第二章合成氣課件

第二章合成氣的生產(chǎn)過程王路第二章合成氣的生產(chǎn)過程王路目錄第一節(jié)概述第二節(jié)合成氣原料氣的制備第三節(jié)合成氣原料氣的凈化第四節(jié)合成氣的生產(chǎn)工藝目錄第一節(jié)概述第一節(jié)概述合成氣（synthesisgasorsyngas)CO和H2的混合物—合成氣中H2和CO比例隨原料和生產(chǎn)方法不同而異，其H2/CO(mol)從0.5~3。用途生產(chǎn)氫氣;生產(chǎn)CO;有機合成原料之一原料來源煤、天然氣、石油餾分、農(nóng)林廢料、城市垃圾

不同用途要求的合成氣組成

第一節(jié)概述合成氣（synthesisgasorsyn一、合成氣的生產(chǎn)方法以煤為原料的生產(chǎn)方法以天然氣為原料的生產(chǎn)方法以重油或渣油為原料的生產(chǎn)方法一、合成氣的生產(chǎn)方法以煤為原料的生產(chǎn)方法（1）以煤為原料的生產(chǎn)方法高溫條件下，以水蒸氣和氧氣為氣化劑；合成氣的生產(chǎn)方法特點：H2/CO比值較低，適于合成有機化合物（煤化工）（1）以煤為原料的生產(chǎn)方法合成氣的生產(chǎn)方法特點：H2/CO比（2）以天然氣為原料的生產(chǎn)方法水蒸氣轉化法特點：目前工藝多采用的方法，H2/CO＝3，以天然氣為原料的大型合成氨廠廣泛采用。Steamreforming強吸熱反應（2）以天然氣為原料的生產(chǎn)方法特點：目前工藝多采用的方法，H非催化部分氧化法特點：無催化劑，反應溫度高1000-1500℃；H2/CO＝2，更適合于甲醇的合成和F-T汽油合成；消耗氧氣，投資和生產(chǎn)費用較高，需廉價氧。Partialoxidation非催化部分氧化法特點：無催化劑，反應溫度高1000-合成氣的生產(chǎn)方法（3）重油或渣油為原料的生產(chǎn)方法——部分氧化法在反應器中通入氧和水蒸氣；氧與部分烴類燃燒，放出熱量并產(chǎn)生高溫

另一部分烴類與水蒸氣發(fā)生吸熱反應生成合成氣

合成氣的生產(chǎn)方法（3）重油或渣油為原料的生產(chǎn)方法——部分氧化

發(fā)展背景

煤氣化技術是發(fā)展現(xiàn)代煤化工、煤造油等重要工業(yè)化生產(chǎn)的龍頭。而我國絕大多數(shù)煤氣化企業(yè)技術落后，能耗高、效率低，煙塵和污水排放量大。

天然氣、石油、煤炭作為燃料時污染物排放量

(kg/t當油量)煤發(fā)展背景天然氣、石油、煤炭作為燃料時污染物排放量

(當今世界公認的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源，其開采量逐年增大。天然氣制氣的成本最低?；だ玫年P鍵在于價格。大化肥裝置的天然氣承受能力在0.50元／m3以下。天然氣油重油、渣油從價格、用途來考慮不是長久之計。天然氣為主，煤制合成氣補充。當今世界公認的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源，其開采量逐年增大。天然氣油重油不同原料制合成氣成本天然氣<重質(zhì)油≈煤重質(zhì)油和渣油制合成氣使石油資源得到充分利用不同原料制合成氣成本二、合成氣的應用實例生產(chǎn)工業(yè)化的一些主要產(chǎn)品合成氣應用新途徑二、合成氣的應用實例生產(chǎn)工業(yè)化的一些主要產(chǎn)品1.工業(yè)化的主要產(chǎn)品(1)合成氨(2)合成甲醇(3)合成醋酸1.工業(yè)化的主要產(chǎn)品(1)合成氨(2)合成甲醇(3)合成醋酸(1)合成氨N2+3H22NH3

(可逆反應)氨用于制備氮肥，也是重要的化工原料，是目前世界產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。含碳原料+水蒸氣+空氣H2和N2的粗原料氣體積H2:N2=3:1的原料氣脫除雜質(zhì)500~600℃17.5~20MPa（400~450℃8~15MPa）鐵催化劑氨F.HaberC.Bosch1.工業(yè)化的主要產(chǎn)品(1)合成氨N2+3H22NH3(2)合成甲醇甲醇可用于制醋酸、醋酐、甲醛、甲酸甲酯、甲基叔丁基醚（MTBE）、二甲醚、汽油（MTG）、低碳烯烴（MTO）、芳烴（MTA）等。CO+2H2=CH3OH合成氣H2/CO≈2.2260~270℃5~10MPa銅基催化劑甲醇調(diào)整H2/CO摩爾比甲醇是一種非常重要的中間產(chǎn)品(2)合成甲醇甲醇可用于制醋酸、醋酐、甲醛、甲酸甲酯、甲基叔(3)合成醋酸CH3OH+CO==CH3COOH1960年，BASF公司將甲醇羰基化合成醋酸工業(yè)化，70MPa，醋酸收率90%1970年，Monsanto公司低壓法工業(yè)化，碘化物促進的銠配位催化劑，180℃,3~4MPa，醋酸收率99%(3)合成醋酸CH3OH+CO==CH3COOH1960年，(4)烯烴的氫甲酰化產(chǎn)品烯烴與合成氣在過渡金屬配位化合物的作用下發(fā)生加成反應，生成比原料烯烴多一個碳原子的醛。2CH3CH=CH2+2CO+2H2==CH3CH2CH2CHO+(CH3)2CHCHO

使用鈷、銠等過渡金屬的羰基配位化合物催化劑

120~140℃,20MPa

均相反應特點(4)烯烴的氫甲?；a(chǎn)品烯烴與合成氣在過渡金屬配位化合物的作(5)合成天然氣、汽油和柴油合成氣鎳催化劑甲烷化甲烷(SNG)液體烴燃料費托(Fischer-Tropsch)合成合成氣200~240℃2.5MPa鐵催化劑烴類（SASOL工藝）nCO+（2n+1）H2==CnH2n+1+nH2O(5)合成天然氣、汽油和柴油合成氣鎳催化劑甲烷化甲烷(SN2.合成氣應用新途徑2CO+4H2==C2H4+2H2O（1）合成氣制乙烯處于研究階段；方向：提高催化劑活性和選擇性2.合成氣應用新途徑2CO+4H2==C2H4+2H2O（1（2）經(jīng)甲醇合成烴類（Mobil工藝）合成氣甲醇二甲醚C2~C4烯烴C5~C10鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳烴（汽油）脫水370℃1.5MPaZSM-5一反二反脫水烷基化脫氫環(huán)化（2）經(jīng)甲醇合成烴類（Mobil工藝）合成氣甲醇二甲醚C2~（3）甲醇同系化制乙烯CH3OH+CO+2H2==CH3CH2OH+H2O反應條件：200℃，2MPa，均相羰基金屬配合物催化劑CH3CH2OH==C2H4+H2O(1)鈷（Co），釕（Ru），錸（Re）(2)乙醇催化脫水制乙烯技術成熟活性氧化鋁（320~450℃），或沸石分子篩（250~320℃）（3）甲醇同系化制乙烯CH3OH+CO+2H2==CH3CH（4）合成低碳醇合成氣鉀鹽改性的銅基催化劑250℃6MPaC1-C4醇脫水低碳烯烴（4）合成低碳醇合成氣鉀鹽改性的銅基催化劑250℃6MP（5）合成乙二醇用途：是合成聚酯樹脂、表面活性劑、增塑劑、聚乙二醇、乙醇胺等的主要原料，可作為防凍劑，用量大。目前工業(yè)生產(chǎn)方法：乙烯環(huán)氧乙烷環(huán)氧化水合乙二醇具有競爭力的合成路線：甲醇草酸二甲酯氧化羰基化加氫乙二醇4CH3OH+O2==2CO(OCH3)2+2H2O(COOCH3)2+4H2==(CH2OH)2+2CH3OH（5）合成乙二醇用途：是合成聚酯樹脂、表面活性劑、增塑劑、聚（6）合成氣與烯烴衍生物羰基化合成氣+烯烴衍生物羰基鈷或銠的配位化合物催化劑羰基化產(chǎn)物不飽和的醇、醛、酯、醚、縮醛、鹵化物和含氮化合物等特點：雙鍵參與羰基化反應，官能團不參與反應（6）合成氣與烯烴衍生物羰基化合成氣+烯烴衍生物羰基鈷或銠

合成氣NH3

合成氣乙烯、丙烯合成氣甲醇

醋酸

汽油、烯烴、芳烴乙二醇

甲醇乙醇乙烯合成氣＋丙烯醇1,4－丁二醇

改進的費托合成催化劑鋅、鉻系催化劑高壓、380℃

3MPa，175℃銅、鋅系催化劑中低壓、230－270℃

同系化銠絡合物－HI催化劑合成氣的應用實例改進的費托合成催化劑鋅、鉻系催化劑高壓、380℃3第二節(jié)合成氣原料氣的制備

一、固體燃料氣化

近年來，化石能源在我國一次能源消耗結構占60-70%，而煤化工產(chǎn)品鏈產(chǎn)品達到112種之多。不僅可以補充國內(nèi)油氣資源不足和滿足對化工產(chǎn)品需求，還對保障能源安全、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實和長遠意義。2006年2010年第二節(jié)合成氣原料氣的制備

一、固體燃料氣化煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)線煤焦化煤氣化直接液化焦炭煤焦油焦爐氣電石粗苯精制制氫乙炔BDO等合成氣合成氨甲醇間接液化氮肥烯烴二甲醚醋酸汽柴油等烯烴汽柴油傳統(tǒng)煤化工現(xiàn)代煤化工煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)線煤焦化煤氣化直接液化焦炭煤焦油焦爐氣電石粗第二節(jié)合成氣原料氣的制備以煤或焦炭為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）或含氧氣化劑（水蒸汽），在高溫條件下，通過化學反應把煤或焦炭中的可燃部分轉化為可燃氣體的過程，簡稱造氣。氣化得到的可燃性氣體為煤氣，氣化設備為煤氣發(fā)生爐。什么是固體燃料氣化？第二節(jié)合成氣原料氣的制備以煤或焦炭為原料，以氧氣根據(jù)所用氣化劑及煤氣成分、熱值的不同，生產(chǎn)的煤氣可分為：空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣以及半水煤氣等。表工業(yè)煤氣的組成，%/（燃燒為焦碳）(1)空氣煤氣：以空氣為氣化劑制得。含大量的氮，一定量的一氧化碳和少量二氧化碳。(2)發(fā)生爐煤氣（混合煤氣）：以空氣為主要氣化劑,與適量的蒸汽混合進行氣化制得。含有一定量的CO、Ｎ２和少量的CO２以及一些由蒸汽分解所制得的氫。(3)水煤氣：以蒸汽為氣化劑制得。主要含有一氧化碳和氫、只含少量的氮。(4)半水煤氣：半水煤氣的氣化劑為適量空氣(或富氧空氣)與水蒸氣。是分階段制得空氣煤氣和水煤氣，然后將兩者按一定比例配合，當混合氣中〔H2十CO)與N2之比接近3.1：1～3．2：1，即含N2為21％～22%時、稱為半水煤氣。根據(jù)所用氣化劑及煤氣成分、熱值的不同，生產(chǎn)的煤氣可分為：空氣

煤或焦炭中主要是碳元素，必須與水蒸氣反應，才能生成CO和H2（1）以空氣為氣化劑

1.固體燃料氣化的基本原理吸熱煤或焦炭中主要是碳元素，必須與水蒸氣反應，才能生成CO和2.以水蒸氣為氣化劑吸熱1.兩個重要反應2.碳燃燒放熱------吸熱反應3.可逆，總過程強吸熱2.以水蒸氣為氣化劑吸熱1.兩個重要反應碳與氧的反應燃燒反應不完全燃燒反應CO2的還原反應CO的燃燒反應一次反應二次反應碳與氧的反應燃燒反應不完全燃燒反應CO2的還原反應CO的燃燒碳與水蒸氣的反應當水蒸氣通入熾熱的碳時發(fā)生如下主要反應：水煤氣反應水煤氣平衡反應或CO變換反應碳與水蒸氣的反應水煤氣反應水煤氣平衡反應或CO變換反應生成甲烷的反應（氣體間的均相反應）氣化煤氣中的甲烷，一部分來自氣化原料揮發(fā)物的熱裂解產(chǎn)物，另一部分是爐內(nèi)的碳與氣化劑或產(chǎn)物中的氫的反應的結果。生成甲烷的反應（氣體間的均相反應）分類：1、按氣化反應性質(zhì)分：以水蒸氣為氣化劑的蒸汽轉化法，以純氧或富氧空氣為氣化劑的部分氧化法。2、按床層形式分：固定床、流化床、氣流床等。3、按氣化的排渣方式分：固態(tài)排渣和液態(tài)排渣。2.制取半水煤氣的工業(yè)方法分類：2.制取半水煤氣的工業(yè)方法1）半水煤氣生產(chǎn)的特點氣體中（H2+CO）與N2的比例為3.1-3.2碳與空氣反應放熱，碳與水蒸氣反應吸熱制備合格半水煤氣無法維持自熱平衡方法：間歇制氣法：先將空氣送入煤氣爐提高燃料層的溫度，然后送入水蒸氣進行氣化，配入部分吹風氣，間歇送如空氣和水蒸氣。富氧空氣氣化法：不用空氣加氮，后續(xù)工序中補加N2外熱法:利用核反應余熱或其他廉價高溫熱源1）半水煤氣生產(chǎn)的特點氣體中（H2+CO）與N2的比例為3.2）間歇式制取半水煤氣的工作循環(huán)間歇式煤氣發(fā)生爐煤從頂部加入，氣化劑通過染料層進行氣化反應，灰渣落入灰箱后排出爐外燃燒與制氣分階段進行。將煤或焦炭加入煤氣發(fā)生爐，首先吹入空氣使煤完全燃燒生成CO2并放出熱量，使煤層升溫，煙道氣放空。待煤層溫度達到1200℃，停止吹風，轉換為水蒸汽，與高溫煤層反應，生成CO和H2等氣體。固定床間歇法（蓄熱法）2）間歇式制取半水煤氣的工作循環(huán)間歇式煤氣發(fā)生爐固定床間歇法

煤氣發(fā)生爐中固體燃料的分層爐體水夾套灰盤爐柵燃料準備層灰渣煤氣發(fā)生爐中固體燃料的分層爐體水夾套灰盤爐柵燃料準備層灰渣間歇式制取半水煤氣工作循環(huán)間歇式制取半水煤氣一般包括5個階段：①吹風階段：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風放空。②蒸汽一次上吹：自下而上送入水蒸氣進行氣化反應，燃料層下部溫度下降，上部溫度上升。③蒸汽下吹：水蒸氣自上而下進行氣化反應，使得燃料層溫度趨于均勻。④蒸汽二次上吹：將爐底部的下吹煤氣排凈，為吹入空氣作準備。⑤空氣吹凈：此部分吹風氣加以回收，作為半水煤氣中N2的主要來源。間歇式制取半水煤氣工作循環(huán)間歇式制取半水煤氣一般包括5個階段第二章合成氣ppt課件○—閥門開啟；×—閥門關閉○—閥門開啟；×—閥門關閉3）制氣的工藝條件溫度吹風速度蒸汽