合成气的制备方法
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+CO2
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(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。
第2章 合成气
® 3Cu(NH ) +2NH +CO2 +3NH3
+ 3 2
+ 4
2、液氮洗涤法—深冷分离法
不但能脱除CO(＜10ppm)，还能有效地脱除CH4、Ar 等得到惰性气含量＜100ppm的高质量合成气。还可 分离原料气中过量N2 原理：基于各种气体沸点不相同的特性进行分离 常与重油部分氧化、煤的纯氧和富氧气化以及采用 过量空气制气的工艺相配用。(液氮洗涤法)
骣 骣P 23490 6 鼢 k = 3.060? 10 exp 珑 鼢 珑 珑 桫 RT 鼢 桫 0.101
0.5
B110-2、 WB-2
4.孔扩散的影响
• 孔扩散影响严重，有时表现为强孔扩散控制
• 内表面利用率与反应温度、压力、组成还与催化
剂片剂大小、压片强度等有关
• 温度升高、压力升高、颗粒加大、强度增加、堆
xA－活性系数
k - 反应态下的反应速率，kmol /(kg ?h)
6.操作条件（压力、温度、汽气比）
变换反应是可逆，有最适宜反应温度存在。
- 0.5 对r = kyCO yCO (1- b )求导、并令导数为零 2
b=
合成气制备乙二醇孟山都的工艺方法
合成气制备乙二醇孟山都的工艺方法
合成气制备乙二醇孟山都的工艺方法是将合成气（一氧化碳和氢气的混合物）经过催化剂反应生成乙二醇孟山都。
以下是合成气制备乙二醇孟山都的传统工艺方法：
1. 生成气体混合物：将甲烷（天然气）与水蒸气在高温下反应生成合成气。反应方程式如下：
CH4 + H2O -> CO + 3H2
2. 加压反应：将合成气与催化剂经过一系列加压反应器进行反应。反应过程中，一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）与氢气（H2）发生选择性催化水合反应，生成乙二醇孟山都。反应方程式如下：
CO + 2H2 -> CH3OCH2OH
3. 分离纯化：将反应产物中的乙二醇孟山都与副产物分离，并进行纯化处理，以获得高纯度的乙二醇孟山都。
值得注意的是，乙二醇孟山都的工业生产方法还包括其他用途更广泛的工艺方法，如从乙烯和氧化碳（气相法）、从天然气甲醇和一氧化碳（石化法）等方法。这些工艺方法都可用于制备乙二醇孟山都，但其具体操作细节和催化剂选择等可能会有所不同。
2合成气(化学工艺学)解析
对流段 1200℃燃烧
500～
3.1MPa
550 ℃ 800－820 ℃
一段转化炉
CH4≈ 9.5%
二段转化炉
850～ 860 ℃
450 ℃
对流段
少量水蒸汽
空气 （3.3 ～ 3.5MPa）
主要设备
(1)一段转化炉
辐射段 ＋ 对流段
（反应管与加热室）
(回收热量）
炉管：耐热合金钢管（成本1/6）
① 炉型 a 顶部烧嘴炉 b 侧臂烧嘴炉
2.1.2 重油部分氧化
➢ 重油部分氧化法是以重油（即渣油）为原料， 利用氧气在高温下进行反应，获得主要含氢和 一氧化碳的原料气。
2.1.2.1 重油部分氧化反应
1.气化反应 重油雾滴气化：
气态烃的氧化燃烧： CmHn + (m + n/4)O2
mCO2 + n/2H2O
气态烃高温热裂解：
C m H n ( m - n / 4 ) C + ( n / 4 ) C H 4
水碳比 反应温度 反应压力
➢ 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，对甲烷转化有力；
➢ 甲烷蒸汽转化在高温、高水碳比和低压下进行 有利
2.1.1.2 烃类蒸汽转化催化剂
化学工艺学 第 2 章 合成气
370 ℃
回收 热量
1000℃ CH4<0.3%
少量水蒸汽
空气 （3.3 ～ 3.5MPa）
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
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
烧嘴
2.1.1.5 转化反应工艺流程及转化炉
（1）一段转化炉：
顶 部 烧 嘴 炉
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.3 二段转化过程
工业上采用了分段转化的流程 ：首先，在较低 温度下，在外热式一段转化炉中进行烃类蒸气转 化反应，而后在较高温度下，在二段转化炉中加 入空气，利用反应热将甲烷转化反应进行到底。
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.3 二段转化过程
二段转化的化学反应： 2H2+O2=2H2O(g) 2CO+O2=CO2 CH4+O2=CO+3H2 △H0298= - 482.99kJ/mol △H0298= - 565.95kJ/mol
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化
2.1.1.4 转化反应的工艺条件
a. 压力：通常为3~4MPa 采用加压条件的主要原因： 降低能耗 提高余热利用价值 能量合理利用 全厂流程统筹
2.合成气
iii.
以煤为原料的生产方法
高温条件下，以水蒸气和氧气为气化剂；
C H 2O CO H 2
煤制合成气中H2/ CO比值较低，适于合成有机化合物。
合成气的应用实例
1.
5.
合成天然气、汽油和柴油
CO 3H 2 CH 4 H 2O( SNG)
Ni
煤制合成气通过费托合成可生产液体烃燃料
nCO ( 2n 1) H 2 C2 H 2 n 2 nH 2O
合成气的应用实例
合成气应用新途径
1.
直接合成乙烯等低C烯烃 2CO 4 H 2 C2 H 4 2 H 2O
水蒸气转化法 在高温和催化剂存在下，烷烃与水蒸气反应生 产合成气的方法称为水蒸气转化法。当以天然气为原料时，又 称甲烷蒸汽转化法，是目前工业生产应用最广泛的方法。 部分氧化法 部分氧化法是指用氧气(或空气)将烷烃部分氧化 制备合成气的方法。反应运式表示为, 部分氧化法多用于以石 脑油或重油为原料的合成气生产。
部分氧化法
1 CH 4 O2 CO 2 H 2 2
该法制得的合成气中H2/ CO比值理论上是3， 有利于用来制造合成氨或氢气。
ii.
以重油或渣油为原料的生产方法；
合成气的制备方法
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
二氧化碳和甲烷重整制合成气的工艺流程
二氧化碳和甲烷重整制合成气的工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！
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合成气合成甲醇合成工艺流程图简述
合成气合成甲醇合成工艺流程图简述
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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CO H 、2等混合气,其主反应为:
2243H CO O H CH +=+，mol /206298KJ H =∆Θ
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： 2243H CO O H CH +⇔+，mol /206298KJ H =∆Θ
222442H CO O H CH +⇔+，mol /165298KJ H =∆Θ
222H CO O H CO +⇔+，mol /9.74298KJ H =∆Θ
可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是：
制备乙炔和合成气的方法
制备乙炔和合成气的方法
乙炔是一种具有重要工业应用的烃基物质。根据乙炔应用的不同，它可以以多
种方式制备。
一种方式是通过聚合反应。聚合反应是一种重要的合成方法，它可以通过改变
原料的价电子密度来合成乙炔。这样的反应需要热催化剂，所以需要保持高温，过程中很容易污染环境。
另一种方式是高温燃烧反应。必须将甲烷、氢和空气混合，并加热到一定温度，用乙烷作为催化剂。燃烧反应可以生成乙炔，也可以合成其他烃类物质。当控制反应温度时，可以提高乙炔的生成率。
合成气是由乙炔、氢气、二氧化碳组成的气态混合物，其中乙炔可以通过上述
的方式以高纯度的形式制备，而氢气和二氧化碳可以从天然气中分离出来。将这三种物质混合在一起，然后用增压法将其加压到一定的压力，就可以得到合成气。
由此可见，乙炔和合成气可以通过上述方法制备。但是，需要注意，在制备和
运输过程中，为了确保制成品的安全、有效性，应当特别注意质量控制。
第五章 合成气的生成方法
第五章
合成气的生成方法
5.1概述
一概述
合成气，是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气等转化而得。按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气（见甲醇）等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一,组成（体积％）有很大差别:H2 32～67、CO 10～57、CO22～28、CH4 0.1～14、N2 0.6～23。
制造合成气的原料含有不同的H／C摩尔比：对煤来说约为1:1;石脑油约为2.4:1;天然气最高,为4:1。由这些原料所制得的合成气,其组成比例也各不相同,通常不能直接满足合成产品的需要。例如：作为合成氨的原料气，要求H2/N2＝3，需将空气中的氮引入合成气中（见合成氨原料气）；生产甲醇的合成气要求H2／CO≈2或(H2－CO2)/(CO＋CO2)≈2;用羰基合成法生产醇类时,则要求H2／CO≈1;生产甲酸、草酸、醋酸和光气等则仅需要一氧化碳。为此，在合成气制得后，尚需调整其组成，调整的主要方法是利用水煤气反应（变换反应）：CO+H2O=CO2+H2。以降低一氧化碳，提高氢气的含量。
二历史沿革
合成气的生产和应用在化学工业中具有极为重要的地位。早在1913年已开始从合成气生产氨，现在氨已成为最大吨位的化工产品。从合成气生产的甲醇，也是一个重要的大吨位有机化工产品。1939年，德国开发的乙炔氢羧化工艺曾是生产丙烯酸及其酯的重要方法。第二次世界大战期间，德国和日本曾建立了十多座以煤为原料用费托合成从合成气生产液体燃料（见煤间接液化）的工厂,战后由于有廉价的原油,这些厂先后关闭。1945年，德国鲁尔化学公司用羰基合成（即氢甲酰化）法生产高级脂肪醛和醇开发成功，此项工艺技术发展很快。60年代，在传统费托合成的基础上,南非开发了SASOL工艺，生产液体燃料并联产乙烯等化工产品，以适应当地的特殊情况。1960年，联邦德国巴登苯胺纯碱公司的甲醇羰基化生产醋酸工艺工业化；1970年，美国孟山都公司对此法作了重大改进，使之成为生产醋酸的主要方法，进而带动了有关领域的许多研究。70年代石油涨价以后，又提出了碳一化学的概念。对合成气应用的研究，引起了各国极大的重视。
合成气的制备方法
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
合成气的生产过程
合成气的生产过程
合成气(Synthesis gas，简称syngas)是一种含有一氧化碳和氢气的混合气体，可用于许多重要的工业过程，如制氢、化学合成和能源生产。合成气的主要生产过程有煤气化、蒸汽重整和部分氧化三种方法。以下是对这三种方法的详细介绍。
1.煤气化：
煤气化是通过将固体煤转化为可燃气体的过程，它是合成气生产中最常用的方法。煤气化过程分为两个阶段：干煤气化和水煤气化。
首先，干煤气化是将煤在高温条件下与空气或氧气反应产生一氧化碳和氢气。煤被加热至高温(约700-1400℃)并通过供气管注入少量的氧气或空气，从而引发煤的部分燃烧和热裂解。在这个过程中，煤中的可燃物质将转化为一氧化碳和氢气，同时产生煤气化渣滓。
然后，水煤气化是在干煤气化的基础上继续进行的。煤气化渣滓与水蒸气反应生成CO和H2、在水煤气化中，煤中的碳氢化合物与水蒸气反应生成更多的一氧化碳和氢气。该反应通常在较低的温度(约200-350℃)和较高的压力(约20-50个大气压)下进行。
整个煤气化过程产生的合成气可以根据不同用途进一步处理，例如通过净化去除杂质，或进行酸碱平衡调整以满足特定的化学反应要求。
2.蒸汽重整：
蒸汽重整是一种将天然气、石油或重质烃类转化为合成气的方法。这种方法经常用于制备合成氨、合成甲醇和合成烃等化学品。
首先，通过部分燃烧天然气或石油产生的混合燃料与空气混合并通过
催化剂床，使其部分氧化。在这个过程中，产生一氧化碳和氢气。
然后，将得到的混合气体与过量的水蒸气反应，通过蒸汽重整反应产
生更多的一氧化碳和氢气。该反应在高温(700–1100℃)和中等压力(10-
天然气转化制备合成气研究进展安波
天然气转化制备合成气研究进展安波
发布时间：2021-10-06T08:35:59.228Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：安波[导读] 随着我国科学技术水平不断提升，各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度，详细探究天然气转化制备合成气工作要点
新疆玉象胡杨化工有限公司新疆维吾尔自治区沙雅县 842200
摘要：随着我国科学技术水平不断提升，各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度，详细探究天然气转化制备合成气工作要点，核心目的是能对天然气合理开发与利用，有效减少石油资源使用量，并降低环境污染程度，提升资源利用率。同时，天然气转化制备阶段会应用到先进技术与配套设施，要有完善的实施方案与计划，并对人员技术水平、专业能力等有明确要求，才可保证整体质量与效率。关键词：天然气；转化制备；合成气
引言：在天然气转化制备合成气过程中，所包括的工作流程较多，每项工艺质量控制会影响到整体效果，经专业化技术人员规范操作，能对常规问题详细探究与防控，能在细节上控制转化制备质量。再加上工艺要求不同，技术手段选择与应用要合理，以CH为主要燃料，经多道程序处理可保证合成气转化质量，整体利用率显著提升。
一、方法应用当前，天然气转化制备合成气的常用方法包括两种：其一，直接转化法，能把天然气直接转化成化工产品；其二，间接转化法，直接把天然气转化成合成气，再经过对合成气的处理才能得到相应的化工产品。对比两种方法的综合性，前者转化率、产率等较低，无法在短期内实现预期目标。而后者则分析天然气转化制备要点，借助相应的技术手段，要经过多到程序处理才可生成化工产品，在总体投资方面成本较高，但能保证化工产品质量。对此情况，无论是对哪种方法应用，均需依据实际情况全面分析，一旦在方法应用方面存在不合理情况，就会影响后续工作进度，更无法保证工艺质量。对此，还需在转化制备中详细探究，实施效果才能有良好的基础保障。
合成气的制备方法
合成气的制备方法
合成气是一种混合气体，主要由一氧化碳（CO）和氢气（H2）组成，
常用于工业生产中的化学反应和能源转化。下面将介绍几种常见的合成气
制备方法：
1.煤气化法：
煤气化法是一种以煤作为原料，通过煤的气化反应生成合成气的方法。煤气化反应可以使用氧、水蒸汽或二氧化碳等作为氧化剂，在高温
（1000~1300℃）和高压（10~30MPa）条件下进行。氧化剂与煤反应生成
一氧化碳和氢气，同时伴随生成一些其他气体和固体产物。该方法具有原
料丰富、适用于大规模生产的优点，但同时也伴随着环境污染和生产成本
较高的问题。
2.重油催化裂解法：
重油催化裂解法是一种以石油重质馏分为原料，通过催化反应生成合
成气的方法。在催化剂的作用下，重油中的大分子化合物被裂解为轻质烃类，并在高温（600~800℃）和中等压力条件下生成一氧化碳和氢气。该
方法具有操作灵活、反应速度快的优点，但由于原料资源较为有限，所以
在生产规模方面存在一定的限制。
3.天然气重整法：
天然气重整法是一种以天然气为原料，通过催化反应生成合成气的方法。首先将天然气中的烷烃类通过催化剂催化反应重整为较小分子量的烃类，然后在高温（700~900℃）和中等压力条件下通过水蒸汽重整反应生
成一氧化碳和氢气。该方法具有废气少、纯度高的优点，适用于小规模生
产和移动式装置。
4.生物质气化法：
生物质气化法是一种以生物质（如木材、秸秆等）为原料，通过热解反应生成合成气的方法。生物质在高温（600~900℃）和缺氧条件下发生热解反应，生成可燃性气体，其中包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷等。该方法具有可再生、环保、资源丰富的优点，但由于原料质量不一、成分复杂，所以需要进行前处理，以提高合成气的纯度。
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二甲醚原料----合成气
合成气的主要组分为CO与H2,可作为化学工业的基础原料,亦可作为制氢气与发电的原料。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就是实现绿色化工、合成液体燃料与优质冶金产品的基
础。
1合成气的制备工艺
根据所用原料与设备的不同,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就是以处理天然气与煤这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就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)与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、不同的实施方式与生产装置,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、部分氧化法与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,适合于制备合成氨与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,投资与操作费用高。
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,需要复杂的热回收与除尘装置。
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与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)与(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,其工艺特点就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与反应器材质要求很高。
以天然气为原料制备合成气工艺,其主要特点就是流程短、CO2排放量少,符合可持续发展的要求,就是今后的发展方向。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、催化剂昂贵与高温易失活等缺点。当前技术开发的主要方向就是节能降耗、高效催化剂的开发与灵活调节合成气的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-固反应与均相的气-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,根据气化炉内气流与燃料床层的运动特点,煤气化技术可分为气流床、流化床、移动床与熔融床等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
流化床煤气化技术就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与较多的粉尘含量、灰渣含碳量,其仅适用于活性高的褐煤、年轻的烟煤。另外,为了回收利用飞灰与灰渣,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
气流床煤气化就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。粉煤与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就是消除了燃料的粘结性对气化过程的影响。与其她煤气化的工艺相比,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;缺点就是飞灰带出量大,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
移动床煤气化工艺就是一逆流反应过程,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,就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与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。