第5章合成气.ppt

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1、第第5 5章章 合成气生产过程合成气生产过程5.1 5.1 概概 述述5.2 5.2 由煤制合成气由煤制合成气5.3 5.3 由天然气制造合成气由天然气制造合成气5.4 5.4 由渣油制合成气由渣油制合成气5.5 5.5 一氧化碳变换过程一氧化碳变换过程5.6 5.6 气体中硫化物和二氧化碳的脱除气体中硫化物和二氧化碳的脱除5.1 5.1 概概 述述合成气：合成气：一氧化碳和氢气的混合物，英文缩写是一氧化碳和氢气的混合物，英文缩写是SyngasSyngas。H H2 2与与COCO的比值随原料和生产方法不同而异，其的比值随原料和生产方法不同而异，其H H2 2CO(CO(摩尔比摩尔比)由由1

2、12 2到到3 31 1。合成气是有机合成原料之一，也是氢气和一氧化碳的来源，在合成气是有机合成原料之一，也是氢气和一氧化碳的来源，在化学工业中有着重要作用。化学工业中有着重要作用。原料：原料：多种多样。多种多样。C C1 1化工技术：化工技术：利用合成气转化成液体和气体燃料、大吨位化工利用合成气转化成液体和气体燃料、大吨位化工产品和高附加值的精细有机合成产品，实现这种转化的重要产品和高附加值的精细有机合成产品，实现这种转化的重要技术。技术。C C1 1化学：化学：凡含一个碳原子的化合物，如凡含一个碳原子的化合物，如CHCH4 4、COCO、COCO2 2、HCNHCN、CHCH3 3OHOH

3、等参与反应的化学。等参与反应的化学。C C1 1化工：化工：涉及涉及C Cl l化学反应的工艺过程和技术。化学反应的工艺过程和技术。5.1.1 5.1.1 合成气的生产方法合成气的生产方法1.1.以天然气为原料的生产方法以天然气为原料的生产方法 主要有转化法和部分氧化法。主要有转化法和部分氧化法。2.2.以重油或渣油为原料的生产方法以重油或渣油为原料的生产方法 主要采用部分氧化法主要采用部分氧化法(parlialparlial oxidation)oxidation)。3.3.以煤为原料的生产方法以煤为原料的生产方法 有间歇式和连续式两种操作方式。有间歇式和连续式两种操作方式。4.4.其他含碳

4、原料其他含碳原料(包括各种含碳废料包括各种含碳废料)制合成气在工业上尚未形成制合成气在工业上尚未形成大规模生产，随着大规模生产，随着再生资源再生资源的开发、的开发、二次原料二次原料的广泛利用，的广泛利用，今后会迅速发展起来的。今后会迅速发展起来的。以上几种方法的比较：以上几种方法的比较：1.1.以以天然气为原料制合成气的成天然气为原料制合成气的成本最低；本最低；2.2.重质油与煤炭制造合成气重质油与煤炭制造合成气的成的成本差不多，重油和渣油制合成气本差不多，重油和渣油制合成气可以使石油资源得到充分的综合可以使石油资源得到充分的综合利用；利用；3.3.轻质油价格很贵轻质油价格很贵，用它来制造，用

5、它来制造合成气的合成气的成本较高成本较高，而它很容易，而它很容易经其他方法加工成液体燃料和化经其他方法加工成液体燃料和化工原料，不必走合成气路线。工原料，不必走合成气路线。5.1.2 5.1.2 合成气的应用实例合成气的应用实例 1.1.已工业化的主要产品已工业化的主要产品（1 1）合成氨）合成氨（2 2）合成甲醇）合成甲醇 （3 3）合成醋酸）合成醋酸（4 4）烯烃的氢甲酰化产品）烯烃的氢甲酰化产品 合成气与不同烯烃可以合成不同产品。合成气与不同烯烃可以合成不同产品。（5 5）合成天然气、汽油和柴油）合成天然气、汽油和柴油 2.2.合成气应用新途径合成气应用新途径（1 1）将合成气转化为乙烯

6、或其他烃类，然后再进一步加工成化）将合成气转化为乙烯或其他烃类，然后再进一步加工成化工产品；工产品；（2 2）先合成为甲醇，然后再将其转化为其他产品；）先合成为甲醇，然后再将其转化为其他产品；（3 3）直接将合成气转化为化工产品。）直接将合成气转化为化工产品。表表5-1 5-1 工业煤气的组成，工业煤气的组成，%/%/（燃烧为焦碳）（燃烧为焦碳）(1)(1)空气煤气：空气煤气：以空气为气化剂制得。以空气为气化剂制得。含大量的氮，一定量的一氧化碳和少量二氧化碳。含大量的氮，一定量的一氧化碳和少量二氧化碳。(2)(2)发生炉煤气发生炉煤气（混合煤气）（混合煤气）：以空气为主要气化剂以空气为主要气化

7、剂,与适量的蒸汽混合进与适量的蒸汽混合进行气化制得。行气化制得。含有一定量的含有一定量的COCO 、和少量的和少量的COCO以及一些由蒸汽分解所制得的氢。以及一些由蒸汽分解所制得的氢。(3)(3)水煤气：水煤气：以蒸汽为气化剂制得。以蒸汽为气化剂制得。主要含有一氧化碳和氢、只含少量的氮。主要含有一氧化碳和氢、只含少量的氮。(4)(4)半水煤气：半水煤气：半水煤气的气化剂为适量空气半水煤气的气化剂为适量空气(或富氧空气或富氧空气)与水蒸气。与水蒸气。是分阶段制得空气煤气和水煤气，然后将两者按一定比例配合，当混是分阶段制得空气煤气和水煤气，然后将两者按一定比例配合，当混合气中合气中H H2 2十十

8、CO)CO)与与N N2 2之比接近之比接近3.13.1：1 13 32 2：1 1，即含，即含N N2 2为为212122%22%时、时、称为半水煤气。称为半水煤气。5.2 5.2 由煤制合成气由煤制合成气煤或焦炭中主要是碳元素，必须与水蒸气反应，才能生成煤或焦炭中主要是碳元素，必须与水蒸气反应，才能生成COCO和和H H2 2 5.2.1 5.2.1 煤气化过程工艺原理煤气化过程工艺原理 1.1.煤的气化反应与机理煤的气化反应与机理 煤气化过程的反应主要有：煤气化过程的反应主要有：水煤气：水煤气：气化生成的混合气。气化生成的混合气。以上均为可逆反应，总过程为强吸热的。以上均为可逆反应，总过

9、程为强吸热的。2.2.煤气化的反应条件煤气化的反应条件(1)(1)温度温度 高温；高温；从热力学和动力学分析可知，温度对煤气化影响最大，至少要在从热力学和动力学分析可知，温度对煤气化影响最大，至少要在900900以上才有满意的气化速率，一般操作温度在以上才有满意的气化速率，一般操作温度在11001100以上。以上。近年来新工艺采用近年来新工艺采用1560156016001600进行气化，使生产强度大大提高。进行气化，使生产强度大大提高。(2)(2)压力压力 适宜的压力；适宜的压力；降低压力有利于提高降低压力有利于提高COCO和和H H2 2的平衡浓度，但加压有利于提高反应速率的平衡浓度，但加压

10、有利于提高反应速率并减小反应体积，目前气化一般为并减小反应体积，目前气化一般为2.52.53.2MPa3.2MPa，因而，因而CHCH4 4含量比常压法高含量比常压法高些。些。(3)(3)水蒸气和氧气的比例水蒸气和氧气的比例 氧的作用是与煤燃烧放热，此热供给水蒸气与煤的气化反应，氧的作用是与煤燃烧放热，此热供给水蒸气与煤的气化反应，H H2 2O OO O2 2比比值对温度和煤气组成有影响。值对温度和煤气组成有影响。具体的具体的H H2 2O OO O2 2比值要视采用的煤气化生产方法来定。比值要视采用的煤气化生产方法来定。5.2.2 5.2.2 煤气化的生产方法及主要设备煤气化的生产方法及主

11、要设备煤气化过程需要吸热和高温，工业上采用燃烧煤来实现。煤气化过程需要吸热和高温，工业上采用燃烧煤来实现。1.1.固定床间歇式气化制固定床间歇式气化制半半水煤气法水煤气法 原料：块状煤或焦碳原料：块状煤或焦碳该法的操作方式为燃烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。该法的操作方式为燃烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。吹风吹风 蒸气吹净蒸气吹净 一次上吹制气一次上吹制气 下吹制气下吹制气 二次上吹制气二次上吹制气 空气吹净空气吹净 （空气自下而上）（蒸气自下而上（空气自下而上）（蒸气自下而上 ）（蒸气自上而下）（蒸气自上而下）（蒸气自下而上（蒸气自下而上 )（自下而上（自下而上 ）表表

12、5-2 5-2 固定床层煤气发生炉中燃料层的各区特性固定床层煤气发生炉中燃料层的各区特性为了保证温度波动不致过大，各步经历的时间应尽量缩短，一般为了保证温度波动不致过大，各步经历的时间应尽量缩短，一般3min3min完成一个工作循环。完成一个工作循环。缺点：缺点：非制气时间较多，生产强度低，而且，阀门开关频繁，阀非制气时间较多，生产强度低，而且，阀门开关频繁，阀件易损坏，因而工艺较落后。件易损坏，因而工艺较落后。优点：优点：只用空气而不用纯氧，成本和投资费用低。只用空气而不用纯氧，成本和投资费用低。2.2.固定床连续式气化制水煤气法：德国鲁奇公司开发。固定床连续式气化制水煤气法：德国鲁奇公司开

13、发。优点：优点：可控制和调节炉中温度，可控制和调节炉中温度，生产能力强；生产能力强；因无因无N N2 2存在，不需放空，存在，不需放空，故可连续制气，生产强度故可连续制气，生产强度 较高，而且煤气质量也稳定；较高，而且煤气质量也稳定；操作管理简单。操作管理简单。缺点：缺点：鲁奇法制的水煤气中甲烷和二鲁奇法制的水煤气中甲烷和二 氧化碳含量较高，而一氧化碳氧化碳含量较高，而一氧化碳 含量较低，在含量较低，在C1C1化工中的应用化工中的应用 受到一定限制，适合于作受到一定限制，适合于作城市城市 煤气。煤气。5-2 5-2 鲁奇炉结构示意图鲁奇炉结构示意图1-1-煤斗；煤斗；2-2-分布器；分布器；3

14、-3-水夹套；水夹套；4-4-水斗；水斗；5-5-洗气器洗气器3.3.气流床连续式气化制水煤气法气流床连续式气化制水煤气法条件：条件：一种在常压、高温下以水蒸气和氧气与一种在常压、高温下以水蒸气和氧气与粉煤粉煤反应的气化法。反应的气化法。图图5-3 5-3 德士古法煤浆气化示意图德士古法煤浆气化示意图 1-1-磨粉机；磨粉机；2-2-悬浮槽；悬浮槽；3-3-浆液泵；浆液泵；4-4-气化炉；气化炉；5-5-灰斗；灰斗；6-6-冷激器；冷激器；7-7-冷却洗涤塔；冷却洗涤塔；8-8-沉降槽；沉降槽；9-9-水泵水泵 图图5-4 5-4 德士古气化炉示意图德士古气化炉示意图 1-1-煤浆罐；煤浆罐；

15、2-2-燃烧炉；燃烧炉；3-3-炉体；炉体；4-4-耐火砖衬；耐火砖衬；5-5-激激冷室冷室5.3 5.3 由天然气制造合成气由天然气制造合成气 5.3.1 5.3.1 天然气制合成气的工艺技术及其进展天然气制合成气的工艺技术及其进展 5.3.2 5.3.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理天然气蒸汽转化过程工艺原理 5.3.3 5.3.3 天然气蒸汽转化过程的工艺条件天然气蒸汽转化过程的工艺条件 5.3.4 5.3.4 天然气蒸汽转化流程和主要设备天然气蒸汽转化流程和主要设备5.3.1 5.3.1 天然气制合成气的工艺技术及其进展天然气制合成气的工艺技术及其进展天然气含量：天然气含量：甲烷含量一般

16、大于甲烷含量一般大于9090，其余为少量的乙烷、丙烷，其余为少量的乙烷、丙烷等气态烷烃，有些还含少量氮和硫化物。等气态烷烃，有些还含少量氮和硫化物。目前技术主要有：目前技术主要有：蒸汽转化法蒸汽转化法和和部分氧化法部分氧化法。1.1.蒸汽转化法：蒸汽转化法：在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成蒸气反应，生成H H2 2、COCO等混合气，其主反应为等混合气，其主反应为特点：特点：反应是强吸热的，需要外界供热。反应是强吸热的，需要外界供热。H H2 2COCO比值分析：比值分析：反应式由反应式由(5-20)(5-20)可看出，蒸汽转化法每转化可看出，蒸汽转化法每转化CHCH4 4，1mol1mol，生成，生成CO 1molCO 1mol和和H H2 2 3mol 3mol，合成气中，合成气中H H2 2COCO比高达比高达3 3，这这较适宜于生产纯氢和合成氨较适宜于生产纯氢和合成氨，其中的，其中的COCO可与水蒸气反应转可与水蒸气反应转变出更多的变出更多的H H2 2；然而，对于合成一系列然而，对于合成一系列有机化合物有机化合