合成气的生产过程
合成气的生产过程
第五章合成气的生产过程5。
1 概述合成气是指一氧化碳和氢气的混和气，英文缩写是Syngas。
其H2/ CO（摩尔比）由1/2到3/1。
合成气在化学工业中有着重要作用。
5.1.1 合成气的生产方法(1）以煤为原料的生产方法：有间歇和连续两种操作方式。
煤制合成气中H2/ CO比值较低，适于合成有机化合物。
（2）以天然气为原料的生产方法：主要有转化法和部分氧化法.目前工业上多采用水蒸气转化法（steam reforming），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。
(3) 以重油或渣油为原料的生产方法：主要采用部分氧化法（partial oxidation）.5。
1。
2.1 工业化的主要产品(1）合成氨(2）合成甲醇（3）合成醋酸(4）烯烃的氢甲酰化产品(5）合成天然气、汽油和柴油5.1.2。
2 合成气应用新途径(1）直接合成乙烯等低碳烯烃(2）合成气经甲醇再转化为烃类(3）甲醇同系化制乙烯(4）合成低碳醇(5)合成乙二醇(6)合成气与烯烃衍生物羰基化产物5.2 由煤制合成气以煤或焦炭为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧)、水蒸气等为气化剂，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，其有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
5。
2.1。
1煤气化的基本反应煤气化过程的主要反应有:这些反应中,碳与水蒸气反应的意义最大，此反应为强吸热过程。
碳与二氧化碳的还原反应也是重要的气化反应。
气化生成的混合气称为水煤气.总过程为强吸热的。
提高反应温度对煤气化有利，但不利于甲烷的生成。
当温度高于900℃时，CH4和CO2的平衡浓度接近于零.低压有利于CO和H2生成，反之，增大压力有利于CH4生成。
5.2。
1.2 煤气化的反应条件（1）温度一般操作温度在1100℃以上。
（2) 压力一般为2。
5～3。
2MPa。
（3）水蒸气和氧气的比例H2O/O2比值要视采用的煤气化生产方法来定。
合成气的生产过程
水碳比 H2O/CH4摩尔比
水碳比
甲烷平衡含量（%）
2
18.0
4
7.9
6
1.0
P=3.5MPa、T=800℃
水碳比越高，甲烷平衡含量越低 高水碳比有利于抑制析碳副反应
压力 反应体积增大，低压有利平衡
催化剂
镍活性成分＋助催化剂＋载体＋碱性物质
成分
助催化剂：提高活性、改善性能：金属氧化物 载体：提高表面积，防止烧结：Al2O3 或MgAl2O4尖晶石 碱性物质：中和酸性
C1化工指以合成气和甲烷为原料合成碳数为2或2个 以上化合物的化学工艺。
合成气的应用
合成氨 合成甲醇
合成醋酸
CH3OCH3 新燃料
烯烃的甲酰基化
合成天然气、汽油和柴油
新用途
煤变油
先转化为乙烯，再转化为其他 先转化为甲醇，再转化为汽油、乙烯等 直接转化为其他
目录
概述 由煤制合成气 由天然气制合成气 由渣油制合成气 一氧化碳的变换过程 脱硫与脱碳
合成气的生产过程
2020/8/13
目录
概述 由煤制合成气 由天然气制合成气 由渣油制合成气 一氧化碳的变换过程 脱硫与脱碳
合成气
合成气（syngas）：CO与H2的混合气 H2: CO=1:2~3:1
合成气的制造：许多含碳资源如煤、天然气、石油馏 分、农林废料、城市垃圾等均可用来制造合成气
利用合成气可以转化为液体和气体燃料、大宗化学品 和高附加值的精细有机合成产度：1200℃ 压力：3MPa 煤的转化率：88～95% 特点：制得的水煤气中CH4和 CO2含量较高，而CO 含量较 低，适于制备城市煤气
流化床连续式气化
以高活性煤如褐煤或某些烟煤 为原料，生成气的组成为： H2 35~46%、CO 30~40%、 CO2 13~25%、CH4 1~2%, 目前多用于制氢、氨原料气和燃料煤气
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。
合成气生产工艺
合成气生产工艺
合成气是一种由氢气（H2）和一氧化碳（CO）组成的混合气体，通常用于化学合成、燃料生产和其他工业过程。
合成气的生产工艺主要有煤气化、重油蒸气改制和生物质气化等多种方法。
以下是其中两种主要的合成气生产工艺的简要介绍：
1.煤气化工艺：
煤气化是通过高温、高压条件下将固体煤转化为合成气的工艺。
主要步骤包括：
a.煤的预处理：煤在煤气化之前通常需要进行破碎、粉碎和脱硫等预处理，以提高气化效率。
b.煤气化反应：将预处理后的煤与气化剂（通常是水蒸气和空气或氧气的混合物）在高温高压反应器中反应，产生合成气。
c.气体清洁：合成气中可能含有杂质，需要通过气体清洁设备去除硫化物、氮氧化物等有害成分。
2.重油蒸气改制工艺：
这是一种将重质石油馏分转化为合成气的工艺。
主要步骤包括：
a.热裂解：通过加热重质石油馏分，使其分解为较轻的烃类物质。
b.蒸气改制反应：将热裂解产生的烃类物质与水蒸气在催化剂的作用下发生改制反应，生成合成气。
c.气体净化：清除合成气中的杂质，如硫化物、氮氧化物等。
这两种工艺是实现合成气生产的常见方法，选择使用哪种工艺通常取决于原料的类型和可获得的资源。
此外，生物质气化、焦炭气化等方法也在一些特定情境下被应用。
合成气是一种重要的工业中间体，在合成燃料、化学品和其他产品方面有广泛的应用。
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。
第四章合成气的生产过程
1.8737 107 T2 11.894
lg K P2
2.183 T
0.09361 lg T 0.632 103 T
1.08 107 T2 2.298
图解法或迭代法求 解x,y
c. 影响转化反应平衡组成的因素 水碳比 反应温度 反应压力
水碳比的影响
P=3.5MPa、T=800℃
水碳比
水碳比为2
甲烷平衡含量％ 5.0 2.0 1.0 0.5 0.2
压力 (MPa)
温度 ℃
1
800 870 910 950 1000
2
870 950 1000 1030 1100
4
940 1020 1080 1130 1200
温度增加，甲烷平衡含量下降
（3）反应动力学 在镍催化剂表面甲烷和水蒸汽解离成次甲基和原子态氧， 并在催化剂表面吸附与互相作用，生成CO、CO2和H2
2 4 6
甲烷平衡含量(%)
18.0 7.9 1.0
水碳比越高，甲烷平衡含量越低。
反应压力影响
甲烷平衡含量％
反应压力 MPa 水碳比＝2、T＝800℃
• 压力增加，甲烷平衡 含量也随之增大。
• 在烃类蒸汽转化方法 的发展过程中，压力 都在逐步提高，主要 原因是加压比常压转 化经济效果好。
反应温度的影响
催化剂中毒 a S S≤0.5ppm,可逆性中毒
催化剂活性越高，允许S含量越低。 温度越低，S对镍催化剂毒害越大。 b As 永久性中毒
As来源:含As碱液脱碳 c 卤素 卤素 ≤0.5ppm,永久性中毒
催化剂活性下降判断方法：
甲烷含量升高;平衡温距增大;“红管”现象
（6）工业生产方法 甲烷蒸汽转化过程中控制的主要工艺条件是温度、压力、 水碳比、空气加入量等。同时还要考虑到炉型、原料、炉 管材料、催化剂等对这些参数的影响。参数的确定，不仅 要考虑对本工序的影响，也要考虑对压缩、合成等工序的 影响，合理的工艺条件最终应在总能耗和投资上体现出来。
第五章 合成气生产过程 化工工艺学课件
下部为有催化剂的转化段，利用燃烧段反应放出的热量，进行吸热的甲烷蒸汽 转化反应[见式(5-20)]。
下部的反应条件： 2.45 MPa，950～1030℃，（下部的）颗粒状镍催化剂（以含 氧化锰和氧化铝的尖晶石为载体，具有很高的活性和耐高温性能，可采用较 高空速进行反应）。
②优点 a.合成气中的H2／CO可在０.99～2.97之间灵活地调节； b.反应器的设计合理地利用了反应热，不需外部供热，提高热效率。
（1）ATR工艺：由丹麦Topse公司提出并已完成中试。
①工艺过程 基本原理：把 CH4的部分氧化和蒸汽转化组合在一个反应器中进行。
进料： 天然气、纯氧和水蒸气，其中O2／烃=0.55～0.6(摩尔比)。 反应器：反应器为圆筒形，内衬耐火材料，燃烧段入口装有耐火材料保护的金属
燃烧器。 上部为无催化剂的燃烧段，在此处一定量的CH4按下式进行不完全燃烧，释放
机理：活性炭吸附H2S和02，后两者在其表面上反应，生成元素 硫；
活性炭也能脱除有机硫，有吸附、氧化和催化三种方式。
吸附方式对噻吩最有效，CS2次之，COS最差，它要在氨及氧 存在下才能转化而被脱除：
COS+0.5O2
CO2+S
COS+2O2+2NH3+H2O
（NH4）2SO4+CO2
在活性炭上浸渍铁、铜等盐类，可催化有机硫转化为H2S， 然后被吸附脱除。
PSA法还可用于分离提纯H2、N2、CH4、CO、C2H4等气体。
5.2 由天然气制造合成气
5.2.1 天然气制合成气的工艺技术及其进展 5.2.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理 5.2.3 天然气蒸汽转化过程的工艺条件 5.2.4 天然气蒸汽转化流程和主要设备
合成气的生产过程
气体在反应后各组分的平衡分压
合成气的生产过程
(3)甲烷水蒸气转化反应热力学
(1-1) (1-2)
图解法或迭代法求解x,y
合成气的生产过程
1.甲烷水蒸气转化反应理论基础
(3)甲烷水蒸气转化反应热力学 c.影响甲烷水蒸气转化反应平衡组成的因素
水碳比
反应温度
反应压力
合成气的生产过程
4.3.2.1甲烷水蒸气转化制合成气
合成气的生产过程
2020/11/7
合成气的生产过程
第4章 合成气的生产过程
主要内容 4.1 概述 4.2 由煤制合成气 4.3 以天然气为原料制合成气 4.4 原料气脱S 4.5 CO2的脱除 4.6 CO变换
合成气的生产过程
4.1概述
4.1.1 生产方法及应用
合成气（synthesis gas or syngas) CO和H2的混合物
合成气的生产过程
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
合成气的生产过程
3.流化床气化法
4.2.2 水煤气的生产方法
特点 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
合成气的生产过程
水 煤 气 发 生 炉
合成气的生产过程
1.固定床间歇法（蓄热法） 生产工艺条件：
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。 间歇生产过程，发生炉的生产强度低，对煤 的质量要求高。
合成气的生产过程
4.2.2 水煤气的生产方法
第四章_合成气的生产过程.pptx
0.1MPa下碳 －蒸汽反应 的平衡组成
2MPa下碳蒸汽反应的 平衡组成
动力学特征 气固反应，反应速率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。另外，反应速率还与煤的 种类有关：无烟煤<焦炭<褐煤（反应活性）
(1) 对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后0～ 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。
具体方法包括： 固定床 间歇式气化法 连续式气化法(鲁奇法） 流化床 气流床(德士古法)
.固定床间歇法（蓄热法）
优：制气时 不用氧气， 不需空分装 置
缺：生产 过程间歇， 发生炉的生 产强度低， 对煤的质量 要求高。
• 蒸汽转化法 Steam reforming
分H6部H氧2k29分J98化=8/氧m2法=部0化-o63l法k分5CCJ.HH7/氧mk44CCJo++H化H/强lm14H4/法o++22外OOl1H强2/热22供OO催外高平2化热温P供催剂衡高a化,r温热,技tCH剂iO,a2C技术/lCOC+o术OCO3+成xHO+易成2i2dH3熟+调熟Ha22t2H,节,iHHoH2Hn2.22需/29/CH98CH=8纯O222=9O098=-氧=863=2k35=0J.-73/63mkk5JJo.7//lmmkJoo/llm强热ol外平强热供衡外平热,供H衡 -35.7kJ/mol 热平衡,H2/CO易调节.需纯氧
.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
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
合成气的生产过程
合成气的生产过程1. 简介合成气是由一氧化碳和氢气组成的气体混合物，通常用作能源源和化工原料。
它可以通过多种不同的方法来生产，本文将介绍合成气的主要生产过程。
2. 生产方法2.1 煤气化法煤气化法是最常见和传统的合成气生产方法之一。
该方法将煤炭与氧气和水蒸气在高温下反应，产生一氧化碳和氢气。
具体的步骤如下： 1. 原料准备：将煤炭破碎成适当的大小并干燥。
2. 煤气化反应：将干燥的煤炭与预热的氧气和水蒸气一起送入煤气化炉中，在高温下反应生成合成气。
3. 硫化物的处理：通过添加适当的催化剂或吸收剂，去除合成气产生过程中的硫化物。
4. 分离和净化：将产生的合成气进行分离和净化，去除杂质和不需要的组分。
2.2 水蒸气重整法水蒸气重整法是另一种常用的合成气生产方法。
该方法主要用于天然气和液化石油气等碳氢化合物的转化。
具体的步骤如下： 1. 原料准备：准备天然气或液化石油气作为原料。
2. 蒸汽重整反应：将天然气或液化石油气与水蒸气以适当的比例混合，通过蒸汽重整催化剂在高温下反应，生成一氧化碳和氢气。
3. 硫化物的处理：与煤气化法相同，通过添加适当的催化剂或吸收剂，去除合成气产生过程中的硫化物。
4. 分离和净化：将产生的合成气进行分离和净化，去除杂质和不需要的组分。
2.3 部分氧化法部分氧化法是一种将重油、煤焦油和煤等碳质燃料直接部分氧化而制取合成气的方法。
具体的步骤如下： 1. 原料准备：准备重油、煤焦油或煤作为碳质燃料。
2. 燃烧反应：将碳质燃料与氧气在合适的反应条件下进行部分燃烧，生成一氧化碳和氢气。
3. 硫化物的处理：与前两种方法一样，通过添加适当的催化剂或吸收剂，去除合成气产生过程中的硫化物。
4. 分离和净化：将产生的合成气进行分离和净化，去除杂质和不需要的组分。
3. 应用领域合成气作为一种重要的能源源和化工原料，被广泛应用于以下领域： - 化工工业：合成气可用于制造合成油、合成烯烃、合成醇、氨和甲醇等化学品。
二氧化碳转化为合成气的方法
二氧化碳转化为合成气的方法合成气是由碳氢化合物（烃）组成，合成气生产通常采用二氧化碳转化成合成气。
此项技术可以用于从炼油厂天然气中提炼出烃，也可以用于从二氧化碳源（如煤炭或石油）提炼出烃。
合成气的生产主要有两种方式：一种是从煤气或分裂煤气中反应氢气获得烃，另一种是从二氧化碳及氢气中反应获得烃。
二氧化碳可以从天然气中分离出来，以电力及蒸汽的形式进行催化转化，制备出氢气，再将氢气和二氧化碳混合反应，可以生成合成气。
首先，将二氧化碳和氢气分分开，然后将二氧化碳进行分离精制，减少其中有机物、酸类物质以及水分，再将二氧化碳料放入循环塔进行换热塔冷却凝结，将液化的二氧化碳经干燥器干燥过滤，清除其中的水分等杂质，得到精制的二氧化碳，其气态纯度在99.999%以上；接下来，将精制的二氧化碳和氢气混合，某些合成气工艺需要加入能影响反应温度及合成效率的催化剂，比如：催化转化甲烷对类、双元素催化剂、多元素催化剂等，随后将混合气进入反应器，受温和压强影响使其发生反应生成气体烃，最终提取出需要的合成气。
三氧化碳也可以转化为合成气，其原理和上述的二氧化碳一样，只是需要将三氧化碳进行精炼，得到浓度为99.995%的三氧化碳，然后将三氧化碳混合氢气进行反应就可以了。
通常煤须经过碳氢化反应才能合成出合成气，也可以直接利用煤炭的热能和氢气实现，例如煤成品气转化技术，其主要流程为将煤粉直接进行加工发生热作用，经过较低温度煤粉加氢反应及较高温度燃烧反应，经过冷却，就可以得到一定量的合成气。
以上就是将二氧化碳转化为合成气的方法，其中生产过程复杂，微观操作也非常重要，需要有充足的技术力量才能完成反应过程，保证合成气的质量。
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。
合成气的生产过程
合成气的生产过程
概述 由煤制合成气
由天然气制合成气
由渣油制合成气
概述
合成气:CO和H2 (H2/ CO=1/2～1/3)
原料: ①煤 ②天然气 ③石油馏分 ④农林废料 ⑤城市垃圾等
合成气的生产方式
一、以煤为原料
间隙 方式 连续 气化剂: 水蒸气和氧气
二、以天然气为原料
方法: √ 转化法和部分氧化法
用途: 1、合成氨和氢气(H2/CO=3) 2、甲醇、醋酸、乙烯、乙二醇等
三、以重油或渣油为原料
方法:
部分氧化法 三种方法比较: 天然气成本最低 重油或渣油可以使石油资源充分利用
合成气的应用实例
一、工业化的主要产品 1、合成氨 2、合成甲醇 3、合成醋酸 4、烯烃的氢甲酰化 5、合成天然气、汽油和柴油
天然气蒸汽转化流程和主要设备 基本步骤: √
天然气蒸汽转化流程
由渣油制合成气
步骤:
渣油部分氧化过程的反应 C: 84%～87% H: 11%～12.5% S、N、O 、Ni 、V 渣油部分氧化操作条件 1.温度 2.压力 3.氧油比 4.蒸汽油比 5.原料的预热温度 (渣油不超过120～150℃)
天然气蒸汽转化过程工艺原理 甲烷水蒸气转化过程工艺原理 影响平衡转化率的主要因素: 1.温度 2.水碳比 3.压力 甲烷水蒸气转化催化剂 (催化剂的共性)
甲烷水蒸气转化反应动力学 1.温度的影响 2.压力的影响 3.水碳比 过高 过低
天然气蒸汽转化过程的工艺条件 依据: 热力学 动力学 化工原理 条件: 1.压力 2.温度 3.水碳比 4.气流速度
流化床连续式气化制水煤气
温克勒(Winkler) 示意图如图。
气流床连续式气化制水煤气
合成气的生产过程
优质、清洁、环境友好的能源。
5.3.1 天然气制合成气的工艺技术及其进展
天然气制合成气的方法：蒸汽转化法 部分氧化法
产 品 甲醇 乙烯 乙醛 乙二醇
合成气合成有机物所需的H2/CO(mol)
反 应 式 CO+2H2=CH3OH H2/CO 2/1 2/1 3/2 3/2
2CO+4H2=C2H4+2H2O 2CO+3H2=CH3CHO+H2O 2CO+3H2=HOCH2CH2OH
以重油或渣油为原料的生产方法
合成气的生产方法
（1）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 2 O CO H 2
特点：H2/CO比值较低，适于合成有机化合物 （煤化工）
（2）以天然气为原料的生产方法
水蒸气转化法 Steam reforming
CH 4 H 2O CO 3H 2 H (298K ) 206kJ / mol
As、Cu、Pb会引起催化剂永久失活（As≯ 1μ l/m3) 卤素引起催化剂因烧结而永久失活 中毒 （ Cl≯ 5μl/m3 常出现在水蒸汽中） 硫化物通过吸附引起催化剂暂时性中毒 （xNi＋H2S NixS＋H2 ≯ 0.5μl/m3 0.1ml/m3长期 )
失活判断标准： ① 出口气体中甲烷含量升高; ② 出现“红管”现象（Q吸<Q供）; ③ 出口处平衡温距增大。
副反应 （析碳）
2CO C CO2
CO H 2 C H 2O
炭黑覆盖在催化剂表面，堵塞微孔，降 低催化剂活性。 影响传热，使局部反应区产生过热而缩
析 炭 危 害
短反应管使用寿命。
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(10-30个大气压)条件下进行。
最后，合成气经过净化、升压和其他处理，以满足特定的产品要求。
3.部分氧化：部分氧化是通过将碳氢化合物(如天然气、石油或液化石油气)与氧气反应产生合成气的一种方法。
这种方法通常用于合成气和液体燃料的生产。
首先，将碳氢化合物与过量的氧气在高温(约1300–1500℃)和高压(20-30个大气压)条件下反应。
合成气易燃易爆气体
合成气易燃易爆气体合成气是一种由一定比例的氢气和一氧化碳混合而成的气体。
该气体在工业领域内被广泛使用，但其易燃易爆特性也常常给工业生产过程中带来危害。
合成气的制备合成气主要是通过煤焦化和天然气加氧反应制备的。
其中，煤焦化经过过程中，热解渣产生的气体被以一定的比例混合，形成合成气。
另外，天然气加氧反应的过程中也会产生合成气。
合成气的成分合成气的成分主要由氢气和一氧化碳组成，其中氢气含量一般在15%45%之间，一氧35%之间，其余为甲烷和其他气体。
化碳含量则在25%合成气的应用合成气可以作为工业领域内的燃料，被广泛应用于各种加氢反应中。
在工业生产过程中，合成气被应用于燃烧锅炉和工业喷气机等等场合。
合成气的危害然而，合成气作为一种易燃易爆的气体，其潜在的危害并不能被忽视。
一旦涉及到不当的储存和使用，就可能导致极为严重的后果。
为了减少合成气的危害，需要提高对合成气的认识，加大相关防范措施。
合成气的预防措施在工作现场中，需要注意以下几点以预防合成气所带来的风险：1.加强通风措施，确保空气对流，保持室内空气的正常流通。
2.禁止在存储容器内进行焊接和切割等作业。
3.燃气储存设备应策略加强，放置位置要远离火源和高温区域，加强火灾控制。
4.避免复合容器与硝酸铵、硫酸、硝酸等物质产生接触。
5.不要在靠近储罐的地方进行机械设备安装、起重机械操作等。
6.不要进行轻浮的移动或撞击容器，以免造成意外。
总结合成气作为一种广泛应用的工业燃料，其对于生产和人员带来的风险也在不断凸显。
在使用过程中，必须加大对合成气的防护力度，避免其意外风险造成的损失。
甲醇制合成气工艺流程设计与收率提高
甲醇制合成气工艺流程设计与收率提高工艺流程设计是甲醇制合成气生产过程中的关键环节之一，在合成气工艺流程中有效提高甲醇的收率对于提高生产效益和降低成本具有重要意义。
本文将介绍甲醇制合成气工艺流程设计的基本原理，以及如何通过优化工艺参数来提高甲醇的收率。
一、甲醇制合成气的基本工艺流程甲醇制合成气是通过合成气（一氧化碳和氢气）经过合成反应生成甲醇的过程。
该过程一般包括以下几个步骤：气体净化、合成气制备、甲醇合成和甲醇提纯。
1. 气体净化合成气的制备需要对原料气体进行净化处理，以去除其中的杂质和有害物质。
常见的净化设备包括除尘器、脱硫器、脱氨器等，确保净化后的原料气体符合合成气的要求。
2. 合成气制备合成气的制备是甲醇合成的前提。
合成气通常由一氧化碳和氢气组成，其摩尔比例影响到甲醇的合成效果。
通过适当的空气与气化剂的配比，控制合成气的合成比例，可以优化甲醇的产率。
3. 甲醇合成甲醇合成是合成气转化为甲醇的核心步骤。
常见的甲醇合成反应器是低温低压的合成塔。
在合成塔中，通过催化剂催化反应，将合成气转化为甲醇。
合成塔的设计和运行参数的合理选择对提高甲醇的收率至关重要。
4. 甲醇提纯合成反应生成的甲醇还存在着一些杂质，需要进行提纯处理，以获得高纯度的甲醇产品。
通常采用蒸馏、萃取等工艺进行甲醇的提纯。
二、甲醇制合成气工艺流程的优化1. 催化剂的选择甲醇合成反应的催化剂对反应效果有着重要的影响。
优选选择活性高、稳定性好的催化剂，可以提高甲醇的合成效率和选择性，降低副反应的发生。
2. 温度和压力的控制合适的温度和压力可以提高甲醇合成的效果。
通常情况下，较低的温度和适中的压力有利于提高甲醇的选择性和收率。
3. 供料比例的控制合成气的供料比例对甲醇的合成效果有着重要的影响。
适当调整一氧化碳和氢气的比例，可以改善甲醇的选择性和产率。
4. 废气回收利用在甲醇制合成气的过程中，废气的回收利用是一种有效的能量利用方式。
通过对废气进行回收和再利用，可以降低生产成本，提高能源利用效率。
合成气的主要成分
合成气的主要成分一、引言合成气是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、冶金、能源等领域。
其主要成分包括一氧化碳、氢气和少量的二氧化碳、甲烷等。
本文将从合成气的定义、制备方法以及主要成分等方面进行详细介绍。
二、合成气的定义合成气是由一氧化碳和氢气组成的混合物，通常以CO/H2比例表示。
它可以通过多种途径制备，如煤炭或天然气的部分氧化、水蒸汽重整或生物质的热解等。
三、制备方法1. 煤炭或天然气部分氧化法：该方法将煤炭或天然气在高温下与空气或纯氧反应，产生一定比例的CO和H2。
这种方法具有简单易行、适用范围广等优点。
2. 水蒸汽重整法：该方法将天然气或液化石油气与水蒸汽在催化剂存在下反应，生成CO和H2。
这种方法具有高效节能、环保无污染等优点。
3. 生物质热解法：该方法利用生物质材料在高温下分解，产生CO和H2等气体。
这种方法具有资源丰富、环保可持续等优点。
四、主要成分1. 一氧化碳：合成气的主要成分之一，其化学式为CO。
它是一种无色、无味、有毒的气体，在工业生产中广泛应用于合成化学品和燃料制备等领域。
2. 氢气：合成气的主要成分之二，其化学式为H2。
它是一种无色、无味、易燃的气体，在工业生产中被广泛应用于制备氨、加氢裂化等反应。
3. 二氧化碳：合成气中含量较少，其化学式为CO2。
它是一种无色、无味的气体，在工业生产中被广泛应用于饮料制造、石油开采等领域。
4. 甲烷：合成气中含量较少，其化学式为CH4。
它是一种无色、无味、易燃的气体，在工业生产中被广泛应用于天然气加工和燃料制备等领域。
五、应用领域合成气作为一种重要的工业原料，广泛应用于化工、冶金、能源等领域。
其中，化工领域主要用于制备氨、甲醇、乙烯等化学品；冶金领域主要用于铁合金和铸造等生产过程中的还原剂；能源领域主要用于燃料电池和合成液体燃料等方面。
六、结论综上所述，合成气是由一氧化碳和氢气组成的混合物，其主要成分包括一氧化碳、氢气和少量的二氧化碳、甲烷等。
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y)
图解法或迭代法求解x,y
c.影响甲烷蒸汽转化反应 平衡组成的因素
• 1水碳比。2反应温度。3反应 压力
• 水碳比越高，甲烷平衡含量越 低。
反应温度的影响 反应压力影响
温度增加，甲烷平衡含量 下降
• 压力增加，甲烷平衡 含量也随之增大。
• 在烃类蒸汽转化方法 的发展过程中，压力 都在逐步提高，主要 原因是加压比常压转 化经济效果好。
• 大块的油页岩经过破碎、筛选,送到一种巨大的炉子里 ；在隔绝空气的条件下加热,使有机质分解生成油气； 油气再进入一个冷却装置，被冷却凝结成油状的液体 ，这就是页岩油。
氢气的利用是最佳的选择
• 稳定的能源；1可再生性、2 来源稳定，不受地缘界定影3 价格稳定
• 绿色能源
– 温室气体 – 空气质量 – 可持续性
• 1.甲烷蒸汽转化基本原理
– 反应热力学 – 反应动力学
• 2.甲烷蒸汽转化过程中的析炭
1.甲烷蒸汽转化反应理论基础
(1).主副反应
主反应
副反应
CH4 C 2H2 2CO C CO2 CO H2 C H2O
(2).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。
• 有炭黑时，独立反应数为3。 • 没有炭黑时，只选用两个独立反应数。
CH 4 H2O CO 3H2 CO H2O CO2 H2
(3).甲烷蒸汽转化反应热力学
a.化学平衡常数
K P1
PCO
P3 H2
P P CH4 H2O
KP2
P P CO2 H2 PCO PH2O
lg
K P1
9864.75 T
意义 1.实现新工艺，降低成本，解决污染问题
2.合成气生产烯烃、含氧化合物技术中 、贵金属催化剂的替代
高压、高温
• 应用
合成气
NH3
改进的费托合成催化剂
合成气
乙烯、丙烯
锌、铬系催化剂
合成气
高压、380℃
铑络合物－HI催化剂
甲醇
3MPa，175℃
醋酸
铜、锌系催化剂
芳烃
中低压、230－270℃
同系化
甲醇 烯
（4）
甲 • a.反应机理
烷 ：在镍催化剂
蒸
表面甲烷和水 蒸汽解离成次
汽 甲基和原子态
转
氧，并在催化 剂表面吸附与
化 互相作用，最
动 力
后生成CO、 CO2和H2。
学
CH4 H2O CO 3H2 CO H2O CO2 H2
b.
动
力 • 甲烷蒸汽转化反应速度可近似
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。
天然气制合成气的方法
1蒸汽转化法 2部分氧化法 5.2.1天然气蒸汽转化反应
烯烃
Cn H 2n
n 2
H2O
3n 4
CH4
n 4
CO2
CnH2n nH2O nCO 2nH2
n 2nH2O nCO2 3nH2
5.2.2 甲烷水蒸气转化反应和化学平衡
8.3666 lg
T
2.0814 103 T
1.8737 107 T2 11.894
lg K P2
2.183 T
0.09361lg T
0.632 103 T
1.08 107 T2 2.298
陈五平 无机化工工艺学
b.平衡组成的计算
• 计算基准：1mol CH4 • 在甲烷转化反应达到平衡时，设x为按式(1-1)转
化了的甲烷摩尔数，y为按式(1-2)变换了的一氧 化碳摩尔数。
气体在反应后各组分的平衡分压
K P1
PCO
P3 H2
P P CH4 H2O
[ (x y)(3x y)3 ]( p )2 (1 x)(m x y) 1 m 2x
KP2
P P CO2 H2 PCO PH2O
y(3x y) (x y)(m x
• 更多 ….
5.1.2 合成气的应用实例
1）合成氨 德国人哈伯发明用氮气和氢气直接合成合成氨。
催化剂的发明，使合成工艺条件降低。
2）甲醇 氢碳比大约2.2左右，在260~270℃、5兆帕和铜
催化下可以合成甲醇。甲醇可用合成醋酸、醋 酐、甲醛、甲酸甲酯、甲基叔丁醚、二甲醚。 目前还在开发制汽油、低碳烯烃、芳烃等过程 。
3）醋酸 先通过合成气制甲醇，再将甲醇与CO羰基化合成醋
酸。巴斯夫公司和MONSATO公司率先实现工业 化生产。 4）烯烃的氢甲酰化产品 烯烃与合成气反应生成醛，醛可进一步生产醇和酸 。 5）合成天然气、汽油和柴油 合成气进行甲烷化反应生成甲烷。
合成气应用新途径
1）直接合成乙烯等低碳烯烃 2）合成气经甲醇再转化为烃 类 3 ）甲醇同系化制乙烯 4）合成低碳醇 5）合成乙二醇 6）合成气与烯烃、醛或酸的胺羰基化产物
• 天然气为原料，水蒸气转化法和部分氧化法 。目前工业上多采用水蒸气转化法。
• 重油或油渣为原料，部分氧化法。 • 煤为原料，在高温下以水蒸气和氧气为汽化
剂，生成CO和H2，实现煤的汽化。 • 天然气为原料成本最低。重油和渣油的利用
可使石油资源得到充分利用。
油页岩
• 有一种石头叫油页岩，它同石油一样，是由生物的残 体混同泥沙变成的，所以可以用来炼油。是一种高矿 物质的腐泥煤，为低热值固态化石燃料。色浅灰至深 褐，含有机质和矿物质. 油页岩是人造石油的重要原 料。经低温干馏可得页岩油 。
汽油、烯烃、
乙二醇
乙醇
乙
合成气 ＋ 丙烯醇
1,4－丁二醇
天然气
优质、相对稳定、价廉、清洁、环境友好的能源。 CH4含量>90%.
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、40％的乙烯（丙烯）及衍生品、 60%的乙炔及炔属化学品等都是以天然气为原料生 产的。
• 5.1 概述
• 合成气（synthesis gas or syngas) CO和H2的混合物（1/2到3/1） 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；1化石类能源使用
过渡开采化石类能源的逐渐枯竭 石油价格不断攀升
2各国替代能源发展政策
5.1.1 合成气生产方法
第五章 合成气的生产过程
• C1化学：凡含有一个碳原子的化合物，如甲 烷CH4 、CO 、CO2 、HCN、CH3OH 等参与 的反应。
• 化工：涉及C1化学反应的工艺过程和技术。 • 自从20世纪70年代以来，以天然气和煤炭为
基础的合成气转化制备化工产品的研究广泛 开展，合成气的应用前景越来越宽广。