合成气的生产培训资料
2.合成气
已知高温有利于甲烷裂解析碳，不利于CO歧化析碳， 却有利于碳被水蒸气所气化，温度越高，水蒸气比例 越大则越有利于消碳；如果气相中H2、CO2分压很大 时，均有利于抑制析碳。
由热力学第二定律知，在任何化学反应自发进 行的过程中，反应自由焓总是减小的。
以上三式中各组分的分压均为体系在某指定状态时的 实际分压，而非平衡分压。可由温度、压力查出Kp， 再根据指定组成和总压计算Jp，最后由Jp/ Kp是否小 于1来判断该状态下有否析碳发生。 当Jp/ Kp<1时，⊿G<0，反应自发向右进行，会 析碳； 当Jp/ Kp=1时，⊿G=0，反应达平衡，是热力学 析碳的边界； 当Jp/ Kp>1时，⊿G>0，反应不能自发进行，体 系不析碳。
甲烷水蒸气转化体系中，水蒸汽是一个重要组分，由各析碳反应 生成的碳与水蒸汽之间存在的平衡，通过热力学计算，可求得开 始析碳时所对应的H2O/CH4摩尔比，称为热力学最小水碳比。 不同温度、压力下有不同的热力学最小水碳比。综上所述，影响 甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素有温度、水碳比和压力。 (1) 温度的影响 甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆 反应，高温对平衡有利，即H2及CO的平衡产率高，CH4平衡含 量低。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利，可以少生成二氧化 碳，而且高温也会抑制一氧化碳岐化和还原析碳的副反应。但是， 温度过高，会有利于甲烷裂解，当高于700℃时，甲烷均相裂解 速率很快，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。 (2) 水碳比的影响 水碳比对于甲烷转化影响重大，高的水碳比 有利于甲烷的蒸汽重整反应，同时，高水碳比也有利于抑制析碳 副反应。 (3) 压力的影响 甲烷蒸气转化反应是体积增大的反应，低压有 利平衡，低压也可抑制一氧化碳的两个析碳反应，但是低压对甲 烷裂解析碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。压力对一 氧化碳变换反应平衡无影响。
合成气制取
小型合成氨厂：P=1.6-3.0MPa 大型合成氨厂：P>5.0MPa
氧油比
氧油比——Nm3O2/Kg重油
具体比值根据渣油碳含量、原料预热温度、添 加的水蒸气量、以及反应器散热损失等因素来确定。
理论氧油比O/C＝1，相应的氧耗量为0.8 Nm3O2/Kg重油。加入水蒸汽，存在吸热反应，需 要提高氧／油比，以维持高温，也使炭黑含量迅速 下降。
思考题
• 蒸汽转化法制粗原料气应满足的条件是什么？ • 天然气为原料的合成氨厂转化工序为何采用两段
转化？各段的转化条件分别是什么？
• 简述甲烷转化反应的基本原理？ • 二段转化的目的是什么？ • 如何防止析碳副反应的发生？ • 说出甲烷转化催化剂的主要组分和助催化剂。 • 简述蒸汽转化加压操作的优缺点。 • 简述温度、水碳比对转化反应的影响。 • 简述激冷流程与废热锅炉流程的特点及区别。
不同生产规模的装置，一段转化炉的管子数量 不同，年产30万吨合成氨，有88根转化管。
材质：耐热合金钢管 φ71~122mm，长10~12m，壁厚11～18 mm
二段转化炉
2H2+O2=2H2O CO+O2=CO2
①二段转化炉的作用 甲烷进一步转化; 调节H/C比 ②二段转化炉的结构 碳钢制立式圆筒，内衬不含 硅的耐火材料，炉壳外保 温，内径约3米，高约13米
CO+H2O=CO2+H2 H 0
一、甲烷蒸气转化制合成气
CH4+H2O=CO+3H2+206.4kJ/mol (1) CO+H2O=CO2+H2-41.2kJ/mol (2)
存在问题 析碳反应
反应特点：
CH 4 C 2H 2
第四讲 合成气
作业
2、二段转化 由于一段转化炉出口气中甲烷含量为10%左右， 为控制合成氨原料气，需进行二段转化，使甲 烷含量降至0.2-0.5%，由于此法采用部分氧化 法，所以气化剂为空气，经过二段转化后，出 口气中H2/N2=3。 二段转化的主要反应：
H2+0.5O2→ H2O-241.8 kJ CO+0.5O2→ CO2-283.2 kJ CH4+H2O→ CO+3H2-206.2 kJ 二段转化利用氧气与一段转化气燃烧放出的热 量使剩余的甲烷气转化，炉出口温度为9001000℃。
11
作业
(2) 鲁奇煤气化炉 鲁奇煤气化炉属于逆流接触造气。 操作条件： 反应时间1-3小时； 反应压力2-3MPa； 反应温度900-1050℃ 煤气出口温度250-500℃。
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图3-4：鲁奇煤气化炉结构
作业
加压移动床煤气化设 备。炉体由耐热钢板 制成，有水夹套副产 水蒸汽，煤自上而下 移动，与气化剂在炉 中逆流接触，生成气 中甲烷及副产焦油、 酚含量较多。
作业
上部为反应区， 下部为急冷区 (直接或间接 换热急冷)
24
作业
3.2 合成气的净化
燃料及合成气中含杂质影响合成气的制备及应用。
净化过程包括： 1、脱硫； 2、CO变换； 3、脱碳
25
3.2.1 脱硫
作业
合成气中的含硫化合物有：H2S、CS2、COS、 RSH、RSR、噻吩等
含硫化合物易使后续加工用的催化剂中毒、 H2S腐蚀管道。 脱硫方法： 1、干法脱硫
2
作业
3.1 合成气的生产
合成气的生产方法： (1) 煤气化法：气化剂有空气、水蒸汽 (2) 烃类水蒸汽转化法 (3) 重油部分氧化法
第四章_合成气的生产过程.pptx
0.1MPa下碳 －蒸汽反应 的平衡组成
2MPa下碳蒸汽反应的 平衡组成
动力学特征 气固反应，反应速率不仅与化学反应速率，还与气化剂 向碳 表面的扩散速率有关。另外，反应速率还与煤的 种类有关：无烟煤<焦炭<褐煤（反应活性）
(1) 对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后0～ 1200℃高温反应 ；大量吸热
要求：大量供热 采取措施: 通过燃烧一部分C的反应热， 维持整个系 统的热平衡。
具体方法包括： 固定床 间歇式气化法 连续式气化法(鲁奇法） 流化床 气流床(德士古法)
.固定床间歇法（蓄热法）
优：制气时 不用氧气， 不需空分装 置
缺：生产 过程间歇， 发生炉的生 产强度低， 对煤的质量 要求高。
• 蒸汽转化法 Steam reforming
分H6部H氧2k29分J98化=8/氧m2法=部0化-o63l法k分5CCJ.HH7/氧mk44CCJo++H化H/强lm14H4/法o++22外OOl1H强2/热22供OO催外高平2化热温P供催剂衡高a化,r温热,技tCH剂iO,a2C技术/lCOC+o术OCO3+成xHO+易成2i2dH3熟+调熟Ha22t2H,节,iHHoH2Hn2.22需/29/CH98CH=8纯O222=9O098=-氧=863=2k35=0J.-73/63mkk5JJo.7//lmmkJoo/llm强热ol外平强热供衡外平热,供H衡 -35.7kJ/mol 热平衡,H2/CO易调节.需纯氧
.鲁奇炉结构示意图
1.煤箱 2.分布器 3.水夹套 4.灰箱 5.洗涤器
特点：
气化剂：水蒸汽和氧气的 混合物
燃料层分层：与间歇法 大致相同
合成气的生产过程培训课件.pptx
5.三类气化炉的炉内温度分布比较
天然气
优质、相对稳定、价廉、清洁、环境友好的能源。 CH4含量>90%.
(1)对于碳与氧气的反应，一般认为先生成CO2，然后 CO2再与碳反应生成CO.
rC = kyO2
O2的一级反应
T < 775℃，动力学控制 T > 900℃ ，扩散控制
增加扩散反应速率措施： a 气速↑ b 颗粒直径 ↓
775℃ < T < 900℃ ，过渡区
（2）C与CO2的还原反应在2000℃ 以下， 属于动力学控制，反应速率大致为CO2 的一级反应。
5.2由煤制合成气
5.2.1煤气化的基本原理
5.2.1.1化学平衡 （1）以空气为气化剂时
C + O2 =CO2 C +1/2O2 =CO C + CO2 = 2CO CO + 1/2O2 =CO2
-393.777KJ/mol (5-1) -110.595KJ/mol (5-2) +172.284KJ/mol (5-3) -283.183KJ/mol (5-4)
实际生产时按以下6个步骤的顺序完成工作循环：
吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度， 吹风气放空，1200 ℃结束。
蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风 气，以保证水煤气质量。
一次上吹制气：燃料层下部温度下降， 上部升高。
下吹制气：使燃料层温度均衡 二次上吹制气： 将炉底部下吹煤气排
净，为吸入空气做准备。 空气吹净：此部分吹风气可以回收。
P = PH2 + PCH4 + PH2O + PCO + PCO2 ③ 根据水中氢与氧的物料平衡
PH2 + 2 PCH4 = PCO + 2PCO2
第2章合成气
温度：提高温度对转化反应有利，但受一段转化炉管材限制
水碳比：目前国外新设计的低能耗合成氨装置中，水碳比已 能从3.5降至2.5
1
简化工艺
钴钼系
先变换 再脱硫
降低蒸 汽消耗
先硫化活化
Co/Mo/Cs
3.变换反应动力学
①水蒸汽分子首先被Cat活性表面吸附，分解为吸附态氢、 氧，氢脱附进入气相，被Cat活性位吸附的CO与晶格O结 合形成CO2并脱附
②CO、H2O(g)先吸附到Cat表面，反应后生成物脱附
一级反应动力学
( ) rCO = k yCO - yC*O kmol/(kg?h)
B109 k = 3.060? 106 exp骣 珑 珑 珑 桫- 2R3T490鼢 鼢 鼢骣 桫0.1P01 0.5
加压法优点
单炉发气量大，便于大型化
动力消耗低
缺点
燃料适用范围宽
CH4含量高须转化
2.2合成气的净化
各种方法制得的原料气在合成之前都需要经过净化以除去 一氧化碳、二氧化碳、硫化物 工艺包括脱硫、一氧化碳变换、脱除二氧化碳和少量一氧化碳
2.2.1.脱硫（H2S、CS2、COS、RSH、RSR/、噻吩等） 脱硫方法有四五十种，由脱硫剂物理形态可分为干法和湿法
空间速度：可表示转化催化剂的反应能力，压力赿高则反应 速率赿快，可采用较高空速
2.1.2.重油部分氧化法
在高温下，利用氧气、富氧空气与重油反应，一部分完 全燃烧，另一部分与CO2、H2O(g)生成CO、H2。
第五章合成气的生产过程
C+O2
热量
H2O+C
H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，由煤气化生产方法确定
5.2.2 煤气化的生产方法及主要设备
煤气化： 强吸热
大量供热
燃烧煤
➢ 煤气化过程的分类
◆按操作方式分: 间歇式（逐渐被淘汰） 连续式
◆按反应器的形式分:固定床 流化床(沸腾床） 气流床 熔融床（中试）
液体烃燃料
200~240℃ 2.5MPa
合成气
铁催化剂
烃类（SASOL工艺）
nCO+（2n+1）H2==CnH2n+1+nH2O
➢ 合成气制乙烯 2CO+4H2==C2H4+2H2O
• 处于研究阶段；方向：提高催化剂活性和选择性
➢ 合成低碳醇
钾盐改性的铜基催化剂
合成气
250℃ 6MPa
脱水
C1-C4醇
★原料为块煤或焦炭，反 应速度快，生产能力大
★水蒸气和纯氧为气化剂 ★反应温度：1200℃，
出口煤气温度：500℃ ★反应压力：3.0MPa ★煤转化率：88-95% ★水煤气中CH4和CO2含
量较高，CO较低 ★适合做城市煤气
调节H2O/O2比例
●流化床连续式制水煤气 由温克勒公司(Winkler)开发 原料：小颗粒碎煤, 可用褐煤等高灰分煤 炉体: 立式圆筒，下部:圆锥，内径:5.5m， 高度:23m 特点：
讲授内容
➢概 述 ➢ 煤制合成气 ➢ 天然气制合成气 ➢ 渣油制合成气 ➢ 一氧化碳变换过程 ➢ 气体中硫化物和二氧化碳的脱除
5.1 概述
• 什么是合成气？ 指H2 和CO的混合气（Synthesis gas or Syngas）。 其中，H2 /CO的摩尔比为1/2~3/1。
燃气生产安全培训教材
燃气生产安全培训教材（正文）第一章了解燃气生产与使用燃气是一种常见的能源，被广泛应用于工业和家庭生活。
然而，由于燃气本身的特性，如果不正确地生产和使用，可能会导致安全事故。
因此，燃气生产安全培训至关重要。
1.1 燃气的特性与分类燃气是由烷烃、烯烃以及稀有气体组成的混合物，具有挥发性、可燃性和易爆性的特点。
根据成分和应用领域的不同，燃气可以分为天然气、液化石油气（LPG）和人工合成气。
1.2 燃气生产的环节与流程燃气生产包括勘探、开采、加工、储存和输送等多个环节。
其中，勘探和开采是获取燃气资源的过程，加工和储存保证燃气的质量和安全性，输送将燃气运送到不同的使用地点。
第二章燃气生产的安全管理正确的燃气生产安全管理是避免事故发生的关键。
在这一章节中，我们将介绍燃气生产过程中的安全管理措施。
2.1 风险评估与管控针对燃气生产过程中可能存在的各种风险，需要进行风险评估，并制定相应的管控措施。
常见的风险包括火灾、爆炸、中毒和窒息等，通过建立风险防范机制，可以最大程度地减少事故发生的可能性。
2.2 设备检修与维护燃气生产设备的检修与维护对于确保安全运行至关重要。
定期的设备检查、润滑和维护，能够及时排除潜在的故障隐患，保障设备的正常运转。
第三章燃气使用的安全教育除了燃气生产环节的安全管理，对于使用燃气的人员来说，掌握正确的使用方法和安全知识也是必不可少的。
3.1 燃气器具的正确使用使用燃气器具时，需要遵循相关的操作规程，并采取必要的安全措施。
例如，在使用燃气炉具时，要确保通风良好，避免一氧化碳中毒的发生。
3.2 燃气泄漏与事故应急处理燃气泄漏是燃气使用可能出现的常见事故。
当发生燃气泄漏时，需要迅速采取应急措施，如关闭燃气阀门、通风换气、报警并呼叫专业人员进行处理。
第四章燃气生产安全培训的重要性燃气的生产和使用涉及众多环节，安全风险较高。
因此，燃气生产安全培训不仅对于企业和单位来说至关重要，也对每一个个体用户都具有重要意义。
第二章合成气3
吸热的蒸汽转化反应：
CH 4 H 2O CO 3H 2 C H 2O CO H 2 COS H 2 H 2 S CO CO H 2O CO 2 H 2 N 2 3H 2 2 NH 3
甲烷转化
2、压力 • 重油气化是一个体积增大 的反应，从热力学分析， 提高压力是不利的，但对 加速反应是有利的。 • 从图可以看出：甲烷平衡 含量随压力增大而增加， 但这一不利影响可以通过 提高温度得到补偿。
1%
0.32%
压力
热力学：体积增大反应，低压有利；
动力学：高压初期有利，末期不利，适宜。
加压的不利影响可以通过提高温度弥补
按照废热回收方式不同 冷激流程 废热锅炉
1）冷激流程
2）废热锅炉流程
4.主要设备
1）.喷嘴 气化关键设备 a.结构： 重油气化剂流动通道 控制流速方向的喷出口 水冷装置
b.型式
三管喷嘴（适于低压） 带文氏管的二次气流雾化双套管喷嘴（适于较高 压力） 一次机械雾化和二次气流雾化的双水冷、外混式 双套管喷嘴（适于高、低压）
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ重油气化的基本原理
• 甲烷的蒸汽转化的相同和不同之处 • 部分氧化反应：不完全氧化生成CO和H2 • (强烈放热)
2CmHnSr mO2 2mCO (n 2r ) H 2 2rH 2 S
• 重油的裂解
4CmHnSr 2(n 2r )CH 4 (4m n 2r )C 4rH 2 S
碳转化
有机硫加氢 CO变换 NH3合成
• 重油部分氧化法的实质： 以纯氧进行不完全的氧化燃烧，用蒸汽控制 温度，以制得CO和H2的高含量合格的合成 气
合成气的生产过程培训课件(PPT 46页)
C + 2 H2O C + CO2
CO2 + 2 H2 2 CO
H29890.3 kj/mol H298172.6 kj/mol
C + 2 H2
CH4
H298-74.9 kj/mol
气化生成的混合气称为水煤气，以上均为可逆反应，
总过程为强吸热反应。 温度：1100℃
反应条件 压力：2.5~3.2 MPa
C + H2O
高温
H298 -131.4 kJ/mol
Kp4
p(CO2) P2 (CO)
Kp5
p(H 2O) P(H 2) • P(CO)
P164 表5-6
高温不利于CO歧化析碳 高温有利于CH4裂解析碳
判断是否有析碳发生
ΔG = -RTlnKp + RTlnJp = RTln(Jp/Kp)
Jp为反应体系中各组分的压力熵 （产物与反应物实际分压的关系） Jp/Kp < 1, ΔG < 0, 有析碳 Jp/Kp＝1, ΔG＝0, 热力学析碳的边界 Jp/Kp > 1, ΔG > 0, 不析碳
H298-35.7 kj/mol
天然气蒸汽转化过程工艺原理
主反应
CH4 + H2O CH4 + 2 H2O CO + H2O
CO + 3 H2 CO2 + 4 H2 CO2 + H2
H298 206 kJ/mol H298 165 kJ/mol H298 -41.2 kJ/mol
副反应 析碳反应 致使催化剂崩裂或粉化！！
水蒸汽和氧气比例
煤气化生产方法和主要设备 固定床间歇式气化
间歇式 连续式
制气车间学习材料
前言全国70以上的合成氨厂第一章设置造气岗位的目的和意义造气岗位是为合成氨备足高质量的原料气，以无烟煤或焦碳为原料，以空气和水蒸汽为汽化剂通过高温反应，制出合格充足的半水煤气。
煤气炉内的气化反应是空气和蒸汽交替通过燃料层进行的。
以空气为气化剂制出的煤气叫空气煤气，习惯上称为吹风气；以水蒸气为汽化剂制出的煤气叫水煤气；空气煤气和水煤气按一定比例混合后就叫半水煤气。
第二章反应原理第一节燃料气化的化学过程一、燃料层的分区固体燃料的气化过程，实际上是碳与氧及碳与蒸汽的交叉反应，这两种反应总称为固体燃料的气化反应。
合成氨生产中，固体燃料的气化反应是在煤气发生炉内进行的，按煤气炉内生产过程的特性，自上而下的分干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层五层。
自上而下的移动。
在移动过程中发生一系列变化，这些变化中有物理变化也有化学变化。
在燃料的上部，煤与热气流接触，并受下层温度较高的燃料层的热辐射，本身所含水分开始蒸发干燥，这一区域叫干燥层；干燥层以下的燃料层温度比较高，燃料中的挥发份能够在此温度下发生热分解，放出挥发份而逐渐焦化。
由于其温度条件与干馏炉相似而称其为干馏层；再往下燃料层温度更高，使燃料能发生化学反应，这就是燃料层的主要区域——气化层；在气化层里，燃料中的碳与空气中的氧反应有两种情况：碳与氧作用生成氧化物；气化剂中的氧化物失去氧被还原。
所以，气化层又分为氧化层和还原层。
气化层下部由于气化剂与碳的反应而形成灰渣，气化层至灰盘的区域称为灰渣层。
在实际生产中，燃料层的分层并无严格的区分界限，并且往往是相互交错。
随着燃料的种类、性质不同，所用的气化剂及气化条件不同，燃料层不仅分层不同，各层高度也不相同。
如：干燥层和干馏层只是在含水和含挥发份较高的燃料气化中才能明显区分。
在使用焦碳为燃料气化时，就没有干馏层；气化层和灰渣层也是在气化条件较正常或气化较完全时才有明显区分。
在一般情况下，气化剂通过燃料层中的干燥层、干馏层和灰渣层时，由于温度较低，一般不发生气化反应而只发生热量交换，只有气化层才具备使燃料发生气化反应的温度和条件。
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合成气的生产第五章合成气的生产5.2由天然气制合成气5.2.1概述1.水蒸气转化法在高温和催化剂存在下，烷烃与水蒸气反应生产合成气的方法称为水蒸气转化法。
当以天然气为原料时，又称甲烷蒸汽转化法，是目前工业生产应用最广泛的方法。
2.部分氧化法部分氧化法是指用氧气(或空气)将烷烃部分氧化制备合成气的方法。
反应式表示为, 部分氧化法多用于以石脑油或重油为原料的合成气生产。
3. 自热式催化转化部分氧化法(ATR工艺)CH4的部分氧化和蒸汽转化组合在一个反应器进行。
反应器上部为无催化剂的燃烧段，CH4的不完全燃烧，放出热量。
反应器下部为含催化剂的转化段，利用燃烧段反应放出的热量，进行吸热的水蒸气转化反应。
催化剂为：颗粒状镍催化剂，以含氧化锰和氧化铝的尖晶石为载体，具有很高的活性和耐高温性能，可采用较高空速进行反应。
4.甲烷-二氧化碳催化转化法（Sparg工艺）催化剂上易结炭：改进镍基转化催化剂、开发新型抗积炭催化剂和优化反应条件等。
调节原料混合气的CO2/CH4H2O/CH4之比，转化后合成气中H2／CO在1.8—2.7之间变动5.2.2天然气蒸汽转化的基本原理一、主要反应天然气中所含的多碳烃类与水蒸气发生类似反应在—定条件下，转化过程可能发生成碳反应二、催化剂和工艺条件：1.催化剂催化剂的基本条件：高活性、高强度、抗析碳。
活性组分：镍是目前天然气蒸汽转化催化剂的唯一活性组分。
在制备好的催化剂中，镍以NiO形式存在，含量一般为10％一30％(质量)。
助催化剂：抑制熔结过程，使催化剂有较稳定的高活性，延长使用寿命并提高抗硫抗析碳能力。
金属氧化物，如Cr2O3、A12O3、MgO、TiO等。
助催化剂用量一般为镍含量的10％(质量)以下。
载体：使镍的晶粒尽量分散，较大比表面。
催化剂的载体是熔点在2000℃以上的金属氧化物，它们能耐高温，且有很强的机械强度。
常用的载体有A12O3、MgO、CaO、K2O等。
2.工艺条件甲烷蒸汽转化过程中控制的主要工艺条件是温度、压力、水碳比、空气加入量等。
同时还要考虑到炉型、原料、炉管材料、催化剂等对这些参数的影响。
参数的确定，不仅要考虑对本工序的影响，也要考虑对压缩、合成等工序的影响，合理的工艺条件最终应在总能耗和投资上体现出来。
(1)温度：甲烷蒸汽转化为可逆吸热反应。
从化学平衡和反应速率考虑，提高温度对转化反应有利，可以降低残余甲烷含量。
但温度的升高，受催化剂耐热程度和炉管材质等条件的限制。
HK40材料制成的合金钢管，炉壁最高温度不超过930℃，所以炉管出口气体温度应维持在830℃以下。
(2)压力：甲烷蒸汽转化反应是摩尔数增加的反应。
从化学平衡来看，增加压力对反应不利。
目前工业生产都采用加压操作。
A加压下转化可以大大地节省动力：甲烷转化后气体体积增加4—5倍，从节省动力的角度看是有利的。
与常压相比，操作压力采用1.06lMPa，可节省动力约38％；当在6.0MPa下操作时，甚至可以省去原料气压缩机。
B加压操作可以提高后部工序的设备生产能力。
随着压力的升高，能量消耗减少的程度也逐渐下降。
C加压下蒸汽转化可以提高热效率：当操作压力提高时，蒸气分压也提高了，可有效地回收这一部分热量，就能大大提高热效率，降低生产成本。
工业上一般采用3MPa左右的压力，近年来也有采用更高的压力(6MPa)进行转化的。
D加压转化可以提高设备能力：加压可使同样规模的装置设备减小，催化剂用量也可减少，因此降低了投资费用。
（3）水碳比水碳比是水蒸气与甲烷的摩尔比。
提高水碳比从化学平衡角度看有利于甲烷转化，对抑制析碳也是有利的。
水碳比对甲烷的平衡含量影响是很大的。
提高水碳比，蒸汽耗量的增加，致使能耗增加，炉管热负荷提高。
在实际生产中，天然气蒸汽转化法水碳比为3.5—4.5。
5.2.4天然气蒸汽转化工艺流程和装置1.基本步骤转化炉、原料预热和余热回收等装置。
2.天然气蒸汽二段转化法的工艺流程对流段预热到380一400℃，经钴钼加氢和氧化锌脱硫后，按水碳比为3.5的比例，天然气与压力工业蒸汽混合。
一段转化炉对流段进一步预热到500一523℃，流经转化催化剂进行转化反应。
一段炉的热量是由顶部烧嘴喷入天然气燃烧供给的。
工艺空气加压，配入少量蒸汽、对流段预热盘管加热，与—段转化气汇合，燃烧区燃烧后，进入二段炉使化剂床层。
转化气经两个废热锅炉回收热量后，温度被降至330℃左右，送去合成工序。
5.2.5合成气净化一、概述1. 工艺过程设置：合成气的组成调整与杂质清除的工艺过程与原料、原料气组成有关。
用于合成甲醇时以石脑油蒸汽转化所得合成气，无需变换与脱碳工序；以天然气蒸汽转化所得合成气，无需变换工序，外加二氧化碳；以煤与重油为原料所得合成气，配置变换、脱硫、脱碳。
2. 合成气净化：CO会使合成工艺中催化剂失活。
清除杂质的目的是保证后续合成催化剂的寿命，被清除的杂质主要是硫化氢与有机硫化物。
二氧化碳的脱除，兼有调整组成与维持催化剂较高活性状态的双重作用。
二、脱硫1. 硫化合物如硫化氢、氧硫化碳、二硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩等。
2.合成气脱硫方法：干法脱硫：设备简单，设备比较庞大，且需多个设备切换操作。
湿法脱硫：物理吸收法、化学吸收法、直接氧化法三种。
物理吸收法：选择硫化物溶解度大的有机溶剂为吸收剂，加压吸收，富液减压解吸，溶剂循环使用，解吸的硫化物需二次加工。
化学吸收法：选用弱碱性溶液为吸收剂，吸收时伴有化学反应，富液升温再生循环使用，再生的硫化物也需二次加工回收。
直接氧化法：吸收剂为碱性溶液，溶液中加载体起催化作用，被吸收的硫化氢氧化为硫磺．溶液再生循环使用。
3. 干法脱硫氢氧化铁法氢氧化铁再生条件：氢氧化铁脱硫剂组成为α-Fe2O3·xH2O，脱硫剂适宜的含水量：30％一50％；常温、常压与加压下都能使用。
钴钼加氢脱硫常与氧化锌法串连使用，以天然气或石脑油蒸汽转化制备合成气，一般转化前先经过钴钼加氢催化剂，使有机硫转化为无机硫，再串以氧化锌脱硫，可使总硫含量降到10-7以下，保证催化剂的正常操作。
反应：钴钼催化剂组成：主要组分是MoO3、CoO，A12O3为载体，含Mo量5％一13％，含Co量1％一6％，催化剂制成片状或挤条。
钴钼催化剂的使用条件： 350一430℃，压力0.7—7MPa，气态烃空速500一1500h-1，加氢量相当干原料气含氢量的5％一10％。
氧化锌法：精细脱硫手段之一，特别适用于烃类蒸汽转化制合成气工艺，气体中硫化物可脱除到l一2×10-7以下。
当气体中有氢存在时，COS、CS2、 RSH、RSR′等会转化为硫化氢，再被氧化锌吸收。
单独用氧化锌不能除去噻吩类硫化物。
氧化锌脱硫剂的操作温度：200一400℃，脱硫剂无法再生。
工艺流程钴钼加氢串连氧化锌的脱硫流程。
原料先经预热至340一400 ℃，进入加氢转化器，在此与富氢气源配合以满足加氢转化要求，再进入氧化锌脱硫器精脱硫。
三、变换1.作用以重油或固体煤为原料所制得的合成气均需经过一氧化碳变换工序。
（1）调整氢碳比例：合成甲醇所用的合成气组成应保持一定的氢碳比例，当以重油或煤为原料生产合成气时，CO含量偏高，需通过变换工序使过量的一氧化碳变换成氢和二氧化碳。
（2）生产氢气（3）使有机硫化物转化为无机硫：天然气或石脑油为原料时在蒸汽转化前，用钴钼加氢串连氧化锌的脱硫法可达到要求。
以重油或煤得到的合成气，设置了变换工序，除噻吩外，其它有机硫化物均可在铁基变换催化剂上转化为硫化氢，便于后工序脱除。
（4）合成氨中除去一氧化碳：一氧化碳与合成氨的铁系催化剂发生反应，导致催化剂失活。
2.变换反应主反应副反应反应热力学：变换反应的平衡受温度、水碳比(即原料气中H2O／CO的摩尔比)、原料气中CO2含量等因素影响：低温和高水碳比有利于平衡右移、压力对平衡无影响。
当H2O／CO比低时，有利于副反应，CO歧化会使催化剂积碳。
3.催化剂（1）中变催化剂铁—铬系催化剂： Fe3O4为活性组分，Cr2O3助催化剂的多成分。
一般含Fe2O3 80％一90％，含Cr2O37％一11％，并含有K2O(K2CO3)、MgO及A12O3等成分。
Cr2O3作用：将活性组分Fe3O4分散，使之具有更细的微孔结构和较大的比表面积；防止Fe3O4的结晶成长，使催化剂耐热性能提高，延长使用寿命；提高催化剂的机械强度，抑制析碳副反应等；添加(K2CO3)也能提高催化剂的活性，单独添加极少量的(K2CO3)，就有一定促进效果，如同时添加Cr2O3，则效果更佳。
添加MgO及A12O3虽不能提高催化剂约活性，但可增加催化剂的耐热性，而且MgO还具有良好约抗硫化氢的能力。
有机硫化物通过铁基变换催化剂转变为硫化氢。
中变钴钼催化剂：以氧化铝为载体，有效组分为氧化钴(3％一3.5％)和三氧化钼(10％一15％)．并加入少量碱金属氧化物。
在使用前，通含硫化氢的气体硫化。
实际起催化剂作用的是硫化钴和硫化钼。
催化剂不受硫化物的毒害，活性温度比铁铬催化剂低，机械强度大于铁铬催化剂。
（2）低变催化剂以氧化铜为主体，加入氧化锌和氧化铝助剂。
助剂作用：使微晶铜有效地被分隔开来不致长大、从而提高了催化剂的活性和热稳定性。
低变催化剂含CuO15.3％一31.2％，ZnO32％一62.2％．A12O3一40.5％。
4.变换过程工艺条件（1）温度变换反应是可逆的放热反应，必然存在着最佳反应温度。
最佳温度To，与平衡温度Te的关系为一个两段绝热反应，段间间接换热的T－x操作状况图。
EF、GH分别为一、二段绝热反应操作线、FG为段间间接换热降温线，绝热操作线方程可由热量衡算导出，如采用平均温度时的反应热(一△H R)和平均热容C P计算，可得出（2）压力压力对变换反应的平衡没有影响，提高压力将使析碳等副反应易于进行。
动力学角度分析，加压可提高反应速度，因为变换催化剂存加压下比常压下活性更高。
先压缩原料气再进行变换的动力消耗比先变换后压缩变换气的动力消耗低。
加压变换设备体积小，布置紧凑。
加压变换过程的湿变换气中水蒸气冷凝温度高，有利于热能回收。
具体的操作压力：小型氨厂操作压力为0.7—1.2MPa，中型氨厂为1.2—1.8MP a，以煤为原料，纯氧气化的大型氨厂，压力可达5.2MPa，以烃类为原料的大型合成氨厂，压力为3.0MPa。
（3）水蒸气比增加水蒸气用量，提高一氧化碳平衡变换率，加快反应速度，防止催化剂进一步被还原，避免析碳及生成甲烷的副反应。
改变水蒸气用量是调节床层温度的重要手段。
原料气中水蒸气过量，使原料气中CO含量下降、绝热温升λ减小。
水蒸气用量不宜过高，否则不仅蒸汽消耗增加，而且床层压降太大，反应温度难以维持，中变水蒸气比例一般为H2O/CO＝3一5。