2.1 合成气的制取

第2章合成气synthesisgasorsyngas,2.1合成气的制取2.1.1烃类蒸汽转化2.1.2重油部分氧化2.1.3固体燃料气化2.2合成气的净化2.2.1脱硫2.2.2一氧化碳变换2.2.3二氧化碳的脱除2.2.4少量碳氧化物的清除2.2.5热法与冷法净化流程的比较,概述,什么是合成气？,指H2和CO的混合气（SynthesisgasorSyngas）。,其中，H2/CO的摩尔比为1/23/1。,合成气的用途是什么？,是有机合成原料之一；是H2和CO的来源。,合成气的来源是什么？,转化成液体和气体燃料，转化成高附加值的精细化学品。,C1化学和C1化工,含碳资源，如煤、天然气、石油馏分（主要为石脑油和渣油）、农林废料、城市垃圾等。,1合成气的生产方法,煤为原料,特点,H2/CO摩尔比低，适用于合成有机化合物,过程,间歇式生产效率低,连续式生产效率高,技术先进,在高温下，以水蒸气和氧气为气化剂，与煤反应生成H2和CO的过程煤气化,天然气为原料,转化法水蒸气转化法，H2/CO=3，适宜生产合成氨和氢气,热效率高、H2/CO易于调节,重油或渣油为原料,部分氧化法调节原料中油、水蒸气和氧气比例，可达到自热平衡,不同原料制合成气成本,天然气1000材质：目前耐热合金钢工作温度800-900HK-40:96060000h;95084000h,解决方法分段转化过程在较低温度下，外热式转化管中进行蒸汽一段催化转化,出口800-820,甲烷含量约9.5%(干基)在较高温度下，耐火砖衬里的二段转化炉加入空气（氧气），利用反应热继续甲烷催化转化反应。二段炉出口1000,甲烷含量小于0.3%(干基),一段炉出口：中型合成氨1.8MPa，760大型合成氨3.2MPa，800一段转化炉的受热程度受到管材耐温性的限制，是决定转化出口气组成的主要因素。,二段炉出口：1000-1200热力学：温度反应越有利；动力学：温度反应加快。,供热,水碳比水碳比增大，对转化有利，防止积碳受经济的限制，工业一般为3.5-4空间速度碳空速1000-2000h1气体流速高，有利于传热，延长炉管寿命；提高生产能力。不宜过高，床层阻力增大，能耗增加。压力高，可适当采取较高空速。,a.原料的预热温度b.对流段内各加热盘管的布置c.转化系统的余热回收,天然气蒸汽转化的工艺流程,美国Kellege法，英国ICI法，丹麦Tapse法,不同流程的区别,五、转化反应工艺流程,需CO，取消需H2，设置,一段,二段,天然气,压缩,脱硫,一段转化,二段转化,脱碳,变换,蒸汽,空气,CO2,CH4+H2O=CO+3H2,CO+H2O=CO2+H2,H2,压缩,一段转化炉,六、主要设备,不同生产规模的装置，一段转化炉的管子数量不同，年产30万吨合成氨，有88根转化管。,(1)一段转化炉辐射段对流段（反应管与加热室）(回收热量）炉型：顶部烧嘴炉and侧臂烧嘴炉,转化炉管,材质：耐热合金钢管71122mm，长1012m，壁厚1118mm,二段转化炉,二段转化炉的作用甲烷进一步转化;调节H/C比二段转化炉的结构碳钢制立式圆筒，内衬不含硅的耐火材料，炉壳外保温，内径约3米，高约13米,2H2+O2=2H2OCO+O2=CO2,节能措施,增设燃烧空气预热器降低烟气排放温度。排气温度必须高于露点温度，一般250。丹麦Topsoe公司提出腐蚀，烟气排放温度降低，热能利用更充分,降低水碳比S/C,S/C高，一段炉热负荷大，S/C低，抗析炭能力下降。S/C，则一段炉热负荷，燃料烃降低水碳比，防止析炭，则需要改进催化剂、改进二段转化炉结构目前较低的水碳比约2.5,在二段炉中加入过量空气,一段炉出口气体组成变化经典流程：出口CH410%,温度815改进流程：出口CH425%,温度750二段炉出口CH4为0.51%降低一段炉热负荷，节约1/3燃料天然气由于空气过量气体组分不符合合成要求，需在净化流程中进行相应处理。,双一段转化（三段转化）,采用常规一段炉和换热式一段炉来共同完成一段转化任务，换热转化炉的反应热由二段炉出后气体换热供给。同样节约燃料天然气用量。一般按照6:4的比例进行。过量空气法和双一段转化法对应的流程是目前节能效果非常好的新流程,例已知甲烷蒸汽转化一段炉进口水碳比为3.8，出口压力为3.2424MPa（绝），温度为810，转化气的组成为CO10.12%，CO210.33%，H269.0%，CH49.68%，N20.87%。试求：（1）原料气的氢碳比；（2）转化气湿基组成；（3）转化反应与变换反应的平衡温距。,解：（1）设原料气的氢碳比为n，以100mol干转化气为计算基准，则干转化气中的含量为：O：10.12+10.332=30.78molH2:69+9.682=88.36molC:10.12+10.33+9.68=30.13mol系统中的C由CHn原料提供，O由H2O提供，H2由二者共同提供，则参与反应的H2O有30.78mol。H2O提供的H2有30.78mol，原料气提供的H2有(88.36-30.78)=57.58mol系统加入的CHn有30.13mol。故H/C=（57.582）/30.13=3.82，n=3.82,（2）仍以100mol干转化气为基础，加入系统的中的CHn量为30.13mol，H2O为114.50mol，反应之后的总气量为100+(114.50-30.78)=183.72mol所以湿基组成如下：Yco=5.51%,Yco2=5.62%,YH2=37.56%,YCH4=5.27%,YN2=0.47%,YH2O=45.57%（3）转化反应的平衡温距t,需要掌握的内容,甲烷蒸汽转化的特点？甲烷转化为何采用两段？甲烷转化催化剂主要成分？如何防止析碳？,甲烷含量小于0.5%时，加压条件下反应温度须在1000以上，热源、材质,制CO+H2的方法还有哪些？,思考题,蒸汽转化法制粗原料气应满足的条件是什么？天然气为原料的合成氨厂转化工序为何采用两段转化？各段的转化