天然气的转化.ppt

天然气的转化,合成气,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H23267、CO1057、CO2228、CH40.114、N20.623,天然气蒸汽转化轻质油蒸汽转化天然气部分氧化重油部分氧化新型煤化工气流床气化技术,1、天然气添加一段蒸汽化,蒸汽转化工艺（SMR）是天然气制合成器的典型工艺，是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷与水蒸气反应，生成H2、CO等混合器，该反应是强吸收的，需要外界供热。但以此法制得的合成气生产甲醇一个突出的弊端是氢过量，可以用下列方程式来描述：,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,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：,按该反应式计算，H2：CO理论值为1:1,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、减少能耗的最有效办法就是选择适宜的催化剂（采用镍催化剂）-优点经济合理。,2、天然气与二氧化碳催化氧化,3、两段转化法,4、非催化部分氧化,催化氧化工艺以CH4，O2的混合气为原料在10001500e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，需要很复杂的热回收装置来回收反应和除尘。,5、催化部分氧化,催化部分氧化工艺是在以活性组分Ni、Rh和Pt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CO和H2，该反应可在较低温度下达到90以上的热力学平衡转化：,这一过程具有许多优点：1、放热反应、能耗低。放热量小、反应温度低、易控制。2、反应生成n(H2)/n(CO)=2的合成气，便于直接合成甲醇3、反应速度快，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。,天然气蒸汽转化,主要反应：,CH,4,+H,2,O=CO+3H,2,CH,4,+2H,2,O=CO,2,+4H,2,CH,4,+CO,2,=2CO+2H,2,CH,4,+2CO,2,=3CO+H,2,+H,2,O,CH,4,+3CO,2,=4CO+2H,2,O,CO+H,2,O=CO,2,+H,2,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：,副反应：,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，因此必须抑制副反应的发生。,此两反应均为放热反应。,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,间歇,天然气部分氧化法,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。,非催化部分氧化,天然气、氧、水蒸气在3.0MPa或更高的压下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行部分燃烧,温度高达13001400，出炉气体组成(体积%)约为:CO25、CO42、H252、CH40.5。反应器用自热绝热式。,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。床层温度约9