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
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）。
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。
2.合成气
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。
Mobil工艺
2. 合成气经甲醇再转化成烃类
2 2 2nCH3OH H nCH3OCH3 HC2 ~ C4烯烃 O O
3. 甲醇同系化制乙烯
CH 3OH CO 2 H 2 CH 3CH 2OH H 2O CH 3CH 2OH C2 H 4
4. 合成低C醇
合成气的应用实例
另一部分烃类与水蒸气发生吸热反应生成合成气 n Cm H n mH 2O mCO ( m ) H 2 2
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 天然气蒸气转化过程的工艺条件
（1）压力 从热力学特征看，低压有利转化反应。从动力 学看，在反应初期，增加系统压力，相当于增加了反应物 分压，反应速率加快。但到反应后期，反应接近平衡，反 应物浓度高，加压反而会降低反应速率，所以从化学角度 看，压力不宜过高。但从工程角度考虑，适当提高压力对 传热有利，因为①节省动力消耗② 提高传热效率③ 提高 过热蒸汽的余热利用价值。综上所述，甲烷水蒸气转化过 程一般是加压的，大约3MPa左右。 （2）温度 从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低， 从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含 量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。 但高温下，反应管的材质经受不了，需要将转化过程分为 两段进行。第一段转化800℃左右，出口残余甲烷10% （干基）左右。第二段转化反应器温度1000℃，出口甲 烷降至0.3%。
合成气的有效成分
合成气的有效成分合成气是一种可通过煤、天然气和生物质等原料制备的一种混合气体。
它主要由一氧化碳 (CO)、氢气 (H2) 和少量的二氧化碳 (CO2) 组成。
合成气是现代工业和能源生产中重要的一种原料和能源载体。
它被广泛应用于合成液体燃料、化学品、电力和炼化等领域。
一氧化碳 (CO) 是合成气中的主要成分，约占总体积的50% - 60%。
CO是一种有毒气体，无色、无味，燃烧时产生蓝色火焰。
它是许多化学反应和工业过程的重要原料，如合成甲醇、合成氨和合成氢气等。
CO具有高渗透性，可通过渗入许多金属和合金中，与金属发生反应形成金属羧酸盐，具有催化和促进作用。
氢气 (H2) 是合成气的另一个重要成分，约占总体积的25% - 35%。
H2是一种轻、无色、无味和可燃的气体，是最轻的元素，它的燃烧只产生水蒸气，因此被认为是一种清洁的能源。
H2具有很高的能量密度和燃烧效率，可用于发电、燃料电池、化学合成和氢化反应等。
二氧化碳 (CO2) 是合成气中的少量成分，约占总体积的10%以下。
CO2是一种无色、无味的气体，由于其在大气中的浓度持续增加，引发了全球暖化和气候变化的担忧。
然而，在合成气的生产过程中，CO2可以被捕获和储存，以减少二氧化碳排放。
所以合成气的利用可以对环境产生更小的负面影响。
除了以上这些主要成分外，合成气中还可能含有少量的氮气(N2)、一氧化二氮 (NO)、硫化氢 (H2S)、氧气 (O2)等杂质。
这些杂质的含量通常很低，不会对合成气的应用产生较大影响。
同时，根据不同的原料和制备工艺，合成气的组成也会有所差异。
综上所述，合成气主要由一氧化碳 (CO)、氢气 (H2) 和少量的二氧化碳 (CO2) 组成。
它是一种重要的原料和能源载体，在化学、燃料、能源等领域具有广泛的应用潜力。
第三章 合成气.ppt
3、合成气的净化
三、脱除二氧化碳
1、原因：在上一步降低CO的含量、增加H2含量的同时，生成了大量的CO2
2、方法：采用热碳酸钾脱除CO2，利用二乙醇胺为活化剂，V2O5为缓蚀剂
3、原理：
CO2(气 体)
CO2( 溶 于 液相 ) + K2CO3 + H2O
2 KHCO3
二、合成气的生产
7、两种煤气化装置（鲁奇煤气化炉和德士古煤气化炉）的 对比
相同均燃能烧生原成理合相成同气（但组成不同）
不同反装气应置化时类温间型度鲁德鲁鲁 德德奇士奇奇 士士：古：： 古古19～0：固：：103～3h瞬定气510～间床流051迅床0℃45速0℃进行
铜氨液吸收法，又称为 “铜洗”，现国内小厂 仍采用此法
液氮洗涤法，需低温操 作，但洗涤效果好
甲烷化法，采用催化剂
使CO、CO2和H
反应生成
2
CH
，效果好，现多采用此
4
法
3、甲烷化法的反应原理
Cat CO + 3 H2
Cat CO2 + 4 H2
CH4 + H-OH CH4 + 2 H-OH
然后，催化剂把Na2V4O9变回NaVO3，使反应可连续进行下去。
3、合成气的净化
3、合成气的净化
二、降低CO的含量，提高H2的含量
1、原因：在合成氨的反应中，不需要CO，但需要大量的H2；在合成甲醇的
反应中，需要适当提高合成气中H2的含量，降低CO的含量
温度下降； (3) 下吹制气阶段：水蒸气自上而下进行气化反应，使燃料层温度发布趋
于均衡； (4) 二次上吹制气阶段：将炉底部的下吹煤气排净，为吹入空气作准备； (5) 空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来
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。
合成气组成
合成气组成合成气是一种由多种气体组成的混合气体，它在工业生产和能源领域具有广泛的应用。
合成气的组成成分多样，其中包括一氧化碳、氢气、二氧化碳等。
本文将介绍合成气的组成及其在不同领域的应用。
合成气的主要组成成分是一氧化碳和氢气。
一氧化碳通常通过碳氢化合物（如煤、天然气和石油）的气化过程获得，而氢气则可以通过水蒸气重整、部分氧化或电解水等方法产生。
合成气中还可能存在少量的二氧化碳、甲烷、氮气和其他杂质。
不同的合成气工艺以及原料的不同，会导致合成气的组成有所差异。
合成气具有广泛的应用领域。
首先，合成气可以用作化工原料的生产。
一氧化碳和氢气是合成氨、甲醇、合成油和合成烃等化学品的重要原料。
合成气还可以用于气体合成反应，例如合成甲醇和合成油等。
这些化学品和燃料在工业生产中有着广泛的应用，对推动经济发展和满足人们的生活需求起着重要作用。
合成气可以用作能源的替代品。
由于合成气中含有丰富的一氧化碳和氢气，它可以被用作燃料供给工业炉、发电机组和燃气轮机等设备。
合成气可以通过燃烧反应产生热能，用于工业生产和供暖。
同时，合成气也可以通过气体轮机或燃料电池发电系统转化为电能，为人们提供清洁能源。
合成气还可以用于石化行业。
合成气中的一氧化碳可以用作合成氢气的原料，从而提高氢气的产量。
而氢气在石化工业中有着广泛的应用，例如氢化加工、脱硫和氢气裂解等。
合成气还可以用于合成氨、合成甲醇和合成烯烃等重要的石化产品。
合成气是一种由一氧化碳和氢气等多种气体组成的混合气体。
它在化工生产、能源供应和石化行业等领域具有广泛的应用。
合成气的组成成分多样，可以通过不同的工艺和原料进行生产。
合成气的应用对推动经济发展、提供清洁能源以及满足人们的生活需求具有重要意义。
随着科技的进步和工艺的改进，合成气的应用前景将更加广阔。
第四讲 合成气
40
表3-2 ：KP与T的关系
作业
41
反应放热，降温有利于变换气中CO2减少。 工业生产中采用二段变换： 一段采用高温变换，段间冷却，降低二段进口原 料的温度； 二段采用低温变换。 H2O/CO=5-7。 操作压力采用P=0.8-3.0MPa。
作业
42
2、催化剂 催化剂：铁铬系、铜锌系和钴钼系。
15
3.1.2 蒸汽转化
作业
工业上采用二段转化法。 1、一段转化 1) 主要化学反应： CnHm+nH2O→ nCO+(n+0.5m)H2 CH4+H2O CO+3H2+206.2kJ 见分析 2C7H16+14H2O→ 14CO+29H2+2176.7kJ CO+H2OCO2+H2 –Q 见下分析
作业
11
作业
(2) 鲁奇煤气化炉 鲁奇煤气化炉属于逆流接触造气。 操作条件： 反应时间1-3小时； 反应压力2-3MPa； 反应温度900-1050℃ 煤气出口温度250-500℃。
12
图3-4：鲁奇煤气化炉结构
作业
加压移动床煤气化设 备。炉体由耐热钢板 制成，有水夹套副产 水蒸汽，煤自上而下 移动，与气化剂在炉 中逆流接触，生成气 中甲烷及副产焦油、 酚含量较多。
作业
38
作业
调整合成气组成的方法： (1) 气化时改变水蒸汽及氧的量 (2) 将CO变换为H2和CO2 CO变换的化学反应式： CO+H2O CO2+H2-40.19 kJ
对于可逆的放热反应，欲使反应向右进行，应 降低温度和提高水蒸汽的用量。
39
作业
1、变换反应的化学平衡 CO+H2O CO2+H2 –41.16KJ/mol
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。
这些方法各有优劣，根据不同的应用领域和经济条件可以选择合适的方法进行合成气的制备。
同时，未来随着技术的不断进步，可能会涌现出更多的新型合成气制备方法。
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。
合成气的制备方法
合成气的制备方法(总3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
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。
合成气国标定义
合成气国标定义合成气国标是指对合成气（Syngas）进行产品质量和技术要求的国家标准。
合成气是一种由一氧化碳（CO）和氢气（H2）组成的气体混合物，通常通过煤炭、天然气或生物质等原料进行气化反应而得到。
合成气具有广泛的应用领域，包括化工、能源、石化等行业。
合成气国标的制定是为了规范合成气的产生和应用，保证合成气产品的质量和安全性。
国家标准对合成气的主要指标进行了规定，包括气体成分、能量含量、硫含量、水含量、灰分含量等。
这些指标的规定旨在确保合成气的稳定性、可靠性和可用性，满足不同行业的需求。
合成气国标在不同国家和地区可能会有所差异，但一般都包含了以下几个方面的内容：1. 气体成分：合成气的气体成分是合成气国标中最重要的指标之一。
气体成分主要包括一氧化碳和氢气的体积比例，一般要求在一定的范围内。
不同行业对气体成分的要求有所不同，根据不同的应用需求可以制定相应的国家标准。
2. 能量含量：合成气的能量含量是指单位体积或质量的合成气所含有的能量。
能量含量通常以热值表示，一般要求合成气的热值在一定范围内，以保证其在使用过程中的能量效率和经济性。
3. 硫含量：硫是一种常见的污染物，对环境和设备都有一定的腐蚀和损害作用。
合成气国标对合成气中的硫含量有一定的限制要求，以保证合成气的环境友好性和设备的安全运行。
4. 水含量：合成气中的水含量对合成气的使用和储存都有一定的影响。
合成气国标对合成气中的水含量有一定的限制要求，以保证合成气的稳定性和可用性。
5. 灰分含量：合成气的气化过程中，原料中的灰分会被转化为固体颗粒物，对设备和环境都有一定的影响。
合成气国标对合成气中的灰分含量有一定的限制要求，以保证合成气的清洁性和设备的正常运行。
除了以上几个主要方面，合成气国标还可以包括其他一些指标，如压力要求、流量要求、燃烧性能要求等。
这些指标的制定和规定是为了确保合成气的质量和安全性，促进合成气的应用和发展。
合成气国标的制定是一个复杂而重要的过程，需要经过广泛的技术研究和实践经验的总结。
合成气的密度
合成气的密度
合成气通常是一种混合气体，主要由一氧化碳（CO）和氢气（H₂）组成，其密度会取决于混合气体的组成和工作条件（温度和压力）。
合成气的密度可以通过理想气体定律来估算，其中气体的密度（ρ）与气体的分子量（M）、温度（T）和压力（P）之间存在关系：
ρ=P⋅MR⋅Tρ=R⋅TP⋅M
其中：
•ρρ是气体的密度，
•P P是气体的压力，
•M M是气体的平均分子量，
•R R是气体常数（通常取为8.314 J/(mol·K)），•T T是气体的绝对温度。
对于合成气，其平均分子量取决于一氧化碳和氢气的比例。
需要注意的是，由于合成气是混合气体，其实际密度可能会受到实际气体的非理想性质的影响，尤其在高压高温的条件下。
在实际应用中，合成气的密度可能需要通过实验测定或根据具体的合成气配方和工艺条件来估算。
密度的测定对于合成气的储存、输送和使用等方面都有重要的影响。
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2.1.1 烃类蒸汽转化
图2-3 顶部烧嘴蒸汽转化炉辐射室结构
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2.1.1 烃类蒸汽转化
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 对流段
燃料燃烧提供转化管热量 回收烟气的余热预热工艺介质
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2.1.1 烃类蒸汽转化
② 炉墙（耐热层+绝热层的复合结构） 耐热层 材 料 轻质耐火砖 高铝纤维毡 绝热层（外侧设3-5mm钢板） 矿渣棉纤维毡 矿渣棉纤维毡
CnH2n+2
n 1 3n 1 n 1 + H 2O = CH4 + CO2 4 4 2
CnH2n
n n 3 + H 2O = CH4 + CO2 2 4 4
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2.1.1 烃类蒸汽转化
生成的甲烷与水蒸气进行转化反应： CH4 ＋ H2O CO ＋ 3H2
CH4 ＋ 2H2O
CO ＋ H2O
△H = 206.2 kJ/mol
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2.1.1 烃类蒸汽转化
3）水碳比（3.5-4.0）
甲 烷 平 衡 含 量
%
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2.1.1 烃类蒸汽转化
二、工艺流程及主要设备
(1) 天然气蒸气转化流程
蒸汽 原料天然气 弛放气 加压空气 蒸汽
190℃ 510℃ 850℃
预热器
脱硫
预热
一段转化
德国Veba工厂产氨1400t/d,甲醇 600 t/d。采用Shell法6.0MPa气化, 典型工业装置 低温甲醇洗脱硫、变换,低温甲醇 洗脱碳,液氨洗,压缩合成流程
主要内容
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化 2.1.2 重油部分氧化 2.1.3 固态燃料气化
2.2 合成气的净化
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 脱硫 一氧化碳变换 二氧化碳的脱除 少量CO、CO2、O2和H2O的清除 热法与冷法净化流程的比较
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2.1 合成气的制取
总压0.1MPa时空气煤气的平衡组成，体积%
温度，℃ 650 800 900 1000 CO2 10.8 1.6 0.4 0.2 CO 16.9 31.9 34.1 34.4 N2 72.3 66.5 65.5 65.4 a=CO:(CO+CO2) 61.0 95.2 98.8 99.4
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主要内容
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化 2.1.2 重油部分氧化 2.1.3 固态燃料气化
2.2 合成气的净化
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 脱硫 一氧化碳变换 二氧化碳的脱除 少量CO、CO2、O2和H2O的清除 热法与冷法净化流程的比较
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结构型式
2.1.2 重油部分氧化
项目 喷嘴 Shell法 两流道型,中心管进重油,氧与蒸汽 混和后进喷嘴环隙喷出,用水套冷 却。喷嘴为压力雾化（重油）与气 雾流化相结合。近年推出三套管型 Texaco法 两流道型,氧加0.5～5%蒸汽进中 心管,重油与蒸汽混合后由环隙 喷出,用盘管及端部水套冷却。 喷嘴属气流雾化型 1.直接激冷,出气温度260～ 280℃,汽/气比1.4～1.6：1。 2.废热锅炉（直管与盘管组合结 构。 3.激冷与废锅复合型结构
第二章
合成气
主要内容
2.1 合成气的制取
2.1.1 烃类蒸汽转化 2.1.2 重油部分氧化 2.1.3 固态燃料气化
2.2 合成气的净化
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 脱硫 一氧化碳变换 二氧化碳的脱除 少量CO、CO2、O2和H2O的清除 热法与冷法净化流程的比较
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2.1 合成气的制取
② 以水蒸气为气化剂
∆H0298 KJ/mol 131.390 90.196 -41.194 -74.898
C+H2O C+2H2O(g) CO+H2O(g) C+2H2
CO+H2 CO2+2H2 CO2+H2 CH4
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2.1.2 重油部分氧化
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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2.1.2 重油部分氧化
(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。 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。
转化反应 甲烷转化：CH4+H2O CO+3H2
碳 转 化： C+H2O
CO 转 化：CO+H2O
CO+H2
CO2+H2
慢反应 可逆 吸热
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2.1.2 重油部分氧化
二、工艺条件 (1) 温度（1400℃） 甲烷含量随温度提高迅 速降低。从反应速度方面 看，提高温度有利于加快甲 烷和炭黑的转化，对降低原 料气中甲烷和炭黑含量也是 有利的。但温变过高容易烧 坏炉衬，同时耗氧量会增 加。
预热
450℃
二段转化
1000℃
废热锅炉
370℃
去变换
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2.1.1 烃类蒸汽转化 转化气组成
转化炉出口气体组成
H2 CH4 CO CO2 N2
一段转化气
二段转化气
69.5
57
9.95
0.3Leabharlann 9.9512.810
7.6
0.6
22.3
注：此数据为体积%
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2.1.1 烃类蒸汽转化
天然气蒸汽转化工艺流程
2.1.2 重油部分氧化
一、重油部分氧化气化反应 O2 气化剂 水蒸气（或蒸汽）
瞬间反应 不可逆 放热
部分氧化： CmHnSr + m/2O2 = mCO + (n/2-r)H2 + rH2S 完全氧化： CmHn + (m+n/4)O2 = mCO2 + n/2H2O
· 23 ·
2.1.2 重油部分氧化
氧气 蒸汽 重油 裂化气 补充水
石脑油 炭黑回收 油炭浆
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2.1.2 重油部分氧化
重油气化炉结构图
· 32 ·
2.1.2 重油部分氧化
炭黑回收原理
少量石脑油 石脑油碳浆
萃取
碳墨水 水 石脑油 炭墨重油
少量石脑油
萃取
水 油 炭 浆
蒸馏
混合
·33 ·
2.1.2 重油部分氧化
项目 流程 气化的供氧方式 工艺条件 气化压力，MPa 气化温度，℃ 6.0 1350～1400 8.7 1300～1350 Shell法 废热锅炉流程 离心式氧气压缩机 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
图2-4 3.04MPa下气体平衡组成与温度关系
· 25 ·
2.1.2 重油部分氧化
(2) 压力（5MPa左右） 从热力学观点看，提高压 力是不利于反应平衡的，但 是由于转化反应距离平衡很 远，主要是反应速度控制了 反应的程度。因此提高压力 对加速反应是有利的。由图 可见，随着气化压力增加， 甲烷平衡浓度也增加，这一 不利因素可以由提高温度来 补偿。
图2-5 不同压力下原料气中甲烷平衡浓度
· 26 ·
2.1.2 重油部分氧化
(3) 氧油比（1.15-1.3Nm3/kg左右） 氧的理论消耗量与重油组成有关，一段约为0.8Nm3· -1。 kg 但反应时加入的水蒸汽中的氧可以代替部分氧气，因此氧气 不需要按理论用量供给。在计入蒸汽提供的氧量后，氧油比 一般在1.15～1.3之间。 (4) 蒸汽油比（0.3-0.4kg/kg左右） 重油部分氧化加入适量蒸汽，不仅能加快烃类转化，降低 原料气中甲烷含量，还能起到缓冲炉温和抑制炭黑生成的作 用。较适宜的蒸汽油比 （蒸汽：重油 ，kg· -1 ）为0.3～ kg 0.4。
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2.1.2 重油部分氧化
废热锅炉流程重液态烃部分氧化法工艺流程
蒸汽 氧气 新鲜水
高压蒸汽
净化气
锅炉给水
炭墨水 石脑油 废水
重油
油炭浆
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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2.1.2 重油部分氧化
激冷流程重质液态烃部分氧化工艺流程
蒸汽/油比，kg/kg
氧油比，kg/kg 气化炉最大生产能力， t氨 /（d· 台） 炉内气体停留时间，s
0.34～0.40
0.75 640 长（10～20） 立式,有耐热衬里,钢制 容器,炉膛容积大
0.40
0.75～0.80 1080 短（3～5） 立式,燃烧室有耐热衬里,炉 膛容积小,常与激冷室组合 成一体。
③ 转化管 材质：HK-40 (25%Cr, 20%Ni, 0.4%C) HP-40-Nb (Cr25, Ni35 ,Nb), HP-50-Nb
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2.1.1 烃类蒸汽转化
(3) 二段转化炉 二段转化炉为一碳钢制圆筒，内衬耐火材料，炉内上 部有转化气与空气充分混合的空间，催化剂床层的上层为 耐高温的铬催化剂，下层是镍催化剂。
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2.1 合成气的制取