2.1-合成气的制取PPT优秀课件

1、1 第第2章章 合成气合成气 synthesis gas or syngas 2.1 合成气的制取合成气的制取 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 2 概概 述述 什么是什么是合成气合成气？ 指指H2 和和CO的混合气（的混合气（Synthesis gas or Syngas）。）。 其中，其中，H2 /CO的摩尔比为的摩尔比为1/23/1。 合成气的合成气的用途用途是什么？是什

2、么？ 是是有机合成原料有机合成原料之一；是之一；是H2和和CO的来源的来源。 合成气的合成气的来源来源是什么？是什么？ 转化成转化成液体和气体燃料液体和气体燃料，转化成高附加值的，转化成高附加值的精细化学品精细化学品。 C1化学和化学和C1化工化工 含碳资源含碳资源，如，如煤煤、天然气天然气、石油馏分（主要为、石油馏分（主要为和和渣渣 油油）、）、农林废料、城市垃圾农林废料、城市垃圾等。等。 3 1 合成气的生产方法合成气的生产方法 煤为原料煤为原料 特点特点 H2/CO摩尔比低，适用于合成有机化合物摩尔比低，适用于合成有机化合物 过程过程 间歇式间歇式 生产效率低生产效率低 连续式连续式 生

3、产效率高生产效率高, 技术先进技术先进 在在高温高温下，以下，以水蒸气和氧气水蒸气和氧气为气化剂，与煤反应生成为气化剂，与煤反应生成H2和和 CO的过程的过程煤气化煤气化 4 天然气为原料天然气为原料 转化法转化法水蒸气转化法水蒸气转化法，H2/CO=3 ，适宜，适宜生产合成氨和氢气生产合成氨和氢气 热效率高、热效率高、H2/CO易于调节易于调节 重油或渣油为原料重油或渣油为原料 部分氧化法部分氧化法调节原料中调节原料中油、水蒸气和氧气比例，油、水蒸气和氧气比例，可达到自可达到自 热平衡热平衡 不同原料制合成气成本不同原料制合成气成本 天然气天然气 1000 材质：材质： 目前耐热合金钢工作温

4、度目前耐热合金钢工作温度800-900 HK-40: 96060000h; 95084000h 38 解决方法解决方法 分段转化过程分段转化过程 在在较低温度较低温度下，下，外热式转化管外热式转化管中进行蒸汽中进行蒸汽一段催一段催 化化 转化转化, ,出口出口800-820,800-820,甲烷含量约甲烷含量约9.5%(9.5%(干基干基) ) 在在较高温度较高温度下，下，耐火砖衬里耐火砖衬里的二段转化炉加入空气的二段转化炉加入空气 （氧气），（氧气），利用反应热利用反应热继续甲烷催化转化反应。二继续甲烷催化转化反应。二 段炉出口段炉出口1000,1000,甲烷含量小于甲烷含量小于0.3%(0

5、.3%(干基干基) ) 39 一段炉出口：一段炉出口：中型合成氨中型合成氨 1.8MPa1.8MPa，760 760 大型合成氨大型合成氨 3.2MPa3.2MPa，800800 一段转化炉的一段转化炉的受热程度受热程度受到管材耐温性的限制，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是决定转化出口气组成的主要因素。 40 二段炉出口：二段炉出口：1000-12001000-1200 热力学：热力学：温度温度反应越有利；反应越有利； 动力学：动力学：温度温度反应加快。反应加快。 2H2 + O2 = 2H2O(g) - 483.99KJ/mol 2CO + O2 = CO2 - 56

6、5.95KJ/mol CH4 + H2O = CO + 3H2 +206.29KJ/mol 供热供热 41 水碳比水碳比 水碳比增大，对转化有利，防止积碳水碳比增大，对转化有利，防止积碳 受经济的限制，工业一般为受经济的限制，工业一般为3.5-43.5-4 空间速度空间速度 碳空速碳空速 1000-2000h1000-2000h 1 1 气体流速高，有利于传热，延长炉管寿命；气体流速高，有利于传热，延长炉管寿命； 提高生产能力。提高生产能力。 不宜过高，床层阻力增大，能耗增加。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。压力高，可适当采取较高空速。 42 a. a.原料的预

7、热温度原料的预热温度 b.b.对流段内各加热盘管的布置对流段内各加热盘管的布置 c.c.转化系统的余热回收转化系统的余热回收 天然气蒸汽转化的工艺流程天然气蒸汽转化的工艺流程 美国美国KellegeKellege法，英国法，英国ICIICI法，丹麦法，丹麦TapseTapse法法 不同流程的区别不同流程的区别 五、转化反应工艺流程五、转化反应工艺流程 43 需需CO，取消，取消 需需H2，设置，设置 44 一段一段 二段二段 45 46 天然气天然气 压压 缩缩 脱脱 硫硫 一段转化一段转化 二段转化二段转化 脱碳脱碳 变换变换 蒸汽蒸汽 空气空气 CO2 CH4+H2O=CO+3H2 CO+

8、H2O=CO2+H2 H2 压压 缩缩 47 一段转一段转 化炉化炉 六、主要设备六、主要设备 48 49 不同生产规模的装置，一段转化炉的管子数量不同生产规模的装置，一段转化炉的管子数量 不同，年产不同，年产30万吨合成氨，有万吨合成氨，有88根转化管。根转化管。 (1)一段转化炉一段转化炉 辐射段辐射段 对流段对流段 （反应管与加热室）（反应管与加热室） (回收热量）回收热量） 炉型：顶部烧嘴炉炉型：顶部烧嘴炉 and 侧臂烧嘴炉侧臂烧嘴炉 转化炉管转化炉管 材质：材质：耐热合金钢管耐热合金钢管 71122mm，长，长1012m，壁厚，壁厚1118 mm 50 二段转化炉二段转化炉 二段转

9、化炉的作用二段转化炉的作用 甲烷进一步转化甲烷进一步转化; 调节调节H/C比比 二段转化炉的结构二段转化炉的结构 碳钢制立式圆筒，内衬不含碳钢制立式圆筒，内衬不含 硅的耐火材料，炉壳外保硅的耐火材料，炉壳外保 温，内径约温，内径约3米，高约米，高约13米米 2H2+O2=2H2O CO+O2=CO2 51 节能措施节能措施 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 52 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

10、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 53 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CH4 10% ,温度815 改进流程：出口CH4 25% ,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。 54 双一段转化（三段转化）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

11、的流程是 目前节能效果非常好的新流程 55 例例 已知甲烷蒸汽转化一段炉进口水碳比已知甲烷蒸汽转化一段炉进口水碳比 为为3.8，出口压力为，出口压力为3.2424MPa（绝），（绝）， 温度为温度为810，转化气的组成为，转化气的组成为 CO10.12%，CO210.33%，H269.0%， CH49.68%，N20.87%。试求：。试求： （1）原料气的氢碳比；）原料气的氢碳比； （2）转化气湿基组成；）转化气湿基组成； （3）转化反应与变换反应的平衡温距。）转化反应与变换反应的平衡温距。 56 解解：（：（1）设原料气的氢碳比为）设原料气的氢碳比为n，以，以100mol干干 转化气为计算基

12、准，则干转化气中的含量为：转化气为计算基准，则干转化气中的含量为： O：10.12+10.332=30.78mol H2: 69+9.682=88.36mol C: 10.12+10.33+9.68=30.13mol 系统中的系统中的C由由CHn原料提供，原料提供，O由由H2O提供，提供，H2 由二者共同提供，则参与反应的由二者共同提供，则参与反应的H2O有有30.78mol。 H2O提供的提供的H2有有30.78mol， 原料气提供的原料气提供的H2有有(88.36-30.78)=57.58mol 系统加入的系统加入的CHn有有30.13mol。故。故 H/C=（57.582）/30.13=

13、3.82，n=3.82 57 （2）仍以）仍以100mol干转化气为基础，加入系统的干转化气为基础，加入系统的 中的中的CHn量为量为30.13mol， H2O为为114.50mol， 反应之后的总气量为反应之后的总气量为 100+(114.50-30.78)=183.72mol 所以湿基组成如下：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）转化反应的平衡温距t 2 42 3 3 2 4 0.0551 0.3756 3.14141.2 0.0527 0.4

14、557 COH P CHH O P P K PP 58 需要掌握的内容 甲烷蒸汽转化的特点？甲烷蒸汽转化的特点？ 甲烷转化为何采用甲烷转化为何采用两段两段？ 甲烷转化催化剂主要成分？甲烷转化催化剂主要成分？ 如何防止析碳？如何防止析碳？ 甲烷含量小于甲烷含量小于0.5% 时，加压条件下反应时，加压条件下反应 温度须在温度须在1000以上，以上， 热源、材质热源、材质 59 制制CO+H2的方法还有哪些？的方法还有哪些？ 60 思 考 题 蒸汽转化法制粗原料气应满足的条件是什么？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？各段的转化条件分别是什么？转化？各段的转化条件分别是什么？ 简述甲烷转化反应的基本原理？简述甲烷转化反应的基本原理？ 二段转化的目的是什么？二段转化的目的是什么？ 如何防止析碳副反应的发生？如何防止析碳副反应的发生？ 说出甲烷转化催化剂的主要组分和助催化剂。说出甲烷转化催化剂的主要组分和助催化剂。 简述蒸汽转化加压操作的优缺点。简述蒸汽转化加压操作的优缺点。 简述温度、水碳比对转化反应的影响。简述温度、水碳比对转化反应的影响。 61 产 品反 应 式H2/CO 甲醇CO+2H2=CH3OH2/1 乙烯2CO+4H2=C2H4