第5章 合成气的生产过程

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1、第五章合成气的生产过程化学工艺学东南大学化学化工学院(1)以煤为原料的生产方法有间歇式和连续式两种操作方式。(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。(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)5.1概述东南大学化学化工学院合成气系指一氧化碳和氢气的混合物。凡含一个碳原子的化合物，如CH4、CO、CO2、HCN、CH3OH等参与反应的化学，称为C1化学，涉及C1化学反应的工艺过程和技术称为C1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技术是C1化工技术。5.1概述东南大学化

2、学化工学院5.1.2合成气的应用实例已工业化的主要产品(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、汽油和柴油东南大学化学化工学院C+O2=CO2-393.777KJ/mol(5-1)C+1/2O2=CO-110.595KJ/mol(5-2)C+CO2=2CO+172.284KJ/mol(5-3)CO+1/2O2=CO2-283.183KJ/mol(5-4)（1）以空气为气化剂时5.2由煤制合成气东南大学化学化工学院5.2由煤制合成气以水蒸气为气化剂时反应主要有:•气化生成的混合气称为水煤气以上均为可逆反应，总过程为强吸热的C+H2O=CO+3H2ΔH

3、(298K)=131kJ/molC+2H2O=2CO2+2H2ΔH(298K)=90.3kJ/molC+CO2=2COΔH(298K)=172.6kJ/molC+2H2=CH4ΔH(298K)=-74.9kJ/mol东南大学化学化工学院5.2.1.1煤的气化反应东南大学化学化工学院5.2.1.2煤气化的反应条件(1)温度900℃以上才有满意的气化速率，一般操作温度在1100℃以上。(2)压力2.5～3.2MPa。(3)水蒸气和氧气的比例东南大学化学化工学院5.2.2煤气化的生产方法及主要设备5.2.2.1固定床间歇式气化制水煤气法设备：煤气发生炉原料：块状煤或焦炭吹风蒸汽吹净一次上吹制气

4、下吹制气二次上吹制气空气吹净固定床间歇式工作循环东南大学化学化工学院燃料：块状煤或焦炭气化剂：水蒸气和纯氧混合气在气化炉中同时进行碳与氧的燃烧放热和与水蒸气的气化吸热反应5.2.2.2固定床连续式气化制水煤气法鲁奇法东南大学化学化工学院5.2.2.3流化床连续式气化制水煤气法原料：小颗粒碎煤温克勒（Winkler）煤气化法气化剂送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应通过二次气化，改善碳的转化率东南大学化学化工学院德士古法煤粉用水制成水煤浆回收高温出口气显热的方式有两种，一种为废热锅炉式，另一种为冷激式。5.2.2.4气流床连续式气化制水煤气法东南大学化学化工学院德士古法水煤浆气化示

5、意流程图1-磨粉机；2-悬浮槽；3-浆液泵；4-气化炉；5-灰斗；6-急冷器；7-冷却洗涤塔；8-沉降槽；9-水泵东南大学化学化工学院优质、相对稳定、价廉、清洁、环境友好的能源。CH4含量>90%.21世纪中期将是以天然气为主要能源的时代。目前，世界上约有80％的合成氨及尿素、80％的甲醇及甲醇化学品、40％的乙烯（丙烯）及衍生品、60%的乙炔及炔属化学品等都是以天然气为原料生产的。我国天然气资源量为38万亿m3,可开采资源量为10.5万亿m3。5.3由天然气制造合成气东南大学化学化工学院5.3由天然气制造合成气5.3.1天然气制合成气的工艺技术及其进展工业上由天然气制合成气的技术主要有

6、蒸汽转化法和部分氧化法。蒸汽转化法:CH4+H2O=CO+3H2ΔH(298K)=206kJ/molCH4+1/2O2=CO+2H2ΔH(298K)=-35.7kJ/mol部分氧化法：东南大学化学化工学院ATR工艺基本原理CH4的部分氧化和蒸汽转化组合在一个反应器中进料天然气、纯氧和水蒸气反应器分两部分催化剂为颗粒状镍催化剂5.3.1天然气制合成气的工艺技术及其进展东南大学化学化工学院Sparg工艺主要是利用CO2来转化CH4，要采用催化剂，H2／CO理论值为l／1。结炭问题CH4+CO2=2CO+2H2ΔH(298K)=247kJ/mol5.3.1天然气制合成气的工艺技术及其进展东南

7、大学化学化工学院5.3.2天然气蒸汽转化过程工艺原理a.甲烷水蒸气转化反应和化学平衡甲烷水蒸气转化过程的主要反应有:CH4+H2O=CO+3H2ΔH(298K)=206kJ/molCH4+2H2O=CO2+4H2ΔH(298K)=165kJ/molCO+H2O=CO2+H2ΔH(298K)=-41.2kJ/mol东南大学化学化工学院可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是:甲烷水蒸气转化反应和化学平衡CH4=C+2H2ΔH(298K)