化工工艺学第五章教材
合集下载
化工工艺学课件第五章 2012
5.2.1 概述
1923年，BASF公司实现工业化生产，高压法
（T>380℃ ，P=30MPa）
1966年，ICI， 1971年，Lurgi， 1972年，ICI， 低压法 低压法 中压法 总生产能力4000万吨
1973年，意大利开发成功联醇法。 甲醇的产量和消耗仅次于乙烯、乙烷、苯。
催化加氢
5.2.2 合成甲醇基本原理
（3）乙苯脱氢工艺改进。
5.1 催化加氢概述
5.1.1 加氢反应类型
催化加氢
1.不饱和键加氢
烯烃加氢，乙烯反应速度最快。C原子数↑， 加氢速度↓。同C数有取代基的加氢速度慢，二烯烃 无取代基双键先加氢。 2.芳烃加氢
芳烃加氢生成酯环化物；取代基越多，加氢越慢。
单独加氢： r烯烃> r炔烃> r芳烃， r二烯烃> r烯烃
大型合成氨装置有34套，生产能力为1000万t/a；
下游产品除1套装置生产硝酸磷肥之外,均为尿素。
中型合成氨装置有55套，生产能力为500万t/a；
下游产品主要是尿素和硝酸铵。
小型合成氨装置有700多套，生产能力为3000万t/a。
下游产品主要是碳酸氢铵和尿素。
自2004年起我国合成氨产量跃居世界第一。
共同存在： r炔烃> r二烯烃> r烯烃> r芳烃
5.1.1 加氢反应类型
3.含氧化合物加氢
加氢
催化加氢
醛、酮、酸、酯 醇 加氢能力：醛>酮，酸>酯， 醇和酚加氢困难
4.含氮化合物加氢
－CN，－NO2
加氢
－NH2
5.氢解
指加氢过程有裂解，产生小分子混合物。 酸、酯、醇、烷基芳烃加氢时可产生氢解。
化工工艺学第五章
H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，由煤气化生产方法确定
5.2.2 煤气化的生产方法及主要设备
煤气化： 强吸热 煤气化过程的分类 ◆按操作方式分: 间歇式（逐渐被淘汰） 大量供热 燃烧煤
连续式
◆按反应器的形式分:固定床 流化床(沸腾床） 气流床 熔融床（中试）
●固定床间歇式气化制水煤气
● 固定床连续气化法 由德国鲁奇公司开发——鲁奇法 原 气 化 料：块煤或焦炭 剂：水蒸汽和氧气的混合物
燃料层分层：与间歇法大致相同 特点： ★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H2O/O2的比例，可控制炉中各层温度,并使温度稳定。
★原料为块煤或焦炭，反
●气流床连续式气化制水煤气 第一代气流床：K-T法，由德国Koppers公司开发，是一种常
压、高温（1500~1600℃）下以水蒸气和氧气与煤粉反应的气 化法。 第二代气流床：德士古法，由美国Texaco公司开发
煤粉制成水煤浆, 泵入气化炉，纯氧燃烧，省水蒸汽；
反应温度：2000℃，出口煤气温度1400℃； 反应压力：9.8MPa以下； 水煤浆在炉中停留：5-7秒； 液态排灰，煤转化率97-99%；
电石 粗苯精制 制氢 合成氨
乙炔 BDO等 (1,4丁二醇) 氮肥
烯烃
煤炭能源化工 产业线 煤气化 合成气 甲醇 二甲醚 醋酸 间接液化 烯烃 直接液化 汽柴油 传统煤化工 现代煤化工 汽柴油等
什么是煤制合成气？
以煤或焦炭为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水
蒸汽等为气化剂，在高温条件下，通过化学反应把煤或焦炭
合成醋酸 CH3OH+CO==CH3COOH 1960年，BASF公司将甲醇羰基化合成醋酸工业化，70MPa， 醋酸收率90% 1970年，Monsanto公司低压法工业化，碘化物促进的铑配位催 化剂， 180℃, 3~4MPa，醋酸收率99%
《化工工艺学》课程教案
2014 学年第 2 学期函授 13化学工程（专升本）专业《化工工艺学》课程教案4课时/次共10次 40课时教师：教研室：§1 第一章合成氨原料气的制备教学目的：掌握优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程的基本原理；原料和工艺路线；主要设备和工艺条件的选择；消耗定额的计算和催化剂的使用条件。
教学重点：优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程。
教学难点：消耗定额的计算和催化剂的使用条件。
新课内容：第一节固体燃料气化法一、概述固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）气化：用氧或含氧气化剂对其进行热加工，使碳转变为可燃性气体的过程。
气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为煤气发生炉。
二、基本概念1、煤的固定碳；固体燃料煤除去灰分、挥发分、硫分和水分以外，其余的可燃物质称为固定碳。
2、煤的发热值：指1公斤煤在完全燃烧时所放出的热量。
3、标煤：低位发热值为7000kcal/kg的燃料4．空气煤气：以空气作为气化而生成的煤气其中含有大量的氮(50％以上)及一定量的一氧化碳和少量的二氧化碳和氢气。
5．混合煤气(发生炉煤气)：以空气和适量的蒸汽的混合物为气化剂生成的煤气，其发热量比空气煤气为高。
在工业上这种煤气一般作燃料用。
6．水煤气：以蒸汽作为气化剂而生成的煤气，其中氢及—氧化碳的含量高在85％以上，而氮含量较低。
7．半水煤气：以蒸汽加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂所创得的煤气或适当加有发生炉煤气的水煤气，其含氮量为21—22％。
三、气化对煤质的基本要求(1)保持高温和南气化剂流速(2)使燃料层各处间一截而的气流速度和温度分布均匀。
这两个条件的获得，除了与炉子结构(如加料、排渣等装置)的完善程度有关外，采用的燃料性质也具有重大影响。
1水分：<５％2挥发份：<６％煤中所含挥发分量和煤的碳化程度有关，含量少的可至I一2％，多的可达40％以上。
它的含量依下列次序递减：泥煤褐煤烟煤无烟煤焦炭3灰份：15-20％灰分中主要组分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。
化工工艺学第5章烧碱-ppt课件
10.3 电解法制烧碱技术
（2）阴极材料 ➢ 对阴极材料的要求：
❖ 耐氢氧化钠、氯化钠的腐蚀； ❖ 导电性能好； ❖ 氢在电极上的过电位低。
➢ 低碳钢 ➢ 立式吸附隔膜电解槽：
❖ φ2.6的铁丝编织成孔眼尺寸3×3钢丝网 ❖ 打孔的铁板
10.3 电解法制烧碱技术
（3）隔膜材料 ① 隔膜材料的选择
（2）电解法及发展概况
➢ 据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同
隔膜法 水银法 离子交换膜法
➢ 将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠
分开
阳极室和阴极 通过生成钠汞 选择透过性的阳离
室间设置多孔 齐来使氯气分 子交换膜分隔阳极
渗透性隔层
开
室与阴极室
离子交换膜法：实质上也是一种隔膜法。用有 选择性的离子交换膜来分隔阳极和阴极。这种 离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子和水 通过。
（3）稳定的操作性能。为适应生产变化，必须能在较大电流波 动范围内正常工作，且操作条件变化时能迅速恢复其电化学 性能。
（4）较高的机械强度。具有较好的物理性能，膜 薄但不易破，柔韧性好但不易变形。由于要长时 间在盐水中工作，要具有较小的膨胀率。
离子交换膜的种类
根据离子交换基团的不同，可分为以下3种， P132。
① 金属离子在电极上放电时过电位不大，可忽略； ② 当电极上发生气体，如Cl2、H2等的反应时，过电位比较大，
不可忽略。 过电位的数值主要取决于电极材料性质，电流密度、电解液
温度、电极表面特性等也过电位的大小有不同程度影响。 注：过电位虽然消耗了一部分电能，但在电解技术中作用重要
。由于过电位的存在，结合选择适当的电解条件可使电解过 程按照要求进行。
离子膜是离子交换法制碱的核心部位，应具备以下特性：
化学工艺学电子教案第五章(精)
5.2.2.3
脱氢反应动力学
脱氢反应的速率控制步骤是表面化学反应，都可 按双位吸附理论来描述其动力学方程，其速率方程可用 双曲模型来表示。
铁系催化剂脱氢反应时催化剂颗粒大小对反应速率 和选择性都有影响，图6-2是催化剂颗粒度反应速率的 影响，而图6-3是催化剂颗粒度对选择性的影响。
5.3 合成氨和尿素
氨的用途很广，除氨本身可用作化肥外，还可以加工 成各种氮肥和含氮复合肥料，如氨与二氧化碳合成尿素， 与多种无机酸反应制得硫酸胺、硝酸胺、磷酸胺等。氨还 可用来制造硝酸、纯碱、氨基塑料、聚酰氨纤维、丁腈橡 胶、磺胺类药物及其他含氮的无机和有机化合物。 （自 学）
5.4 甲醇的合成
甲醇是十分重要的基本有机化工原料之一，由它可以 合成甲醇蛋白、汽油添加剂及甲醇燃料等，具有广泛的用 途。合成甲醇的工艺流程有低压法合成甲醇和三相流化床 反应器合成甲醇的工艺流程。由于低压法技术指标先进， 现在世界各国合成甲醇已广泛采用了低压合成法。（自学）
（2）压力影响 加氢反应是分子数减少的反应，即加氢反 应前后化学计量系数的变化Δν＜0，因此，增大反应压力， 可以提高Kp值，从而提高加氢反应的平衡产率，如提高反 应压力，可提高氨合成产率，甲醇合成产率等。 （3）氢用量比 从化学平衡分析，提高反应物H2的用量， 可以有利反应向右进行，以提高其平衡转化率，同时氢作 为良好的载热体及时移走反应热，有利于反应的进行。但 氢用量比也不能过大，以免造成产物浓度降低，大量氢气 的循环，既消耗了动力，又增加了产物分离的困难。
第一类是加氢反应在热力学上是很有利的，即使是在高温 条件下，平衡常数仍很大。如乙炔加氢反应，当温度为 127℃时，Kp值为7.63×1016；而温度为427℃时，Kp值 仍为6.5×1016。一氧化碳加氢甲烷化反应也属这一类。 第二类是加氢反应的平衡常数随温度变化较大，当反应温 度较低时，平衡常数甚大，而当反应温度较高时，平衡常 数降低，但数值仍较大。为了达到较高的转化率，需要采 用适当加压或氢过量的办法。如苯加氢制取环己烷，当反 应温度从127℃升到227℃时，Kp值则由7×107降至 1.86×102，平衡常数下降3.70×105倍。 第三类是加氢反应在热力学上是不利的，很低温度下才具 有较大的平衡常数值，温度稍高，平衡常数变得很小，这 类反应的关健是化学平衡问题，常采用高压方法来提高平 衡转化率。
化学工艺全册配套完整课件
三、合成氨生产的总流程： 1、以煤为原料的生产流程 2、以天然气为原料的生产流程 两种特殊净化方案： 1、碳酸氢铵的生产 2、双甲精制：
化学工程基础
化学工程基础
返回
水 煤蒸空
汽气
造气
以
煤
为
除尘、脱硫
原
料 的
压缩
合
成
氨
流
程
软水 合成
氨
变换
脱碳
甲烷化 水蒸汽
化学工程基础
返回
天然气 压缩
脱硫
以
水蒸汽
脱硫、变换、脱碳、原料气的精制
3、一氧化碳变换的反应方程式是 CO H2O CO2 H2。 4、合成氨原料气的净化时，二氧化碳的脱除通常采用 的 方法。 碳酸钾溶液吸收 5、氨合成时，惰性气体增加，平衡氨含量会 下降 。
6、石油炼制的主要方法有 、 、 等。 常减压蒸馏、催化裂化、催化重整
7、裂解气深冷分离时，裂解气的净化包括
铜洗 压缩 合成
化学工程基础
返回
授课教师:邸凯
第五章 化工工艺学
第二节 石油炼制与 石油烃热裂解
一、概述
石油化工：以石油或天然气、油田气、炼厂气为原料生产基础
化工原料、基本有机原料、合成材料以及精细化工
产品的工业。
三苯：苯、甲苯、二甲苯 石 基础石油化工原料 三烯：乙烯、丙烯、丁二烯 化 基本有机原料：醇、醛、酮、酸、酯、酐…… 产 合成材料：合成塑料、合成橡胶、合成纤维 品 精化产品：洗涤剂、涂料、染料、医药、助剂……
1、常减压蒸馏 原理：利用原油中各组分沸点不同，以物理方法进行加工分离。 流程： 特点：①按一定沸程收集馏出物，产品非纯净物；
②多侧线出料； ③石油加热在塔外进行，不在塔釜； ④塔底吹入过热蒸汽，防止结焦。
化工工艺学完美打印版
第一章绪论1化工生产的起始原料主要有矿物资源，生物资源，空气和水四类。
2化学工业中，设备投资所占比例最大的是产品提纯设备。
3一个化学生产过程，可分为原料预处理，化学反应，产品分离与精制三个步骤。
4天然气主要由甲烷，乙烷，丙烷和丁烷组成。
第二章化学工艺基础1用原油炼制燃料油，一次加工时，原油首先经过的加工设备是常压塔。
2常压蒸馏和减压蒸馏是对石油的一次加工。
3汽油品质最重要的指标是辛烷值。
4在石油催化裂化中，正碳离子中最容易断裂的键是β键。
5石油一次加工过程的主要任务是将原油分离成不同沸点范围的馏分，所用的设备是常压蒸馏塔，减压蒸馏塔。
6常，减压蒸馏塔获得的产品都是混合物。
7原油经过初馏塔，从初馏塔塔顶蒸出的轻汽油，也称石脑油。
8原油在蒸馏前，一般经过脱盐脱水处理。
第三章烃类热裂解1石油中所含烃类有烷烃，环烷烃和芳香烃。
2石油裂解制取乙烯等所用的反应器是管式裂解炉。
3按顺序深冷分离法分离裂解气，裂解气首先进入的设备（塔）是甲烷塔。
4烃类热裂解的后续深冷分离工序之前，要进行裂解气的净化，主要包括：脱除酸性气体，脱水和脱炔三步。
5工业上控制石油深度的措施是控制停留时间。
6裂解气分离的工艺采用用深冷分离法，其中甲烷塔技术含量最高。
7裂解原料的含氢量越高，裂解产物中乙烯收率越高。
第四章芳烃转化过程1工业上已用于苯烷基化工艺的催化剂是酸性催化剂。
第五章合成气的生产过程1合成气的CO变换的主要目的是使CO变成CO2便于除去。
2通过CO变换可产生更多氢气和降低CO含量.3干法脱硫中，能把大部分有机硫转化为无机硫的方法是钴—钼加氢法。
4合成气净化过程中的脱碳是指去除CO25为了脱除合成气中极少的残渣，最适合的脱硫法措施是氯化锌法。
第六章加氢与脱氢过程1可使合成氨催化剂永久性中毒的是二氧化硫。
2N2与H2合成氨所用的催化剂是Fe3O4。
3用于氨合成的熔铁催化剂，必须升温还原活化。
4不论是脱氢反应或是断链反应，都是热效应很大的吸热反应。
5化学工艺学课件第五章
●裂解气其他分离方法： ②吸收（精馏）法； ③ 吸附法； ④络合物分离法等。
▲②③④分离方法特点： 虽然能耗低，但乙烯收率下降，乙烯和丙 烯纯度达不到要求，工业上应用不多。
●烃类热裂解工艺成就
①原料多样化； ②裂解方式多样化（过热水蒸气法、部 分氧化法、加氢裂化法和催化裂化法 等）； ③裂解炉炉型不断更新； ④废热锅炉多样化、高效率； ⑤能量回收更趋合理。
⑷.荷兰的GK型裂解炉：该炉型有GK-Ⅰ发展到 GK-Ⅴ，停留时间逐渐缩短，由0.4~0.5 s降低到 0.2 s 左右，裂解的选择性得到改善。 ⑸.LSCC型裂解炉：停留时间控制在0.2 s 左右， 裂解的选择性明显提升。
●思考题：管式裂解炉不能使用重质烃（重 柴油、重油、渣油等）为原料裂解的原因？ ●重质烃在裂解时，炉管易结焦，造成清 焦操作频繁，生产中稍有不慎，还会堵塞 炉管，造成炉管爆炸等事故。
●蓄热式裂解炉操作方式： 分为顺向和逆向。烟道气与裂解气的流向 相同即为顺向；两者流向相反即为逆向。
▲砂子裂解炉：重质油为裂解原料，砂子作为热载 体，将砂子加热至850~900℃，然后进入反应器进 行裂解反应。我国兰州石化从德国进口，目前使用 的不多。
★管式裂解炉：目前国内外广泛采用，裂 解反应在一根细长的管内进行。
●炼厂汽裂解工艺流程：
尾气（甲烷，氢气等）
炼厂气 原料 预处理 裂解气 压缩及 预处理 分离
乙烯 C3馏分 C4+馏分 液状生成物
裂解 及骤冷
乙烷
⑶ 由液态烃生产烯烃： ●常用原料： 石脑油（粗汽油）；轻油； 直馏汽油；轻柴油。
●或采用部分重质油如重柴油、 渣油、重油或原油等。 ●利用液态烃生产烯烃是目前的主 要方法。
⑵.压缩和冷冻： 将裂解气加压、降温、冷冻处理； ⑶.精馏分离： 利用多个精馏塔将H2，CH4，乙烯，丙烯， C4及C5馏分逐个分离。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（400~450℃ 8~15MPa）
➢用于制醋酸、醋酐、甲醛、甲酸甲酯、甲基叔丁基醚 （MTBE）、二甲醚、汽油（MTG）、低碳烯烃（MTO）、 芳烃（MTA）等。
CO+2H2=CH3OH
合成气 调整H2/CO摩尔比
H2/CO≈2.2
铜基催化剂
甲醇
260~270℃ 5~10MPa
出口煤气温度：500℃ ★反应压力：3.0MPa ★煤转化率：88-95% ★水煤气中CH4和CO2含
量较高，CO较低 ★适合做城市煤气
调节H2O/O2比例
●流化床连续式制水煤气 由温克勒公司(Winkler)开发 原料：小颗粒碎煤, 可用褐煤等高灰分煤 炉体: 立式圆筒，下部:圆锥，内径:5.5m， 高度:23m 特点：
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
特点：
★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H2O/O2的比例，可控制炉中各层温度,并使温度稳定。
★原料为块煤或焦炭，反 应速度快，生产能力大
★水蒸气和纯氧为气化剂 ★反应温度：1200℃，
C+CO2=2CO
+172.6KJ/mol
CO+1/2O2=CO2
-283.183KJ/mol
总压0.1MPa时空气为气化剂的煤气的平衡组成
温度℃
CO2
650
10.8
CO
N2 α=CO/(CO+CO2)
16.9 72.3
61.0
800
1.6
31.9 66.5
95.2
900
0.4
34.1 65.5
98.8
第五章 合成气的生产过程
讲授内容
➢概 述 ➢ 煤制合成气 ➢ 天然气制合成气 ➢ 渣油制合成气 ➢ 一氧化碳变换过程 ➢ 气体中硫化物和二氧化碳的脱除
5.1 概述
• 什么是合成气？ 指H2 和CO的混合气（Synthesis gas or Syngas）。 其中，H2 /CO的摩尔比为1/2~3/1。
1000
0.2
34.4 65.4
99.4
T CO CO2 ; T>900℃，CO2含量很少，主要是CO 高温有利
以水蒸气为气化剂
C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2 C+2H2=CH4
+131.390KJ/mol -41.194KJ/mol -74.898KJ/mol
平衡组成的计算：
★水蒸气与氧在流化床不同高度分几排 喷嘴引入 ★床的上部引入二次水蒸气与纯氧，用 于气化离开床层但未气化（反应）的碳 ★气体组成和温度均匀
●气流床连续式气化制水煤气
第一代气流床：K-T法，由德国Koppers公司开发，是一种常 压、高温（1500~1600℃）下以水蒸气和氧气与煤粉反应的气 化法。 第二代气流床：德士古法，由美国Texaco公司开发
固定床间歇法（蓄热法）
为保证温度波动不致过大，各阶段经历的时间应尽量缩 短，一般3~4min完成一个循环。
★ 优点：制气时不用氧气，不需空分装置。 ★ 缺点：生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量 要求高。
生产过程：
吹 风 阶 段： 吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放 空，1200℃结束。
传统制氧能耗高，N2的影响
5.3.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理 ●甲烷水蒸汽转化反应
降低催化剂活性 堵塞催化剂床层 迫使停工 防止析碳反应
合成乙二醇
用途：是合成聚酯树脂、表面活性剂、增塑剂、聚乙二 醇、乙醇胺等的主要原料，可作为防冻剂，用量大。
目前工业生产方法：
环氧化
乙烯
水合
环氧乙烷
乙二醇
具有竞争力的合成路线：
氧化羰基化
加氢
甲醇
草酸二甲酯
乙二醇
4CH3OH+O2==(COOCH3)2+2H2O (COOCH3)2+4H2==(CH2OH)2+2CH3OH
甲醇是一种非常重要的中间产品 （MTG、MTO）olefine
经甲醇合成烃类（Mobil工艺）
合成气
甲醇
脱水
二甲醚
一反
二反 脱水
370℃ 1.5MPa ZSM-5
C5~C10链烷烃、环烷烃和芳烃 （汽油）
烷基化
C2~C4烯烃
脱氢环化
甲醇同系化制乙烯
CH3OH+CO+2H2==CH3CH2OH+H2O
合成气
锌、铬系催化剂
铑络合物－碘化物催化剂
甲醇
高压、380℃
3MPa，175℃
醋酸
铜、锌系催化剂
汽油、烯烃、芳烃
中低压、230－270℃
乙二醇
同系化
甲醇
乙醇
乙烯
合成气 ＋ 丙烯醇
1,4－丁二醇（BDO）
5.2 煤制合成气
近年来，化石能源在我国一次能源消耗结构占60-70%，而 煤化工产品链产品达到112种之多。不仅可以补充国内油气资 源不足和满足对化工产品需求，还对保障能源安全、促进经济 可持续发展具有现实和长远意义。
化工产品 化工产品 化工产品
➢ 合成氨
氨用于制备氮肥，也是重要的化工原料，是目前世界产量 最大的化工产品之一。
F. Haber
N2+3H2
2NH3 (可逆反应)
C. Bosch
含碳原料+水蒸气+空气
H2和N2的粗原料气
脱除杂质
氨
铁催化剂
500~600℃ 17.5~20MPa 体积H2:N2=3:1的原料气
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 < 重质油 ≈ 煤
重质油和渣油制合成气使石油资源得到充分利用
5.1.2 合成气的应用
生产工业化的一些主要产品
合成气应用新途径（p154） 乙烯或其他烃类
合成气 甲醇
➢ 合成气与烯烃衍生物羰基化
羰基钴或铑的配位化合物催化剂
合成气+烯烃衍生物
羰基化产物
不饱和的醇、醛、酯、醚、缩醛、卤化物和含氮化合物等
特点：双键参与羰基化反应，官能团不参与反应
➢ 合成天然气、汽油和柴油
合成气
镍催化剂 甲烷化
甲烷 (SNG)
费托(Fischer-Tropsch)合成
液体烃燃料
200~240℃ 2.5MPa
气化生成的混合气称为水煤气，以上反应均为可逆反应， 总过程为强吸热。
压力的影响：低压有利于生成CO和H2，高压有利于生成CH4
➢ 煤气化反应的热力学分析 温度的影响：强吸热，提高温度，有利于煤气化，不利于CH4生成
➢ 气化剂
以空气为气化剂
C+O2=CO2 C+1/2O2=CO
-406KJ/mol -123KJ/mol
相同T，P↑，H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量减小。 低压、高温有利于反应的进行
➢ 煤气化反应的动力学分析
C-O2反应速度快105倍 C-H2O较C-CO2快 C-H2最慢 较高压力下
C-H2反应加快，呈1-2 级反应 C-H2O和C-CO2变化 不大，零级反应
×
➢ 煤气化反应条件
(1)
反应条件：200℃，2MPa，均相羰基金属配合物催化剂
钴（Co），钌（Ru），铼（Re）
CH3CH2OH==C2H4+H2O
(2)
乙醇催化脱水制乙烯技术成熟
活性氧化铝（320~450℃），或沸石分子筛（250~320 ℃ ）
合成醋酸
CH3OH+CO==CH3COOH
1960年，BASF公司将甲醇羰基化合成醋酸工业化，70MPa， 醋酸收率90% 1970年，Monsanto公司低压法工业化，碘化物促进的铑配位催 化剂， 180℃, 3~4MPa，醋酸收率99%
蒸汽等为气化剂，在高温条件下，通过化学反应把煤或焦炭 中的可燃部分转化为气体的过程。
煤气 有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等 可用作城市煤气、工业燃气、合成气和工业还原气
5.2.1 煤气化过程的工艺原理
➢ 煤气化的基本反应
（5-12）
（5-13） （5-14） （5-15） （5-16） （5-17）
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。
● 固定床连续气化法
由德国鲁奇公司开发——鲁奇法
原
料：块煤或焦炭
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。
5.3.1 天然气制合成气的方法
➢ 蒸汽转化法（Steam Reforming）
CH4 H2O CO 3H2 H(298K) 206kJ / mol
大量供热
燃烧煤
➢ 煤气化过程的分类
◆按操作方式分: 间歇式（逐渐被淘汰） 连续式
◆按反应器的形式分:固定床 流化床(沸腾床） 气流床 熔融床（中试）
●固定床间歇式气化制水煤气
燃烧与制气分阶段进行。将煤 或焦炭加入煤气发生炉，首先 吹入空气使煤完全燃烧生成 CO2并放出热量，使煤层升温， 烟道气放空。待煤层温度达到 1200℃，停止吹风，转换为水 蒸汽，与高温煤层反应，生成 CO和H2等气体。