重油部分氧化法
2合成气(化学工艺学)解析
K P1
P CO
P3 H2
P P CH 4 H 2 O
K P2
P P CO 2 H 2 P CO P H 2 O
b.平衡组成的计算
已知条件： m原 料 气 中 的 水 碳 比 (m H2O)
CH4 P 系 统 压 力 ； T 转 化 温 度 假定：无炭黑析出
计算基准：1mol CH4 在甲烷转化反应达到平衡时，设x为按式(2-3)转化了
压力和水碳比确定后，按平衡甲烷的浓度来确定温度。一般要
求yCH4<0.005,出口温度应为1000℃ 左右。实际生产中，转
化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高， 这个差值叫平衡温距。
T ＝T－Te（实际温度－平衡温度） 平衡温距低，说明催化剂活性好。一、二段平衡温距通常分 别为 10~15 ℃ 和 15~30 ℃ 。
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。
➢ 烃类主要进行的反应 烷烃
烯烃 CnH2n n2H2O34nCH4 n4CO2 CnH2n nH2OnCO2nH2 CnH2n 2nH2OnCO2 3nH2
2.1.1.1 甲烷蒸汽转化反应
主要反应
高温、催化 剂
( 1 ) C 4 H H 2 O ＝ C 3 H O 2 2.4 0 km 6 J o ( 2 ) C H O 2 O ＝ C 2 H O 2 4 .2 k 1 /m J
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
各种制氢方法
各种制氢方法氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。
因此必需将含氢物质力UI后方能得到氢气。
最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。
因此要开发利用这种理想的清洁能源，必需首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。
从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽，而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。
各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法，但其储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
其它各类含氢物质转化制氢的方法目前尚处次要地位，有的正在研究开发，但随着氢能应用范围的扩大，对氢源要求不断增加，也不失为一种提供氢源的方法。
1.电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。
水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。
提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。
目前水电解的工艺、设备均在不断的改进：对电解反应器电极材料的改进，以往电解质一般采用强碱性电解液，近年开发采用固体高分子离子交换膜为电解质，且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用；在电解工艺上采用高温高压参数以利反应进行等。
但水电解制氢能耗仍高，一般每立方米氢气电耗为4．5～5． 5kWh左右。
电能可由各种一次能源提供，其中包括矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及海洋能等等，核能、水能和海洋能其资源丰富，能长期利用。
我国水力资源丰富，利用水力发电，电解水制氢有其发展前景。
太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。
随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。
同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电解制得氢气并用氢作为中间载能体来调节、贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。
合成氨复习题（1）
合成氨复习题（1）复习题第1章烃类蒸汽转化第⼆章重油部分氧化从化学热⼒学分析析炭发⽣：只有在转化管进⼝的⼀段位置可能析炭实际⽣产中温度的提⾼受到限制：①催化剂耐热温度②反应管材质耐⾼温③烃类分解发⽣热裂解导致析碳实际⽣产中温度的控制指标：①⼀段转化炉出⼝：800 ℃，甲烷含量10%；②⼆段炉出⼝：1000 ℃，甲烷含量<0.5% ⼯业⽣产对转化催化剂的要求：①活性⾼：催化剂活性愈⾼，转化速度越快，可增加空速，从⽽提⾼设备的⽣产效率；同时，⾼活性催化剂可从动⼒学上减少析碳的发⽣；②抗析碳：烃类，特别是⽯脑油蒸汽转化，最容易在床层⼊⼝1-3⽶处析碳；采取的措施是在催化剂研制上想办法，如英国ICI46-1催化剂，向催化剂中加⼊钾碱，在转化反应过程中，钾碱可缓慢释放，分布在催化剂表⾯上中和酸性中⼼，抑制⾮均相积碳。
③稳定性蒸汽转化操作条件苛刻，催化剂长期处在⽔蒸汽和⾼的氢分压、⾼的⽓体流速下，活性不随时间⽽衰退。
⽬前，转化催化剂的使⽤寿命⼀般为5年，使⽤终期和初期相⽐，活性衰退⼀般左右。
④⾼强度：转化条件苛刻，⽣产中⼯况波动，转化管震动，管内⽓体流速很⾼，从⽽导致对催化剂冲刷、腐蚀。
这都要求催化剂具有较⾼的强度，耐压碎、耐膨胀、耐磨蚀，否则催化剂粉化，造成床层阻⼒增加。
⑤合理的⼏何形状：从提⾼催化剂内表⾯利⽤率、减少床层阻⼒等⽅⾯考虑，都要求催化剂有合理的⼏何形状；⽬前，转化催化剂多做j成环状。
催化剂的成分：活性组分载体助催化剂此外，还常加⼊润滑剂、扩孔剂等。
催化剂的制备：①共沉淀法②浸渍法活性组分：在元素周期表中，第Ⅷ族过度元素对烃类蒸汽转化反应都有催化作⽤；贵⾦属钌Ru、铑Rh、钯Pd、铱Ir、铂Pt的活都⾼于镍Ni，但从性能和经济⽅⾯考虑，活性组分，镍为最佳，所以镍是⽬前⼯业上唯⼀的活性组分。
NiO为制备催化剂最主要活性成份,含量以4-30%为宜。
助催化剂：为了提⾼镍的活性及稳定性，可添加助催化剂来达到抑制镍晶粒熔融过程，防⽌镍晶粒长⼤，从⽽使其有较⾼的稳定活性，延长使⽤寿命，并增加抗析碳能⼒。
制取氢气的方式
制取氢气的方式
制取氢气的方式有多种，以下是一些常见的方法：
1. 天然气蒸汽重整法：将天然气与水蒸气反应，生成氢气和一氧化碳的混合气体，然后通过变换反应将一氧化碳转化为氢气。
这是目前工业上生产氢气的主要方法之一。
2. 煤气化法：将煤与氧气、水蒸气反应，生成氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，再经过变换反应将一氧化碳和二氧化碳转化为氢气。
3. 重油部分氧化法：将重油与水蒸气、氧气反应，生成氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，再经过变换反应将一氧化碳和二氧化碳转化为氢气。
4. 生物质发酵法：利用生物质发酵产生沼气，再通过提纯和分离得到氢气。
5. 电解水法：通过电解水产生氢气和氧气，这种方法需要大量的电能，因此成本较高。
6. 光解水法：利用太阳能光解水产生氢气和氧气，这种方法具有可持续性和清洁性，但是目前技术尚不成熟。
这些方法中，天然气蒸汽重整法是最常用的方法，因为其技术成熟且成本较低。
其他方法虽然也在研究和应用中，但是它们的应用范围和规模相对较小。
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。
甲醇的工艺流程
甲醇的工艺流程目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇.典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序.天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料.天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温,催化剂存在下进行烃类蒸气转化反应.重油部分氧化需在高温气化炉中进行.以固体燃料为原料时,可用间歇气化或连续气化制水煤气.间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂,将吹风、制气阶段分开进行,连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行.甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净.气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫.干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大.湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类.甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程.随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展.粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制.精制过程包括精馏与化学处理.化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质,并调节PH.精馏主要是除去易挥发组分,如二甲醚、以及难以挥发的组分,如乙醇高级醇、水等.甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程.下面简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别高压法高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程.自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4%左右,反应温度230-290℃.中压法中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的,由于低压法操作压力低,导致设备体积相当庞大,不利于甲醇生产的大型化.因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法.它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本.例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂,其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1型差不多,只是催化剂的晶体结构不相同,制造成本比51-1型高贵.由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命,从而使ICI公司有可能将原有的5MPa的合成压力提高到l0MPa,所用合成塔与低压法相同也是四段冷激式,其流程和设备与低压法类似.低压法ICl低压甲醇法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法.从而打破了甲醇合成的高压法的垄断,这是甲醇生产工艺上的一次重大变革,它采用51-1型铜基催化剂,合成压力5MPa.ICl法所用的合成塔为热壁多段冷激式,结构简单,每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器,使冷激气均匀地进入催化剂层,用以调节塔内温度.低压法合成塔的型式还有联邦德国Lurgi公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统.70年代,我国轻工部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产300吨低压甲醇装置(英国ICI专利技术).80年代,齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国Lurge公司的低压甲醇合成装置.编辑本段甲醇的具体生产方法1. 天然气制甲醇的生产方法天然气是制造甲醇的主要原料.天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的.由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取.由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以达到合适的配比,二氧化碳可以外部供应,也可以由转化炉烟道气中回收.另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1/4的甲烷进行反应,第二段进行天然气的部分氧化,不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分.天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3.转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇.2. 煤、焦炭制甲醇的生产方法煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料.用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制.用蒸汽与氧气(或空气、富氧空气)对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化,气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气,气化的主要设备是煤气发生炉,按煤在炉中的运动方式,气化方法可分为固定床(移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法.国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化——般都沿用固定床间歇气化法,煤气炉沿用UCJ炉.在国外对于煤的气化,目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)、鲁奇(Lurge)及温克勒(Winkler)三种.还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古(Texaco)及谢尔-柯柏斯(Shell--Koppers)等.用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低,故在气体脱硫后要经过变换工序.使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳,再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去.原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇.3．油制甲醇的生产方法工业上用油来制取甲醇的油品主要有二类:一类是石脑油,另一类是重油.原油精馏所得的220℃以下的馏分称为轻油,又称石脑油.以石脑油为原料生产合成气的方法有加压蒸汽转化法,催化部分氧化法、加压非催化部分氧化法、间歇催化转化法等.目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法.石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反应.石脑油经蒸汽转化后,其组成恰可满足合成甲醇之需要.既无需在转化前后补加二氧化碳或设二段转化,也无需经变换、脱碳调整其组成.重油是石油炼制过程中的一种产品,根据炼制方法不同,可分为常压重油、减压重油、裂化重油及它们的混合物.以重油为原料制取甲醇原料气有部分氧化法与高温裂解法两种途径.裂解法需在1400℃以上的高温下,在蓄热炉中将重油裂解,虽然可以不用氧气,但设备复杂,操作麻烦,生成炭黑量多.重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应,反应放热,使部分碳氢化合物发生热裂解,裂解产物进一步发生氧化、重整反应,最终得到以H2、CO为主,及少量CO2、CH4的合成气供甲醇合成使用.重油部分氧化法所生成的合成气,由于原料重油中碳氢比高,合成气中一氧化碳与二氧化碳含量过量,需将部分合成气经过变换,使一氧化碳与水蒸气作用生成氢气与二氧化碳,然后脱除二氧化碳,以达到合成甲醇所需之组成.合成后的粗甲醇需经过精制,除去杂质与水,得到精甲醇.4．联醇生产方法与合成氨联合生产甲醇简称联醇,这是一种合成气的净化工艺,以替代我国不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺.联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置,包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备,工艺流程是压缩机五段出口气体先进人甲醇合成塔,大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反应生成甲醇,联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低,减轻了铜洗负荷,同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽,降低了变换的蒸汽消耗,而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体,压缩机电耗降低.联产甲醇后能耗降低较明显,可使每吨氨节电50kw.h,节省蒸汽0.4t,折合能耗为200万kJ.联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序,以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。
合成氨工艺技术的现状及发展趋势
合成氨工艺技术的现状及发展趋势摘要：本文首先阐述了我国合成氨工艺技术现状，接着分析了合成氨的工艺流程，最后对合成氨工艺技术的发展趋势进行了探讨。
希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：合成氨；工艺技术；发展趋势引言：合成氨催化技术是制作化工产品的主要技术，在生产制造氮肥、铵态化肥、硝酸化肥等产品中得到了十分广泛的运用。
在我们国家对化工产业提出了节能减排要求之后，合成氨催化技术也获得了更加有效的提升与完善，今后此项技术将会应用于更多的加工制造产业中。
1我国合成氨工艺技术现状最早的合成氨技术起源于20世纪初，那时合成氨技术主要是用于战争当中，因为炸药的原料之一就是合成氨。
现代的合成氨技术，则主要运用在农业和现代化学当中。
合成氨技术最早出现在我国，是在20世纪30年代。
那时，我国在合成氨工艺技术方面还比较落后，如今我国合成氨技术已经在全世界占有较高的地位。
在合成氨构成原料方面，我国掌握的种类也比较多，无论是利用无烟煤天然气还是油田等材料，都可以用来生产合成氨。
由于我国经济技术的不断发展，对于合成氨的需求量也日益增加。
同时，因为我国在合成氨工艺技术方面已经有较高的水平，所以目前合成氨的产量已经能够满足人们的日常生活需求。
在合成装置方面，因为我国引进的设备在世界领域中比较先进，所以在合成氨合成装置设备上，我国已经占有了绝大的优势，其也增强了我国在国际上的综合竞争力。
2合成氨的工艺流程分析2.1原料气的制取制作合成氨的原材料主要是天然气、重油、石脑油等。
不管是哪一种原材料都可以用来代表。
这些原材料在水蒸气和高温下形成将一氧化碳与氢作为主体的合成氨原材料气。
我们国家制作合成氨原料气的主要方式为煤气化法。
这种方法主要是利用氧、蒸汽以及其他汽化剂高温处理煤，促使其转变成一氧化碳和氢等可以燃烧的气体。
对气态烃类，工业中通常使用二段蒸汽转化法加工制造合成气。
重油部分的氧化法主要是将重油作为原材料，而气态烃类主要是不完全燃烧氧气，促使烃类在高温的作用下出现燃烧和裂解现象，出现的二氧化碳和水蒸气在高温的作用下和甲烷发生转化反应，进而取得将氧化碳和氢气作为主要原料的合成气。
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。
第三章合成氨生产技术
第三章合成氨生产技术知识目标●了解氨的性质、用途、贮存和合成氨技术的发展，原料气制备的主要设备；●理解制气、净化和氨合成的基本原理及工艺参数条件分析方法，各种催化剂的组成和使用条件；●掌握不同原料的制气方法、特点和条件，原料气净化方法、特点和要求，氨合成工艺控制条件、及工艺流程图的阅读分析和合成塔的结构特点。
能力目标●能分析、判断和选择合成氨制气、净化、合成的工艺条件；●能阅读和绘制合成氨生产工艺流程图以及设备简图；●能进行合成氨生产过程中有关物料、热量衡算及原材料消耗、生产能力等工艺计算能力。
第一节概述氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。
现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。
可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。
氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。
因此，氨在国民经济中占有重要地位。
目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而得。
查一查氨的发现和合成氨的发展除电解法外，不管用何种原料制得的粗原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳，这些物质都是氨合成催化剂的毒物，在进行合成之前，需将其彻底清除。
因此，合成氨的生产过程包括以下三个主要步骤。
原料气的制取制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。
原料气的净化指除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，一般由原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精炼等组成。
原料气压缩与合成将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。
第二节原料气的制备目前，合成氨生产原料按状态分主要有固体原料，如焦炭和煤；气体原料，如天然气、油田气、焦炉气、石油废气、有机合成废气；液体原料，如石脑油、重油等。
生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭），烃类蒸汽转化法（气态烃、石脑油），重油部分氧化法（重油）。
制氢方法
工业制氢方法概述世界上大多数氢气通过天然气、丙烷、或者石脑油重整制得。
经过高温重整或部分氧化重整，天然气中的主要成分甲烷被分解成 H2、 CO2、CO 。
这种路线占目前工业方法的 80 %, 其制氢产率为 70 %—90 %。
烃类重整制氢技术已经相当成熟，从提高重整效率，增强对负载变换的适应能力，降低生产成本等方面考虑，催化重整技术不断得到发展，产生了不少改进的重整工艺 , 其中包括可再生重整、平板式重整、螺旋式重整、强化燃烧重整等。
煤直接液化工艺中一个重要单元就是的单元就是加氢液化，下面着重介绍几种工业上制氢工艺：一、烃类蒸汽转化法蒸汽转化法可以采用从天然气到石油脑的所有轻烃为原料。
主要利用高温下水蒸气和烃类发生反应。
转化生成物主要为氢、一氧化碳和二氧化碳。
该过程需要消耗大量的能量，只不过要脱除或分离二氧化碳是件很麻烦的事，虽然目前分离二氧化碳的方法在不断推出，如变压吸附法( PSA)、吸收法( 包括物理吸收和化学吸收法)，低温蒸馏法，膜分离法等等，然而，二氧化碳的处理仍是很费脑筋，若是直接排入大气，势必造成环境污染。
二、烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法该方法是将烃类分子进行热分解，产物为氢气和炭黑，炭黑可用于橡胶工业及其它行业中，同时避免了二氧化碳的排放。
目前，主要有如下两种方法用于烃类分解制取氢气和炭黑。
( 1 ) 热裂解法：将烃类原料在无氧( 隔绝空气)，无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。
生产装置中可设置两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格成方型通道，生产时，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑，两台炉子轮流进行蓄热和裂解，循环操作，将炭黑与气相分离后气体经提纯后可得纯氢，其中氢含量依原料不同而异，例如原料为天然气，其氢含量可达 85 % 以上。
天然气高温热裂解制氢技术，其主要优点在于制取高纯度氢气的同时，不向大气排放二氧化碳，而是制得更有经济价值、易于储存且可用于未来碳资源的固体碳，减轻了环境的温室效应。
《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。
第四讲 合成气
40
表3-2 ：KP与T的关系
作业
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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
重油部分氧化法
碳黑的生成
CH4 = C + 2H2
(1)
2CO = C + CO2
(2)
CO + H2 = C + H2O (3)
重油造气过程分为油气化和碳黑回收工 段；油气化中的气化气所带碳黑，经激冷 室和文丘里洗涤器被洗涤下来，在碳黑回 收工段采用两步石脑油萃取油回收碳黑水 中碳黑，再返回气化工段作为气化原料 。
气态烃的氧化燃烧 B
重油雾滴升 A 温气化
反应过程Biblioteka C 气态烃高温 热裂解其他反应 E
D 气态烃与蒸 汽反应
气化反应 第一步：燃烧反应，生成CO2+H2O，放出大量的热 第二步：裂化产物与CO2、 H2O转化反应 CmHnSr+(m+n/4-r/2)O2=(m-r)CO2+n/2 H2O+rCOS+ Q 若氧气不足，发生部分氧化 CmHnSr+(m+n/4-r/2)O2=mCO+(n/2 – r)H2+rH2S+ Q
压力
P↗则反应速率↗，气化 炉生产强度↗，动力消耗↘， 炭黑清除更容易，对下游工 序有利。但对反应本身不利， 要从系统技术经济效果综合 考虑。
温度
氧油比（ O/C） 主要经济指标，对重油气 化气决定性影响 O/C在1.15~1.30间 O/C↗，T↗，有效气体↘ 防止O/C过高发生“穿氧” 事故
原料杂质影响
T↗从反应热力学和 动力学都对制气有利， 但耗氧量增大， T↗则 氧油比升高。
S↗，有效气↘； C/H↗，有效气↘； 水分超量，防止超温穿氧。
蒸汽油比
通常取值在400500kg蒸汽/t重油
重油部分氧化法
重油部分氧化：重质烃类和氧气进行部 分燃烧，由于反应放热使部分C、H化合物 发生热裂解，以及裂解产物的转化反应，最 终得到CO+H2及少量CO2+CH4的合成气 。
合成氨生产技术
合成氨生产技术第一节 概述氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。
现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。
可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。
氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。
因此，氨在国民经济中占有重要地位。
目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而得。
除电解法外，不管用何种原料制得的粗原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳，这些物质都是氨合成催化剂的毒物，在进行合成之前，需将其彻底清除。
因此，合成氨的生产过程包括以下三个主要步骤。
原料气的制取 制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。
原料气的净化 指除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，一般由原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精炼等组成。
原料气压缩与合成 将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。
第二节 原料气的制备目前，合成氨生产原料按状态分主要有固体原料，如焦炭和煤；气体原料，如天然气、油田气、焦炉气、石油废气、有机合成废气；液体原料，如石脑油、重油等。
生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭），烃类蒸汽转化法（气态烃、石脑油），重油部分氧化法（重油）。
一、固体燃料气化法固体燃料气化过程是以煤或焦炭为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气及甲烷等混合气体的过程。
在气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气等称为气化剂。
这种生成的混合气体称为煤气。
用于实现气化过程的设备称为煤气发生炉。
煤或焦炭气化因采用不同的气化剂，可以生产出下列几种不同用途的工业煤气： ①空气煤气。
以空气作为气化剂所制得的煤气。
按体积分数计，其中约有50%的N 2，一定量的CO及少量的CO2和H2。
简述重油部分氧化法的工艺流程
简述重油部分氧化法的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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化学工艺学(刘晓勤)复习题1
《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。
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什么？
• 间歇法制气的特点是什么？
• 固定层煤气发生炉的燃料层如何分区？
• 间歇式气化的工艺流程？ • 间歇式气化工作循环的五个阶段？
• 主要设备及其结构？
蒸汽／油高有利面：
1
2
缓冲炉温，抑制炭黑生成 提高CO和H2含量 帮助雾化，增大接触面积
3
蒸汽／油高不利面： 加入水蒸气，会降低温度，为保持高温，需提 高氧油比，因此蒸汽油比也不能过高。 蒸汽／油：0.3～0.4 kg(蒸汽)／kg(油)
三、工艺流程
热能回收方式 1. 原料油和气化剂（O2+H2O)的预热 激冷流程S≤1％ 废热锅炉流程 2. 高温下部分氧化
重油气化的控制步骤： CH4+H2O=CO+3H2+206.29KJ/mol C+H2O=CO+H2+131.47KJ/mol 热力学分析：均为可逆吸热反应，提高温度 可提高甲烷与碳黑的平衡转化率。 动力学分析：提高温度有利于提高甲烷和碳 黑的转化反应速率。 ①保护炉衬和喷嘴 ②O2消耗指标（T提高，氧耗增加） T<1400 ℃
3. 出口高温合成气的热能回收 4. 炭黑的消除与回收
区别？
激 冷 流 程
四、主要设备
气化炉 多为立式炉 内壁衬有保温材料 激冷流程气化炉内部主要构件有
喷嘴、反应室和激冷室。
对喷嘴要求： 雾化好，气化反应 好，寿命长，动力省
2.1.3 固体燃料气化法
• 空气煤气、水煤气、半水煤气的区别？ • 空气和水蒸气作为气化剂的气化反应分别是
氧油比
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
氧油比——Nm3O2/Kg重油
具体比值根据渣油碳含量、原料预热温度、添 加的水蒸气量、以及反应器散热损失等因素来确定。 理论氧油比O/C＝1，相应的氧耗量为0.8 Nm3O2/Kg重油。加入水蒸汽，存在吸热反应，需 要提高氧／油比，以维持高温，也使炭黑含量迅速
下降。
氧油比=1.15-1.3
蒸汽油比
2.1.2 重油部分氧化法
一、重油气化的基本原理 利用O2在高温下与重油反应生成 CO和H2 重油气化
C m H n (液) C m H n (气)
n n C m H n (m )O2 mCO2 H 2 O 2 2
m n n C m H n ( )O2 mCO H 2 O 2 4 2
C+H2O=CO+H2 CH4+H2O=CO+3H2 CO+H2O=CO2+H2
析碳反应
CH4 →C+2H2 2CO →CO2 +C CO+H2 →C+H2O 降低C的利用率；
引起后续工艺的影响——影响催化剂活
性，污染脱碳溶液，使之发泡泛塔。 氧化剂是氧气，为什么 加水蒸气？
二、重油气化的工艺条件 反 应 温 度
反应压力
加压法优点：
热力学不利－－体积增大反应 动力学有利－－加速反应
（1）随压力提高，气化炉的生产强度成比例增加，
从而缩小了设备容积。
（2）节省动力 (节省3/4)
（3）有助于消除碳黑 （4）加压气化对下游工序的脱S和脱C也是有利的。
小型合成氨厂：P=1.6-3.0MPa 大型合成氨厂：P>5.0MPa
Cm H n m n O2 mCO H 2 2 2
气化烃 氧化燃烧
气态烃高 温热裂解
C m H n (m
n n )C CH 4 4 4
CH4 →C+2H2 转化反应
C m H n mCO2 2mCO n H2 2
n C m H n mH 2 O mCO (m ) H 2 2