碳一化工主要產(chǎn)品培訓(xùn)教學(xué)課件(共49張)

1、碳一化工主要產(chǎn)品匯報提綱碳一化工研究背景1費托合成2合成氣的應(yīng)用34碳一化工展望1 碳一化工研究背景相關(guān)概念1.1“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就1.21.1 相關(guān)概念 “碳一化工”是以含一個碳原子的物質(zhì)為原料，合成化工產(chǎn)品和液體燃料的生產(chǎn)過程。主要由合成氣制燃料、甲醇及系列產(chǎn)品、低碳醇、醋酸及系列產(chǎn)品、低碳烯烴和燃料添加劑等。 這些產(chǎn)品構(gòu)成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，據(jù)不完全統(tǒng)計有100多種產(chǎn)品，并且還在開發(fā)增長。1. “碳一化工”的定義 煤氣化可以得到含一氧化碳（CO）和氫氣（H2）的合成氣，再由合成氣生產(chǎn)各種基本有機化工產(chǎn)品和精細(xì)化工產(chǎn)品。2. “碳一化工”合成烴和燃料油類 1.1 相關(guān)概念 例如：

2、甲醇、甲酸、甲醛、醋酸、醋酐、高級醇、酯類等3. “碳一化工”合成含氧化合物1.1 相關(guān)概念1.1 相關(guān)概念4. “碳一化工”合成氨 合成氣是生產(chǎn)合成氨原料氣的一種主要來源。以氨為原料可以制造各種氮肥，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)。 1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就60年代德士古水煤漿氣化90年代shell干粉煤氣化特點單爐生產(chǎn)能力大高壓熔渣氣化優(yōu)勢煤氣有效成分CO和H2高碳轉(zhuǎn)化率高氣化效率高其中，德士古氣化煤氣有效成分CO和H2占7880%，Shell氣化約占90%。1.煤氣化技術(shù)發(fā)展 “ 煤液化是用煤為原料來加工轉(zhuǎn)化以制取液體烴類為主要產(chǎn)品的技術(shù)。（1）直接液化煤油共處理煤的熱解（以獲取

3、液體燃料為目的）和氫解煤的溶劑抽提煤直接催化加氫液化按工藝特點分類 1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就2.合成油技術(shù) （2）間接液化1923年德國發(fā)現(xiàn)在鐵催化劑上合成（CO+H2）可制取液態(tài)烴燃料，簡稱 費托合成1955年至1982年期間南非基于本國豐富的煤炭資源優(yōu)勢，分別建成Sasol （1955年）、Sasol （1980年）、Sasol （1982年）合成油廠近年來天然氣制取液體燃料工藝技術(shù)的開發(fā)已形成熱潮，荷蘭Shell公司、南非Sasol公司、美國Exxon公司、美國Syntroleum公司、美國Rentech公司、美國Gulf Chevon公司、挪威Statoil公司等均投入巨大

4、的人力物力開發(fā)天然氣制取液體燃料新工藝。1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就間接液化工藝Syntroleum公司的Syntroleum工藝Exxon公司的AGC-21工藝Mobil公司由醇合成汽油（MTG）工藝Sasol公司淤漿訂餾份油（SSPD）工藝和SAS工藝Shell公司中間餾份油（SMDS）工藝工業(yè)裝置設(shè)計中工業(yè)化工業(yè)化工業(yè)化工業(yè)裝置設(shè)計中 1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就甲醇燃料優(yōu)點在燃燒過程中霧化性好，燃燒充分分子量小、沸點較低提高抗爆性、壓縮比、熱效率，改善動力性能，減少排放辛烷值較高減少了活塞及汽缸表面的磨損具有潔凈燃料的大部分優(yōu)點甲醇燃料在燃燒的過程中，可以充分改善燃燒性

5、能，最大限度地避免了燃燒積碳和油泥的出現(xiàn) 1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就3.甲醇合成技術(shù)發(fā)展 甲醇合成新工藝氣固液滴流反應(yīng)水平器漿態(tài)床合成甲醇反應(yīng)器AVEYMAKE合成新工藝有效地改善了合成過程傳熱和傳質(zhì)，使反應(yīng)過程基本在等溫下操作，提高了反應(yīng)空速和單程轉(zhuǎn)化率，為反應(yīng)器大型化創(chuàng)造了條件甲醇合成傳統(tǒng)工藝單程轉(zhuǎn)化率低脫硫投資大英國lCl工藝德國Lurgi工藝 1.2“碳一化工”技術(shù)發(fā)展的主要成就 相關(guān)概念2.1 基本原理2.2 工藝流程2.32 費托合成 影響因素2.42.1 相關(guān)概念 費托合成是煤的間接液化的核心。其主要思路是以煤氣化生成的合成氣為原料，在一定的工作條件下，利用催化劑的作用

6、將合成氣合成為液體油。1. 定義 合成反應(yīng)產(chǎn)品精制產(chǎn)品分離C2 C4 烴（基本化學(xué)原料）合成原料氣含氧化合物（乙醇、丙酮等）CH4 、H2 （燃料氣）C5 C12 烴（汽油）C13 C19 烴（柴油）C20 C30 烴（石蠟及重油）C30 （固體蠟）2.FT合成產(chǎn)品選擇 2.1 相關(guān)概念 CO + 2H2 (CH2) + H2O 主反應(yīng)可用以下基本反應(yīng)式描述： CO + H2O H2 + CO2烷烴生成反應(yīng)：nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O2nCO + (n+1)H2 CnH2n+2 + nCO2nCO2 + (3n+1)H2 CnH2n+2+2nH2O2.2 基本原

7、理烯烴生成反應(yīng)：nCO + 2nH2 CnH2n + nH2O 以上各式表明，主要產(chǎn)物為不同鏈長的烴類，副產(chǎn)物為CO2 和H2O。2.2 基本原理2nCO + nH2 CnH2n + nCO23nCO + nH2O CnH2n + 2nCO2nCO2 + 3nH2 CnH2n + 2nH2O 產(chǎn)品精制煤的氣化產(chǎn)物分離FT合成合成氣凈化反應(yīng)熱（蒸汽）用過的催化劑副產(chǎn)物（焦油，酚，氨）硫，輕質(zhì)油（CO2）新催化劑氧氣蒸汽FT合成法工藝流程 在不同的條件下，F(xiàn)T合成法可用獲得多種產(chǎn)物。但其存在的主要問題是產(chǎn)品太復(fù)雜，而且選擇性差。2.3 工藝流程1.FT合成的基本工藝 原料 （煤、焦油、中油等）2.

8、3 工藝流程2.幾種間接液化的典型工藝 Synthol流化床合成工藝流程1-反應(yīng)器；2-催化劑沉降室；3-豎管；4-油洗塔；5-氣體洗滌分離塔；6-分離器；7-洗塔；8-開工爐Sasol 廠生產(chǎn)流程2.3 工藝流程Sasol 和 Sasol 廠的生產(chǎn)流程2.3 工藝流程SMDS工藝（Shell-middle-distilate-synthesis）合成氣H2LPG汽油煤油柴油分離烴輕化分離FT合成SMDS工藝是利用天然氣生產(chǎn)的合成氣為原料合成液體燃料。2.3 工藝流程3.其它合成液體燃料工藝 2.3 工藝流程SMDS工藝的流程一段FT合成 循環(huán)煤基合成氣（ CO + H2 ）硬蠟二段分子篩改制

9、水汽油（C5 C11）尾氣（煤氣）MFT合成法基本原理流程 為提高FT合成技術(shù)的經(jīng)濟性，并改進(jìn)產(chǎn)品的性質(zhì)，20世紀(jì)80年代中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所提出了將傳統(tǒng)的FT合成與沸石分子篩相結(jié)合的固定床兩段合成工藝，簡稱MFT法。2.3 工藝流程在合適的溫度范圍內(nèi)，提高反應(yīng)溫度，有利于輕產(chǎn)物生成。反應(yīng)速率和時空產(chǎn)率隨溫度升高而增加。溫度高于300，副反應(yīng)速率猛增。增加壓力，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)物重餾分增多。鐵催化劑0.73.0 MPa，鈷系0.51.5 MPa?？账僭黾?，轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)物變輕，有利于烯烴合成。鈷催化劑8001200 h-1 ，沉淀鐵500700 h-1。反應(yīng)溫度反應(yīng)壓力空速原料氣組成H2

10、 +CO含量高，反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率增加，但反應(yīng)放出熱量多，床層易超溫。H2/CO比值高，有利于飽和烴、輕產(chǎn)物及甲烷合成；比值低，有利于鏈烯烴、重產(chǎn)物生成。2.4 影響因素3 合成氣的應(yīng)用合成氣制甲烷3.1合成氣制甲醇3.2甲醇下游產(chǎn)品生產(chǎn)3.33.1 合成氣制甲烷1. 基本原理 合成氣制甲烷主反應(yīng)：甲烷化反應(yīng)CO + 3H2 CH4 +H2O ，QCO2 + 4H2 CH4 + H2O ，Q2CO CO2 + C ，Q C + 2H2 CH4 ，Q CO + H2O CO2 + H2 ，Q副反應(yīng)3.1 合成氣制甲烷固定床急冷循環(huán)甲烷化固定床帕森甲烷化氣相流化床甲烷化液相流化床甲烷化給定原料氣組

11、分和甲烷化深度，可以計算出各級氣流分布和控制溫度用于CO含量較高原料氣可使CO變換和甲烷化工序結(jié)合起來無需調(diào)整H2/CO比值反應(yīng)溫度均勻循環(huán)量低原料氣中CO可高于25%原料氣和含有分散均勻的鎳催化劑的液態(tài)烴同時進(jìn)入反應(yīng)器底部，氣體產(chǎn)品在反應(yīng)分離器上部分離2. 工藝流程 催化劑損失量大轉(zhuǎn)化率較固定床低3.1 合成氣制甲烷3. 副反應(yīng)影響因素 水/氣水/氣高，主要為CO變換反應(yīng)，無副反應(yīng)水/氣低，且床層溫度大于400，易副反應(yīng)，且造成床層飛濺 反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力大，有利于甲烷化反應(yīng)，但不宜過大 床層熱點溫度床層熱點溫度低（小于380），出口甲烷含量較大床層溫度高（大于400），甲烷化可以忽略，主要為

12、副反應(yīng)3.2 合成氣制甲醇重要化工原料甲醇燃料無煙辛烷值高抗爆性能好3.2 合成氣制甲醇1. 基本原理 主反應(yīng)副反應(yīng)2CO + 4H2 (CH3)2O + H2OCO + 3H2 CH4 + H2O4CO + 8H2 C4H9OH+3H2OCO2+4H2 CH4 + H2O2CO CO2+CCO + 2H2 CH3OH，QCO2 + 3H2 CH3OH + H2O ，Q3.2 合成氣制甲醇2. 工藝流程高壓合成 甲醇煤氣化合成氣凈化合成甲醇甲醇精餾條件苛刻副反應(yīng)問題嚴(yán)重甲醇產(chǎn)率低3.2 合成氣制甲醇2. 工藝流程低壓合成 天然氣或煤炭循環(huán)氣合成氣升壓反應(yīng)器銅催化劑床層甲醇(4%7%)冷凝分離粗

13、甲醇閃蒸塔純甲醇 ICI低壓合成工藝 Lugri低壓合成工藝 三相流化床合成工藝3.2 合成氣制甲醇2. 工藝流程低壓合成 ICI低壓甲醇合成工藝1-合成反應(yīng)塔；2-分離器；3-輕餾塔；4-甲醇塔；5-壓縮機；6-循環(huán)壓縮機3.2 合成氣制甲醇2. 工藝流程低壓合成 Lurgi低壓甲醇合成工藝1-反應(yīng)器；2-分離器；3-低沸物塔；4-甲醇精餾塔；5-壓縮機3.2 合成氣制甲醇ICI法和Lurgi法技術(shù)指標(biāo)對比2. 工藝流程低壓合成 指標(biāo)ICI法Lurgi法生產(chǎn)能力，t/d100000100000反應(yīng)壓力，MPa510510反應(yīng)溫度，200300240270原料類別重油石腦油天然氣煤重渣油天然氣

14、每噸甲醇消耗原料和燃料，GJ32.632.230.640.838.329.7原料水，m30.751.151.153.82.53.1電力，kW/h883535 3.2 合成氣制甲醇3. 影響因素 開始時宜采用較低溫度，過一段時間再升至適 宜溫度隨后隨著催化劑活性降低，反應(yīng)溫度相應(yīng)提高一般反應(yīng)溫度在220270 增加壓力可加快反應(yīng)速率，副反應(yīng)也加快一般510 MPa低空速有利于副反應(yīng)進(jìn)行高空速導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率低，甲醇濃度低一般空速10000 h-1反應(yīng)溫度反應(yīng)壓力空速原料氣組成CO過高，不宜控制反應(yīng)溫度，且容易積碳， 催化劑失活一般H2過量：理論H2/CO=2:1，實際為510:13.3 甲醇下游產(chǎn)品生

15、產(chǎn) 通過甲醇進(jìn)一步制取下游含氧化物，是當(dāng)前合成氣化工利用的主要途徑。世界上最成功的例子有兩個：（1）是Eastman-Koda路線，即合成氣甲醇醋酐醋酸纖維素膠片；（2）是Monsanto-BP路線，即合成氣甲醇醋酸醋酸酯。 另外，甲醇的羰基化也是羰基化領(lǐng)域的重要方面羰基化甲醇還原羰基化氧羰基化生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等生產(chǎn)碳酸二甲酯、草酸二甲酯等生產(chǎn)乙醛、乙醇、醋酸乙酯等甲醇化工技術(shù)(1)甲醇低壓羰基合成醋酸；(2)鐵鉬法甲醇氧化制甲醛；(3)甲醇脫水制二甲醚；(4)甲醇脫氫制甲酸甲酯、胺化二甲基甲酰胺、水解制甲酸；(5)甲醇氯化制三氯甲烷；(6)甲醇氧羰基化制碳酸二甲酯；(7)甲醇分解制氫

16、；(8)甲醇制醚基民用燃料。 我國西南化工研究設(shè)計院是我國“低壓合成甲醇工藝及其催化劑”的技術(shù)依托單位，在甲醇下游產(chǎn)品中已推向工業(yè)化的技術(shù)有：3.3.1 甲醇羰基化合成醋酸 醋酸是一種重要有機化工原料,主要用于生產(chǎn)醋酸乙烯單體、醋酐、對苯二甲酸(PTA) 、聚乙烯醇、醋酸酯類、醋酸纖維素等。在化工、輕紡、醫(yī)藥、染料等行業(yè)具有廣泛用途。CH3OH + CO CH3COOH甲醇羰基化，生成醋酸 甲醇羰基化制醋酸、醋酸與甲醇生成的醋酸甲酯再羰基化制醋酐這兩項工業(yè)化成就被認(rèn)為是碳一化學(xué)近30年的杰出成就之一，可以與石油化工相競爭。3.3.1 甲醇低壓羰基化合成醋酸流程圖主要階段：（1）醋酸反應(yīng)工段 ,

17、 (2)精制工段, (3)輕組分回收工段 3.3.2 甲醛的生產(chǎn)甲烷氧化甲醇脫氫氧化乙烯氧化鐵鉬法銀法制備方法 甲醛(HCHO)是最重要的基本有機化工原料，是脂肪族醛系列 中最簡單的醛。甲醛用途十分廣泛，主要用作生產(chǎn)脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等樹脂和多元醇、異戊二烯、烏洛托品等化工產(chǎn)品。也用于醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料生產(chǎn)。 當(dāng)甲醇、空氣和水蒸氣的原料混合氣按一定的配比進(jìn)入反應(yīng)器時，在銀催化劑上發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)，使甲醇在一定條件下轉(zhuǎn)化成甲醛。主要化學(xué)反應(yīng)方程如下：甲醇脫氫氧化制甲醛3.3.2 甲醛的生產(chǎn) 甲醇氧化生產(chǎn)甲醛流程圖 3.3.3 二甲醚技術(shù)二甲醚（DME）應(yīng)用生產(chǎn)氣霧劑及制冷劑十六烷值高，

18、民用潔凈燃料用作柴油發(fā)動機燃料化工原料合成多種有機物3.3.3 二甲醚技術(shù)流程短，操作簡單研究熱點污染嚴(yán)重已被淘汰工藝成熟，甲醚生產(chǎn)的主要方法4 碳一化工展望碳一化工產(chǎn)品種類繁多，可合成各種烯烴和含氧化合物（醇、酸、酐、醚、酮、酯）等，下游產(chǎn)品和衍生物更是不計其數(shù)。替代石油和提供清潔能源的碳一化工有效途徑，通過碳一化工既可以生產(chǎn)普通的車用燃料如醇-醚燃料，也能生產(chǎn)基本的化工原料，如C2-C4烯烴、甲醇、醋酸、甲醛、二乙醚等，與煉油和石油化工有互補行，發(fā)展碳一化工是利國利民的。Thank You !激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的名言格言220、每一個成功者都有一個開始。勇于開始，才能找到成功的路。221、世界會向那些有目標(biāo)和遠(yuǎn)見的人讓路（馮兩努香港著名推銷商）222、絆腳石乃是進(jìn)身之階。223、銷售世界上第一號的產(chǎn)品不是汽車，而是自己。在你成功地把自己推銷給別人之前，你必須百分之百的把自己推銷給自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能腳踏實地地邁一步。225、積極思考造成積極人生，消極思考造成消極人生。226、人之所以有一張嘴，而有兩只耳朵，原因是聽的要比說的多一倍。227、別想一下造出大海，必須先由小河川開始。228、有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦關(guān)終歸楚；苦心人，天不負(fù)；