[化学]黑龙江科技大学化工专业 C1化学-2 合成气的及其制备.ppt

第二章 合成气 第一节 合成气概述 第二节 天然气制合成气（SMR反应） 第三节 煤炭气化法制备合成气 第四节 重质油油制合成气（阅读内容） 2、重要用途 合成气在碳一化学化工中的应用 合成气：碳一化工的核心 3、生产合成气的原料 一、天然气制合成气的方法 二、天然气制合成气－SMR反应 重要化学反应 析碳反应的危害 炭黑覆盖在催化剂表面，堵塞微孔，降低催化剂活性，使甲烷转化率下降而使出口气中残余甲烷增多。 影响传热，使局部反应区产生过热而缩短反应管使用寿命。 使催化剂破碎而增大床层阻力，影响生产能力。 反应动力学机理 （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，可以： a.节省动力消耗 b.提高传热效率 c.提高过热蒸汽的余热利用价值。 综上，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(T↑,k↑)，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%。 （3）水碳比 水碳比高，有利于防止积碳，残余甲烷含量也低。实验指出，当原料气中无不饱和烃时，水碳比若小于2，温度到400℃时就析碳，而当水碳比大于2时，温度要高达1000℃才有碳析出；但若有较多不饱和烃存在时，即使水碳比大于2，当温度≥400℃时就会析碳。为了防止积碳，操作中一般控制水碳比在3.5左右。 （4）气流速度 反应炉管内气体流速高有利于传热，降低炉管外壁温度，延长炉管寿命。当催化剂活性足够时，高流速也能强化生产，提高生产能力。但流速不宜过高，否则床层阻力过大，能耗增加。 工艺过程及操作参数 　　２、为何合成氨流程中CO变换和甲醇合成中CO变换不一样？ 首先，氨加工的品种是选择脱碳方法最重要的限制条件。 无色透明易挥发的液体，有毒，沸点64.7。 各种气体在甲醇溶液中的溶解度不同，甲醇对二氧化碳，硫化氢，硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氮、一氧化碳等气体在其中的溶解度甚微，因而甲醇能从原料气中选择吸收二氧化碳、硫化氢等酸性气体，而氢氮损失很小。 闪蒸和气提出的CO2可达标排放，再生产生的酸性气体经硫回收后可达标排放，生产副产品硫磺。 热再生废水含微量甲醇可用以煤浆制备，降低系统水消耗并减少污水处理负荷。 气体的净化度很高，净化气中总硫含量可脱到0.1cm3/m3以下，CO2可净化到10 cm3/m3以下，低温甲醇洗涤法适用于对硫含量有严格要求的化工生产。 可选择性地脱除原料气中的H2S和CO2，并分别加以回收，由于低温时H2S、COS和CO2在甲醇中的溶解度都很大，动力消耗低，同时，在低温下H2和CH4等在甲醇中溶解度较低，甲醇的蒸汽压也很小，这就使有用气体和溶剂的损失保持在较低水平。 甲醇的热稳定性和化学稳定性好。同时，甲醇还比较便宜容易获得。 低温甲醇洗的不足： 为降低能耗，回收冷量，换热设备较多而使流程变长，特别是再生过程比较复杂。 因其工艺是在低温条件下操作，因此设备的材质要求要高。 甲醇有毒，会影响人的健康。甲醇的毒性大，当吸入10ml时就会双目失明，吸入30ml时就会致命，在空气中甲醇的允许含量为50mg/m3。因此，设备制造和管道安装的质量要求严格，操作应谨慎小心，严防泄漏等事故的发生。还应有安全措施。 （用所学知识，讨论） 吸收压力 吸收温度 溶液最小循环量和吸收塔液气比 净化气二氧化碳含量 再生条件 第六节 合成气脱碳 5 . 主要工艺条件 CO2 氮气 再沸器 富液 氨冷 氨冷 CO变换 净化气 甲醇 原料气 CO+H2 半贫液 H2S尾气 闪蒸 第一吸收塔 第二吸收塔 H2S再生塔 气提再生塔 甲醇 第六节 合成气脱碳 6 . 工艺流程 低温甲醇洗－再 生 部 分 N2冷却器 再沸器 精洗甲醇加压泵 富H2S甲醇 富CO2甲醇 精洗甲醇去洗涤塔 CO2产品送气化140908Nm3/h,11.7℃，0.125MPa 汽提N2 74011.1Nm3/h 40℃,0.74MPa 再吸收塔 热再生塔 Claus气去硫回收 10540.9Nm3/h,24.7℃，0.19MPa,CO2：66.6；H2S:31.7%;;COS:0.43 来