【正文】 化學工藝學 ? 工藝生產(chǎn)條件： 溫度 吹風速度 蒸汽用量 燃料層高度 循環(huán)時間 間歇氣化法優(yōu)缺點： 制氣時不用氧氣，不需空分裝置 生產(chǎn)過程間歇，發(fā)生爐的生產(chǎn)強度低，對煤的質(zhì)量要求高。 ? 化學工藝學 社會視點 ？ LPG LNG CNG 電動車代替 LPG言之尚早 佛山對 LPG公交說 “ NO‖ LPG公交：改造成本高價格沒優(yōu)勢 CNG公交：能耗較高加氣成問題 出 路：加強國 Ⅲ 油普及促減排 ＬＰＧ是丙烷和丁烷的混合氣 化學工藝學 ? 氣化劑： 水蒸汽和 氧氣 的混合物 燃料層分層： 與間歇法大致相同 碳與氧的燃燒放熱反應與碳與水蒸汽的吸熱反應同時進行 氣化反應至少在 600～ 800℃ 進行： 調(diào)節(jié)水蒸汽與氧的比例，可控制爐中各層溫度，并使溫度穩(wěn)定。 化學工藝學 ? 固定床連續(xù)氣化法 常壓法 加壓法－魯奇法 (Lurgi) 使反應速度加快，生產(chǎn)能力大，壓力一般為 2－3MPa， 從熱力學角度，壓力高有利于甲烷和 CO2的生成 ,應用中受到限制 。 Mark V型，直徑 5m， 每臺產(chǎn)氣量可達 106m3/h 特點 化學工藝學 圖 5－ 3 魯奇爐結(jié)構(gòu)示意圖 化學工藝學 ? ： 煤：粒度 10mm 流化狀態(tài) 氣體組成和溫度均勻 溫克勒爐 (Winkler) 煤氣組成 (體積％） H2: 35～ 46 CO: 30～ 40 CO2: 13～ 25 CH4: 1～ 2 特點 化學工藝學 ? ： 特點：粉煤為原料 反應溫度很高 灰分呈熔融狀態(tài) 對煤種的通用性強 科柏斯－托切克煤氣化爐（ KT爐） 德士古水煤漿氣化爐（ Texco爐 ) 煤氣組成 (體積％） Texco爐 KT爐 H2: 35～ 36 31 CO: 44～ 51 58 CO2: 13～ 18 10 CH4: 化學工藝學 天然氣 優(yōu)質(zhì) 、 相對穩(wěn)定 、 價廉 、 清潔 、 環(huán)境友好的能源 。CH4含量 90%. 21世紀中期將是以天然氣為主要能源的時代 。 目前 ， 世界上約有 80％ 的合成氨及尿素 、 80％ 的甲醇及甲醇化學品 、 40％ 的乙烯 （ 丙烯 ） 及衍生品 、60%的乙炔及炔屬化學品等都是以天然氣為原料生產(chǎn)的 。 我國天然氣資源量為 38萬億 m3,可開采資源量為 m3。 化學工藝學 以天然氣為原料制合成氣 ? 蒸汽轉(zhuǎn)化法 Steam reforming ? 部分氧化法 Partial oxidation m o l/kJ206)K298(HH3COOHCH 224 ?????m ol/kJ247)K298(HH2CO2COCHm ol/)K298(HH2COO2/1CH224224???????????天然氣制合成氣的方法 化學工藝學 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣 ? – 反應熱力學 – 反應動力學 ? 化學工藝學 22222422242242224224HCOOHCOOH2CO4CO3CHOHHCO3CO2CHH2CO2COCHH4COOH2CHH3COOHCH???????????????????OHCHCOCOCCO2H2CCH22224???????主反應 副反應 (1).主副反應 化學工藝學 (2).獨立反應數(shù)的確定 ? 一般說來，獨立反應數(shù)等于反應系統(tǒng)中所有的物質(zhì)數(shù)減去形成這些物質(zhì)的元素數(shù)。 ? 有炭黑時，獨立反應數(shù)為 3。 ? 沒有炭黑時，只選用兩個獨立反應數(shù)。 222224 3HCOOHCOHCOOHCH?????? 化學工藝學 (3).甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應熱力學 kJHHCOOHCOkJHHCOOHCH02982220298224???????????OHCOHCOPOHCHHCOPPPPPKPPPPK222242231?? 化學工藝學 3 TKlg 3 T1008 1 6 T 6 4Klg2732P2731P??????????????????陳五平 無機化工工藝學 化學工藝學 假定：無炭黑析出轉(zhuǎn)化溫度系統(tǒng)壓力；原料氣中的水碳比已知條件：????TP)CHOHm(m42? 計算基準： 1mol CH4 ? 在甲烷轉(zhuǎn)化反應達到平衡時，設 x為按式 (11)轉(zhuǎn)化了的甲烷摩爾數(shù)， y為按式 (12)變換了的一氧化碳摩爾數(shù)。 化學工藝學 組分 氣體組成 平衡分壓， MPa 反應前 平衡時 CH4 1 1x (1x)/(1+m+2x)P H2O m mxy (mxy)/(1+m+2x) P CO xy (xy)/(1+m+2x) P H2 3x+y (3x+y)/(1+m+2x) P CO2 y y/(1+m+2x) P 合計 1+m 1+m+2x P 氣體在反應后各組分的平衡分壓 化學工藝學 222224 3HCOOHCOHCOOHCH??????))(()3()21]())(1()3)(([22224222331yxmyxyxyPPPPKxmpyxmxyxyxPPPPKOHCOHCOPOHCHHCOP???????????????圖解法或迭代法求解 x,y 化學工藝學 平衡組成的因素 ? 水碳比 ? 反應溫度 ? 反應壓力 化學工藝學 水 碳 比 的 影 響 水碳比 甲烷平衡含量(%) 2 4 6 P=、 T=800℃ 水碳比越高，甲烷平衡含量越低。 化學工藝學 反應壓力影響 0246810121416 ? 壓力增加，甲烷平衡含量也隨之增大。 ? 在烴類蒸汽轉(zhuǎn)化方法的發(fā)展過程中 ， 壓力都在逐步提高，主要原因是加壓比常壓轉(zhuǎn)化經(jīng)濟效果好。 反應壓力 MPa 水碳比＝ T＝ 800℃ 甲烷平衡含量％ 化學工藝學 反應溫度的影響 甲烷平衡含量％ 壓力 (MPa) 溫度 ℃ 1 800 870 910 950 1000 2 870 950 1000 1030 1100 4 940 1020 1080 1130 1200 水碳比為 2 溫度增加，甲烷平衡含量下降 化學工藝學 222224HCOOHCOH3COOHCH??????（ 4）甲 烷 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 動 力 學 ? ：在鎳催化劑表面甲烷和水蒸汽解離成次甲基和原子態(tài)氧 ，并在催化劑表面吸附與互相作用 ， 最后生成 CO、 CO2和H2。 ??????????????????????????????222222224COOCOHO)g(OHCOCOH2CO)g(OHCHHCHCH 化學工藝學 b. 動 力 學 方 程 ? 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應速度可近似認為與甲烷濃度成正比，即屬于一級反應。 4CHkpr ? 化學工藝學