第四章_合成氣的生產(chǎn)過(guò)程-展示頁(yè)
2025-02-14 21:26本頁(yè)面
【正文】 （ ～ ） 380 ℃ 500～ 550 ℃ 800－ 820 ℃ 850～ 860 ℃ 1000℃ CH4% CH4≈ % 回收 熱量 450 ℃ 370 ℃ 溫度 ：甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化為 可逆吸熱反應(yīng) 。 主要設(shè)備 一段轉(zhuǎn)化爐 ： 若干根反應(yīng)管與加熱室的輻射段以及回收熱量的對(duì)流段兩個(gè)主要部分組成。 工藝空氣加壓，配入少量蒸汽、對(duì)流段預(yù)熱盤管加熱，與 — 段轉(zhuǎn)化氣匯合，燃燒區(qū)燃燒后，進(jìn)入二段爐使化劑床層。一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段進(jìn)一步預(yù)熱到 500一 523℃ ，流經(jīng)轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 轉(zhuǎn)化爐、原料預(yù)熱和余熱回收等裝置。同時(shí)還要考慮到爐型、原料、爐管材料、催化劑等對(duì)這些參數(shù)的影響。平衡溫距增大 。 溫度越低， S對(duì)鎳催化劑毒害越大。常用的載體有 A12O MgO、 CaO、K2O等。 載體： 使鎳的晶粒盡量分散，較大比表面。金屬氧化物，如Cr2O A12O MgO、 TiO等。在制備好的催化劑中，鎳以 NiO形式存在，含量一般為 10％一 30％ (質(zhì)量 )。 碳與 CO2的脫炭速度比由 CO歧化反應(yīng)生成炭的速度快10倍左右。 3PHCOOH2P2COCO1PCH2H KpppKppKpp22242 ??? 由 CO歧化反應(yīng)生成碳的速度比同一條件下 CH4裂解反應(yīng)生成碳的速度要快 3~10倍。 使催化劑破碎而增大床層阻力 ， 影響生產(chǎn)能力 。 4CHkpr ? （ 4）析炭 炭黑覆蓋在催化劑表面 ， 堵塞微孔 ， 降低催化劑活性 ， 使甲烷轉(zhuǎn)化率下降而使出口氣中殘余甲烷增多 。 ? 在烴類蒸汽轉(zhuǎn)化方法的發(fā)展過(guò)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(jì)效果好。 P 合計(jì) 1+m 1+m+2x P 氣體在反應(yīng)后各組分的平衡分壓 ))(()3()21]())(1()3)(([22224222331yxmyxyxyPPPPKxmpyxmxyxyxPPPPKOHCOHCOPOHCHHCOP??????????????? TKlg T10081 T 4Klg2732P2731P??????????????????圖解法或迭代法求解 x,y b. 平衡組成的計(jì)算 c. 影響轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡組成的因素 水碳比 反應(yīng)溫度 反應(yīng)壓力 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。 P H2 3x+y (3x+y)/(1+m+2x) P H2O m mxy (mxy)/(1+m+2x) 在甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，設(shè) x為按式 (31)轉(zhuǎn)化了的甲烷摩爾數(shù)， y為按式 (32)變換了的一氧化碳摩爾數(shù)。 有炭黑時(shí)，獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為 3。 我國(guó)天然氣資源量為 38萬(wàn)億 m3,可開(kāi)采資源量為 m3。 21世紀(jì)中期將是以天然氣為主要能源的時(shí)代。 具體方法包括： 固定床 間歇式氣化法 連續(xù)式氣化法 (魯奇法） 流化床 氣流床 (德士古法 ) .固定床間歇法（蓄熱法） 優(yōu)： 制氣時(shí)不用氧氣，不需空分裝置 缺： 生產(chǎn)過(guò)程間歇，發(fā)生爐的生產(chǎn)強(qiáng)度低，對(duì)煤的質(zhì)量要求高。另外，反應(yīng)速率還與煤的種類有關(guān)：無(wú)煙煤 焦炭 褐煤（反應(yīng)活性） (1) 對(duì)于碳與氧氣的反應(yīng)，一般認(rèn)為先生成 CO2，然后CO2再與碳反應(yīng)生成 CO. T 775℃ ，動(dòng)力學(xué)控制 T 900℃ ，擴(kuò)散控制 增加擴(kuò)散反應(yīng)速率措施： a 氣速 ↑ b 顆粒直徑 ↓ 775℃ T 900℃ ，過(guò)渡區(qū) O2的一級(jí)反應(yīng) （ 2） C與 CO2的還原反應(yīng)在 2023℃ 以下，屬于動(dòng)力學(xué)控制，反應(yīng)速率大致為 CO2的一級(jí)反應(yīng)。 故制得 H2和 CO含量高的水煤氣，在低壓、高溫下進(jìn)行。故高溫下 H2和 CO含量高。選 1， 3兩式計(jì)算平衡組成 溫度 ℃ CO2 CO N2 α=CO/(CO+CO2) 650 800 900 1000 表 3－ 1 總壓 結(jié)論： T ， CO ,CO2 T900℃ ， CO2含量很少，主要是 CO 以水蒸汽為氣化劑時(shí)，存在如下化學(xué)反應(yīng)： －蒸汽反應(yīng)的平衡組成 2MPa下碳 蒸汽反應(yīng)的平衡組成 T900℃ ，含有等量的 H2和 CO，其它組分含量接近零。 1960年，聯(lián)邦德國(guó)巴登苯胺純堿公司的甲醇羰基化生產(chǎn)醋酸工藝工業(yè)化； 1970年，美國(guó)孟山都公司對(duì)此法作了重大改進(jìn)，使之成為生產(chǎn)醋酸的主要方法，進(jìn)而帶動(dòng)了有關(guān)領(lǐng)域的許多研究。 1945年，德國(guó)魯爾化學(xué)公司用羰基合成（即氫甲?；┓ㄉa(chǎn)高級(jí)脂肪醛和醇開(kāi)發(fā)成功，此項(xiàng)工藝技術(shù)發(fā)展很快。對(duì)合成氣應(yīng)用的研究，引起了各國(guó)極大的重視。 1939年，德國(guó)化學(xué)家列培在嘗試由乙炔與 CO合成乙炔醛時(shí)，發(fā)現(xiàn)在水存在時(shí)得到丙烯酸。 1923年德國(guó) BASF公司首次用合成氣在高溫下用鋅鉻催化劑實(shí)現(xiàn)了甲醇合成工業(yè)化。其生產(chǎn)和應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中具有極為重要的地位。第四章 合成氣的生產(chǎn)過(guò)程 一、 概述 二、 由煤生產(chǎn)合成氣 三、 由天然氣 生產(chǎn)合 成氣 四、 由石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化 生產(chǎn) 合成氣 五、 重油部分氧化生產(chǎn)合成氣 六、 CO的變換 七、 原料氣凈化 一、 概述 1. 合成氣的發(fā)展及應(yīng)用 以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學(xué)合成用的一種原料氣，也稱還原氣。由含碳礦物質(zhì)如煤、石油、天然氣以及 油頁(yè)巖、石油砂、農(nóng)林廢料、城市垃圾 等制得。 早在 1913年已開(kāi)始從合成氣生產(chǎn)氨，現(xiàn)在氨已成為最大噸位的化工產(chǎn)品。這是又一個(gè)重要的大噸位有機(jī)化工產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的乙炔氫羧化工藝曾是生產(chǎn)丙烯酸及其酯的重要方法 70年代石油漲價(jià)以后，又提出了 C1化學(xué)的概念。 第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)和日本曾建立了十多座以煤為原料用費(fèi)托合成從合成氣生產(chǎn)液體燃料的工廠 ,戰(zhàn)后由于有廉價(jià)的原油 ,這些廠先后關(guān)閉。 60年代，在傳統(tǒng)費(fèi)托合成的基礎(chǔ)上 ,南非開(kāi)發(fā)了 SASOL 工藝，生產(chǎn)液體燃料并聯(lián)產(chǎn)乙烯等化工產(chǎn)品。 二、由煤生產(chǎn)合成氣 1. 熱力學(xué)特征及動(dòng)力學(xué)特
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