合成气生产工艺及设备
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
煤制合成气.
（2）间接供热： （3）利用气化反应供热：
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
• ●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
煤气化的工艺条件：
★温度：高温有利于气化
★压强：降低压力有利于煤气化 ★水蒸气和氧气的比例 ★煤气化的煤种条件：气化用煤的性 质对煤气化有重要影响
煤气化的分类：
1.按制取煤气的热值分类：（1） 制取低热值煤气方法 （2） 制取中热值煤气方法 （3） 制取高热值煤气方法
2.按供热方式分类 ：（1）部分氧化方法
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。
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
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)。
合成气的生成
3.甲烷水蒸气转化催化剂 甲烷水蒸气转化催化剂
（1）为什么要使用催化剂:
无催化剂时要在1300℃才有满意的速率，该温度大量 甲烷要裂解。
（2）常用催化剂： 工业上一直采用镍催化剂(最便宜，活性高)，并添加一些助催化剂，如铝、 镁、钾、钙、钛、镧、鈰等金属氧化物。 • 催化剂应该具有较大的镍表面。提高镍表面的最有效的方法是采用大比 表面的载体，为了抑制烃类在催化剂表面酸性中心上裂解析碳，往往在 载体中添加碱性物质中和表面酸性。
2.4脱硫方法及工艺 脱硫方法及工艺
脱硫有干法和湿法两大类 1.干法脱硫 干法脱硫 此类脱硫方法又分为吸附法和催化转化法。 吸附法是采用对硫化物有强吸附能力的固体来脱硫，吸附剂主要有氧化锌、活性炭、氧化铁、 分子筛等。 催化转化法是使用加氢脱硫催化剂，将烃类原料中所含的有机硫化合物氢解，转化成易于脱 除的硫化氢，再用其他方法除之。加氢脱硫催化剂是以Al2O3为载体负载的CoO和MoO3，亦称 钴钼加氢脱硫剂。使用时需预先用H2S或CS2硫化变成Co9S8和MoS2才有活性。 钴钼加氢转化 后用氧化锌脱除生成的H2S。因此，用氧化锌- 钴钼加氢转化-氧化锌组合，可达到精脱硫的目 的。 2.湿法脱硫 湿法脱硫 湿法脱硫剂为液体，一般用于含硫高、处理量大的气体的脱硫。按其脱硫机理的不同又分为 化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧化法。 化学吸收法是常用的湿式脱硫工艺。有一乙醇胺法（MEA）、二乙醇胺法（DEA）、二甘 醇胺法（DGA）、二异丙醇胺法（DIPA）、以及近年来发展很快的改良甲基二乙醇胺法 （MDEA）。物理吸收法是利用有机溶剂在一定压力下进行物理吸收脱硫，然后减压而释放出 硫化物气体，溶剂得以再生。主要有冷甲醇法（Rectisol），此外还有碳酸丙烯酯法（Fluar） 和N-甲基吡啶烷酮法（Purisol）等等。冷甲醇法可以同时或分段脱除H2S、CO2和各种有机硫， 还可以脱除HCN、C2H2、C3及C3以上气态烃、水蒸气等，能达到很高的净化度。 物理-化学 吸收法是将具有物理吸收性能和化学吸收性能的两类溶液混合在一起，脱硫效率较高。 常用的 吸收剂为环丁砜-烷基醇胺（例如甲基二乙醇胺）混合液，前者对硫化物是物理吸收，后者是 化学吸收。湿式氧化法脱硫的基本原理是利用含催化剂的碱性溶液吸收H2S，以催化剂作为载 氧体，使H2S氧化成单质硫，催化剂本身被还原。再生时通入空气将还原态的催化剂氧化复原， 如此循环使用。湿式氧化法一般只能脱除硫化氢，不能或只能少量脱除有机硫。最常用的湿式 氧化法有蒽醌法（ADA法）。
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。
合成气生产甲醇工艺流程
合成气生产甲醇工艺流程1.原料准备2.原料处理合成气中可能会含有一些杂质，需要对其进行处理。
其中最主要的是一氧化碳的转化和硫化物的去除。
一氧化碳转化可以通过低温转化和高温转化来实现，低温转化主要针对高温下不能进行的反应。
硫化物的去除可以通过吸附剂或催化剂来实现。
处理后的合成气可以进入下一步的反应。
3.反应器合成气生产甲醇的反应器通常采用催化剂，催化反应可以在相对较低的温度和压力下进行。
常用的催化剂主要有铜、锌、铬等金属及其氧化物。
反应器可以是固定床反应器、流化床反应器或流通床反应器等。
合成气在反应器中与催化剂接触，发生一系列的反应，生成甲醇。
4.分离和净化反应后的产物需要进行分离和净化。
首先通过冷却和压缩处理，将甲醇冷凝为液体。
然后通过分离设备，如分离塔、蒸馏塔等，将甲醇与副产物和未反应物分离开来。
同时，还需要对甲醇进行净化，去除其中的杂质，以提高甲醇的纯度。
5.能源回收甲醇生产过程中会产生一些废热和废气，可以通过能源回收系统来利用这些废热和废气。
例如，可以利用废热进行蒸汽产生，用于反应器加热和其他工艺需要；废气则可以通过净化处理后进行焚烧，用于产生热量和电能，以减少能源消耗。
6.产品储存和包装最后，甲醇可以通过储罐进行储存，并进行相应的包装和运输，以供应市场需求。
合成气生产甲醇的工艺流程基本上包括了原料准备、原料处理、反应器、分离和净化、能源回收以及产品储存和包装等步骤。
整个工艺需要进行精细的控制和操作，以确保产品的质量和工艺的稳定性。
同时，还应注意环境保护措施，减少对环境的影响。
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。
合成气的生产工艺与设备概论
合成气的生产工艺与设备概论背景介绍合成气是一种由氢气和一氧化碳组成的混合气体，广泛用于化工、石油和能源等行业。
在工业生产中，合成气通常通过合成气生产工艺和设备进行制造。
本文将介绍合成气的生产工艺以及常用的合成气生产设备。
合成气的生产工艺煤炭气化工艺煤炭气化是一种常用的合成气生产工艺，它通过在高温、高压和缺氧的条件下处理煤炭，产生合成气。
煤炭气化工艺主要包括以下步骤：1.煤炭预处理：将煤炭进行粉碎和干燥，以提高气化效率。
2.煤气化反应：在气化炉中，煤炭在高温下与氧气反应，产生合成气。
气化反应可以分为两种类型：固体气化和流化床气化。
3.合成气净化：合成气中含有杂质和有害物质，需要通过净化设备去除。
常见的净化方法包括压力摩擦水洗、低温洗涤和吸附等。
4.合成气的使用：合成气可以用于炼油、化工和发电等行业。
根据不同的需求，合成气可以进一步加工制成甲醇、合成油和合成烯烃等产品。
重油加氢工艺重油加氢是另一种常见的合成气生产工艺，它通过将重油与氢气在催化剂的作用下进行反应，生成合成气。
重油加氢工艺主要包括以下步骤：1.重油预处理：将重油进行加热和脱盐处理，以提高反应效率。
2.加氢反应：将经过预处理的重油与氢气在加氢催化剂的存在下进行反应，产生合成气。
3.合成气净化：类似于煤炭气化工艺中的净化步骤，合成气需要经过净化设备去除杂质和有害物质。
4.合成气的使用：合成气可以用于炼油厂、石化厂和电力厂等行业，用于生产燃料、化工原料和发电等。
生物质气化工艺生物质气化是一种新兴的合成气生产工艺，它通过将生物质材料（如木材、秸秆和农作物废弃物）在高温条件下气化，产生合成气。
生物质气化工艺主要包括以下步骤：1.生物质预处理：将生物质材料进行切碎和干燥处理，以提高气化效率。
2.气化反应：将经过预处理的生物质材料在气化炉中进行高温反应，生成合成气。
生物质气化主要采用固定床气化和热解气化两种方式。
3.合成气净化：合成气需要通过净化设备去除杂质和有害物质，以满足后续加工和利用的需要。
合成氨工艺设计总流程及压缩机
合成氨工艺设计总流程及压缩机合成氨是一种重要的工业原料，广泛用于生产化肥、合成塑料、合成纤维等领域。
其工艺设计总流程包括制备氢气、制备氨合成气、氨合成和氨的压缩。
首先，制备氢气。
氢气是合成氨工艺的重要原料之一、传统的氢气制备方法是通过水蒸气重整反应制取，该反应将甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应生成氢气和一氧化碳。
制备氢气的其他方法还包括电解水法、重氮化法等。
制备好的氢气需要经过净化和压缩处理，以确保其质量和使用要求。
其次，制备氨合成气。
氨合成气是由氢气和氮气按一定比例混合制备而成。
制备氨合成气的主要方法有露点吸附法、交换吸附法和冷凝吸附法等。
其中，露点吸附法是最常用的方法之一、该方法通过在特定温度下，利用吸附剂对水蒸气进行吸附，从而使氢气和氮气按一定比例混合。
制备好的氨合成气需要经过净化、压缩和调节处理，以确保其质量和使用要求。
接下来是氨的合成。
氨的合成是通过氨合成反应实现的，该反应主要是在一定压力和温度下，将氢气和氮气经过催化剂的作用进行反应生成氨。
氨合成反应通常采用固定床反应器或浮动床反应器进行。
固定床反应器是将催化剂装填在反应器中，氨合成气通过催化剂层与催化剂发生反应。
浮动床反应器则是将催化剂浆料悬浮在反应器中，氨合成气通过催化剂浆料与催化剂发生反应。
氨的合成反应需要控制合适的压力、温度和催化剂的选择，以实现高效率的合成氨反应。
最后是氨的压缩。
合成氨在合成时会产生大量的废气，其中包括未反应的氢气和氮气以及一些氨合成反应的副产物。
为了提高氨反应的效率，并方便运输和储存，需要对合成氨进行压缩处理。
氨的压缩通常采用多级压缩的方式进行，通过多级压缩机将合成氨的压力提高到所需的工艺压力。
压缩机的选型需要根据氨的流量和压力要求进行，压缩机的排气温度需要进行控制，以避免催化剂受热而失效。
总之，合成氨工艺设计总流程包括制备氢气、制备氨合成气、氨的合成和氨的压缩。
其中制备氢气和制备氨合成气是提供合成氨原料的关键步骤，氨的合成是核心反应步骤，氨的压缩则是提高效率和方便运输的必要步骤。
煤化工合成气气化炉工艺流程
煤化工合成气气化炉工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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。
合成气制取
CO H2 C H2O 131.46kJ / mol (3) 还原
影响因素：温度、压力、气体组成(水碳比)
烃类析碳难易程度的判断：温度越高，析碳越易； 同一烷烃中，碳数越多，析碳反应愈易发生。
析碳危害
炭黑覆盖在催化剂表面，堵塞微孔，降低催化 剂活性，使甲烷转化率下降而使出口气中残余 甲烷增多。
还原后才能使用，卸出前必须钝化
还原：还原剂CO 或H2 反应：NiO+H2=Ni＋H2O 钝化: 空气 2Ni+O2=2NiO 强放热反应 中毒：H2S 、COS、 CS2、 硫醇、噻吩；砷、氯 运行指标：总硫、氯根含量分别小于0.5ppm
三、二段转化反应
目的
1 将一段转化气中的CH4继续转化； 2 加入空气提供合成氨反应需要的N2； 3 燃烧部分转化气中的氢气为转化炉供热。
8.3666logT
2.0814 10 3 T
1.8737107T 2
Байду номын сангаас11.894
log k p2
2.183 0.09361logT T
0.632103T
1.08107T 2
2.298
备注： 此公式属经验公式，来源于试验，
平衡常数与温度有关。
平衡组成的计算
不同生产规模的装置，一段转化炉的管子数量 不同，年产30万吨合成氨，有88根转化管。
材质：耐热合金钢管 φ71~122mm，长10~12m，壁厚11～18 mm
二段转化炉
2H2+O2=2H2O CO+O2=CO2
①二段转化炉的作用 甲烷进一步转化; 调节H/C比 ②二段转化炉的结构 碳钢制立式圆筒，内衬不含 硅的耐火材料，炉壳外保 温，内径约3米，高约13米
合成气的生产工艺与设备
合成气的生产工艺与设备合成气是一种重要的工业原料和能源源，广泛应用于化工、石化、冶金、能源等领域。
本文将介绍合成气的生产工艺与设备。
1. 合成气的定义和组成合成气，又称合成气体，是由一氧化碳、二氧化碳和氢气组成的气体混合物。
其化学式可以表示为CO + H2。
合成气可通过多种途径制备，常见的方式包括煤气化、重油加氢和生物质气化等。
2. 煤气化工艺煤气化是一种将固体煤转化为气体燃料的工艺，也是合成气的主要生产途径之一。
煤气化的过程包括煤的预处理、煤分解和气体的净化三个主要阶段。
煤的预处理主要是煤的粉碎和干燥。
将煤粉碎成适当的颗粒大小，可以增加反应表面积，提高煤的转化效率。
煤的干燥可以降低煤的含水量，减少水蒸气对反应的干扰。
煤分解阶段是将煤在高温下进行热解，产生合成气。
常见的煤气化反应有气化和部分氧化两种方式。
气化反应是在缺氧或过氧化学环境中进行，产生一氧化碳和氢气。
部分氧化是在有限氧气供应下进行，产生二氧化碳和氢气。
气体净化是将合成气中的杂质物质去除，得到高纯度的合成气。
常见的净化方法包括变压吸附、分子筛吸附、冷凝和洗涤等。
3. 重油加氢工艺重油加氢是利用氢气将重油分子进行加氢裂解生成合成气的工艺。
该工艺主要分为催化剂选择、加氢反应器和氢气供应系统三个部分。
催化剂选择是重油加氢的关键环节。
合适的催化剂可以提高反应效率和产气率。
常见的催化剂包括镍基催化剂和钼基催化剂等。
加氢反应器是重油加氢的核心设备。
重油在加氢反应器中与氢气进行反应，产生一氧化碳和氢气。
加氢反应器通常采用固定床反应器或流化床反应器。
氢气供应系统是重油加氢工艺中的关键组成部分。
氢气的供应影响着反应的进行和产气效果。
常见的氢气供应方式包括外部供氢和内部循环供氢两种。
4. 生物质气化工艺生物质气化是利用生物质作为原料，通过高温和缺氧气氛下进行催化反应，产生合成气的工艺。
该工艺主要包括预处理、气化和气体净化三个过程。
生物质的预处理是将原料生物质进行粉碎和干燥等处理，以提高反应速率和产气效果。
天然气制合成气课件
蒸汽转化炉
利用蒸汽将天然气转化为合成气，是转化反应的核心设备。
燃烧器
为蒸汽转化炉提供热量，确保转化反应的顺利进行。
余热回收系统
回收转化反应产生的余热，提高能源利用效率。
合成气分离与提纯设备
1 2
冷凝器
将合成气中的水蒸气冷凝成液态水，便于后续分 离。
洗涤塔
用化学溶剂吸收合成气中的酸性气体，提高合成 气的纯度。
噪声控制
采取有效的隔音、降噪措施，降低生产过程中产生的噪声对周围环境 的影响。
安全措施与事故预防
设备安全
防火防爆措施
确保设备运行稳定、安全可靠，定期进行 维护和检修，防止设备故障引发的事故。
严格控制可燃物料的储存和使用，采取有 效的防火防爆措施，防止火灾和爆炸事故 的发生。
应急预案
ห้องสมุดไป่ตู้
安全培训与教育
制定完善的事故应急预案，明确应急处置 流程和责任人，确保在事故发生时能够迅 速、有效地进行处置。
多元化原料来源
拓展天然气制合成气的原料 来源，如煤、生物质等，实 现多元化原料供应，降低对 单一资源的依赖。
技术经济性
提高天然气制合成气的技术 经济性，降低生产成本，增 强市场竞争力，是推动该技 术发展的重要因素。
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原料成本
天然气作为原料，其价格波动对成本有直接影响。
加工成本
包括催化剂、能源消耗、设备维护等费用。
运输和销售成本
将合成气运输到目标市场的费用，以及销售过程中的费用。
天然气制合成气的市场竞争力分析
市场需求
01
合成气作为化工原料，市场需求稳定增长。
竞争状况
02
与其他合成气生产技术相比，天然气制合成气的竞争力分析。
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。
合成气生产工艺
合成气生产工艺探索合成气生产工艺的深度解析合成气，也被称为煤气或合成燃料气体，是一种主要由一氧化碳和氢气组成的混合气体，是化工生产中的重要原料。
其生产工艺的科学性和高效性直接影响到工业生产的经济效益和环境影响。
本文将深入探讨合成气的生产工艺，从基本原理、主要方法到其在实际应用中的挑战与前景。
首先，合成气的生成主要基于两种基础反应：水煤气变换反应和部分氧化反应。
水煤气变换反应是通过高温下将水蒸气与煤或天然气反应，产生一氧化碳和氢气；部分氧化反应则是将烃类燃料与氧气在一定比例下反应，生成含有一定比例的一氧化碳和氢气的混合气体。
这两种反应在不同条件下，可以灵活调整合成气的组成，以满足不同的化工生产需求。
接下来，我们关注合成气生产工艺的主要方法。
其中，蒸汽重整法是最常见的一种，它广泛应用于石油炼制和化工行业中。
这种方法通过将天然气或石油产品与过量的水蒸气在高温高压下反应，得到的合成气主要用于生产氨、甲醇等化工产品。
另外，部分氧化法和自热重整法也是重要的合成气生产方式，它们在能源转化和环保领域有广泛应用。
然而，合成气生产工艺并非没有挑战。
首要问题便是能源效率和环保。
在生产过程中，需要大量的热能，如何提高热效率并减少碳排放是当前科研的重点。
此外，催化剂的选择和使用寿命也是关键，好的催化剂可以提高反应速率，降低能耗，但催化剂的稳定性、选择性和再生性都需要不断优化。
再者，安全问题也不容忽视，如高温高压环境下的设备安全、有害气体的处理等。
在实际应用中，合成气被广泛用于生产各种化学品，如氨、甲醇、醋酸、甲醛等，同时也是燃料电池的重要燃料。
随着科技的进步，合成气的应用领域正在不断扩大，例如在生物燃料、氢能源以及新型材料的制造中都有其身影。
未来，随着对清洁能源需求的增加，合成气作为氢能的重要来源，其生产技术将更加受到重视。
总的来说，合成气生产工艺是一个复杂而重要的过程，涉及到化学反应工程、热力学、催化剂科学等多个领域。
合成气的生产工艺与设备概论(PDF 134页)
反应活性：无烟煤<焦炭<褐煤
化学工艺学
(1)对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后 CO2再与碳反应生成CO.
rC = kyO2
O2的一级反应
T < 775℃，动力学控制 T > 900℃ ，扩散控制
增加扩散反应速率措施： a 气速↑ b 颗粒直径 ↓
化学工艺学
固定床连续气化法 常压法 加压法－鲁奇法(Lurgi)
使反应速度加快，生产能力大，压力一般为2 －3MPa，从热力学角度，压力高有利于甲烷和CO2的 生成。
Mark V型，直径5m，每台产气量可达106m3/h
化学工艺学
图5－3 鲁奇炉结构示意图 1.煤箱 2.分布器 3.水夹套 4.灰箱
化学工艺学
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。
复杂系统达到平衡时，应根据独立反应 的概念来决定平衡组成。
系统含有C，O2，CO，CO2 4种物质，由C,O 2个元素构成，故系统独立反应式为两个。一 般选式（5－1）、（5－3）计算平衡组成。
775℃ < T < 900℃ ，过渡区
化学工艺学
（2）C与CO2的还原反应在2000℃ 以 下，属于动力学控制，反应速率大致为 CO2的一级反应。
（3）C与H2O反应生成CO和H2
400℃ < T < 1100℃，动力学控制 T > 1100℃，扩散控制
化学工艺学
5.2.2水煤气的生产方法
铜、锌系催化剂
芳烃
中低压、230－270℃
同系化
合成气的生产工艺与设备概论
合成气的生产工艺与设备概论煤气化是将固体煤转化为合成气的过程，通常采用间接煤气化技术。
这种方法首先将煤在高温高压的条件下转化为一氧化碳和氢气的混合气体，然后经过净化、变换和压缩等过程，最终得到合成气。
煤气化设备包括气化炉、废气处理装置、合成气净化装置等。
天然气重整是利用天然气中的甲烷和水蒸气在高温高压条件下进行化学反应，产生一氧化碳和氢气的过程。
这种方法通常采用蒸汽重整、自热重整或热电联产等技术，通过反应器、变换器和分离装置等设备来完成整个生产过程。
无论是煤气化还是天然气重整，合成气的生产工艺都需要严格控制温度、压力和反应物质的配比，以确保合成气的质量和稳定性。
此外，还需要进行对废气的处理和废水的处理，以减少对环境的负面影响。
综上所述，合成气的生产工艺与设备是一项复杂的过程，涉及多个领域的知识和技术。
随着工艺技术的不断进步和设备的不断更新，合成气的生产将会更加高效和环保。
合成气作为一种重要的气体原料，广泛应用于化工、石化、能源等领域。
在合成气的生产过程中，工艺及设备技术起着至关重要的作用。
本文将进一步探讨合成气的生产工艺及设备方面的相关内容。
在煤气化工艺中，气化炉是合成气生产的核心设备。
气化炉是通过高温和高压条件将固态煤转化为气态产物，其工作原理主要是将煤转化为合成气、液体烃或其他化合物。
气化炉的设计和运行对合成气产量和质量具有重要影响。
同时，废气处理装置也是关键设备之一，它主要用来收集、净化和处理气化废气以减少对环境的污染。
而在天然气重整的工艺中，反应器是至关重要的设备之一。
反应器是用于将天然气中的甲烷和水蒸气在高温高压条件下进行化学反应，产生一氧化碳和氢气的装置。
反应器的设计和运行参数对合成气产量和质量有着重要的影响。
在合成气生产过程中，还需要用到蒸汽重整、自热重整或热电联产等技术。
这些技术在确保合成气产量和质量的同时，还能进行能源的高效利用，促进能源环保和节能的目标。
在设备方面，合成气生产需要用到各种变换器、分离装置、气液分离器等设备。
合成气
表5-2
固定床层煤气发生炉中燃料层的各区特性
为了保证温度波动不致过大，各步经历的时间应尽量缩短，一般 3min完成一个工作循环。 缺点：非制气时间较多，生产强度低，而且，阀门开关频繁，阀 件易损坏，因而工艺较落后。 优点：只用空气而不用纯氧，成本和投资费用低。
2. 固定床连续式气化制水煤气法：德国鲁奇公司开发。
2.合成气应用新途径
（1）将合成气转化为乙烯或其他烃类，然后再进一步加工成化 工产品； （2）先合成为甲醇，然后再将其转化为其他产品； （3）直接将合成气转化为化工产品。
表5-1
工业煤气的组成，%/（燃烧为焦碳）
(1)空气煤气：以空气为气化剂制得。 含大量的氮，一定量的一氧化碳和少量二氧化碳。 (2)发生炉煤气（混合煤气） ：以空气为主要气化剂,与适量的蒸汽混合进 行气化制得。 含有一定量的CO 、Ｎ２和少量的CO２以及一些由蒸汽分解所制得的氢。 (3)水煤气：以蒸汽为气化剂制得。 主要含有一氧化碳和氢、只含少量的氮。 (4)半水煤气： 半水煤气的气化剂为适量空气(或富氧空气)与水蒸气。 是分阶段制得空气煤气和水煤气，然后将两者按一定比例配合，当混 合气中„H2十CO)与N2之比接近3.1：1～3．2：1，即含N2为21％～22%时、 称为半水煤气。
5.1
概 述
合成气：一氧化碳和氢气的混合物，英文缩写是Syngas。H2与
CO的比值随原料和生产方法不同而异，其H2／CO(摩尔比)由1 ／2 到3／1。 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。
原料：多种多样。 C1化工技术：利用合成气转化成液体和气体燃料、大吨位化工
产品和高附加值的精细有机合成产品，实现这种转化的重要 技术。 CH3OH等参与反应的化学。
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表5－1 总压0.1MPa时空气煤气的平衡组成
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
特点Mark V型，直径5m，每台产气量可达106m3/h
图5－3 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
3.流化床气化法：
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
各国替代能源发展政策 – 美国 – 加拿大 – 欧洲 – 中国
我国GDP下降0.7~0.8%
Hydrogen in energy systems, 1850-2150
氢气的利用是最佳的选择
稳定的能源 – 可再生性 – 来源稳定，不受地缘界定影响 – 价格稳定
绿色能源 – 温室气体 – 空气质量 – 可持续性
石油、天然气
5.1.3 关键问题
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 金属催化剂的替代。
高压、高温、贵
5.2由煤制合成气 5.2.1煤气化的基本原理 1.化学平衡 （1）以空气为气化剂时
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。 复杂系统达到平衡时，应根据独立反应的概念来决定平衡组成。
95.2
900
0.4
34.1 65.5
98.8
1000
0.2
34.4 65.4
99.4
结论：T ，CO ,CO2 T>900℃ ，CO2含量很少，主要是CO
(2）以水蒸气作气化剂时
计算平衡组成（5个参数） ① 3个平衡常数表达式
② 分压与总压的关系
③ 根据水中氢与氧的物料平衡
图5－1 0.1MPa下碳－蒸汽反应的平衡组成
T>900℃ ，含有等量的H2和CO，其它组分含量接近于零。 T↓ ，H2O、CO2、CH4含量逐渐增加。 故高温下H2和CO含量高。
图5－2 2MPa下碳-蒸汽反应的平衡组成
相同T ，P↑， H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量减小。 故制得H2和CO含量高的水煤气，在低压、高温下进行。
a 气速↑ b 颗粒直径 ↓ 775℃ < T < 900℃ ，过渡区
（2）C与CO2的还原反应在2000℃ 以下，属于动力学控制，反应速率 大致为CO2的一级反应。
（3）C与H2O反应生成CO和H2
400℃ < T < 1100℃，动力学控制 T > 1100℃，扩散控制
5.2.2水煤气的生产方法
2.固定床连续气化法 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
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：调节水蒸汽与氧的比例，可控制炉中各层温度，并使温 度稳定。
固定床连续气化法 常压法 加压法－鲁奇法(Lurgi)
使反应速度加快，生产能力大，压力一般为2－3MPa，从热力学角度，压力高有 利于甲烷和CO2的生成。
2.反应速率 气固反应 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 与煤的种类有关 反应活性：无烟煤<焦炭<褐煤
(1)对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后CO2再与碳反应生成CO.
O2的一级反应
T < 775℃，动力学控制 T > 900℃ ，扩散控制 增加扩散反应速率措施：
4.气流床气化法：
特点：粉煤为原料
反应温度很高
灰分呈熔融状态
对煤种的通用性强
科柏斯－托切克煤气化炉（K-T炉）
德士古水煤浆气化炉（Texco炉)
煤气组成(体积％）
Texco炉
K-T炉
H2:
35～ 36
31
CO:
44～ 51
58
CO2:
13～ 18
CH4:
0.1
10 0.1
图5－4 科柏斯－托切克煤气化炉示意图
更多 ….
氢 获 取 途 径
应用 合成气
合成气
NH3 乙烯、丙烯
合成气 改进的费托合成催化剂 醋酸
甲醇
锌、铬系催化剂
铑络合物－HI催化剂
汽
油、烯烃、芳烃高压、380℃
3MPa，175℃
乙烯
铜、锌系催化剂
甲醇
中低合压成、气230－＋270丙℃烯醇
1,4－丁二醇 同系化
乙二醇 乙醇
5.1.2发展背景 煤
.
5
三 类 气 化 炉 的 炉 内 温 度 分 布 比 较
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。 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。
第五章 合成气的生产工艺与设备
5.1 合成气的应用及发展前景 5.1.1 应用
合成气（synthesis gas or syngas) CO和H2的混合物
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
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
分析：1100～ 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
操1
.
作固
方定
式 ： 间 歇 法 和 连 续 法
床 间 歇 法 （ 蓄 完成工作循环：
吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，
吹风气放空，1200 ℃结束。
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。
工艺生产条件： 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 生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量要求高。