合成气生产工艺及设备.ppt

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Hydrogeninenergysystems,1850-2150氢气的利用是最佳的选择H应用
合成气NH3

合成气乙烯、丙烯

合成气甲醇醋酸

汽油、烯烃、芳烃

乙二醇
甲醇乙醇乙烯

合成气＋丙烯醇1,4－丁二醇5.1.2发展背景

煤

石油、天然气5.2由煤制合成气
5.2.1煤气化的基本原理
1.化学平衡
（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℃(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

③根据水中氢与氧的物料平衡

图5－10.1MPa下碳－蒸汽反应的平衡组成图5－22MPa下碳-蒸汽反应的平衡组成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℃<T<900℃，过渡区

（2）C与CO2的还原反应在2000℃以下，属于动力学控制，反应速率大致为CO2的一级反应。

（3）C与H2O反应生成CO和H2

400℃<T<1100℃，动力学控制
T>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
维持整个系统的热平衡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
气化剂：水蒸汽和氧气的混合物

燃料层分层：与间歇法大致相同

碳与氧的燃烧放热反应与碳与水蒸汽的吸热反应同时进行

气化反应至少在600～800℃进行：调节水蒸汽与氧的比例，可控制炉中各层温度，并使温度稳定。

固定床连续气化法
常压法
加压法－鲁奇法(Lurgi)

使反应速度加快，生产能力大，压力一般为2－3MPa，从热力学角度，压力高有利于甲烷和CO2的生成。

MarkV型，直径5m，每台产气量可达106m3/h
图5－3鲁奇炉结构示意图
1.煤箱2.分布器3.水夹套4.灰箱5.洗涤器3.流化床气化法：

煤：粒度<10mm
流化状态
气体组成和温度均匀

温克勒炉(Winkler)
煤气组成(体积％）
H2:35～46
CO:30～40
CO2:13～25
CH4:1～2

图5－4科柏斯－托切克煤气化炉示意图
5.三类气化炉的炉内温度分布比较天然气5.3以天然气为原料制合成气CeramicMembraneTechnology5.3.1天然气蒸汽转化反应5.3.2甲烷蒸汽转化制合成气1.甲烷蒸汽转化反应理论基础(2).独立反应数的确定(3).甲烷蒸汽转化反应热力学陈五平
无机化工工艺学b.平衡组成的计算组分图解法或迭代法求解x,yc.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素水碳比的影响反应压力影响反应温度的影响（4）甲烷蒸汽转化动力学b.动力学方程c.扩散作用对甲烷蒸汽转化反应的影响2.甲烷蒸汽转化过程的析炭（1）析炭热力学理论最小水碳比的确定(2)析炭动力学对于CO的歧化反应与还原反应，不同活性的催化剂在转化管的任何部位均不会析炭。
在转化管内进口一段的气体组成由于甲烷裂解而析炭，对高活性催化剂的析炭范围比低活性催化剂要狭窄一些。5.3.2烃类蒸汽转化催化剂
基本要求：高强度、高活性、抗析碳

1.活性组分
Ni是工业化催化剂唯一活性组分，以NiO存在。

高活