【正文】 下降 化學(xué)工藝學(xué) （ 4）甲 烷 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 動 力 學(xué) ? ：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。 P CO2 y y/(1+m+2x) 化學(xué)工藝學(xué) 組分 氣體組成 平衡分壓， MPa 反應(yīng)前 平衡時 CH4 1 1x (1x)/(1+m+2x) 化學(xué)工藝學(xué) 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 天然氣制合成氣的方法 化學(xué)工藝學(xué) Ceramic Membrane Technology 化學(xué)工藝學(xué) 烷烴 烯烴 化學(xué)工藝學(xué) 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣 ? – 反應(yīng)熱力學(xué) – 反應(yīng)動力學(xué) ? 化學(xué)工藝學(xué) 主反應(yīng) 副反應(yīng) (1).主副反應(yīng) 化學(xué)工藝學(xué) (2).獨立反應(yīng)數(shù)的確定 ? 一般說來，獨立反應(yīng)數(shù)等于反應(yīng)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)。 Mark V型，直徑 5m， 每臺產(chǎn)氣量可達(dá) 106m3/h 特點 化學(xué)工藝學(xué) 圖 5－ 3 魯奇爐結(jié)構(gòu)示意圖 化學(xué)工藝學(xué) ? ： 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(xué)工藝學(xué) ? ： 特點：粉煤為原料 反應(yīng)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(xué)工藝學(xué) 圖 5－ 4 科柏斯－托切克煤氣化爐示意圖 化學(xué)工藝學(xué) 的爐內(nèi)溫度分布比較 化學(xué)工藝學(xué) 天然氣 優(yōu)質(zhì) 、 相對穩(wěn)定 、 價廉 、 清潔 、 環(huán)境友好的能源 。 空氣吹凈： 此部分吹風(fēng)氣可以回收。 ? （ 3） C與 H2O反應(yīng)生成 CO和 H2 400℃ T 1100℃ ， 動力學(xué)控制 T 1100℃ ， 擴散控制 化學(xué)工藝學(xué) ? 分析 ： 1100～ 1200℃ 高溫反應(yīng) 大量吸熱 要求 ：大量供熱 采取措施 : 通過燃燒一部分 C的反應(yīng)熱 維持整個系統(tǒng)的熱平衡 化學(xué)工藝學(xué) （蓄熱法） 操作方式：間歇法和連續(xù)法 化學(xué)工藝學(xué) ? 實際生產(chǎn)時按以下 6個步驟的順序完成工作循環(huán)： 吹風(fēng)階段： 吹入空氣，提高燃料層溫度， 吹風(fēng)氣放空， 1200 ℃ 結(jié)束 。 故高溫下 H2和 CO含量高。 系統(tǒng)含有 C， O2， CO， CO2 4種物質(zhì) ， 由 C,O 2個元素構(gòu)成 ， 故系統(tǒng)獨立反應(yīng)式為兩個 。 化學(xué)工藝學(xué) 第五章 合成氣的生產(chǎn)工藝與設(shè)備 化學(xué)工藝學(xué) ? 合成氣的應(yīng)用及發(fā)展前景 ? 應(yīng)用 合成氣 （ synthesis gas or syngas) CO和 H2的混合物 原料： 煤 油 天然氣 油頁巖 、 石油砂 農(nóng)林廢料 、 城市垃圾 化學(xué)工藝學(xué) 氫能利用背景 ? 化石類能源使用 ? 過渡開采化石類能源的逐漸枯竭 ? 石油價格不斷攀升 ? 各國替代能源發(fā)展政策 – 美國 – 加拿大 – 歐洲 – 中國 我國 GDP下降~% 化學(xué)工藝學(xué) Hydrogen in energy systems, 18502150 化學(xué)工藝學(xué) 氫氣的利用是最佳的選擇 ? 穩(wěn)定的能源 – 可再生性 – 來源穩(wěn)定，不受地緣界定影響 – 價格穩(wěn)定 ? 綠色能源 – 溫室氣體 – 空氣質(zhì)量 – 可持續(xù)性 ? 更多 …. 化學(xué)工藝學(xué) 氫獲取途徑 化學(xué)工藝學(xué) ? 應(yīng)用 合成氣 NH3 合成氣 乙烯、丙烯 合成氣 甲醇 醋酸 汽油、烯烴、芳烴 乙二醇 甲醇 乙醇 乙烯 合成氣 ＋ 丙烯醇 1,4－丁二醇 改進(jìn)的費托合成催化劑 鋅、鉻系催化劑 高壓、 380℃ 3MPa， 175℃ 銅、鋅系催化劑 中低壓、 230－ 270℃ 同系化 銠絡(luò)合物－ HI催化劑 化學(xué)工藝學(xué) ? 煤 石油、天然氣 化學(xué)工藝學(xué) ? 關(guān)鍵問題 ，降低成本，解決污染問題 、含氧化合物技術(shù)中 高壓、高溫、貴金屬催化劑 的替代 。 一般選式 （ 5－ 1） 、 （ 5－ 3） 計算平衡組成 。 化學(xué)工藝學(xué) 圖 5－ 2 2MPa下碳 蒸汽反應(yīng)的平衡組成 相同 T ， P↑， H2O、 CO CH4含量增加， H2和 CO含量減小。 蒸汽吹凈： 置換爐內(nèi)和出口管中的吹風(fēng) 氣，以保證水煤氣質(zhì)量。 化學(xué)工藝學(xué) ? 工藝生產(chǎn)條件： 溫度 吹風(fēng)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。CH4含量 90%. 21世紀(jì)中期將是以天然氣為主要能源的時代 。 ? 有炭黑時，獨立反應(yīng)數(shù)為 3。P H2O m mxy (mxy)/(1+m+2x) P 合計 1+m 1+m+2x P 氣體在反應(yīng)后各組分的平衡分壓 化學(xué)工藝學(xué) 圖解法或迭代法求解 x,y 化學(xué)工藝學(xué) 平衡組成的因素 ? 水碳比 ? 反應(yīng)溫度 ? 反應(yīng)壓力 化學(xué)工藝學(xué) 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(xué)工藝學(xué) b. 動 力 學(xué) 方 程 ? 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度可近似認(rèn)為與甲烷濃度成正比，即屬于一級反應(yīng)。 析炭危害 化學(xué)工藝學(xué) （ 1）析炭熱力學(xué) 控制水碳比、適宜的溫度和壓力來解決析碳。 化學(xué)