新工艺第5章(免费阅读).ppt

第五章合成气的生产过程 5.1 概述 5.3 由天然气制造合成气 5.5 CO变换过程 5.6 气体中硫化物和CO2的脱除 5.1 概述 氢能利用背景 Hydrogen in energy systems, 1850-2150 氢气的利用是最佳的选择 稳定的能源 可再生性 来源稳定，不受地缘界定影响 价格稳定 绿色能源 温室气体 空气质量 可持续性 更多 …. 结论 随着温度升高，甲烷水蒸气反应的Kp增加，可逆程度下降，反应变得易于进行；而一氧化碳变换反应的平衡常数在下降，可逆程度在增加，反应变得难于进行。 （2）水碳比的影响 高的水碳比有利于甲烷转化成CO和H2，且高水碳比也有利于抑制析碳副反应。 举例：800℃、2MPa条件下，水碳比由3提高到4，甲烷平衡含量由8%降到5%，可见水碳比对甲烷平衡含量影响很大。 一段转化炉是变温反应器？ A.在入口处，由于甲烷含量最高，在高温下（700℃），甲烷会均相裂解，析出大量碳，故应着重降低裂解速率，温度控制在500℃，因存在催化剂，故反应速率不会太低，且析出的碳（少量）也及时气化，不会积碳。 B.离入口1/3处，温度必须严格控制在650℃,使甲烷充分反应，减少裂解反应的产生。 C.离入口1/3处以后，温度高于650℃，此时，生成的氢气，可抑制甲烷的裂解析碳反应；同时温度逐步升高有利于消碳反应速率增加，不可能积碳。 ⑷气流速度 反应炉管内气体流速高有利于传热。同时，可强化生产，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。 根据工业催化剂的活性，加压下进炉甲烷的空间速度控制在1000~2000h-1。 由不同机理可推导出不同的动力学方程式，不同催化剂，其得出的本征动力学方程式亦不同，如 铁铬系B110中温变换催化剂的本征动力学方程式 （5-55） 铜基低温变换催化剂的本征动力学方程式 （5-56） （2）反应条件对变换反应速率的影响 ①压力的影响：加压可提高反应物分压，在3.0MPa以下，反应速率与压力的平方根成正比，压力再高，影响就不明显了。 ②水蒸气的影响：水蒸气用量决定H2O/ CO比值，水碳比对反应速率的影响规律与其对平衡转化率的影响相似，在水碳比低于4时，提高水碳比，可使反应速率增长较快，但当水碳比大于4后，反应速率增长不明显，故一般选水碳比4左右。 干法：碱性固体或特殊吸附性能的吸附剂脱除硫化法。 如 氧化铁、氧化锌、氧化锰、分子筛、活性炭 优点：设备简单，操作维修方便。 缺点：设备体积庞大，S回收困难。 应用：微量S的脱除。 湿法： （1）湿式氧化法（ADA法：蒽醌二磺酸钠法、NH3催化脱S法） （2）化学吸收法（乙醇胺脱S ） ，催化法（有机S含量高时，先氢解生成H2S，再用干法除去。即钴钼加氢法串连氧化锌法。 （3）物理吸收法（低温甲醇、聚乙二醇二甲醚） （4）物理化学吸收法 脱S方法的选择 ： 1）有机S的脱除以干法为主，为使总S精脱到1ppm以下，只能用干法（ZnO)。 2）原料气中H2S含量低而含CO2较高，可选用ADA湿法氧化法。 3）H2S、CO2含量高，选用物理吸收法（低温甲醇洗涤法）。 4）原料气中H2S高达30－45g/Nm3，选用乙醇胺脱S法。 5.6.2 脱除CO2的方法及工艺 CO变换反应后，CO2含量约28－30％，必须脱除。 因为： （1）CO2是合成氨催化剂毒物 （2）太高CO2影响甲醇收率 （3）CO2可以再利用合成尿素、纯碱、NH4HCO3等 采用溶液吸收法 根据吸收剂性能不同，分为物理吸收法和化学吸收法。 物理吸收法：利用CO2溶解于水或有机溶剂的性质完成。如加压水洗法、低温甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯（Flour法），聚乙醇二甲醚（Selexd法）、N－甲基吡啶烷酮（Purisol法)。