天然气制合成气.ppt

天然气制合成气第一节概述
合成气（synthesisgasorsyngas)
CO和H2的混合物—合成气中H2和CO比例随原料和生产方法不同而异，其H2/CO(mol)从0.5~3。
用途
生产氢气;生产CO;有机合成原料之一
原料来源
煤、天然气、石油馏分、农林废料、城市垃圾
1.已工业化的主要产品
(1)合成氨(2)合成甲醇首先将合成气制成甲醇，再将甲醇与CO羰基化合成醋酸.
1960年.德国的BASF公司将甲醇羰基化合成醋酸的工艺工业化，此法比正丁烷氧化法和乙醛氧化法工艺更经济。BASF公司的工艺需要70MPa高压.醋酸收率90％。1970年，美国Monsanto公司推出了低压法工艺，开发出一种新型催化剂(碘化物促进的铑络合物)使甲醇羰基化反应能在180℃和3～4MPa的温和条件下进行，醋酸收率高于99％，现已成为生产工业醋酸的主要方法。并且，带动了有关羰基过渡金属络合物催化作用的基础研究，促进了合成气化学和C1化工的发展。
合成气NH3

合成气乙烯、丙烯

合成气甲醇醋酸

汽油、烯烃、芳烃
乙二醇

甲醇乙醇乙烯

合成气＋丙烯醇1,4－丁二醇天然气一以天然气为原料的生产方法
水蒸气转化法非催化部分氧化法ATR工艺Sparg工艺:关键解决热效应和催化剂结碳2.天然气蒸汽转化过程工艺原理炭黑覆盖在催化剂表面，堵塞微孔，降低催化剂活性。
影响传热，使局部反应区产生过热而缩短反应管使用寿命。
催化剂内表面炭与水蒸气反应，使催化剂破碎，影响生产能力。防止析碳的原则影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素反应温度的影响水碳比的影响反应压力影响甲烷蒸气转化催化剂

1.活性组分
Ni以NiO存在2.助催化剂→提高活性，改变机械强度，改善活化组分分散性，抗积碳、烧结，抗水热失活。
Al2O3、MgO、CaO、TiO2、MoO3、稀土氧化物

3.载体
使镍的晶体尽量分散，达到较大的比表面以及阻止镍
晶体熔结。如α-Al2O3（浸渍法）；以硅铝酸钙
水泥为粘结剂（混合法）。
老化：长期在高温和汽流作用下，镍晶粒聚集烧结，比表面降低，或活性组分流失，活性降低。催化剂活性下降判断方法：

a甲烷含量升高

b平均温距增大
平均温距△T＝T-TP
T—实际出口温度
TP－与出口气体组成相应的平衡温度

C“红管”现象
活性下降，吸热<放热（一）压力
化学角度分析，压力不宜过高。但实际采取加压（3.0MPa），可改善反应速率、传热速率和传热系数。
原因：
①提高传热效率:加压有利于传热，反应物均匀分布，提高设备生产强度。
②节省动力消耗：Δv增大，压缩原料气动力消耗小；合成氨、甲醇加压操作。
较小设备、管道体积、占地面积等。

3MPa下，若转化气中CH4≤0.3%（干基），
则要求T>1000℃。
3MPa下，目前耐热合金钢HK-40使用十年,
T壁≤920℃，T内=800~820℃。解决方式－转化过程分段
在较低温度下，外热式转化管中进行蒸汽转化，最高温度800℃左右，出口CH4约10%（干基）.
在较高温度下，耐火砖衬里的钢制圆筒，可耐1000℃以上高温。加入氧气，利用反应热继续甲烷转化反应。入口端：甲烷含量最高，着重抑制甲烷裂解析碳反应趋势，故温度不宜过高,T≤500℃；因有催化剂，转化反应速率尚可；析出的碳可及时气化，不会积碳；选择性好。

入口1/3处：温度≤650℃,在高活性催化剂存在下,大量甲烷转化。

1/3处以后：T>650℃,H2增多,可抑制裂解生碳，水碳比相对变大，消碳速率增加。

出口端:T=800℃,保证低甲烷残余量（10％）。（三）水碳比
高水碳比可控制析碳、降低甲烷平衡含量，但太大经济上不合理，还增加热负荷。
3.52.75～2.5

（四）气流速度
气体流速高，提高生产能力；有利于传热，降低炉管外壁温度，延长炉管寿命。但不宜过高，床层阻力增大，能耗增加.
碳空速：每立方米催化剂每小时通过甲烷的标准立方米数。1000～2000h－1
工艺流程充分合理地利用不同温位的余热，加热各种物料和产生动力及工艺蒸汽。。天然气压缩到3.6MPa并配氢氮混合气，到一段炉的对流段3预热至380～400℃，热源是辐射段4的高温烟道气。预热后进钴钼催化脱硫器l，有机硫加氢成硫化氢，再到氧化锌脱硫罐2脱除硫化氢，总含硫量降至0.5×10-6以下。脱硫后与中压蒸汽混合，送至对流段加热到500～520℃，分流进入辐射段4的转化管，自上而下经管内催化剂层转化反应，热量由管外燃烧天然气提供。
反应管底部转化气温度为800～820℃，甲烷含量约9.5％，汇合于集气管沿中心管上升，由炉顶送往二段转化炉5。二段炉入口引入预热450℃的空气，与部分甲烷在炉顶燃烧，温度升至1200℃，经催化剂层继续转化，二段炉出口转化气温度约1000℃，压力3.0