制備合成氣的方法(合成氣的生產(chǎn)方法)

1.合成氣的生產(chǎn)方法

第二次世界大戰(zhàn)前，合成氣主要是以煤為原料生產(chǎn)的；戰(zhàn)后，主要采用含氫更高的液態(tài)烴（石油加工餾分）或氣態(tài)烴（天然氣）作原料。

1970年代以來(lái)，煤氣化法又受到重視，新技術(shù)及各種新的大型裝置相繼出現(xiàn)，顯示出煤在合成氣原料中的比重今后將有可能增長(zhǎng)，但主要從烴類生產(chǎn)合成氣，所用方法主要有蒸汽轉(zhuǎn)化和部分氧化兩種。 主要反應(yīng)為：主要工藝參數(shù)是溫度、壓力和水蒸氣配比。

由于此反應(yīng)是較強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，故提高溫度可使平衡常數(shù)增大，反應(yīng)趨于完全。壓力升高會(huì)降低平衡轉(zhuǎn)化率。

但由于天然氣本身帶壓，合成氣在后處理及合成反應(yīng)中也需要一定壓力，在轉(zhuǎn)化以前將天然氣加壓又比轉(zhuǎn)化后加壓經(jīng)濟(jì)上有利，因此普遍采用加壓操作，同時(shí)增加水蒸氣用量以提高甲烷轉(zhuǎn)化率。高水蒸氣用量也可防止催化劑上積炭。

除上述主要反應(yīng)外，還有下列反應(yīng)發(fā)生：此兩反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。在溫度 800~820℃、壓力2.5~3.5MPa、H2O/C摩爾比3.5時(shí)，轉(zhuǎn)化氣組成（體積%）為：CH410、CO10、CO210、H269、N21。

為在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，可采用連續(xù)轉(zhuǎn)化和間歇轉(zhuǎn)化兩種方法。①連續(xù)蒸汽轉(zhuǎn)化流程 這是現(xiàn)有合成氣的主要生產(chǎn)方法（圖1）。

在天然氣中配以0.25%~0.5%的氫氣，加熱到380~400℃時(shí)，進(jìn)入裝填有鈷鉬加氫催化劑和氧化鋅脫硫劑的脫硫罐，脫去硫化氫及有機(jī)硫，使總硫含量降至0.5ppm以下。原料氣配入水蒸氣后于 400℃下進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段，進(jìn)一步預(yù)熱到 500~520℃，然后自上而下進(jìn)入各支裝有鎳催化劑的轉(zhuǎn)化管，在管內(nèi)繼續(xù)被加熱，進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成合成氣。

轉(zhuǎn)化管置于轉(zhuǎn)化爐中，由爐頂或側(cè)壁所裝的燒嘴燃燒天然氣供熱（見(jiàn)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化爐）。轉(zhuǎn)化管要承受高溫和高壓，因此需采用離心澆鑄的含25%鉻和20%鎳的高合金不銹鋼管。

連續(xù)轉(zhuǎn)化法雖需采用這種昂貴的轉(zhuǎn)化管，但總能耗較低，是技術(shù)經(jīng)濟(jì)上較優(yōu)越的生產(chǎn)合成氣的方法。合成氣②間歇蒸汽轉(zhuǎn)化流程 亦稱蓄熱式蒸汽轉(zhuǎn)化法。

采用周期性間斷加熱來(lái)補(bǔ)充天然氣轉(zhuǎn)化過(guò)程所需的反應(yīng)熱（圖2）。過(guò)程可分為兩個(gè)階段：首先是吹風(fēng)（升溫、蓄熱）階段：一部分天然氣首先作為燃料與過(guò)量空氣在燃燒爐內(nèi)進(jìn)行完全氧化反應(yīng)，產(chǎn)生1300℃左右的高溫?zé)煔猓?jīng)第一、二蓄熱爐進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，從上而下穿過(guò)催化劑層，使催化劑吸收一部分熱量。

同時(shí)，煙氣中的殘余氧與催化劑中的金屬鎳發(fā)生氧化反應(yīng)放出大量的熱，進(jìn)一步提高床層溫度。煙氣從轉(zhuǎn)化爐底部出來(lái)時(shí)約850℃左右，經(jīng)回收熱量后放空。

然后是制氣階段：作為原料的天然氣與水蒸氣（如生產(chǎn)合成氨則另加空氣）經(jīng)蓄熱爐預(yù)熱到950℃左右，進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。從催化劑床層出來(lái)的氣體，溫度約 850℃左右，同樣經(jīng)回收熱量后，存入合成氣氣柜。

中國(guó)曾采用間歇蒸汽轉(zhuǎn)化爐，建設(shè)了一批小型合成氨廠，這些廠不用昂貴的合金鋼轉(zhuǎn)化管，其主要設(shè)備為耐火材料襯里的圓筒型轉(zhuǎn)化爐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)費(fèi)用低廉。缺點(diǎn)是常壓操作，設(shè)備龐大，占地多，操作費(fèi)用較高。

國(guó)際上還有用此法生產(chǎn)城市煤氣的。 是50年代英國(guó)卜內(nèi)門化學(xué)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)的，1959年建成第一座工廠。

此法主要反應(yīng)為：在許多方面與天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化相似。C/H比較高，更因其中除烷烴外，還有芳烴甚至少量烯烴，易生成炭而析出，因此必須采用抗析炭的催化劑。

一般仍采用鎳催化劑，而以氧化鉀為助催化劑，氧化鎂為載體。輕質(zhì)油中含硫一般較天然氣為高，而此催化劑對(duì)硫又很敏感，因此在蒸汽轉(zhuǎn)化前，需先嚴(yán)格脫硫，并同時(shí)加氫。

裂化輕油脫硫十分困難，極少用來(lái)制取合成氣。用來(lái)制合成氣的是直餾輕質(zhì)油。

由于輕質(zhì)油價(jià)格較高，又有上述不利之處，因此只有在缺少天然氣供應(yīng)的地區(qū)，才發(fā)展以輕油原料的合成氣生產(chǎn)。部分氧化 天然氣或輕質(zhì)油蒸汽轉(zhuǎn)化的主要反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需熱量由反應(yīng)管外燃燒天然氣或其他燃料供給，而部分氧化法則是把管內(nèi)外反應(yīng)合為一體。

本法可不預(yù)脫硫，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)材料比蒸汽轉(zhuǎn)化法便宜。此外，更主要的優(yōu)點(diǎn)是不擇原料，幾乎從天然氣到渣油的任何液態(tài)或氣態(tài)烴都能適用。

加入不足量的氧氣，使部分甲烷燃燒為二氧化碳和水：此反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。在高溫及水蒸氣存在下，二氧化碳及水蒸氣可與其他未燃燒甲烷發(fā)生吸熱反應(yīng)：所以主要產(chǎn)物為一氧化碳和氫氣，而燃燒最終產(chǎn)物二氧化碳不多。

反應(yīng)過(guò)程中為防止炭析出，需補(bǔ)加一定量的水蒸氣。這樣做同時(shí)也加強(qiáng)了水蒸氣與甲烷的反應(yīng)。

天然氣部分氧化可以在催化劑的存在下進(jìn)行，也可以不用催化劑。①非催化部分氧化 天然氣、氧、水蒸氣在3.0MPa或更高的壓力下，進(jìn)入襯有耐火材料的轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進(jìn)行部分燃燒，溫度高達(dá)1300~1400℃，出爐氣體組成（體積%）約為：CO25、CO42、H252、CH40.5。

反應(yīng)器用自熱絕熱式。②催化部分氧化 使用脫硫后的天然氣與一定量的氧或富氧空氣以及水蒸氣在鎳催化劑下進(jìn)行反應(yīng)。

當(dāng)催化床層溫度約900~1000℃、操作壓力3.0MPa時(shí)，出轉(zhuǎn)化爐氣體組成（體積%）約為： CO27.5、CO25.5 、H267、CH4<0.5。反應(yīng)器也采用自熱絕熱式，熱效率較高。

反應(yīng)溫度較非催化部分氧化法低。 各種重油，包括常壓渣油、減壓。

2.合成氣的生產(chǎn)技術(shù)有哪些

合成氣的生產(chǎn)技術(shù)分為固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)三大類，各種氣化技術(shù)均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)原料煤的品質(zhì)均有一定的要求，其工藝的先進(jìn)性、技術(shù)成熟程度也有差異。

以惠生與殼牌聯(lián)合開(kāi)發(fā)的混合氣化技術(shù)為例，該技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)有殼牌 SCGP廢鍋流程的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又去掉了現(xiàn)有流程中復(fù)雜而容易出故障合成氣冷卻器和飛灰過(guò)濾器，并且結(jié)合了目前被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有氣化技術(shù)的合成氣激冷工藝，既保留了殼牌SCGP廢鍋流程原有的煤種適應(yīng)性強(qiáng)、易大型化等特點(diǎn)，同時(shí)吸收了現(xiàn)有激冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并有針對(duì)性地做出了改進(jìn)。希望對(duì)你有用~。

3.煤氣化制取合成氨原料氣的方法有哪幾種,各有什么特點(diǎn)

氣化工藝各有千秋 1.常壓固定床間歇式無(wú)煙煤（或焦炭）氣化技術(shù) 目前我國(guó)氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用的煤氣化技術(shù)之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定床空氣、蒸汽間歇制氣，要求原料為？準(zhǔn) 25~75mm的塊狀無(wú)煙煤或焦炭，進(jìn)廠原料利用率低，單耗高、操作繁雜、單爐發(fā)氣量低、吹風(fēng)放空氣對(duì)大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。

2.常壓固定床無(wú)煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù) 其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑、連續(xù)氣化、原料可采用？準(zhǔn) 8~10mm粒度的無(wú)煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對(duì)大氣無(wú)污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合用于有無(wú)煙煤的地方，對(duì)已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。 3.魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù) 主要用于氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性，適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。

其產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s1%左右，甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，不推薦用以生產(chǎn)合成氣。

4.灰熔聚煤氣化技術(shù) 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所技術(shù)。其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。

可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無(wú)煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對(duì)環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。

此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變?cè)下肪€。 5.恩德粉煤氣化技術(shù) 屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰床煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長(zhǎng)焰煤，要求原料煤不粘結(jié)或弱粘結(jié)性，灰分 6.GE水煤漿加壓氣化技術(shù) 屬氣流床加壓氣化技術(shù)，原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化簡(jiǎn)單，安全可靠、投資省。

單爐生產(chǎn)能力大，目前國(guó)際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1000t/d。設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1600t/d。

對(duì)原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300℃，灰渣粘溫特性好。

氣化系統(tǒng)不需要外供過(guò)熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%~96%，高于Shell干粉煤氣化熱效率（91%~93%）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%~92%）。

氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為耐火磚襯里，制造方便、造價(jià)低。煤氣除塵簡(jiǎn)單，無(wú)需價(jià)格昂貴的高溫高壓飛灰過(guò)濾器，投資省。

國(guó)外已建成投產(chǎn)6套裝置15臺(tái)氣化爐；國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)7套裝置21臺(tái)氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的還有4套裝置13臺(tái)氣化爐。已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、CO、燃料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，各裝置建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

裝備國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國(guó)產(chǎn)化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低，有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不設(shè)備用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例大致為Shell法 ： GSP法 ： 多噴嘴水煤漿加壓氣化法 ： GE水煤漿法=（2.0~2.5）:(1.4~1.6):1.2:1.0。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤；碳轉(zhuǎn)化率較低；比氧耗和比煤耗較高；氣化爐耐火磚使用壽命較短，一般為1~2年；氣化爐燒嘴使用壽命較短。

7.多元料漿加壓氣化技術(shù) 西北化工研究院開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%~65%，油料10%~15%，水20%~30%。

筆者認(rèn)為在制備多元料漿時(shí)摻入油類的辦法不符合當(dāng)前我國(guó)氮肥工業(yè)以煤代油改變?cè)下肪€的方針，有待改進(jìn)。 8.多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù) 由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司共同開(kāi)發(fā)。

屬氣流床多燒嘴下行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。在山東德州華魯恒生化工股份有限公司建設(shè)1套氣化壓力為6.5MPa、處理煤750t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年6月正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

在山東滕州兗礦國(guó)泰化工有限公司建設(shè)2套氣化壓力為4.0MPa、處理煤1150t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。 9.Shell干煤粉加壓氣化技術(shù) 屬于氣流床加壓氣化技術(shù)。

可氣化褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原料煤為經(jīng)過(guò)干燥、磨細(xì)后的干煤粉。

干煤粉由氣化爐下部進(jìn)入，屬多燒嘴上行制氣。目前國(guó)外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤，氣化壓力為3.0MPa。

這種氣化爐采用水冷壁，無(wú)耐火磚襯里。可以氣化高灰熔點(diǎn)的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。

國(guó)內(nèi)2000年以來(lái)已引進(jìn)19臺(tái)，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力3.0~4.0MPa。我國(guó)引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)1臺(tái)氣化爐單系列生產(chǎn)，沒(méi)有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行尚待檢驗(yàn)。

1套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置的投資的2~2.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)CO變換系統(tǒng)，如用于制合成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽量。

4.合成氣的簡(jiǎn)介

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。由含碳礦物質(zhì)如煤、石油、天然氣以及焦?fàn)t煤氣、煉廠氣、污泥和生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化而得。生物質(zhì)和污泥在熱解或者氣化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的合成氣，從形成的氣體成分區(qū)分的，按合成氣的不同來(lái)源、組成和用途，它們也可稱為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣（見(jiàn)甲醇）等。合成氣的原料范圍極廣，生產(chǎn)方法甚多，用途不一，組成（體積%）有很大差別：H2 32~67、CO 10~57、CO2 2~28、CH4 0.1~14、N2 0.6~23。

制造合成氣的原料含有不同的H/C摩爾比：對(duì)煤來(lái)說(shuō)約為1:1；石腦油約為2.4:1；天然氣最高為4:1。由這些原料所制得的合成氣，其組成比例也各不相同，通常不能直接滿足合成產(chǎn)品的需要。例如：作為合成氨的原料氣，要求H/N2=3，需將空氣中的氮引入合成氣中（見(jiàn)合成氨原料氣）；生產(chǎn)甲醇的合成氣要求 H2/CO≈2或（H2-CO2）/(CO+CO2)≈2；用羰基合成法生產(chǎn)醇類時(shí)，則要求H2/CO≈1；生產(chǎn)甲酸、草酸、醋酸和光氣等則僅需要一氧化碳。為此，在合成氣制得后，尚需調(diào)整其組成，調(diào)整的主要方法是利用水煤氣反應(yīng)（變換反應(yīng)）， 以降低一氧化碳，提高氫氣的含量。

5.生產(chǎn)合成氨過(guò)程有哪幾個(gè)步驟

部分合成氨工藝需要空氣分離技術(shù)，將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x出來(lái)，氮?dú)庾鳛楹铣砂痹希鯕鈪⑴c粗合成原料氣的生成，得到一氧化碳，經(jīng)變換、脫碳等工段獲得合成氨的原料氫氣?？辗质抢谘酢⒌悬c(diǎn)不同在低溫下將氣體進(jìn)行分離的技術(shù)，能耗非常高。作為后續(xù)產(chǎn)品的合成氨不可避免成為高能耗產(chǎn)品。 因?yàn)楹铣砂笔紫纫痖_(kāi)N2中的3個(gè)高能共價(jià)鍵，需要吸收大量的熱. 合成氨的高能耗主要發(fā)生在二個(gè)工序上。

造氣工段：為了制氫，不管是煤還是天然氣做原料，為了從水中獲得氫，都需要大量的熱能。

壓縮工段：為了提高合成轉(zhuǎn)化率，無(wú)論是高壓工藝，還是中壓大流量循環(huán)工藝，合成氣壓縮機(jī)都是工廠的耗能大戶。

雖然經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，合成氨的能耗已大大降低，但由于上述二個(gè)環(huán)節(jié)，決定了它是高能耗產(chǎn)品。