甲醇生产技术第二章甲醇原料气的制取课件.ppt
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1、第二章第二章 甲醇原料气的制取甲醇原料气的制取甲醇生产技术甲醇生产技术 以固体燃料为原料制甲醇原料气2烃类造气3甲醇原料气的要求1第二章 甲醇原料气的制取静电除尘4第一节 甲醇原料气的要求12合理调配氢碳比例合理调配氢碳比例合理控制二氧化碳和一氧化碳比例合理控制二氧化碳和一氧化碳比例3原料气对氮气含量的要求原料气对氮气含量的要求4原料气对毒物与杂质的要求原料气对毒物与杂质的要求第一节 甲醇原料气的要求甲醇由一氧化碳、二氧化碳与氢气在一定温度、压力和催化剂条件下反应生成,反应式如下:一、合理调配氢碳比例氢与一氧化碳合成甲醇的化学当量比为2,与二氧化碳合成甲醇的化学当量比为3,当一氧化碳与二氧化碳
2、都存在时,对原料气中氢碳比(M值)用下式表达。一、合理调配氢碳比例表表1-1 1-1 各种原料合成甲醇总反应式各种原料合成甲醇总反应式二、合理控制二氧化碳与一氧化碳比例甲醇合成原料气中应保持一定量的二氧化碳,一定量二氧化碳的存在,能促进锌-铬催化剂与铜基催化剂上甲醇合成反应速率的加快,适量二氧化碳可使催化剂呈现高活性,此外,在二氧化碳存在下,甲醇合成的热效应比无二氧化碳时仅由一氧化碳与氢合成甲醇的热效应要小,催化床层温度易于控制,这对防止生产过程中催化剂超温及延长催化剂寿命是有利的。三、原料气对氮气含量的要求(单醇流程)氮气是固体原料低压间歇气化过程中的必然产物,因为我们在生产中用的气化剂是空
3、气。氮气含量的高低是甲醇原料气和氨合成原料气要求的最大不同之处。合成氨时氮气是参与化学反应的,要求原料气中:H2/N23.0;而合成甲醇时氮气和甲烷都是惰性气体,它对生产过程的影响与甲烷相同,因为氮气和甲烷不参与甲醇合成过程的化学反应,在系统中循环积累,含量越来越多,只得被迫放空,以维持正常有效气体含量。四、原料气对毒物与杂质的要求原料气中硫化物可使催化剂中毒。原料气中硫化物含量长期高,会造成管道、设备发生羰基化反应而出现腐蚀。第二节 以固体燃料为原料制甲醇原料气12对固体燃料性能的要求对固体燃料性能的要求固体床间歇法制水煤气的原理固体床间歇法制水煤气的原理34固定床间歇法(常压)制水煤气的方
4、法固定床间歇法(常压)制水煤气的方法氧气水蒸气连续气化法氧气水蒸气连续气化法5各种煤气发生炉的比较各种煤气发生炉的比较一、对固体燃料性能的要求1.水分2.挥发分3.灰分4.硫含量5.固定碳一、对固体燃料性能的要求6.灰熔点7.粒度8.机械强度9.热稳定性10.化学活性二、固定床间歇法制水煤气的原理固定床间歇法制水煤气是指,以无烟煤、焦碳或各种煤球为原料,在常压煤气发生炉内,高温条件下,与空气(富氧空气)和水蒸气交替发生一系列化学反应,维持热量平衡,生成可燃气体,回收水煤气,并排出残渣的生产过程。1.1.化学平衡化学平衡以空气为气化剂时,碳和氧之间的独立化学反应方程式有两个:二、固定床间歇法制水
5、煤气的原理表表1-2 1-2 反应式(反应式(1-41-4)和式()和式(1-51-5)的平衡常数)的平衡常数温度/KC+O2=CO2C+CO2=2COKP4=pco2/po2KP5=p2CO/pco22981.23310691.10110-216002.51610341.86710-67003.18210292.67310-48006.70810251.48910-29009.25710221.92510-110004.75110201.89811006.34510181.221012001.73710175.6961014006.04810146.28510215001.29010131.
6、622103二、固定床间歇法制水煤气的原理由空气中N2/O2=3.76(摩尔比、体积比),而O2平衡含量很低(忽略),可简 化仅用第二个反应来计算碳和氧反应的平衡组成:二、固定床间歇法制水煤气的原理表表1 13 3 总压总压1.011.01105Pa105Pa时空气煤气的平衡组成时空气煤气的平衡组成,%(,%(体积体积)温度/CO2CON2X=CO/(CO+CO2)65010.816.972.361.08001.631.966.595.29000.434.165.598.810000.234.465.499.4二、固定床间歇法制水煤气的原理以水蒸气为气化剂时,碳与水蒸气反应的独立化学反应方程式
7、有三个:二、固定床间歇法制水煤气的原理表表1-4 1-4 反应式(反应式(1-71-7)、()、(1-81-8)及()及(1-91-9)的平衡常数)的平衡常数温度/KC+H2O=CO+H2CO+H2O=CO2+H2C+2H2=CH4KP7=PCOPH2/PH2OKP8=PCO2PH2/PH2OPCOKP9=PCH4/P2H22981.00110-169.9261047.9161086005.0510-527.081.001027002.40710-39.0178.9728004.39810-24.0381.4139004.24810-12.2043.2510-110002.6191.3749.
8、82910-211001.1570.9443.67710-212003.9940.6971.60810-214002.7951020.4414.32710-315006.481020.37042.55710-3二、固定床间歇法制水煤气的原理计算系统平衡组成时,用以下五个平衡关系式来求解:二、固定床间歇法制水煤气的原理图图1-1 1.011-1 1.01105Pa(1atm)105Pa(1atm)下,碳下,碳-水蒸气反应的平衡组成水蒸气反应的平衡组成二、固定床间歇法制水煤气的原理图图1-2 2.031-2 2.03106Pa(20atm)106Pa(20atm)下,碳下,碳-水蒸气反应的平衡组成
9、水蒸气反应的平衡组成二、固定床间歇法制水煤气的原理2.2.反应速率反应速率气化剂与碳在煤气发生炉中进行的反应,属于气固相系统的多相反应。研究表明,碳和氧按式(1-4)反应,反应速率rc大致可表示为:rc=krc=kyo2yo2如果在高温下进行反应,k值相当大,此时反应属扩散控制,总的反应速率取决于传质速度。rc=rc=(D/ZD/Z)F F(y0-ysy0-ys)=kg=kgF Fy y (1-151-15)二、固定床间歇法制水煤气的原理碳氧化时,颗粒表面的厚度Z(对颗粒表面而言)为:Z=aZ=ad dRe-0.8 Re-0.8 (1-16)对于颗粒组成的固体床,Rg可表示为:Rg=D/Z=0
10、.23Re0.863Rg=D/Z=0.23Re0.863D/Z D/Z=0.23=0.23d0.863d0.863D/D/0.8630.863d0.137 d0.137 (1-17)三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法1.1.水煤气生产的特点水煤气生产的特点表表1 15 5 制气各阶段中水煤气组成的变化制气各阶段中水煤气组成的变化煤气的组成一次上吹制气阶段下吹制气阶段二次上吹制气阶段w(CO2)w(H2O)w(O2)w(CO)w(H2)w(CH4)w(N2)煤气高热值/(MJ/m3)煤气低热值/(MJ/m3)6.970.430.2038.3849.310.644.0711.510.55.77
11、0.430.2039.3150.390.543.3611.710.78.840.430.2034.3356.310.704.9911.210.3三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法2.2.煤气炉内燃料层的分区煤气炉内燃料层的分区(1)固定床煤气发生炉简图见图1-3。图图1-3 1-3 固定床煤气发生炉简图固定床煤气发生炉简图三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法(2)煤气炉内燃料层的分区图图1-4 1-4 煤气炉内燃料层分区煤气炉内燃料层分区三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法3.3.水煤气生产的工作循环水煤气生产的工作循环吹风阶段蒸汽吹净阶段一次上吹制气阶段下吹制气阶段二次上吹制气阶段空
12、气吹净阶段三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法4.4.吹空气和吹水蒸气过程的操作条件吹空气和吹水蒸气过程的操作条件吹空气过程。吹空气过程。吹空气过程的效率1为料层蓄积的热量与在该过程中所消耗的热量之比,即:三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法吹水蒸气过程。吹水蒸气过程。吹水蒸气过程的效率2为生成水煤气的总化学热与消耗于生成水煤气的原料热量和料层释放出的热量总和之比。亦可用单位体积的热量关系来表示。两个过程的总效率为所得水煤气热量与两个过程中原料提供的全部热量之比。三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法气流速度。气流速度。吹空气过程在水煤气制造过程中是非生产过程。气化原料的选择。气化原料的选
13、择。间歇法生产水煤气时,气化原料必须具有低的挥发分产率。三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法5.5.流程叙述及工艺流程图流程叙述及工艺流程图(1)吹风和制气流程(分阶段叙述)(2)水汽系统流程(3)高压油流程(4)造气循环水流程三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法附附1 1、澄清池设备简图、澄清池设备简图(1-5)(1-5)三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法附附2 2、造气循环水流程见图、造气循环水流程见图(1-6)(1-6)三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法(5 5)固定床间歇法制水煤气工艺流程图)固定床间歇法制水煤气工艺流程图图图1-71-7三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方
14、法6.6.正常操作要点正常操作要点(1)任务(2)正常操作要点(3)稳定工艺,(4)适当调整空气吹净和蒸汽吹净时间来控制水煤气中氮气含量三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法(5)严格控制水煤气中的氧含量(6)防止跑气和漏气(7)保证良好润滑(8)巡回检查三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法7 7、常见事故及处理、常见事故及处理1)水煤气中氧含量高的原因2)判断煤气发生炉内结疤、原因及处理3)判断煤气发生炉内出现空洞、原因及处理4)炉口爆炸的原因、预防和处理三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法5)炉底爆炸的原因6)煤气发生炉炉箅烧坏的原因及预防7)停炉时炉口大量喷火的原因及处理8)炉条机打
15、滑的原因及处理9)气柜猛升猛降的原因及处理三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法8 8、节能降耗的具体措施、节能降耗的具体措施1)提高吹风强度。2)合理控制炉上、炉下温度,提高气化质量。3)降低系统阻力,合理控制入炉蒸汽压力。4)适当提高炭层高度。三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法5)采用行之有效的新技术、新设备。6)严把入炉煤质量关,加强煤场管理。7)严格控制半水煤气中的氧含量,既减少变换系统的蒸汽消耗和温度骤升,保护催化剂,又使生产安全。8)制定严格的管理、考核办法,并坚决实施。三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法9 9、环保节能设施、环保节能设施吹风气余热回收装置吹风气余热回收装置
16、(一)任务:(一)任务:利用燃烧炉内高温格子砖,使造气工段的吹风气进行二次燃烧,热量不足时,补充后工段送来的废气来保持热量平衡,维持炉温稳定,既回收热能,副产过热蒸汽送造气或其他工段使用,又达到处理废气环保的目的。三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法(二)工艺原理(二)工艺原理三、固定床间歇法(常压)制水煤气的方法(三)流程简述(三)流程简述造造气气来来的的吹吹风风气气来自外界的软水来自外界的软水1、旋风分离器旋风分离器2燃烧炉燃烧炉3、蒸汽过热器蒸汽过热器4、余热锅炉余热锅炉5、第二空气预热器第二空气预热器6、水加热器水加热器7、第一空气预热器第一空气预热器8、鼓风机鼓风机9、引风机引风机
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