合成气的制备方法
第2章 合成气
3、脱碳方法的选择
氨加工的品种
取决于
气化所用原料和方法 后继气体精炼方法 各脱碳方法的经济性
2.2.4.原料气的精炼(CO、CO2、O2、水等)
1、铜氨溶液吸收法 氯化铜氨液 吸 蚁酸铜氨液 收 碳酸铜氨液 液 醋酸铜氨液 (1)、铜液的组成
总量≤10ppm
铜离子浓度(铜比) 氨含量 醋酸浓度 残余CO、CO2(再生液)
3、甲烷化法
互逆 甲烷蒸汽转化 机理分析：
甲烷蒸汽转化机理
CH4 + [ ] ? [CH 2 ]
[CO] [ ] + CO
甲烷化机理
CO + [ ] [CO]
H2
[CH2 ] + H2O [CO] + 2H2
[CO] + [ ] [C ] + [O]
[C] + H2 ? [CH2 ] H2 揪快? CH4 [ ]
CH 4 + H 2O CO + 3H 2
H2O + [ ] [O] + H 2
[O] + H2 ? H2O [ ]
CO2 + [ ] ? [CO2 ]
[CO2 ] + [ ] [CO] + [O* ]
CO + [O] [ ] + CO2
CO + H 2O CO2 + H 2
利用催化剂使CO、CO2加氢生成CH4使气体 精炼的方法，可使CO、CO2&度增加都会造成扩散系数下降
5.活性系数与催化剂用量
活性系数指真实工业条件下的使用活性与标准条件下的比值 催化剂用量：
VK
yCO ,2 dy G CO = r òyCO ,1 xA k
制备乙炔和合成气的方法
制备乙炔和合成气的方法乙炔（C2H2）和合成气是重要的工业原料，广泛应用于化学工业和能源领域。
本文将介绍制备乙炔和合成气的主要方法。
乙炔的制备方法：乙炔一般通过加热碳酸钙（CaCO3）与沸石或石英砂等材料的混合物来制备。
具体制备步骤如下：1.将碳酸钙与沸石或石英砂等混合物放置在加热炉中，并加热到1500°C左右。
2.加热过程中，碳酸钙会分解为氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO2）。
3.然后，将高温下生成的氧化钙与水蒸气反应，生成氢氧化钙（Ca(OH)2）。
4.氢氧化钙再与二氧化碳反应，生成乙炔和水。
该反应的方程式为：CaCO3→CaO+CO2CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2→C2H2+H2O乙炔的制备方法还有其他途径，例如电解乙酸钠溶液、加热乙醇的脱水反应等。
但是，以上方法较少应用于大规模乙炔的生产，因为它们的成本较高或工艺条件较为复杂。
合成气的制备方法：合成气是一种含有一氧化碳（CO）和氢气（H2）的混合气体，可由多种原料制备，包括天然气、石油、煤炭和生物质。
以下是常见的几种制备合成气的方法：1.煤炭气化法：将煤炭在高温、高压和缺氧或少氧的条件下反应，产生一氧化碳和氢气。
该过程被称为煤气化，可通过煤气化炉来完成。
煤炭气化法是最常用的制备合成气的方法之一2.天然气重整法：将天然气通过催化剂，在高温下进行重整反应，产生一氧化碳和氢气。
该方法适用于富含甲烷的天然气。
3.生物质气化法：将生物质（例如木材、秸秆等）在高温和缺氧条件下加热，产生一氧化碳和氢气。
该方法利用可再生资源，具有环保和可持续发展的优势。
4.煤制油气化法：煤制油气化联产是在煤炭气化过程中不仅产生合成气，同时可以产生液体燃料（如石化原料）的方法。
这种方法将煤炭转化为石油化工原料，并充分利用煤炭资源。
以上是制备乙炔和合成气的主要方法。
不同的方法适用于不同的情况和需求，选择合适的制备方法对于工业生产至关重要。
天然气制备合成气
天然气制备合成气天然气作为一种清洁、环境友好的能源，越来越受到广泛的重视。
天然气作为一种清洁、环境友好的能源，越来越受到广泛的重视。
制合成气是间接利用天然气的重要步骤，也是天然气制氢的基础，充分了解天然气制合成气的工艺与催化剂对于我们进一步研究天然气的利用将有很大帮助。
天然气中甲烷含量一般大于90%，其余为小量的乙烷、丙烷等气态烷烃，有些还含有少量氮和硫化物。
其他含甲烷等气态烃的气体，如炼厂气、焦炉气、油田气和煤层气等均可用来制造合成气。
目前工业上有天然气制合成气的技术主要有蒸汽转化法和部分氧化法。
本文主要对蒸汽转化法进行具体的描述，并具体介绍此工艺的发展趋势。
蒸气转化法蒸气转化法是目前天然气制备合成气的主要途径。
蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成H2、CO等混合气，其主反应为：CH + H O = CO + 3H，A H © 298 = 206KJ / mol该反应是强吸热的，需要外界供热。
因为天然气中甲烷含量在90%以上，而甲烷在烷烃中热力学最稳定，其他烃类较易反应，因此在讨论天然气转化过程时，只需考虑甲烷与水蒸气的反应。
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 o CO + 3H2，A H © 298 = 206KJ / molCH4+ 2 H2O o CO 2 + 4 H 2，A H © 298 = 165KJ /molCO + H 2 O o CO 2 + H2，A H © 298 = 74.9 KJ /mol可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是：CH4 o C + 2H2，A H©298 = 74.9KJ /mol2CO o C + CO2，AH © 298 = -172.5 KJ /molCO + H 2 o C + H 2 O，A H © 298 = -131.4KJ /mol甲烷水蒸气转化反应必须在催化剂存在下才有足够的反应速率。
煤制合成气
（2）间接供热：
（3）利用气化反应供热：
பைடு நூலகம்
3.按反应器类型分类：移动床、流化床、气 化床、熔融床
煤气化的主要生产方法及设备 ●固定床间歇气化法： ★优点：只用空气而不用纯氧，成本和投资费用低 ★ 缺点：非制气时间较长，生产强度低，阀门开关频繁易 损坏，工艺较落后
●固定床连续制气法： ★优点：①可控制和调节炉中温度，生产能力强 ②因无氮气存在，不需放空，故可连续制气， 生产强度较高，而且煤气质量也稳定 ③操作管理简单 ★缺点：所制水煤气甲烷和二氧化碳含量较高，而一 氧化碳含量较低，在碳一化工中的应用受到一定限制， 适用于城市煤气
•
•
煤为原料制合成气
•
张凤申
㈠合成气 以氢气和一氧化碳为主要成分有机合成的一 种原料气。
合成气是有机合成原料之一，也是氢气 和一氧化碳的来源，在化学工业中有着重要 作用。 制备合成气的原料：天然气、煤、石油、油田 气、焦炉煤气炼厂气、石脑油、重油
㈡煤气化
以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸气或 氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学 发应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体 的过程。
• ●气流床连续式气化法 • ★优点：气化炉结构简单维护方便，单炉生产 能力大，煤种适应性广，蒸汽用量低，煤气中不含焦 油和烟尘，有效成分含量高 • ★缺点：操作能耗大，耗氧量高，投资大
意义：
★清洁能源； ★高效转化； ★替代石油； ★下游产品灵活多样，延伸了煤化工产业链，提高 了煤炭转化利用的经济效益。
发展历程：
• 早在二十世纪二十年代， 世界上就出现了常压固定床 煤气发生炉，二十世纪三十 年代到五十年代，用于煤气 化的加压固定床鲁奇炉常压 流化床温克勒炉和常压气流 床K-T炉先后实现了工业化， 这批煤气化炉型一般称为第 一代煤气化技术 • 第二代煤气化技术开发于二 十世纪六十年代，二十世纪 七十年代，煤气化新技术迅 速发展，二十世纪八十年代， 开发的煤气化新技术，有的 实现了工业化，有的完成了 示范试验，具有代表性的炉 型有德士古水煤浆加压气化 炉、熔渣鲁奇炉、高温温克 勒炉及谢尔干粉煤加压气化 炉等。
合成气的制备及应用研究
合成气的制备及应用研究一、概述合成气是由一定比例的一氧化碳和氢气组成的混合气体，可被广泛应用于化学工业、能源领域和合成化学等领域，因此，合成气的制备和应用一直备受关注。
二、合成气的制备技术1. 煤制气煤制气是最早用于制备合成气的技术之一。
该技术的原理是将煤通过高温气化反应，产生一氧化碳和氢气混合气体。
2. 天然气重整天然气重整是一种在高温和高压下，将天然气转化为一氧化碳和氢气混合气体的技术。
该技术需要大量的热量来提供反应所需的能量。
3. 生物质气化生物质气化是一种以生物质为原料制备合成气的技术。
该技术的原理是将生物质通过高温和压力下的气化作用，生成一氧化碳和氢气混合气体。
4. 液化石油气重整液化石油气重整是一种以液化石油气为原料制备合成气的技术。
该技术的原理与天然气重整相似，在高温和高压下将液化石油气转化为一氧化碳和氢气混合气体。
三、合成气的应用1. 化工行业合成气可以用于合成各种化学品，例如甲醇、合成氨、丙烯、乙二醇等。
2. 能源行业由于合成气可以被用作燃料，因此它被广泛地用于供热和发电等领域。
3. 合成化学合成气可以被用于合成化学品，例如合成蜡、合成尼龙、合成橡胶等。
4. 煤化工行业煤是制备合成气的主要原料之一，因此，合成气被广泛应用于煤化工行业。
例如，合成气可以被用于生产合成天然气、合成油等。
四、合成气的发展趋势目前，合成气在化学工业、能源领域和合成化学等领域中应用广泛。
随着技术的不断进步，合成气的制备技术将得到更好的发展和应用。
同时，随着石油资源的日益减少，对煤、天然气等非化石能源的需求将不断增加，因此合成气将会得到更广泛的应用。
总之，合成气的制备和应用是一个复杂而广泛的领域。
随着技术的不断进步和应用需求的不断扩大，合成气的发展前景将会更加广阔。
合成气体的制备方法
合成气体的制备方法合成气体是一种由多种气体组成的混合气体，其主要成分为一氧化碳和氢气。
合成气体的制备方法众多，根据不同的原料和工艺，可以分为煤气化法、蒸汽重整法、焦炉煤气法、部分氧化法等几种常见的制备方法。
煤气化法是一种将固体煤转化为合成气体的常用方法。
在这一工艺中，煤炭经过煤气化炉高温、高压条件下与氧、水蒸气和二氧化碳等反应，生成合成气体。
煤气化法的优点是原料资源丰富，适用于许多地区。
但是，煤气化法存在工艺复杂、设备投资大、环境问题等缺点。
蒸汽重整法是一种通过将烃类物质与水蒸气反应，生成合成气体的方法。
在这个过程中，烃类物质与加热后的水蒸气在催化剂的作用下发生水蒸气重整反应，生成一氧化碳和氢气。
蒸汽重整法制备合成气体的优点是能够利用多种烃类原料，生成的合成气体品质稳定，适用于多种化工工艺。
焦炉煤气法是指利用高炉、焦炉等工业设施产生的煤气，通过净化、除尘等工艺处理后，得到合成气体。
焦炉煤气法的优点是原料易得，能够充分利用冶金工业废气，减少环境污染。
但是，焦炉煤气法的煤气组分相对不稳定，需要经过复杂的净化工艺。
部分氧化法是一种将烃类物质通过与氧气部分燃烧的方法，生成合成气体的制备方法。
在这个过程中，烃类物质部分燃烧产生的热量使烃类分子发生裂解，生成一氧化碳和氢气。
部分氧化法的优点是工艺相对简单，催化剂使用量较少，能够利用多种烃类原料。
除了以上几种常见的制备方法，还有许多其他方法可以制备合成气体，如气化法、电解法等。
不同的制备方法适用于不同的工业领域和实际需求，选择适合的制备方法是确保合成气体质量和效率的关键。
合成气体作为重要的化工原料和能源，广泛应用于合成氨、甲醇、合成油等领域，对于推动经济发展和减少环境污染具有重要作用。
化学工艺学 第 2 章 合成气
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.5 转化反应工艺流程及转化炉
燃料用天然气 11
8 9 过 热 蒸 汽
5
2
1 3
一段转化
4
二段转化
对流段
7 10 蒸汽 空气 原料天然气 锅炉给水 转化气去变换 6
氢氮气来自合成
天然气蒸汽转化工艺流程
1、钴钼加氢反应器；2、氧化锌脱硫槽；3、对流段；4、辐射段（一段炉）；5、二段转化炉；6、第一废热锅炉；7、批二废热 锅炉；8、汽包；9、辅助锅炉；10、排风机；11、烟囱
图解法或迭代法求解x,y
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
水碳比 反应温度 反应压力
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应的热力学分析： c.影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
温度增加，甲烷平衡含量下降，反应温度每降低 10℃，甲烷平衡含量约增加1.0%-1.3%；
增加压力，甲烷平衡含量随之增大；
增加水碳比，对甲烷转化有利； 甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行有利
立式圆筒，内径约3米，高约13米；壳体材质 为碳钢，内衬不含硅的耐火材料，炉壳外保温。
上部有燃烧空间的固定床绝热式催化反应器。
合成气的制备方法
合成气的制备方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1二甲醚原料----合成气合成气的主要组分为CO和H2,可作为化学工业的基础原料,亦可作为制氢气和发电的原料。
经过多年的发展,目前以天然气、煤为原料的合成气制备工艺已很成熟,以合成气为原料的合成氨、含氧化物、烃类及碳一化工生产技术均已投入商业运行。
清洁高效的煤气化联合循环发电系统的成功开发,进一步促进了合成气制备技术的发展。
合成气的用途广泛,廉价、清洁的合成气制备过程是实现绿色化工、合成液体燃料和优质冶金产品的基础。
1合成气的制备工艺根据所用原料和设备的不同,合成气制备工艺可以分为不同的类型,目前大多数合成气制备工艺是以处理天然气和煤这2种原料的工艺为基础发展起来的。
以天然气为原料的合成气制备工艺以天然气为原料制备合成气是一个复杂的反应过程,其主要的反应包括天然气的蒸汽转化反应(1)、部分氧化反应(2)、完全燃烧反应(3)、一氧化碳变换反应(4)和甲烷与二氧化碳重整反应(5)。
CH4+H2O CO+3H2 +206 kJ/mol (1)CH4+0·5O2 CO+2H2 -36 kJ/mol (2)CH4+2O2 CO2+2H2O -802 kJ/mol (3)CO+H2O CO2+H2 -41 kJ/mol (4)CH4+CO2 2CO+2H2 +247 kJ/mol (5)这几个主要反应的不同组合、不同的实施方式和生产装置,形成了天然气转化制备合成气的多种工艺。
从工艺特征上来讲,目前成熟的天然气转化制备合成气的工艺可分为管式炉蒸汽转化法、部分氧化法和两者的组合方法等三大类。
甲烷蒸汽转化甲烷蒸汽转化的代表反应式为(1)。
工业上使用以Ni为活性组分,载体可用硅铝酸钙、铝酸钙以及难熔的耐火氧化物为催化剂,生成的合成气中H2/CO体积比约为3：0,适合于制备合成氨和氢气为主产品的工艺。
此工艺能耗高,燃料天然气约占天然气总用量的1/3,高温下催化剂易失活,设备庞大,投资和操作费用高。
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二甲醚原料----合成气
合成气的主要组分为CO和H2,可作为化学工业的基础原料,亦可作为制氢气和发电的原料。
经过多年的发展,目前以天然气、煤为原料的合成气制备工艺已很成熟,以合成气为原料的合成氨、含氧化物、烃类及碳一化工生产技术均已投入商业运行。
清洁高效的煤气化联合循环发电系统的成功开发,进一步促进了合成气制备技术的发展。
合成气的用途广泛,廉价、清洁的合成气制备过程是实现绿色化工、合成液体燃料和优质冶金产品的基础。
1合成气的制备工艺
根据所用原料和设备的不同,合成气制备工艺可以分为不同的类型,目前大多数合成气制备工艺是以处理天然气和煤这2种原料的工艺为基础发展起来的。
1.1以天然气为原料的合成气制备工艺
以天然气为原料制备合成气是一个复杂的反应过程,其主要的反应包括天然气的蒸汽转化反应(1)、部分氧化反应(2)、完全燃烧反应(3)、一氧化碳变换反应(4)和甲烷与二氧化碳重整反应(5)。
CH4+H2O CO+3H2+206 kJ/mol (1)
CH4+0·5O2CO+2H2-36 kJ/mol (2)
CH4+2O2CO2+2H2O -802 kJ/mol (3)
CO+H2O CO2+H2-41 kJ/mol (4)
CH4+CO22CO+2H2+247 kJ/mol (5)
这几个主要反应的不同组合、不同的实施方式和生产装置,形成了天然气转化制备合成气的多种工艺。
从工艺特征上来讲,目前成熟的天然气转化制备合成气的工艺可分为管式炉蒸汽转化法、部分氧化法和两者的组合方法等三大类。
1.1.1甲烷蒸汽转化
甲烷蒸汽转化的代表反应式为(1)。
工业上使用以Ni为活性组分,载体可用硅铝酸钙、铝酸钙以及难熔的耐火氧化物为催化剂,生成的合成气中H2/CO体积比约为3：0,适合于制备合成氨和氢气为主产品的工艺。
此工艺能耗高,燃料天然气约占天然气总用量的1/3,高温下催化剂易失活,设备庞大,投资和操作费用高。
1.1.2甲烷非催化部分氧化
甲烷非催化部分氧化的代表反应式为(2)。
CH4与O2的混合气体在1 000~1 500℃下反应,伴有燃烧反应进行,生产的合成气中H2/CO体积比约为2:0,适合于甲醇、F-T合成生产。
此工
艺对反应器材质要求苛刻,耐高温金属管的投资高,需要复杂的热回收和除尘装置。
1.1.3甲烷催化部分氧化
甲烷催化部分氧化的代表反应式为(2)。
以活性组分Ni、Rh和Pt等为主的负载型催化剂在750~800℃下进行反应,转化率可达90%以上,且无伴生燃烧反应发生;生产的合成气中H2/CO体积比约为2:0,同样适合于甲醇、F-T合成生产。
目前该工艺尚处于试验开发阶段,英国Amoco、美国TRW、英国DavyMckee等公司进行了中试研究。
1.1.4甲烷自热转化
甲烷自热转化的代表反应式为(1)和(2)。
反应温度一般在850~1 050℃,H2/CO体积比可在1:0~3:0的范围内调节;虽然尚未工业化,但其发展前景良好,其工艺特点是采用固定床反应器,结构简单,设备费用低,但由于反应温度高,对催化剂的热稳定性和反应器材质要求很高。
以天然气为原料制备合成气工艺,其主要特点是流程短、CO2排放量少,符合可持续发展的要求,是今后的发展方向。
但天然气转化制备合成气工艺过程存在投资高,对天然气价格敏感、催化剂昂贵和高温易失活等缺点。
当前技术开发的主要方向是节能降耗、高效催化剂的开发和灵活调节合成气的H2/CO体积比,以适应化工合成的需要。
此外,以CO2为天然气转化原料的合成气制备工艺的研究开发也备受重视。
1.2煤气化工艺
煤气化工艺反应可分为2种类型:非均相的气-固反应和均相的气-气反应,对于自热式的煤气化反应系统来说,一般考虑如下几个主要反应:
C+O2CO2-394 kJ/mol (6)
C+0·5O2CO -110·5 kJ/mol (7)
C+CO22CO +173 kJ/mol (8)
C+H2O CO+H2+124·5 kJ/mol (9)
C+2H2CH4-87 kJ/mol (10)
煤气化工艺经过200多年的开发实践形成了100余种技术,根据气化炉内气流和燃料床层的运动特点,煤气化技术可分为气流床、流化床、移动床和熔融床等4类,前3种煤气化工艺已工业化或已建成示范装置,熔融床煤气化则处于中试阶段。
1.2.1流化床煤气化
流化床煤气化技术是碎煤气化的主要方法,其主要特点为:气化剂从底部鼓入炉内,炉内的煤粒被气化剂流化起来,在一定温度下发生煤的气化反应。
流化床气化过程易于控制,有利于大规模生产,但由于流化床煤气化过程偏低的操作温度和较多的粉尘含量、灰渣含碳量,其
仅适用于活性高的褐煤、年轻的烟煤。
另外,为了回收利用飞灰和灰渣,还需要建立辅助的沸腾燃烧炉,设备复杂。
1.2.2气流床煤气化
气流床煤气化是指在固体燃料气化过程中,粉煤与气化剂均匀混合,通过特殊的喷嘴进入反应器,瞬间着火,直接发生燃烧反应,火焰区温度高达2 000℃,形成液态炉渣。
粉煤和气化剂在火焰中作并流运动,粉煤急速通过高温区,来不及熔结而迅速气化,反应时间极短。
在高温下,所有干馏产物都迅速分解,转变为水煤气反应的组分,因而生成的煤气中只含有很少的CH4。
气流床气化的最大特点是消除了燃料的粘结性对气化过程的影响。
与其他煤气化的工艺相比,气化床气化的工艺有如下特点:煤在气流床中的停留时间短,单台设备处理能力大;煤种适应性强,原则上各种煤均可使用;出炉煤气不含焦油、酚类及重烃化合物,无污染物的排放;缺点是飞灰带出量大,需采用循环回炉的方法提高碳转化率,出炉煤气温度高,显热损失大。
1.2.3移动床煤气化
移动床煤气化工艺是一逆流反应过程,煤由气化炉顶部加入,气化剂由炉底送入。
气化过程进行比较完全,灰渣中残炭少,气化效率高,是一种理想的气化方式。
在燃烧区,尚未完全气化的碳在O2的作用下,发生燃烧反应生成CO2和CO,这些高温气体作为载体向上面各反应区提供热量并参与反应。
气化过程中煤在气化炉中的运动、参与的反应以及作用与高炉炼铁的焦炭相似。