第2章合成气
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
化学工艺学概论ppt课件
③生物化工 采用农、林等生物资源以及非生物资源，通过发酵、 水解、酶催化而生产的化工产品
④矿产化工 以化学矿为原料的化工产品
⑤海洋化工 从海水中提炼的化工产品
1.1.2 化学工业的特征
⑴ 原料、生产方法和产品的多样性与复杂性 ⑵ 向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高 ⑶ 是多学科合作、生产技术密集型的生产部门 ⑷ 重视能量合理利用，采用节能工艺和方法 ⑸ 资金密集，投资回收速度快，利润高 ⑹ 化工生产中易燃、易爆、有毒、污染环境
1.1.1 化学工业的分类
➢ 分类方法主要按产品和原料来分类 ➢ 按产品的物质组成可分为有机化工（碳氢化合物及其
衍生物）和无机化工（非碳氢化合物）两大类。 ➢ 一般综合考虑产品的性质、用途和生产量分为如下几
类： ➢ 按原料的性质和来源分：
①无机化学工业
包括合成氨、无机酸、碱、盐和无机化学肥料
②基本有机化学工业
乙醇
酯化
乙酸乙酯、其它酯类
烯
水合
溶剂及合成原
加氢脱水
丁二烯
合成橡胶
丙酸
氢甲酰化 丙醛 还原 正丙醇
溶剂
加乙烯烷基化 加丙烯烷基化
乙苯 脱氢
丙酮
双酚 A
苯乙烯
聚苯乙烯、丁苯橡胶、 ABS树脂
聚碳酸酯、环氧树脂
异丙苯 苯酚
酚醛树脂、苯胺、壬基酚等
加十二烯
十二烷基苯
合成洗涤剂
苯
加氢
环己烷
己内酰胺
聚酰胺纤维
催化重整 （catalytic reforming）
催化裂化 (catalytic cracking)
催化加氢裂化 (catalytic hydrocracking)
2合成气(化学工艺学)
气体组成
反应前 平衡时
1
1-x
m
m-x-y
x-y
3x+y
y
1+m 1+m+2x
平衡分压，MPa
(1-x)/(1+m+2x)·P (m-x-y)/(1+m+2x) ·P
(x-y)/(1+m+2x) ·P (3x+y)/(1+m+2x) ·P
y/(1+m+2x) ·P
第2章 合成气
第1页，共105页。
合成气（synthesis gas or syngas) CO和H2的混合物
原料： 焦炭 无烟煤 天然气 石脑油 重油
第2页，共105页。
合成气的生产工艺
造气
净化
用煤、原油、或天然气作原料， 制备含氢和一氧化碳的气体。
将原料气中的杂质如CO、
CO2、S等脱除到ppm级(10-6)。
有利
第14页，共105页。
2.1.1.2 烃类蒸汽转化催化剂
➢ 催化剂组成：NiO为最主要活性成份。实际加 速反应的活性成份是Ni，所以使用前必须进行 还原反应，使氧化态变成还原态Ni。
➢ ①活性组分：从性能和经济考虑，活性组分， 镍为最佳。
➢ ②助催化剂：提高镍的活性、延长寿命和增加 抗析碳能力。
1200℃燃烧
500～ 550 ℃
一段转化炉
3.1MPa 800－820 ℃
CH4≈ 9.5%
二段转化炉
850～ 860 ℃
370 ℃
回收 热量
1000℃
CH4<0.3%
对流段
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。
化工工艺学
《化学工艺学》教学大纲课程名称：化学工艺学英文名称：Chemical engineering process课程编号：课程类型: 专业选修课学时/学分：51学时/3学分；理论学时：51学时开设学期：五开设单位：化学化工学院适用专业：应用化学说明一、课程性质与说明1．课程性质专业必修课2．课程说明化学工艺学是研究将各种原料加工成为更有价值的消费品或生产资料的过程，是应用化学专业的一门重要的专业主干课。
它的作用和任务是培养学生在化工工艺过程的理论与实践方面建立较为系统的基础，能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决实际问题，初步掌握化工工艺过程开发的基本思路和技巧，为学生将来从事化工行业打下基础。
本课程根据化学工业的结构特点，以典型化工产品生产工艺为主线，介绍每个典型产品所涉及的化工过程。
共分9章，每一章均根据其特点侧重介绍了有关基础理论和生产方法，如分析和讨论生产工艺中工艺路线、反应原理、影响因素、工艺条件的确定、流程的组织、主要设备的结构特点等内容。
同时，对技术经济指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理也有一定的介绍和论述。
二、教学目标1．将已学的专业理论知识和专业基础知识与实际生产相结合，以处理实际生产过程问题；2．使学生了解化学工业的特点、原料资源和主要产品；理解化学工艺的共性知识中化工过程的主要效率指标，催化剂的性能及使用；3．掌握化学反应过程中的物料衡算和能量衡算；4．理解工艺流程的设计，最适宜的操作条件，生产过程所需的各种机械设备的规格、结构，产品的质量控制等内容。
三、学时分配表四、教学教法建议通过课堂讨论、师生交流、习题评讲、答疑、等环节，达到教学大纲规定的要求，较好完成教学任务。
课堂教学应力求学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容，引导学生学会分析问题和解决问题的能力。
教学方法上通过实物、挂图、多媒体及课外实验等各种途径加深学生印象，提高教学效果。
五、课程考核及要求1．考核方式：考试（√）2．成绩评定：计分制：百分制（√）成绩构成：总成绩= 平时考核10% + 中期考核30% + 期末考核60%六、参考书目[1] 刘晓勤，吕效平编.《化工工艺学》. 南京：河海大学出版社，2010．[2] 崔英德编.《实用化工工艺学》.北京：化学工业出版社，2002.[3] 廖巧丽，米镇涛编.《化学工艺学》.北京：化学工业出版社，2001.[4] 米镇涛编.《化学工艺学》.北京：化学工业出版社，2001.[5] 陈五平编.《无机化工工艺学》. 北京：化学工业出版社，1996.本文第一章绪论教学目标：1．了解化学工艺学的研究内容，化学工业的概况。
第二章 甲醇原料气的制取
（四） 原料气对毒物与杂质的要求 净化：油水，粉尘，羰基铁，氯化物，硫化物，氨
硫化物的危害：
☆
☆ ☆
催化加中毒
管道、设备羰基化，腐蚀加剧 生产副产物，降低产品质量
二、以固体燃料为原料制甲醇原料气
煤气化：以空气和水蒸气为气化剂，在高温条件下与煤、 焦炭等固体燃料发生气化反应。
（一） 对固体燃料性能的要求 水分、挥发分、灰分、硫含量、固定碳、灰熔点、粒度、 机械强度、热稳定性、化学活性
C+ H2O(g) CO H2
H 131.390kJ/ mol
CO+ H2O(g) CO2 H2 H 41.19kJ/ mol
C+ 2H2 CH4
H 74.898kJ/ mol
☆ 1.01×105Pa下，温度高于900℃，水蒸气与碳反应的平 衡中，含有等量的H2和CO，其它组分含量则接近于0。随着温 度的降低，H2O、CO2及CH4等的平衡含量逐渐增加。 （2.03×106Pa下相似） ☆ 1.01×105Pa下，在相同温度下，随着压力的升高，气体 中H2O、CO2及CH4含量增加，而H2及CO的含量减少。 CO和H2含量高的水煤气：高温、低压 CH4含量高的高热值煤气：低温、高压
c. 气流速度 吹空气过程在水煤气制造过程中是非生产过程，应 尽可能在短的时间内蓄积更多的热量。
吹空气阶段，需要提高鼓风速度，通常采用的空气 速度为0.5~1.0m/s。
吹水蒸气过程的速度减慢时，不仅对水煤气的生成 有利，而且使过程的总有效率有所提高，但过低的 速度会降低设备的生产能力， 水蒸气流速一般保 持在0.05~0.15m/s之间。
空气吹净阶段：
目的：回收炉顶残余的水煤气，并提高炉温。
30450-化工工艺学(二)
高纲135 1江苏省高等教育自学考试大纲30450化工工艺学（二）南京工业大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和特点《化工工艺学（二）》课程是江苏省高等教育自学考试化工专业的一门重要的专业课程。
本课程从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，介绍典型化工产品的生产方法与原理、流程组织、关键设备、操作条件以及介绍生产中的设备材质、安全技术、三废治理、节能降耗等问题。
通过本门课程学习，使应考者了解当今化学工业概貌及其发展方向，获得较多的化学工艺知识，培养应用已学过的基础理论解决工程实际问题的能力，开拓思路，触类旁通，为从事化工过程的生产、开发、设计、和管理打下牢固的化学工艺基础。
（二）本课程的基本要求本课程教材内容共分为九章。
本课程的教学与学习的重点放在分析和讨论典型化工产品生产工艺中反应、分离工序的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、关键设备的结构特点、流程的组织比较等。
同时，对不同工艺路线和流程的经济技术指标、能量回收、副产物的综合利用及废物处理作一定的学习。
（三）本课程与相关课程的联系化学工艺学在化学工程与工艺专业课程体系中是一门重要的专业课，覆盖的专业课程内容较多，它的先修专业基础课为化工原理、物理化学、化工热力学等，与其平行学习的专业课为分离过程、反应工程等。
上述课程可以帮助我们更好地掌握化学工艺学的原理、方法和应用。
二、课程内容与考核目标第一章绪论（一）课程内容1.化学工业的分类及特征，包括化学工业的分类、化学工业的特征。
2.化工原料、产品及其工艺，包括石油及其加工工艺，天然气及其加工工艺，煤及其加工，化学矿及其加工，生物质的加工工艺。
3.化工工艺计算，包括物料衡算、热量衡算。
（二）学习要求本章学习化学工业的分类及特点、主要化工原料的加工工艺及产品、化工过程涉及的物料衡算与热量衡算方法。
从而认识化学工艺学这门课程的基本概貌。
（三）考核知识点和考核要求1、领会：化学工业的分类及特点、主要化工原料的加工工艺及产品。
2合成气(化学工艺学)
气化和重质烃类转化 气态和液态烃类主要采用蒸汽转化和部分氧化 法，固体燃料主要采用间歇气化法。
2.1.1 烃类蒸汽转化
合成氨的生产需 要高纯氢气和氮气， 以天然气为原料的气 态烃类转化过程，经 济效益最高。 天然气主要成份为甲烷(CH4)， 还含有乙烷、丙烷及其它少量烯 烃等，其中也有极少量的S等对 催化剂有害的元素。一般以甲烷 为代表来讨论气态烃类蒸汽转化 的主要反应及其控制条件。
2.1.1.4 转化反应的工艺条件
a. 压力 通常为3~4MPa 能量合理利用 全厂流程统筹
采用加压条件的主要原因：
降低能耗 提高余热利用价值
减少设备体积降低投资
b. 温度: 一段炉温度
综合经济效益
理论上，温度↑反应越有利。 主要考虑投资费用及设备寿命， 一般选择760~800℃
原因：一段炉最重要最贵的合金钢管在温度为950℃时寿命8.4万小时， 960℃时减少到6万小时。 一段炉投资约为全厂30％，其中主要为合金钢管。
废热锅炉流程
利用废热锅炉间接换热，副产高压蒸汽。 原料气出废热锅炉后进一步冷却到45℃左右， 经脱硫后进入变换工序，因此废热锅炉流程对 硫含量无限制，但比激冷流程回收的热量少 10%-20%。
1.原料油和气化剂 （O2+H2O)的预热 2.高温下部分氧化 3.出口高温合成气 的热能回收 4.碳黑的消除 与回收
(1-x)/(1+m+2x)· P
(m-x-y)/(1+m+2x) ·P (x-y)/(1+m+2x) ·P (3x+y)/(1+m+2x) ·P
1
m
1-x
《化学工艺学》(刘晓勤)复习题答案
《化学工艺学》复习题第一章绪论1、化学工业（化学加工工业）：指生产过程中化学方法占主导地位的制造工业。
2、化学工业按产品的物质组成可分为：有机化工（碳氢化合物及其衍生物）和无机化工（非碳氢化合物）两大类。
3、一般综合考虑产品的性质、用途和生产量，化学工艺分为如下几类：无机化学工业、基本有机化学工业、高分子化学工业、精细化学工业、生物化学工业。
4、化学工业按原料的性质和来源分：石油化工、煤化工、生物化工、矿产化工、海洋化工。
5、化学工艺：将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，其中包括实现这种转变的全部化学和物理的措施。
6、原油按其组成大体分为：石蜡基、中间基、环烷基三大类。
7、辛烷值：将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准汽油。
将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中炕爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量。
8、原油的常压蒸馏和减压蒸馏过程称为石油的一次加工，常减压蒸馏馏分油的进一步化学加工过程称为石油的二次加工。
9、石油的二次加工工艺主要包括：重整、催化裂化、催化加氢裂化、烃类热裂解这四种化学加工方法。
10、物料衡算和热量衡算的意义与用途：①进行方案比较，参数值确定的基本方法。
②化工设计的基础。
③通过衡算，找出生产的薄弱环节，工艺参数值是否合理，提出生产的方向，提供设计数据。
11、物料衡算的依据——质量守恒定律12、热量衡算的依据—热力学第一定律第二章合成气1、合成气的生产包括两个主要步骤：合成气的制取和净化。
2、合成气的制取（造气）即制备含H2 和CO 的气体。
3、合成气的净化即将原料气中的杂质如CO、CO2、S 等脱除到ppm级(10-6)。
4、合成气制备中，影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素有：水碳比、反应温度和反应压力。
5、合成气制备中，甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行有利。
6、烃类蒸汽转化所使用的催化剂组成：NiO为最主要活性成份。
新教材高中化学第2章探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇学生用书鲁科版选择性必修1(含答案)
新教材高中化学学生用书鲁科版选择性必修1：微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇——化学反应选择与反应条件优化学业基础——自学·思记·尝试1.化学反应方向的判据(1)焓判据：放热过程中体系能量________，ΔH________0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。
(2)熵判据：体系的混乱度________，即熵增，ΔS>0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也可能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。
(3)复合判据ΔH－TΔS{＜0，反应________=0，反应________＞0，反应________ 2．反应条件对化学平衡的影响核心素养——合作·探究·分享目标一选择合适的化学反应甲醇是一种基础有机化工原料，广泛应用于有机合成、医药、燃料、高分子等化工生产领域，其消费量在有机原料中仅次于乙烯、丙烯和苯，位居第四位。
利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇，还需要寻找氢源。
如果选取常见的氢气或水作为氢源，可能设计出以下两个反应。
①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)O2(g)②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋32【活动探究】1．分析判断利用CO2合成甲醇的两个反应能否正向自发进行，应选用哪个反应合成甲醇？2．在利用反应①合成甲醇时，可能会伴随如下副反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.17 kJ·mol－1ΔS＝＋42.08 J·mol－1·K－1。
判断此反应能否正向自发进行。
状元随笔反应①更适宜于甲醇的工业生产。
在ΔG＝ΔH－TΔS中，ΔG＜0时反应能自发进行。
在反应①中，当T＜48.97×1 000K时，ΔG＜0；在反应②中，[676.48×1 000－T(－177.1643.87)]恒大于0。
第2 章原料气制取(煤制气)1
与烟道气的区别？？？
• 水煤气 气化剂：水蒸汽 主要反应 C＋H2O=CO+H2 C＋H2O=CO2+H2 气体主要成分：
H2 50% CO ＞35% CO2 9% N2 ＜ 6%
•半水煤气：以空气和水蒸气为气化剂 和碳反应生成的气体
空气煤气＋水煤气
半水煤气
气化剂： 空气 + 水蒸汽 N
气体成分：
H2 CO CO2
H NH3
N2 O2
40%
33%
6-8%
20-25%
＜0.5 %
气体成分特点：
那么，在工业上是否将空气和水蒸汽混合与煤
反应就能制备半水煤气呢？ C＋H2O＋O2＋3.76N2
制约条件： 1、合成氨需要的气体组成H2/N2=3 2、空气与碳反应的放热反应 水蒸汽与碳反应的吸热反应
热平衡
系式：
k p3
k p4
p *CH 4 p
*2 H2ຫໍສະໝຸດ ( pH2O )f p*H2 2 p*CH 4 ( pH2O ) f p*CO 2 p*CO2
温度压力已知，即可求得平衡组成
0.1MPa下，温度高于900℃，平衡产物 中氢气与一氧化碳的含量均接近50％，其 它组分的含量接近零。随着温度的降低， 水蒸气、二氧化碳及甲烷等平衡含量逐渐 增加。所以，在高温下进行水蒸汽与碳的 反应，平衡时残余水蒸气量少，水煤气中 氢气和一氧化碳的含量高。
相同温度下增加压力，气相中 H2O、CO2、CH4提高，H2、CO减少
2。3、原料配比的确定
碳与空气反应
p57
放热 吸热
2C+O2＝2CO
ΔΗ0R＝-220.19 KJ /mol
ΔΗ0R＝131.39KJ /mol
化工热力学(第二版)陈新志课后习题答案
到，在没有实验数据时，近似作零处理。
，通常它们值是如何得到？从实验数据拟合得
7. 简述对应态原理在对比状态下，物质的对比性质表现出较简单的关系。
8. 偏心因子的定义是
，其含义是
9.
正丁烷的偏心因子=0.193，临界压力Pc=3.797MPa
则在T =0.7时的蒸汽压为 r
MPa。 10. 纯物质的第二virial系数B与vdW方程常数a，b之间的关系为
汽化曲线方程是
PaK-1
解两直线的交点，得三相点的数据是：
Pa，
K
3. 当外压由0.1MPa增至10MPa时，苯的熔点由5.50℃增加至5.78℃。已知苯的熔化潜热是127.41Jg-1，估计 苯在熔化过程中的体积变化?
解：
K
得 m3g-1=1.0086 cm3mol-1 4. 试由饱和蒸汽压方程（见附录A-2），在合适的假设下估算水在25℃时的汽化焓。
A 仅是T的函数 B 是T和P的函数 C 是T和V的函数
D 是任何两强度性质的函数
5. 能表达流体在临界点的P-V等温线的正确趋势的virial方程，必须至少用到（A。要表示出等温线在临界 点的拐点特征，要求关于V的立方型方程）
A. 第三virial系数
6. 当
时，纯气体的
B. 第二virial系数
10. 若一个状态方程能给出纯流体正确的临界压缩因子，那么它就是一个优秀的状态方程。（错。） 11. 纯物质的平衡汽化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零。（错。只有吉氏函
数的变化是零。） 12. 气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。（对。） 13. 三参数的对应态原理较两参数优秀，因为前者适合于任何流体。（错。三对数对应态原理不能适用于
(必考题)人教版高中化学选修1-第2章简答题专项复习题(1)
一、解答题1．CO 和H 2是合成气，这两种气体都可以通过CH 4通过一定的反应制得。
(1)CH 4和CO 2反应可以制得CO 气体，CH 4(g)+3CO 2(g)2H 2O(g)+4CO(g)ΔH=+330kJ·mol -1。
图1表示初始投料比n(CH 4)：n(CO 2)为1：3或1：4，CH 4的转化率在不同温度(T 1、T 2)下与压强的关系。
[注：投料比用a 1、a 2表示] ①a 1=___；②判断T 1的T 2的大小关系，T 1___T 2。
(填“＞”、“＜”或“=”)(2)CH 4和H 2O(g)催化重整可以制取H 2和CO 2，化学反应为：CH 4+2H 2O(g)4H 2+CO 2。
实验发现，其他条件不变，在相同时间内，向上述体系中投入一定量的CaO 可以明显提高H 2的体积分数。
对比实验的结果如图2所示。
①投CaO 时H 2的体积分数增大的原因是___。
②微米CaO 和纳米CaO 对H 2体积分数的影响不同的原因是___。
(3)生成的CO 和H 2可用于合成甲醇，其反应为CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g)ΔH=-90.1kJ·mol -1，根据反应回答问题。
①初始条件相同时，分别在A(恒温)、B(绝热)两个容器内反应。
反应初始时两容器的反应速率A ___B(填“>”、“<”或“=”，下同)；平衡时CO 的转化率A ___B 。
②温度T 时，在容积为2L 的某密闭容器中进行上述反应，反应开始至平衡的相关数据如图3所示。
下列能表明该反应已达到平衡状态的是___。
A ．v(H 2)=2v(CH 3OH) B ．3c(CO)c(CH OH)=7：3时C ．容器中气体的压强不再变化D ．23c(H )c(CH OH)=2：1时③该化学反应10min 内H 2的反应速率v(H 2)=___。
该温度下，反应的平衡常数为___(保留1位小数)。
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氧化区：碳被氧化剧烈散热而维持
炉中反应温度 C+O2=CO2 2C+O2=2CO C+2CO2=2CO CO+1/2O2=CO2
灰渣区：灰渣冷却，气化剂预热防
止炉篦受高温并使气化剂分布均匀
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2-2-18 间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图
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固定层煤气发生炉(U.G.I型)制半水煤气的工艺流程
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重油气化炉结构图
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炭黑回收原理
少量 石脑 油
碳 墨 水 石脑油 炭墨重油 石脑油碳浆
萃取
水
少量石脑油
萃取
水 油 炭 浆
（重油～石脑油～炭 墨）
蒸馏
混合
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项目 1.流程
Shell法 废热锅炉流程
Texaco法 激冷流程 液氧泵加压蒸发后输送,气 化压力低时,用氧气压缩机
二段转化气
57
0.3
12.8
7.6
22.3
注：此数据为体积%
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图2-2 天然气蒸汽转化工艺流程
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2.一段转化炉
①炉型 ⑴ 顶烧 ⑵ 侧烧 ⑶ 梯台 ⑷ 换热式
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图2-3顶部烧嘴蒸汽转化炉辐射室结构
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图2-3 的说明
天然气 烧嘴
空气 辐射段 对流段 排风机
烟囱
辐射段
粒度，mm 原 料 煤 特 征
90% 70%
6～50
0～5
<200目 ﹤200 目
对小颗粒煤
对粘结性煤 典型煤种
受限制
受限制 需搅拌装置 无烟煤 褐煤
好
受限制 褐煤
不受限制
不受限制 任何煤种
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续表
气化压力，MPa 气化区最高温度， ℃ 操 作 特 征 气化炉出口温度， ℃ 耗氧量 耗蒸汽 煤在炉内停留时间， min 氧 化 剂 常压 2～3 〈灰软化温度 约100 无低 高高 常压 1.0 850～900 约1100 850～900 约1100 低 高 低 常压 3～6.5 1350～1600 1350～1600 高 无
CO 转 化：CO+H2O
CO+3H2 CO+H2
CO2+H2
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二、工艺条件
1.温度（1400℃）
图2-4 3.04MPa下气体平衡组成与温度关系 ·30 ·
2.压力（5MPa左右）
图2-5 不同压力下原料气中甲烷平衡浓度
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3.氧油比（1.15-1.3Nm3/kg左右）
4.蒸汽油比（0.3-0.4kg/kg左右）
②废热锅炉流程（Shell法） 利用废热锅炉间接换热，副产品是高压蒸汽。
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Shell法重液态烃部分氧化法工艺流程
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废热锅炉流程图分5部分
①原料油和气化剂的加压、预热、预混合
②油的汽化
③高温水煤气显热的回收 ④洗涤和清除碳墨
⑤碳墨回收及污水处理
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Texaco法重质液态烃部分氧化工艺流程
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1.化学反应
在蒸汽转换过程中，烃类主要进行如下反应： • CnH2n+2+
n 2 n 1 n 1 H O= 2 2 4 3 4
CH4+
n 4
3n 1 CO 2 4
• CnH2n+
H2O=
CH4+
CO2
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生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：
CH4＋H2O CH4＋2H2O CO＋H2O CO2＋CH4 CO＋3H2 CO2＋4H2 CO2＋2H2 2CO＋2H2
-41.194 -74.898
C+2H2O(g)
CO+H2O(g) C+2H2
CO2+2H2
CO2+H2 CH4
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合成氨工业中不仅要求合成气中H2和CO含 量高还要求（CO+H2)/N2=3.1～3.2（mol）， 所以需要用适量空气和水蒸气为气化剂，所得 气体为半水煤气。
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2 工艺条件（低压、高温）
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三、工艺流程及主要设备
1.方框图 重油
O2 蒸汽
汽 化
热量回收
清除炭尘 （炭黑回收）
裂化气 （粗合成气：CO,H2,少量CH4）
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2.流程分类（按热量回收方式）
①激冷流程（Texaco法） 激冷流程是将高温原料气直接与热水接触，水迅 速蒸发进入气相而原料气迅速冷却，原料气清除炭 黑后直接送去进行一氧化碳变换反应。由于激冷流 程不允许在变换前因脱硫而降低温度，所以要求原 料是低硫重油或后变换过程用耐硫催化剂。
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2. Lurgi加压连续固定床
Lurgi炉结构示意图
1煤箱,2分布器,3水夹套,4灰箱，5 洗涤器
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3.K-T型(第一代气流床)
1煤仓,2给料器,3球磨机,4热气体发生器,5旋风分离器,6粉煤仓,7风机,8电 除尘器,9粉煤料斗,10螺旋输煤机,11气炉,12废热锅炉,13出灰机，14洗涤 塔，15泰生洗涤机，16冷却器，17气封槽，18沉降槽，19煤气鼓风机，20、 24氧气鼓风机，21冷却塔，22水泵，23泥浆泵. ·53 ·
第二章 合成气
2.1 合成气的制取 2.2 合成气的净化
化学工业出版社
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2.0 概 述
一、用途
1.最大用途为氮肥，占总产量的85% 2.炸药（NH3 HNO3 硝酸铵等） 3.化纤及塑料（己内酸胺、尼龙6单体、己二胺、丙 烯腈等） 4.致冷剂 5.其他（磺胺类药物、维生素、氨基酸等）
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温度，℃ 650
CO2 10.8
CO 16.9
N2 72.3
a=CO:(CO+CO2) 61.0
800
900
1.6
0.4
31.9
34.1
66.5
65.5
95.2
98.8
1000
0.2
34.4
65.4
99.4
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② 以水蒸气为气化剂
C+H2O
CO+H2
∆H0298 KJ/mol 131.390 90.196
2.气化的供氧方式
3.工艺条件 气化压力,MPa 气化温度,℃ 蒸汽/油比kg/kg
离心式氧气压缩机
6.0 1350～1400 0.34～0.40
8.7 1300～1350 0.40
氧油比kg/kg
项目 4.气化炉最大生产能力t氨 /（d· 台） 炉内气体停留时间s 结构型式
0.75
Shell法 640 长（10～20） 立式,有耐热衬里,钢制容 器,炉膛容积大
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二 、气化设备
1.常压固定床（UGI炉）
自由空间：聚集煤气 干燥区：燃料中的水分蒸发 干馏区：燃料被热分解，分出水分及挥发
分而成焦 还原区：CO2被还原成CO、C，CO与水 蒸气反应生成CO2.H2 CO2+C=2CO H2O+C=CO+H2 CO+H2=CO2+H2 2H2O+C=CO2+2H2
④中毒：硫和铅等。
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3.二段转化过程
烃类蒸汽转化制取合成氨原料气的工业过 程，大多采用二段转化工艺。
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4.工艺条件
1） 压力 （3.5-4.5MPa)
甲 烷 平 衡 含 量 %
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2）温度
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3） 水碳比
甲 烷 平 衡 含 量 %
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4） 空速
1-0~0.2MPa 2-0.85~1MPa 3-1.7~2MPa
二、合成氨的基本生产过程
1.合成气的制取 合成气：水煤气和空气的混合物
烃
水蒸气 空气 造气 煤气
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H2
CO
CO2
N2
CH4 O2
H2S
空气煤气 0.9
水煤气
33.4
0.6 64.6 0.5
6.5 6.0 6.6 5.5 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2
50.0 37.3
混合煤气 11.0 27.5 半水煤气 27.0 33.0 H2+CO N2
喷嘴
余热利用方式
废热锅炉（采用火管式变径盘 管结构,最高产汽压11.0MPa
裂化气中炭黑脱除
经炭黑捕集器及洗涤二级水洗 除炭后,气体冷至常温 可以
炭黑能否返炉气化
典型工业装置
德国Veba工厂产氨1400t/d,甲 醇600 t/d。采用Shell法 印度GNFC工厂产氨1350 t/d， 6.0MPa气化,低温甲醇洗脱硫、 Texaco法8.7MPa气化,低温甲醇 变换,低温甲醇洗脱碳,液氨洗, 洗、液氨洗净化,压缩合成流程 压缩合成流程
3.二段转化炉
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2.1.2 重油的部分氧化
一、重油部分氧化气化反应
O2 气化剂 水蒸气（或蒸汽） 部分氧化： CmHnSr+m/2O2 = mCO+(n/2-r)H2+rH2S 完全氧化： CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H20
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其他主要反应 甲烷转化：CH4+H2O 碳 转 化： C+H2O
图2-2-3 一段转化炉空速与压力关系
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二、工艺流程及主要设备
1.天然气蒸气转化流程
原料天然气 ？ ？ 190℃ 510℃ 850℃ 预热 预热器 脱硫 一段转化 蒸汽
弛放气
加压空气 蒸汽
预热 ？ 450℃ 1000℃ 二段转化 废热锅炉