从天然气制备合成气

收稿日期：2003-12-25

作者简介：肖雄兵（1967-），男，1989年毕业于重庆建筑工程学院，工程师，主要从事煤气质量安全技术工作。联系电话：0733-*******!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""""从天然气制备合成气

肖雄兵（株洲市煤气公司，湖南株洲市412004）摘要：对从天然气制备合成气的4种方法（蒸气转化法、二氧化碳转化法和蒸汽-二氧化碳混合气体转化法以及部分氧化法）分别进行讨论，分析了在0.1MPa 和0.5MPa 压力下进行的试验条件和相关结果，讨论了各方法工业操作条件及其优缺点。关键词：天然气；合成气；费-托合成法；蒸汽转化；部分氧化中图分类号：TO 665.5

文献标识码：A 文章编号：1003-6490（2004）01-0014-03SYNTHETIC GAS PREPARATION FROM NATURAL GAS

XIAO Xiong-bing

（Zhuzhou Natural Gas Company ，Zhuzhou City 412004，China ）

Abstract ：This articie discusses four different processes for synthetic gas preparation from naturai gas respectiveiy （steam conversion process ，carbon dioxide conversion proiess ，steam-carbon dioxide conversion process and partiai oxidation process ）.It aiso anaiyzes the testing conditions and resuits under 0.1MPa and 0.5MPa.Furthermore ，it discusses the operating conditions ，advantages and disadvan-tages of above four processes.

Key words ：naturai gas ，synthetic gas ；Fer-To synthesis process ；steam conversion ；partiai oxidation

0引言

轻质烃向合成气（主要是H 2和CO 的混合

物）的转化是石油和天然气工业中的重要化学反

应，最重要的应用是通过费-托合成法将天然气转化为合成燃料，其中合成气是关键的中间体。合成气一般是通过天然气的催化蒸汽转化来生产的。天然气的热部分氧化和CO 2催化转化成合成气也引起了工业上的关注。有很多文献［1-3］描述

第30卷第1期2004年03月化工设计通讯Chemicai Engineering Design Communications Voi.30No.1#

############################################################Mar.2004

2工业操作

蒸汽转化法的合成气生产是在辐射炉中进行的。其中，通过外部燃烧器加热的管内放置了氧化铝负载的镍催化剂，大多数烃的水蒸汽转化装置温度是700~900C。转化装置中具有大量由耐高温材料制作的管子，所以，这些装置是庞大而昂贵的反应单元。最近的进展能使管壁温度达到1050C，相应于气体出来时的温度超过950 C。利用过量的蒸汽（过量2~5倍）来防止催化剂上的碳沉积，压力可高达4MPa。受热力学平衡的限制，甲烷转化率约为80%。

热部分氧化法的合成气生产一般是在燃烧炉火焰中进行的。第一步是甲烷的完全燃烧，反应迅速进行并强烈放热，导致火焰温度高于2000 C。后续的转化反应速度慢得多而且是强烈吸热的，使生成的气体冷却到1100~1370C，需要很大的反应容器或催化剂床。在工业热部分氧化中，在燃烧炉内将原料预热后混合，反应器是耐火砖内衬的容器。氧化剂可以是空气、富氧空气和纯氧。热部分氧化还可不用火焰但在催化剂存在下进行，催化剂保持反应进行并促使更缓慢的转化反应以建立热力学平衡。然而，这种真正热催化的部分氧化一直大多限于实验室研究。

火焰+蒸汽+催化床的混合型称为“自动热转化”。它是部分氧化与蒸汽转化的结合，优点是避免传统的蒸汽转化中存在的外部热量耗费。但是，连接在燃烧室后的催化转化器暴露于热气（1 000~1400C）中，以致需要很高热稳定性的催化剂及其载体。气体出来时的温度约为1000C。还可将蒸汽转化和热部分氧化工艺以放热和吸热之间任选的热联合方式结合。这种结合的转化优化了H

2

/CO比率并将生产成本减到最小，它平衡了利用廉价氧化剂的昂贵工艺（蒸汽转化）和利用

昂贵的氧化剂的廉价工艺（部分氧化）之间的费用。氧化工段和转化工段之间的热联合主要基于，用热部分氧化产物的热量来加热蒸汽转化管。排出的气体出来时的温度约为1040C。

工业上对于二氧化碳催化转化（“干转化”）的兴趣来自某种对低H

2

/CO比率的合成气成分的

需要。另外，一些天然气或沼气中CO

2

含量太

高，此时，CH

4

的CO

2

转化可能是最有效的方

法。然而，工业上还没有大规模的CO

2

转化，因为它存在较严重的固体碳积累、金属颗料的烧结等问题，导致催化剂失活。成功的操作还需要往原料中添加蒸汽。

蒸汽转化和二氧化碳转化与热部分氧化结合可能为从特定的原料生产特定成分的合成气提供有意义的联合转化方法。如果现场可获得廉价CO2，这种联合转化可能导致更有益的合成气成分和转化为甲醇或合成燃料的更高转化效率，因为二氧化碳也是最终产品的碳源之一。

3结语

将蒸汽转化、二氧化碳转化和部分氧化3种转化天然气为合成气的方法结合运用，既可以发挥3种方法各自的优点，又可避免单独用某方法时的缺点。例如，可以有效地防止反应过程中催化剂表面的碳沉积，减小热量损耗，避免金属的

烧结。在根据需要合成理想的H

2

/CO摩尔比的合成气的同时尽可能降低生产成本，这无疑是工业上是最理想的发展方向。

［参考文献］

［1］BartheI Y.，Bistri Y.，Deschamps A.，Proc of4th InternationaI Symposium Antwerp，BeIgium，1979.

［2］Baugis P.R.17th Congress of the WorIG Energy CounciI.Hous-ton，USA，1998.

［3］Baugis P.R.OiI&Gas Science anG TechnoIogy［J］，2001，56（4）：389-402.

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