制备合成气的方法(合成气的生产方法)

1.合成气的生产方法

第二次世界大战前，合成气主要是以煤为原料生产的；战后，主要采用含氢更高的液态烃（石油加工馏分）或气态烃（天然气）作原料。

1970年代以来，煤气化法又受到重视，新技术及各种新的大型装置相继出现，显示出煤在合成气原料中的比重今后将有可能增长，但主要从烃类生产合成气，所用方法主要有蒸汽转化和部分氧化两种。 主要反应为：主要工艺参数是温度、压力和水蒸气配比。

由于此反应是较强的吸热反应，故提高温度可使平衡常数增大，反应趋于完全。压力升高会降低平衡转化率。

但由于天然气本身带压，合成气在后处理及合成反应中也需要一定压力，在转化以前将天然气加压又比转化后加压经济上有利，因此普遍采用加压操作，同时增加水蒸气用量以提高甲烷转化率。高水蒸气用量也可防止催化剂上积炭。

除上述主要反应外，还有下列反应发生：此两反应均为放热反应。在温度 800~820℃、压力2.5~3.5MPa、H2O/C摩尔比3.5时，转化气组成（体积%）为：CH410、CO10、CO210、H269、N21。

为在工业上实现天然气蒸汽转化反应，可采用连续转化和间歇转化两种方法。①连续蒸汽转化流程 这是现有合成气的主要生产方法（图1）。

在天然气中配以0.25%~0.5%的氢气，加热到380~400℃时，进入装填有钴钼加氢催化剂和氧化锌脱硫剂的脱硫罐，脱去硫化氢及有机硫，使总硫含量降至0.5ppm以下。原料气配入水蒸气后于 400℃下进入转化炉对流段，进一步预热到 500~520℃，然后自上而下进入各支装有镍催化剂的转化管，在管内继续被加热，进行转化反应，生成合成气。

转化管置于转化炉中，由炉顶或侧壁所装的烧嘴燃烧天然气供热（见天然气蒸汽转化炉）。转化管要承受高温和高压，因此需采用离心浇铸的含25%铬和20%镍的高合金不锈钢管。

连续转化法虽需采用这种昂贵的转化管，但总能耗较低，是技术经济上较优越的生产合成气的方法。合成气②间歇蒸汽转化流程 亦称蓄热式蒸汽转化法。

采用周期性间断加热来补充天然气转化过程所需的反应热（图2）。过程可分为两个阶段：首先是吹风（升温、蓄热）阶段：一部分天然气首先作为燃料与过量空气在燃烧炉内进行完全氧化反应，产生1300℃左右的高温烟气，经第一、二蓄热炉进入转化炉，从上而下穿过催化剂层，使催化剂吸收一部分热量。

同时，烟气中的残余氧与催化剂中的金属镍发生氧化反应放出大量的热，进一步提高床层温度。烟气从转化炉底部出来时约850℃左右，经回收热量后放空。

然后是制气阶段：作为原料的天然气与水蒸气（如生产合成氨则另加空气）经蓄热炉预热到950℃左右，进入催化剂床层进行蒸汽转化反应。从催化剂床层出来的气体，温度约 850℃左右，同样经回收热量后，存入合成气气柜。

中国曾采用间歇蒸汽转化炉，建设了一批小型合成氨厂，这些厂不用昂贵的合金钢转化管，其主要设备为耐火材料衬里的圆筒型转化炉，结构简单，建设费用低廉。缺点是常压操作，设备庞大，占地多，操作费用较高。

国际上还有用此法生产城市煤气的。 是50年代英国卜内门化学工业公司开发的，1959年建成第一座工厂。

此法主要反应为：在许多方面与天然气蒸汽转化相似。C/H比较高，更因其中除烷烃外，还有芳烃甚至少量烯烃，易生成炭而析出，因此必须采用抗析炭的催化剂。

一般仍采用镍催化剂，而以氧化钾为助催化剂，氧化镁为载体。轻质油中含硫一般较天然气为高，而此催化剂对硫又很敏感，因此在蒸汽转化前，需先严格脱硫，并同时加氢。

裂化轻油脱硫十分困难，极少用来制取合成气。用来制合成气的是直馏轻质油。

由于轻质油价格较高，又有上述不利之处，因此只有在缺少天然气供应的地区，才发展以轻油原料的合成气生产。部分氧化 天然气或轻质油蒸汽转化的主要反应为强吸热反应，反应所需热量由反应管外燃烧天然气或其他燃料供给，而部分氧化法则是把管内外反应合为一体。

本法可不预脱硫，反应器结构材料比蒸汽转化法便宜。此外，更主要的优点是不择原料，几乎从天然气到渣油的任何液态或气态烃都能适用。

加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为二氧化碳和水：此反应为强放热反应。在高温及水蒸气存在下，二氧化碳及水蒸气可与其他未燃烧甲烷发生吸热反应：所以主要产物为一氧化碳和氢气，而燃烧最终产物二氧化碳不多。

反应过程中为防止炭析出，需补加一定量的水蒸气。这样做同时也加强了水蒸气与甲烷的反应。

天然气部分氧化可以在催化剂的存在下进行，也可以不用催化剂。①非催化部分氧化 天然气、氧、水蒸气在3.0MPa或更高的压力下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行部分燃烧，温度高达1300~1400℃，出炉气体组成（体积%）约为：CO25、CO42、H252、CH40.5。

反应器用自热绝热式。②催化部分氧化 使用脱硫后的天然气与一定量的氧或富氧空气以及水蒸气在镍催化剂下进行反应。

当催化床层温度约900~1000℃、操作压力3.0MPa时，出转化炉气体组成（体积%）约为： CO27.5、CO25.5 、H267、CH4<0.5。反应器也采用自热绝热式，热效率较高。

反应温度较非催化部分氧化法低。 各种重油，包括常压渣油、减压。

2.合成气的生产技术有哪些

合成气的生产技术分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术三大类，各种气化技术均有其各自的优缺点，对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。

以惠生与壳牌联合开发的混合气化技术为例，该技术结合了现有壳牌 SCGP废锅流程的优点，同时又去掉了现有流程中复杂而容易出故障合成气冷却器和飞灰过滤器，并且结合了目前被广泛应用于现有气化技术的合成气激冷工艺，既保留了壳牌SCGP废锅流程原有的煤种适应性强、易大型化等特点，同时吸收了现有激冷技术的优点，并有针对性地做出了改进。希望对你有用~。

3.煤气化制取合成氨原料气的方法有哪几种,各有什么特点

气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气，要求原料为？准 25~75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。

2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用？准 8~10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。

其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂，不推荐用以生产合成气。

4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。

可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是操作压力偏低，对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。

此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结或弱粘结性，灰分 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术，原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单，安全可靠、投资省。

单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d，国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。

对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃，灰渣粘温特性好。

气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%~96%，高于Shell干粉煤气化热效率（91%~93%）和GSP干粉煤气化热效率（88%~92%）。

气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便、造价低。煤气除尘简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。

国外已建成投产6套装置15台气化炉；国内已建成投产7套装置21台气化炉，正在建设、设计的还有4套装置13台气化炉。已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、CO、燃料气、联合循环发电，各装置建成投产后，一直连续稳定长周期运行。

装备国产化率已达90%以上，由于国产化率高、装置投资较其他加压气化装置都低，有备用气化炉的水煤浆加压气化与不设备用气化炉的干煤粉加压气化装置建设费用的比例大致为Shell法 ： GSP法 ： 多喷嘴水煤浆加压气化法 ： GE水煤浆法=（2.0~2.5）:(1.4~1.6):1.2:1.0。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制，适宜于气化低灰熔点的煤；碳转化率较低；比氧耗和比煤耗较高；气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为1~2年；气化炉烧嘴使用寿命较短。

7.多元料浆加压气化技术 西北化工研究院开发的具有自主知识产权的煤气化技术，属气流床单烧嘴下行制气。典型的多元料浆组成为含煤60%~65%，油料10%~15%，水20%~30%。

笔者认为在制备多元料浆时掺入油类的办法不符合当前我国氮肥工业以煤代油改变原料路线的方针，有待改进。 8.多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化技术 由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司共同开发。

属气流床多烧嘴下行制气，气化炉内用耐火砖衬里。在山东德州华鲁恒生化工股份有限公司建设1套气化压力为6.5MPa、处理煤750t/d的气化炉系统，于2005年6月正式投入运行，至今运转良好。

在山东滕州兖矿国泰化工有限公司建设2套气化压力为4.0MPa、处理煤1150t/d的气化炉系统，于2005年7月21日一次投料成功，运行至今。 9.Shell干煤粉加压气化技术 属于气流床加压气化技术。

可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦及高灰熔点的煤。入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉。

干煤粉由气化炉下部进入，属多烧嘴上行制气。目前国外最大的气化炉处理量为2000t/d煤，气化压力为3.0MPa。

这种气化炉采用水冷壁，无耐火砖衬里。可以气化高灰熔点的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔剂。

国内2000年以来已引进19台，其目标产品有合成氨、甲醇，气化压力3.0~4.0MPa。我国引进的Shell煤气化装置只设1台气化炉单系列生产，没有备用炉，在煤化工生产中能否常年连续稳定运行尚待检验。

1套不设备用炉的装置投资相当于设备用炉的GE气化装置或多喷嘴水煤浆气化装置的投资的2~2.5倍，排出气化炉的高温煤气用庞大的、投资高的废热回收锅炉回收显热副产蒸汽后，如用于煤化工，尚需将蒸汽返回后续CO变换系统，如用于制合成氨和氢气，副产的蒸汽量。

4.合成气的简介

以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气、污泥和生物质等转化而得。生物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量的合成气，从形成的气体成分区分的，按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气（见甲醇）等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一，组成（体积%）有很大差别：H2 32~67、CO 10~57、CO2 2~28、CH4 0.1~14、N2 0.6~23。

制造合成气的原料含有不同的H/C摩尔比：对煤来说约为1:1；石脑油约为2.4:1；天然气最高为4:1。由这些原料所制得的合成气，其组成比例也各不相同，通常不能直接满足合成产品的需要。例如：作为合成氨的原料气，要求H/N2=3，需将空气中的氮引入合成气中（见合成氨原料气）；生产甲醇的合成气要求 H2/CO≈2或（H2-CO2）/(CO+CO2)≈2；用羰基合成法生产醇类时，则要求H2/CO≈1；生产甲酸、草酸、醋酸和光气等则仅需要一氧化碳。为此，在合成气制得后，尚需调整其组成，调整的主要方法是利用水煤气反应（变换反应）， 以降低一氧化碳，提高氢气的含量。

5.生产合成氨过程有哪几个步骤

部分合成氨工艺需要空气分离技术，将空气中的氧气和氮气分离出来，氮气作为合成氨原料，氧气参与粗合成原料气的生成，得到一氧化碳，经变换、脱碳等工段获得合成氨的原料氢气。空分是利于氧、氮沸点不同在低温下将气体进行分离的技术，能耗非常高。作为后续产品的合成氨不可避免成为高能耗产品。 因为合成氨首先要拆开N2中的3个高能共价键，需要吸收大量的热. 合成氨的高能耗主要发生在二个工序上。

造气工段：为了制氢，不管是煤还是天然气做原料，为了从水中获得氢，都需要大量的热能。

压缩工段：为了提高合成转化率，无论是高压工艺，还是中压大流量循环工艺，合成气压缩机都是工厂的耗能大户。

虽然经过不断改进，合成氨的能耗已大大降低，但由于上述二个环节，决定了它是高能耗产品。