天然气的转化说课材料.ppt

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1、天然气的转化以以氢气氢气、一氧化碳一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种为主要组分供化学合成用的一种原料气。原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、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。炼厂气、污泥和生物质等转化而得。生物物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量生物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，同来源、组成和用途，二氧化碳与甲烷反应可用来生成富含一氧化碳的合成器，即可解决常用二氧化碳与甲烷反应可用来生成富含一氧化碳的合成器，即可解

2、决常用天然气蒸汽转化法制合成气在许多场合下的氢过剩问题，又可实现二氧化碳天然气蒸汽转化法制合成气在许多场合下的氢过剩问题，又可实现二氧化碳的减排。该反应方程式如下：的减排。该反应方程式如下：按该反应式计算，按该反应式计算，H2：CO理论值为理论值为1:1,这是个热效应比蒸汽转化这是个热效应比蒸汽转化反应更大的强吸热反应，从热力学可知，过高的的反应温度不仅反应更大的强吸热反应，从热力学可知，过高的的反应温度不仅会造成高能耗，对反应器材质也提出了更高的要求。而且会造成高能耗，对反应器材质也提出了更高的要求。而且CH4与与CO2的反应更容易在催化剂上结碳。降低反应温度、减少能耗的最的反应更容易在催化

3、剂上结碳。降低反应温度、减少能耗的最有效办法就是选择适宜的催化剂（采用镍催化剂）有效办法就是选择适宜的催化剂（采用镍催化剂）-优点经济优点经济合理。合理。催化氧化工艺以催化氧化工艺以CH4，O2的混合气为原料在的混合气为原料在10001500e反应，伴有燃烧反应进行：反应，伴有燃烧反应进行：由于没有催化剂，需要很高反应温度，因此反应器材要求苛刻由于没有催化剂，需要很高反应温度，因此反应器材要求苛刻，需要很复杂的热回收装置来回收反应和除尘。，需要很复杂的热回收装置来回收反应和除尘。催化部分氧化工艺是在以活性组分催化部分氧化工艺是在以活性组分NiNi、RhRh和和PtPt等为主的负载型催化剂存在下

4、，氧气和天然气进行等为主的负载型催化剂存在下，氧气和天然气进行部分氧化生成部分氧化生成COCO和和H2H2，该反应可在较低温度下达到，该反应可在较低温度下达到9090以上的热力学平衡转化：以上的热力学平衡转化：这一过程具有许多优点：这一过程具有许多优点：1、放热反应、能耗低。、放热反应、能耗低。放热量小、反应温度低、易控制。放热量小、反应温度低、易控制。2、反应生成反应生成n(H2)/n(CO)=2的合成气，便于直接合成甲醇的合成气，便于直接合成甲醇3、反应反应速度快，反应器体积小。但若用传统的空气液化分离速度快，反应器体积小。但若用传统的空气液化分离法制取氧气，则能耗太高。法制取氧气，则能耗

5、太高。天然气蒸汽转化天然气蒸汽转化n n主要反应：CH4+H2O=CO+3H2CH4+2H2O=CO2+4H2CH4+CO2=2CO+2H2CH4+2CO2=3CO+H2+H2OCH4+3CO2=4CO+2H2OCO+H2O=CO2+H2n n主要工艺参数是温度、压力和水蒸气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，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

6、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加压操作，同时增加水蒸气用量以提高高甲烷甲烷转化率。高水蒸气用量也可防转化率。高水蒸气用量也可防止催化剂上积炭。除上述主要反应外，止催化剂上积炭。除上述主要反应外，还有下列反应发生：还有下列反应发生：副反应：副反应既消耗了原料，并且析出炭黑沉积在副反应既消耗了原料，并且析出炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反因此必须抑制副反应的发生。应的发生。此两反应均为放热反应。

7、n n在温度800820、压力2.53.5MPa、H2O/C摩尔比3.5时，转化气组成（体积%）为：CH410、CO10、CO210、H269、N21。连续连续间歇间歇加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为二氧化碳和水加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为二氧化碳和水：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3kJ/mol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

8、碳不多。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。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。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。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。非催化部分氧化非催化部分氧化天然气、氧、水蒸气在天然气、氧、水蒸气在3.0MPa或更高的或更高的压下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行压下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行部分燃烧部分燃烧,温度高达温度高达13001400，出炉气，出炉气体组成体组成(体积体积%)约为约为:CO

9、25、CO42、H252、CH40.5。反应器用自热绝热式。反应器用自热绝热式。催化部分氧化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使用脱硫后的天然气与一定量的氧或富氧空气以及以及水蒸气在镍催化剂下进行反应。水蒸气在镍催化剂下进行反应。床层温度约床层温度约9001000、操作压力、操作压力3.0MPa时时,出转化炉气体组成（体积出转化炉气体组成（体积%）约为：）约为：CO27.5、CO25.5、H267、CH40.5。反。反应器也采用自热绝热式，热效率较高。反应温度较非催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。化部分氧化法低。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！19