合成氣的生產過程

合成氣的生產過程李郁錦浙江工業(yè)大學精細化工研究所化學工藝學（ChemicalTechnology）概述由煤制合成氣由天然氣制合成氣由渣油制合成氣一氧化碳的變換過程脫硫與脫碳目錄合成氣合成氣（syngas）：CO與H2的混合氣

H2:CO=1:2~3:1合成氣的制造：許多含碳資源如煤、天然氣、石油餾分、農林廢料、城市垃圾等均可用來制造合成氣利用合成氣可以轉化為液體和氣體燃料、大宗化學品和高附加值的精細有機合成產品（C1化工）C1化工指以合成氣和甲烷為原料合成碳數(shù)為2或2個以上化合物的化學工藝。合成氨合成甲醇CH3OCH3

新燃料合成醋酸合成氣的應用烯烴的甲酰基化合成天然氣、汽油和柴油煤變油直接轉化為其他先轉化為甲醇，再轉化為汽油、乙烯等先轉化為乙烯，再轉化為其他新用途概述由煤制合成氣由天然氣制合成氣由渣油制合成氣一氧化碳的變換過程脫硫與脫碳目錄由煤制合成氣煤的氣化：以煤或焦炭為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸汽等為氣化劑，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氣體的過程。氣化時所得的氣體也稱之為煤氣，其有效成分包括CO、H2和CH4等氣化煤氣可用作城市煤氣、工業(yè)燃氣、合成氣和工業(yè)還原氣煤氣化過程工藝原理氣化生成的混合氣稱為水煤氣，以上均為可逆反應，總過程為強吸熱反應。溫度：1100℃壓力：2.5~3.2MPa水蒸汽和氧氣比例反應條件煤氣化生產方法和主要設備固定床（移動床）流化床氣流床熔融床間歇式連續(xù)式固定床間歇式氣化優(yōu)點：只用空氣而不用純氧，成本和投資費用低缺點：非制氣時間較多、生產強度低，且閥門開關頻繁，閥件易損壞固定床連續(xù)式氣化設備：魯奇氣化爐溫度：1200℃壓力：3MPa煤的轉化率：88～95%特點：制得的水煤氣中CH4和CO2含量較高，而CO含量較低，適于制備城市煤氣流化床連續(xù)式氣化Winkler氣化爐以高活性煤如褐煤或某些煙煤為原料，生成氣的組成為：H235~46%、CO30~40%、CO213~25%、CH41~2%,目前多用于制氫、氨原料氣和燃料煤氣氣流床連續(xù)式氣化設備：德士古氣化爐溫度：2000℃壓力：9.8MPa煤的轉化率：88～95%特點：氣化強度高；生成氣壓力較高；原料適應性廣；廢水中不含焦油和酚高溫加壓概述由煤制合成氣由天然氣制合成氣由渣油制合成氣一氧化碳的變換過程脫硫與脫碳目錄由天然氣制合成氣

優(yōu)質、相對穩(wěn)定、價廉、清潔、環(huán)境友好的能源。CH4含量>90%。21世紀中期將是以天然氣為主要能源的時代。目前，世界上約有80％的合成氨及尿素、80％的甲醇及甲醇化學品、40％的乙烯（丙烯）及衍生品、60%的乙炔及炔屬化學品等都是以天然氣為原料生產的。我國天然氣資源量為38萬億m3,可開采資源量為10.5萬億m3。天然氣天然氣制合成氣的工藝技術蒸汽轉化法部分氧化法技術成熟，目前廣泛應用于生產合成氣、純氫氣和合成氨原料氣。需要外界供熱自熱進行提高CO的含量天然氣蒸汽轉化過程工藝原理主反應副反應析碳反應致使催化劑崩裂或粉化??！在壓力不太高時，Kp僅是溫度的函數(shù)?；瘜W平衡式若反應前體系中組分CH4、CO、CO2、H2O、H2、N2的物質的量分別為n(CH4)、n(CO)、n(CO2)、n(H2O)、n(H2)、n(N2)，總壓(絕對壓力)為p。

物料衡算組分i的摩爾分數(shù)yi和分壓pi分別為CH4轉化量nxCO轉化量ny組分反應前物質的量/mol反應后物質的量/mol摩爾分數(shù)分壓CH4n(CH4)n(CH4)-nxCOn(CO)n(CO)+nx-nyCO2n(CO2)n(CO2)+nyH2On(H2O)n(H2O)-nx-nyH2n(H2)n(H2)+3nx+nyN2n(N2)n(N2)總計∑ni(∑ni)+2nx1p氣體在反應后各組分的組成和分壓通過對一定條件下實際組成與平衡組成的比較，可以判斷反應速率快慢或催化劑活性高低?；瘜W平衡式＋物料衡算Kp1和Kp2總壓和氣體的初始組成nxny平衡組成平衡分壓高溫不利嘩于CO歧化析督碳高溫有寶利于CH4裂解析桶碳高溫P164表5-6判斷是否鉗有析碳發(fā)州生ΔG=龍-RTl艘nKp+RT翼lnJp=R晨Tln杜(Jp/Kp)Jp為反應體清系中各組廉分的壓力熵（產物赴與反應面物實際即分壓的霞關系）Jp/K挺p<慈1,ΔG<潮0,有析碳Jp/K折p＝1,ΔG＝0,熱力學淋析碳的邊界Jp/猾Kp播>1,ΔG>上0,不析碳析碳時H2O/CH4熱力學最拒小水碳比與溫度惜和壓力謹有關溫度甲烷平衡含量％5.02.01.00.50.2壓力(MPa)溫度℃18008709109501000287095010001030110049401020108011301200吸熱反派應，高溫有利！高溫還可抑制CO歧化和還門原析碳的副反應影響甲貨烷水蒸根氣轉化以反應平禁衡的主攝要因素水碳比H2O/CH4摩爾比水碳比甲烷平衡含量（%）218.047.961.0P=3買.5M陡Pa、T=80巾0℃水碳比越高，甲烷平衡含量越低高水碳比窮有利于抑制析碳副反應壓力反應體寒積增大夏，低壓有利平衡催化劑鎳活性成僅分＋助催化懲劑＋載體＋堿性物縣質助催化個劑：提高活菜性、改善扎性能：金屬氧化鹽物載體：提高絞表面積焦，防止袍燒結：Al2O3或MgA視l2O4尖晶石堿性物質：中和齡酸性負載型催化劑或粘結型催化劑浸漬法使用前還姿原：活性成分Ni使用中活活性下降：筍老化、中終毒、積碳活性下攝降判斷脅：成分制備使用出口氣經中甲烷含量升高出口平衡溫嫩距增大“紅管徒”現(xiàn)象S、As、Cl、Cu、Pb天然氣蒸嬌汽轉化過扮程工藝條件壓力低壓有方利轉化肺反應高壓有利魔于傳熱加壓反服應，3M膛Pa溫度高溫有利拍反應一段轉化母爐：變溫反退應器<65利0℃→>650亞℃→8筐00摧℃二段轉寸化爐：100狠0℃補O2水碳比高氣流速雀度有利于猜傳熱3.5左右氣流速初度高水碳膜比有利滑于防止養(yǎng)積碳甲烷10%節(jié)能：降格低水碳比宵高活性催搭化劑捕提高一鹿段爐出口跑溫度3.0<0申.3%天然氣蒸啞汽轉化流程和追主要設繩備一段轉化頂燒爐側燒爐二段轉航化轉化爐把CH4的部分氧吊化和蒸汽轉化組合在邪一個反抖應器中甩進行進料為天然氣殖、純氧典和水蒸市氣反應器上命部（燃燒段）：無麗需催化餃劑反應器禁下部（蒸汽轉化）:顆粒狀鎳催化劑，含氧化鋁的尖晶雷石為載值體燃燒段蒸汽轉織化ART工藝新工藝：獲節(jié)能，靈組活調節(jié)H2/COSpa嚇rg工藝利用CO2來轉化CH4反應溫度哭：1200托K壓力：0.7度~駱1.2制MpaV(H2O)/柄V(C必H4)=號2.共5~竿3催化劑：Ni/A怒l2O3H2/CO：1.8很~2.趟7通常在催嘆化劑中加訂入一定量婦的鉀或堿土金屬，加速碳努從催化劑表峽面的脫除盜。缺點:能耗大情，設備桑投資大敘，甲烷燒氣消耗城量大。單位體積付制氫能力蓬低。強吸熱反歉應，而且CH4與CO2的反應更毫容易在催凳化劑上結僑炭概述由煤制鍵合成氣由天然逐氣制合盒成氣由渣油制圈合成氣一氧化碳咬的變換過令程脫硫與脫沫碳目疑錄由渣油制輕合成氣減壓渣油：石油減呢壓蒸餾尺塔底殘朽余油渣油氣化：由渣油旨轉化為CO、H2等氣體的棚過程氣化技術：部分氧揀化法和蓄熱養(yǎng)爐深度裂解法渣油部分沸氧化過程間工藝原理渣油：許多大分子烴陡類的混合物擔，沸點很高，所含元披素的重嘴量組成苦為C84%-87%，H11%-12.5%，其余有S、N、潛O，以及微袋量元素Ni、V等。渣抬油的分遞子式常凡用CmHn表示。渣油部分期氧化操作未條件在盡可越能低的夸氧消耗逝量和蒸汽消兇耗量下，碳的塌轉化率要高，而疼且是將渣純油轉化為釘更多的有央效成分CO和H2溫度:一般控制拋反應器出巖口溫度為130叮0-1平400額℃。在反應器課內溫度最飄高的燃燒利區(qū)估計達最1800鍵-200貍0℃壓力：操作壓行力一般廉為2.0-薦4.0M山Pa，有的月用8.港5MP柔a氧油比彎：m3(氧)/kg蜜(油)爹22.4貝*0.5施*ωc∕12高于理采論值，維持高弟溫，降低肝炭黑含量蒸汽油比溪：0.3挪~0.淘6kg瓜(蒸汽)/kg禁(油)原料的預歡熱溫度：120餓~15幫0℃高溫對賊反應平曾衡和速率均鉤有利低壓有利奔于平衡，盛但加壓可縮小膏設備尺露寸和節(jié)提省后工序的升氣體輸?shù)に秃蛪壕憧s動力允消耗，顯有利于里消除炭位黑、脫除硫化蝦物和二氧柄化碳可抑制茅烴類熱怨裂解，必加快消敏碳速率男，同時遲水蒸氣醬與烴類的轉化板反應可提摧高CO和潮H2含量，此咬外，還能湯幫助渣油的霧苦化，使油雄與氧、水姿蒸氣的接敗觸面積增研大，避免了擴散跪控制渣油部扔分氧化托反應器癢和工藝虧流程受限射技流反應料器能使渣冶油充分匪霧化使物料在掀入口端有何適度返混反應器絞中下部昌既能混爆合均勻板且返混桿程度小噴嘴是氣聯(lián)化爐的核哪心．它具乒備兩種功攀能：其一是霧化作用，可將渣敵油分散為谷大約20μm的細小油盼滴；其咱二是形成合曉適的流場，加速淡熱、質漢傳遞。原料油掀和氣化狂劑的加樓壓、預衡熱、預棄混合高溫下部蒸分氧化高溫水煤掘氣顯熱的膊回收洗滌和清疑除炭黑炭黑的回驗收及污水舍處理渣油氣化跌工藝流程才圖概述由煤制合界成氣由天然延氣制合據成氣由渣油制傻合成氣一氧化查碳的變伴換過程脫硫與惕脫碳目膛錄一氧化碳精變換過程CO變換（水沿煤氣變換粗）：CO與水蒸榮氣反應生成氫氣和二拐氧化碳的過程。調節(jié)H2/CO的比例響，產生更多H2，降低CO的含量，量滿足不同即生產需要蜜。主反應副反應360飄-52熊0℃范圍內可精簡化為溫度降低有利于憲平衡向憤右進行高H2O/C伏O有利于抑坡制副反應鞏的發(fā)生壓力對主反應教平衡沒有移影響，但谷有利于提鋒高速率。低壓有利笨于抑制副灶反應的發(fā)舉生。3MP艷aH2O/C庫O=4分段冷盞卻P175圖5-1僑5一氧化賭碳變換濟催化劑中溫或腐高溫變舌換催化辟劑－－嗽鐵鉻系Fe2O3-Cr2O3-K2CO3，300復~蘇530槐℃適用，切能耐少弟量H2S低溫變換托催化劑－涼－銅系CuO-Z精nO-瞎Cr2O3，CuO睬-Zn詳O-A炒l2O3180廢~26徑0℃適用，側易中毒S<笛0.1撇ppm寬溫變想換催化最劑－－綿鈷鉬系Co-Mo-Al2O3160且~連500擊℃適用，耐硫抗毒，擇使用壽日命長變換反釋應器中間間接范冷卻式多楊段絕熱反盛應器（換含熱式）原料氣榮冷激式悼多段絕紀熱反應獵器水蒸汽燃或冷凝珠水冷激哈式多段劃絕熱反禾應器概述由煤制合偶成氣由天然嫌氣制合摩成氣由渣油制籌合成氣一氧化甘碳的變先換過程脫硫與晃脫碳目似錄氣體中闊脫硫和替脫碳脫硫干法濕法吸附法催化轉埋化法化學吸收詞法物理吸收摧法物理-化學吸收稱法濕式氧傅化法氧化鐵、是氧化鋅、程氧化錳、分子篩菌、活性拿炭加氫脫異硫催化汁劑將有機硫笑化物轉化后為H2S醇胺法利用有撲機溶劑絹在一定帥壓力下滲物理吸收脫硫環(huán)丁砜-烷基醇義胺蒽醌氧桶化H2S成單質河硫脫碳化學吸構收：K2CO3物理吸收Benf米ild法復合催肉化法空間位阻岡胺促進法氨基乙組酸法低溫甲醇歲洗滌法聚乙二醇勾二甲醚碳酸丙烯嶄酯物理-化學吸收變壓吸敲附固體吸附炕劑9、靜夜四姥無鄰，荒際居舊業(yè)貧死。。4月-2致34月-2悄3Fri任day宗,A笑pri浩l2材8,毫202濟310、雨中黃舍葉樹，燈淘下白頭人變。。05:4冶7:2105:謀47:惰2105:4嫌74/2驕8/2減023寫5:銀47:腳21叮AM11、以我野獨沈久印，愧君靈相見頻池。。4月-嗓2305:4霉7:2105:4搏7Apr催-2328-侮Apr扯-2312、故人嘗江海別怨，幾度血隔山川由。。05:4召7:2105:窯47:禽2105:浴47Frid子ay,綿Apri亭l28低,20筋2313、乍見堤翻疑夢跳，相悲爺各問年牌。。4月-2食34月-2泄305:4粘7:2105:4驚7:21Apr糖il拴28,大20嚼2314、他鄉(xiāng)生煎白發(fā)，舊霸國見青山迅。。28四標月20傲235:4炒7:2露1上畝午05:牲47:梢214月-鍋2315、比不扒了得就資不比，屢得不到蛋的就不販要。。。四月橫235:4惡7上父午4月-堵2305:4雅7Apr碰il寄28,晌20脾2316、行動熄出成果誼，工作蠶出財富均。。202嘗3/4傍/28腫5:斗47:宴2105:鹽47:屯2128A頌pril距202框317、做前，袖能夠環(huán)視益四周；做雜時，你只攻能或者最共好沿著以稍腳為起點頓的射線向蘭前。。5:47孫:21厚上午5:47早上午05:4咽7:214月-2傅39、沒有課失敗，逐只有暫得時停止鴿成功！城。4月-2胳34月-2覺3Fri鄙day嗎,A瘋pri屠l2武8,棚202梯310、很多事威情努力了虹未必有結素果，但是車不努力卻壓什么改變霸也沒有。婆。05:腹47:后2105:4準7:2105:4步74/28免/202怕35:數(shù)47:2伐1AM11、成功陶就是日弊復一日粥那一點結點小小親努力的浸積累。南。4月-艘2305:渾47:救2105:4旱7Apr-朋2328-A姓pr-2遲312、世間成吐事，不求高其絕對圓袍滿，留一黨份不足，雷可得無限唯完美。。05:4積7:2105:代47:加2105:扇47Fri旱day翻,A終pri媽l2牙8,花202寨313、不知香借積寺，數(shù)軍里入云峰捷。。4月-魄234月-2裁305:阿47:惹2105:4溫7:21Apr悶il廚28,配20末2314、意志堅醬強的人能怖把世界放陷在手中像諷泥塊一樣玩任意揉捏撥。28四花月20體235:4繞7:2幕1上丟午05:漂47:免214月-霉2315、楚塞三氣湘接，荊葛門九派通夢。。。四月2抱35:47撲上午4月-文2305:4委7Apri血l28始,20貧2316、少年辦十五二稼十時，革步行奪層得胡馬趴騎。。202譽3/4發(fā)/28瀉5:缸47:屆2105:泡47:緣瑞2128A更pril碌202氣317、空山新船雨后，天兇氣晚來秋予。。5:47內:21北上午5:47護上午05:4問7:214月-吊239、楊柳散而和風，青釣山澹吾慮躁。。4月-2遣34月-2趙3Frid爭ay,兩Apri架l28供,20壁2310、閱讀欺一切好賄書如同咬和過去濕最杰出舌的人談孤話。05:4姜7:2105:喊47:今210