合成气的生产工艺与设备

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1、第五章合成气的生产工艺与设备5.1合成气的应用及发展前景5.1.1应用合成气（synthesisgasorsyngas)CO和H2的混合物原料：煤油天然气油页岩、石油砂农林废料、城市垃圾氢能利用背景化石类能源使用过渡开采化石类能源的逐渐枯竭石油价格不断攀升各国替代能源发展政策美国加拿大欧洲中国我国GDP下降0.7~0.8%Hydrogeninenergysystems,1850-2150氢气的利用是最佳的选择稳定的能源可再生性来源稳定，不受地缘界定影响价格稳定绿色能源温室气体空气质量可持续性更多….氢获取途径应用合成气NH3合成气乙烯、丙烯

2、合成气甲醇醋酸汽油、烯、芳烃乙二醇甲醇乙醇乙烯合成气＋丙烯醇1,4－丁二醇改进的费托合成催化剂锌、铬系催化剂高压、380℃3MPa，175℃铜、锌系催化剂中低压、230－270℃同系化铑络合物－HI催化剂5.1.2发展背景煤石油、天然气5.1.3关键问题1.实现新工艺，降低成本，解决污染问题2.合成气生产烯烃、含氧化合物技术中高压、高温、贵金属催化剂的替代。合成气的生产方法(1)以煤为原料的生产方法：有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/CO比值较低，适于合成有机化合物。(2)以天然气为原料的生产方法：主要有转化法和部分氧化法。目前工

3、业上多采用水蒸气转化法（steamreforming），该法制得的合成气中H2/CO比值理论上是3，有利于用来制造合成氨或氢气。(3)以重油或渣油为原料的生产方法：主要采用部分氧化法（partialoxidation）。工业化的主要产品(1)合成氨(2)合成甲醇(3)合成醋酸(4)烯烃的氢甲酰化产品(5)合成天然气、汽油和柴油合成气应用新途径(1)直接合成乙烯等低碳烯烃(2)合成气经甲醇再转化为烃类(3)甲醇同系化制乙烯(4)合成低碳醇(5)合成乙二醇(6)合成气与烯烃衍生物羰基化产物5.2由煤制合成气5.2.1煤气化的基本原理1.化学平衡

4、（1）以空气为气化剂时独立反应数的确定一般说来，独立反应数等于反应系统中所有的物质数减去形成这些物质的元素数。复杂系统达到平衡时，应根据独立反应的概念来决定平衡组成。系统含有C，O2，CO，CO24种物质，由C,O2个元素构成，故系统独立反应式为两个。一般选式（5－1）、（5－3）计算平衡组成。温度℃CO2CON2α=CO/(CO+CO2)65010.816.972.361.08001.631.966.595.29000.434.165.598.810000.234.465.499.4表5－1总压0.1MPa时空气煤气的平衡组成结论：T，C

5、O,CO2T>900℃，CO2含量很少，主要是CO(2）以水蒸气作气化剂时计算平衡组成（5个参数）①3个平衡常数表达式②分压与总压的关系图5－10.1MPa下碳－蒸汽反应的平衡组成T>900℃，含有等量的H2和CO，其它组分含量接近于零。T↓，H2O、CO2、CH4含量逐渐增加。故高温下H2和CO含量高。图5－22MPa下碳-蒸汽反应的平衡组成相同T，P↑，H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量减小。故制得H2和CO含量高的水煤气，在低压、高温下进行。2.反应速率气固反应不仅与化学反应速率，还与气化剂向碳表面的扩散速率有关与煤的种类

6、有关反应活性：无烟煤<焦炭<褐煤(1)对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后CO2再与碳反应生成CO.O2的一级反应T<775℃，动力学控制T>900℃，扩散控制增加扩散反应速率措施：a气速↑b颗粒直径↓775℃1100℃，扩散控制5.2.2水煤气的生产方法分析：1100～1200℃高温反应大量吸热要求：大量供热采取措施:通过燃烧一部分C的反应热维

7、持整个系统的热平衡煤气化的反应条件(1)温度一般操作温度在1100℃以上。(2)压力一般为2.5～3.2MPa。(3)水蒸气和氧气的比例H2O/O2比值要视采用的煤气化生产方法来定。1.固定床间歇法（蓄热法）操作方式：间歇法和连续法实际生产时按以下6个步骤的顺序完成工作循环：吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空，1200℃结束。蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风气，以保证水煤气质量。一次上吹制气：燃料层下部温度下降，上部升高。下吹制气：使燃料层温度均衡二次上吹制气：将炉底部下吹煤气排净，为吸入空气做准备。空气吹净：此部分吹风气可以

8、回收。工艺生产条件：温度吹风速度蒸汽用量燃料层高度循环时间间歇气化法优缺点：制气时不用氧气，不需空分装置生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量要求高。2.固定床连续气化法