部燒嘴爐爐型：頂部燒嘴爐 and 側臂燒嘴爐側臂燒嘴爐 轉化爐管轉化爐管材質：材質：耐熱合金鋼管耐熱合金鋼管71122mm，長，長1012m，壁厚，壁厚1118 mm50二段轉化爐二段轉化爐二段轉化爐的作用二段轉化爐的作用甲烷進一步轉化甲烷進一步轉化; 調節(jié)調節(jié)H/C比比二段轉化爐的結構二段轉化爐的結構碳鋼制立式圓筒，內(nèi)襯不含碳鋼制立式圓筒

9、，內(nèi)襯不含硅的耐火材料，爐殼外保硅的耐火材料，爐殼外保溫，內(nèi)徑約溫，內(nèi)徑約3米，高約米，高約13米米2H2+O2=2H2OCO+O2=CO251節(jié)能措施節(jié)能措施 增設燃燒空氣預熱器 降低煙氣排放溫度。排氣溫度必須高于露點溫度，一般250 。丹麥Topsoe公司提出 腐蝕 ，煙氣排放溫度降低，熱能利用更充分52降低水碳比S/C S/C高，一段爐熱負荷大， S/C低，抗析炭能力下降。 S/C ，則一段爐熱負荷 ，燃料烴 降低水碳比，防止析炭，則 需要改進催化劑、改進二段轉化爐結構 目前較低的水碳比約2.553在二段爐中加入過量空氣 一段爐出口氣體組成變化 經(jīng)典流程：出口CH4 10% ,溫度815

10、 改進流程：出口CH4 25% ,溫度750 二段爐出口CH4 為0.51% 降低一段爐熱負荷，節(jié)約1/3燃料天然氣 由于空氣過量氣體組分不符合合成要求，需在凈化流程中進行相應處理。54雙一段轉化（三段轉化）雙一段轉化（三段轉化） 采用常規(guī)一段爐和換熱式一段爐來共同完成一段轉化任務，換熱轉化爐的反應熱由二段爐出后氣體換熱供給。同樣節(jié)約燃料天然氣用量。 一般按照6:4的比例進行。 過量空氣法和雙一段轉化法對應的流程是目前節(jié)能效果非常好的新流程55 例例 已知甲烷蒸汽轉化一段爐進口水碳比已知甲烷蒸汽轉化一段爐進口水碳比為為3.8，出口壓力為，出口壓力為3.2424MPa（絕），（絕），溫度為溫度為

11、810，轉化氣的組成為，轉化氣的組成為CO10.12%，CO210.33%，H269.0%，CH49.68%，N20.87%。試求：。試求： （1）原料氣的氫碳比；）原料氣的氫碳比； （2）轉化氣濕基組成；）轉化氣濕基組成； （3）轉化反應與變換反應的平衡溫距。）轉化反應與變換反應的平衡溫距。56 解解：（：（1）設原料氣的氫碳比為）設原料氣的氫碳比為n，以，以100mol干干轉化氣為計算基準，則干轉化氣中的含量為：轉化氣為計算基準，則干轉化氣中的含量為： O：10.12+10.332=30.78mol H2: 69+9.682=88.36mol C: 10.12+10.33+9.68=30.

12、13mol 系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的C由由CHn原料提供，原料提供，O由由H2O提供，提供，H2由二者共同提供，則參與反應的由二者共同提供，則參與反應的H2O有有30.78mol。H2O提供的提供的H2有有30.78mol， 原料氣提供的原料氣提供的H2有有(88.36-30.78)=57.58mol 系統(tǒng)加入的系統(tǒng)加入的CHn有有30.13mol。故。故 H/C=（57.582）/30.13=3.82，n=3.8257 （2）仍以）仍以100mol干轉化氣為基礎，加入系統(tǒng)的干轉化氣為基礎，加入系統(tǒng)的中的中的CHn量為量為30.13mol， H2O為為114.50mol， 反應之后的總氣量為反應之后的

13、總氣量為 100+(114.50-30.78)=183.72mol 所以濕基組成如下：所以濕基組成如下：Yco=5.51%, Yco2=5.62%, YH2=37.56%, YCH4=5.27%, YN2=0.47%, YH2O=45.57%（3）轉化反應的平衡溫距）轉化反應的平衡溫距t 24233240.0551 0.37563.14141.20.0527 0.4557COHPCHH OP PKPP58需要掌握的內(nèi)容 甲烷蒸汽轉化的特點？甲烷蒸汽轉化的特點？ 甲烷轉化為何采用甲烷轉化為何采用兩段兩段？ 甲烷轉化催化劑主要成分？甲烷轉化催化劑主要成分？ 如何防止析碳？如何防止析碳？甲烷含量小于

14、甲烷含量小于0.5%時，加壓條件下反應時，加壓條件下反應溫度須在溫度須在1000以上，以上，熱源、材質熱源、材質59制制CO+H2的方法還有哪些？的方法還有哪些？60思 考 題 蒸汽轉化法制粗原料氣應滿足的條件是什么？蒸汽轉化法制粗原料氣應滿足的條件是什么？ 天然氣為原料的合成氨廠轉化工序為何采用兩段天然氣為原料的合成氨廠轉化工序為何采用兩段轉化？各段的轉化條件分別是什么？轉化？各段的轉化條件分別是什么？ 簡述甲烷轉化反應的基本原理？簡述甲烷轉化反應的基本原理？ 二段轉化的目的是什么？二段轉化的目的是什么？ 如何防止析碳副反應的發(fā)生？如何防止析碳副反應的發(fā)生？ 說出甲烷轉化催化劑的主要組分和助催化劑。說出甲烷轉化催化劑的主要組分和助催化劑。 簡述蒸汽轉化加壓操作的優(yōu)缺點。簡述蒸汽轉化加壓操作的優(yōu)缺點。 簡述溫度、水碳比對轉化反應的影響。簡述溫度、水碳比對轉化反應的影響。61產(chǎn) 品反 應 式H2/CO甲醇CO+2H2=CH3OH2/1乙烯2CO+4H2=C