甲烷化工艺的设计说明
甲烷化工艺设计范文
甲烷化工艺设计范文甲烷是一种最简单的有机物，由碳和氢原子组成。
它是一种广泛应用于能源生产、化工行业、燃料和燃料电池等领域的重要化学品。
首先，甲烷的制备是甲烷化工艺设计的关键环节之一、常见的甲烷制备方法有天然气蒸汽重整法、生物发酵法和合成气催化制甲烷法等。
天然气蒸汽重整法是目前最常用的甲烷制备方法之一，通过将天然气和蒸汽经过一系列催化反应，使其中的碳氢化合物转化为甲烷。
生物发酵法则利用特定的微生物将有机废弃物转化为甲烷。
合成气催化制甲烷法则是利用合成气（CO和H2的混合物）进行催化反应，生成甲烷。
其次，甲烷的提纯是为了获得高纯度的甲烷，以满足特定的使用需求。
提纯的方法主要包括压缩和吸附等。
压缩是最常用的提纯方法之一，通过将含有甲烷的混合气体进行压缩，使甲烷分离出来。
吸附则是利用一些特定的吸附剂，将甲烷从混合气体中吸附出来。
接下来，甲烷的转化是将甲烷进行进一步加工，转化成其他有机化合物或化学品的过程。
常见的甲烷转化反应有甲烷催化裂解、甲烷部分氧化和甲烷脱氢等。
甲烷催化裂解是将甲烷在催化剂的作用下进行裂解，生成乙烯、丙烯等碳氢化合物。
甲烷部分氧化则是将甲烷与氧气在催化剂的存在下进行反应，生成甲醛、甲酸等有机化合物。
甲烷脱氢是将甲烷中的氢原子脱离，生成乙烯和氢气。
最后，甲烷的利用是指将甲烷用于能源生产、化工行业、燃料和燃料电池等领域。
甲烷可以作为燃料进行直接燃烧，产生热能和电能。
甲烷也可以作为原料生产合成气、乙醇、丙烯等有机化合物。
此外，甲烷还可以作为燃料电池的燃料，产生电能。
综上所述，甲烷化工艺设计涉及甲烷的制备、提纯、转化和利用等环节。
通过优化不同环节的工艺参数和催化剂的选择，可以提高甲烷的生产效率和产品的品质，实现资源的高效利用和环境的可持续发展。
甲烷化工艺
经净化后由甲烷化合成天然气的大型商业化工厂。
碎煤加压气化后净化煤气通过镍催化剂在 2.4～6MPa、300-700℃下，将H2、CO合成 天然气的技术，在美国大平原建成第一期 工程规模389万Nm3/d （相当于日产原油2 万桶）合成天然气工厂。于1980年7月破土 动工，1984年4月完工并投入试运转，1984 年7月28日生产出首批合成天然气并送入美 国的天然气管网。该厂至今还在正常运行。
b.从公用系统引出另一股净化空气经 自力式压力调节阀稳定阀后压力300kPag， 并经仪表风过滤器过滤后分配至各气动控 制仪表设备。 c. 过滤分离器、闪蒸罐均设置超压安 全泄放空系统。 d.从三甘醇再生塔塔顶排出的气体中 大部分为水蒸气，经过排出管线进入尾气 冷却器，冷取至环境温度后进入尾气焚烧 炉下部的气液分离腔，分离掉游离液体， 液体进入站内污水池后集中处理，分离出 的气体经焚烧炉燃烧后，转化成无污染环 境物质后排入大气。
此处加入高压蒸汽后温度为285℃和220℃ 的原料气汇合使得原料气被稀释，减弱放 热反应。混合后的气体温度255℃进入进入 R6002-1；R6002-1的另一股出口气和E6006 第一锅炉进料水预热器换热后温度为296℃ 和220℃的原料气汇合后温度为262℃进入 R6002-2（气体调节催化剂为GCC--2、 6×4mm、27.1m3；甲烷化催化剂为MCR、 11×5mm、17m3）主要反应为： CO+3H2=CH4+H2O CO+H2O=CO2+H4 CO2+4H2=CH4+2H2O C2H6+H2=2CH4，
2、在氨厂典型的甲烷化炉操作条件下，每 1% CO转化的绝热温升为72℃，每1% CO2转 化的绝热温升60℃，反应炉的总温升可由 下式计算： ΔT=72×[ CO]入+60×[ CO2]入 式中 ΔT--分别为进口气中CO、CO2的含 量，%（体积分数） （二）、甲烷化系统的主要设备有哪些？
甲烷化工艺流程
甲烷化工艺流程
《甲烷化工艺流程》
甲烷化工艺是一种将甲烷转化为更有用化学物质的过程。
甲烷是一种富含碳和氢的简单有机化合物，是天然气的主要成分。
甲烷化工艺可以将甲烷转化为甲烷醇、甲醛、丙烷等更有用的化学品。
甲烷化工艺通常包括以下几个步骤：
1. 蒸汽重整：甲烷和水蒸汽经过反应生成一氧化碳和氢气。
这一步骤是甲烷化工艺的起始阶段，产生的一氧化碳和氢气可作为后续反应的原料。
2. 甲烷蒸氨：甲烷和氨气在催化剂的作用下发生反应，生成甲胺。
甲胺可以用于生产甲胺醛等化学品。
3. 碳氢化合物的加氢：甲烷和氢气通过催化剂反应，生成其他碳氢化合物，如丙烷、丁烷等。
4. 甲基化反应：甲烷和一氧化碳在高温下发生反应，生成甲醇。
这是甲烷化工艺中的重要步骤，因为甲醇是一种重要的工业原料。
以上是甲烷化工艺的基本流程，通过不同的反应组合可以得到各种不同的化学品。
甲烷化工艺在化工领域具有广泛的应用，
不仅可以提高甲烷的利用率，还可以生产出更多有用的化学品，为化工行业的发展做出贡献。
国产甲烷化工艺
国产甲烷化工艺国产甲烷化工艺介绍•分析国产甲烷化工艺在能源领域的重要性和应用价值原理•解释甲烷化学反应的基本原理和过程•强调甲烷化工艺在转化和利用甲烷能源方面的优势技术发展•介绍国内甲烷化工艺在技术研发和进步方面的重要突破•引用相关数据和实验结果支持技术发展的可靠性和有效性主要应用领域•能源领域：以甲烷为原料，生产天然气、液化石油气等替代能源•化学工业：生产乙烷、乙烯、丙烷等有机化合物的重要原料•环保领域：减少温室气体排放，降低环境污染国产技术优势•提供具有国际竞争力的技术解决方案•降低相关设备的生产成本，提高生产效率•减少对外依存度，增强国家能源安全挑战和展望•分析国产甲烷化工艺面临的挑战和难点•展望未来技术发展方向和必要的政策支持结论•总结国产甲烷化工艺在能源和化工行业的重要意义和应用前景•呼吁加大研发投入和政策支持，推进国产甲烷化工艺的发展进程国产甲烷化工艺介绍•分析国产甲烷化工艺在能源领域的重要性和应用价值甲烷是一种丰富的天然气资源，而甲烷化工艺则是将甲烷转化为其他有机化合物的重要手段。
在当前推动经济可持续发展的大背景下，国产甲烷化工艺的研发和应用具有极其重要的意义。
原理•解释甲烷化学反应的基本原理和过程•强调甲烷化工艺在转化和利用甲烷能源方面的优势甲烷化学反应是指将甲烷分解、氧化、裂解等过程中，与其他化合物发生反应，产生不同的有机化合物。
这种化学反应的核心原理是在适宜的条件下，甲烷与其他反应物经过催化、热力学和动力学调控，实现产物的选择性合成。
甲烷化工艺的优势在于可以有效地利用甲烷这一丰富的天然气资源，将其转化为更有机化合物。
这种转化不仅可以扩大甲烷的应用领域，还可以有效降低温室气体的排放，并提供更加可持续的化工原料。
技术发展•介绍国内甲烷化工艺在技术研发和进步方面的重要突破•引用相关数据和实验结果支持技术发展的可靠性和有效性近年来，国内在甲烷化工艺方面取得了显著的技术突破。
通过在催化剂的研发、反应条件的优化以及产品分离纯化等方面进行深入研究，成功实现了甲烷向乙烷、乙烯、丙烷等重要有机化合物的转化。
甲烷化技术
甲烷化技术¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯甲烷化技术是煤制天然气的关键环节，一氧化碳和氢气在一定温度、压力和催化剂下合成甲烷的反应叫甲烷化反应。
煤制天然气的原理就是合成气的甲烷化反应，其化学方程式如下：一氧化碳和氢反应：CO +3H2 =CH4 +H2O △H= -206.2kJ/mol反应生成的水与一氧化碳发生作用CO +H2O =CO2 +H2 △H= -38.4kJ/mol二氧化碳与氢作用：CO2 +4H2 =CH4 +2H2O △H =-165.0kJ/mol以上反应体系为强放热、快速率的自平衡反应，温度升高到一定程度后反应速率快速下降且向相反方向（左）进行。
另外甲烷化的过程属于体积缩小的反应，增加反应压力，一方面有利于提高反应速率，另一方面有助于推动反应向甲烷合成向进行，增加压力可以在很大程度上减小装置体积，提高装置产能。
甲烷化反应为强放热反应，每转化1%的CO，体系绝热升温约72℃，因此煤制天然气工艺要解决一氧化碳转化率和反应热的转移问题。
该过程中发生的副反应：一氧化碳的分解反应：2CO =CO2 +C △H= -173.3kJ/mol沉积碳的加氢反应C +2H2 =CH4 △H = -84.3kJ/mol该反应在甲烷合成温度下，达到平衡是很慢的。
当有碳的沉积产生时催化剂失活。
反应器出口气体混合物的热力学平衡，决定于原料气的组成、压力和温度。
目前，甲烷化技术已经用在大规模的合成气制天然气上，最大的问题是催化剂的耐温和强放热反应器的设计制作上。
甲烷化工艺有两步法和一步法两种类型。
甲烷化法
2.6粗氢中CO2杂质量 CO2 含量是造成甲烷化反应器超温的 最大潜在危害。因为正常生产中，一旦吸 收塔不正常，很容易使大量的CO2进入到 甲烷化反应器内，每增加1%的CO2，会 造成反应器床层温度升高60℃，CO2的增 加到20%的可能，这是生产中一个严重的 危害因素。
3、甲烷化催化剂
3.1甲烷化催化剂的物理性质和化学组成
（4）如果脱碳系统故障，吸收塔吸收二氧化碳吸 收不彻底，造成粗氢中二氧化碳含量一场升高，
我们就要检查脱碳系统各操作环节，脱碳溶液浓
度、、溶液循环量、溶液再生情况、吸收压力、
吸收塔温度等参数，尽快使脱碳系统恢复正常。
3.5甲烷化催化剂使用寿命 甲烷化催化剂活性较好，按照技术要求操作，脱 碳工序稳定，甲烷化入口气中H2S等毒 使用寿命的终止是由于催化剂活性的丧失或由于催化 剂强度破坏造成催化剂破碎粉化，床层阻力降明显增 大的缘故。影响甲烷化催化剂活性主要因素是由于中 毒或烧结。砷、卤素是镍催化剂的毒物，最常见的毒 物是硫。硫是一种累积性毒物，即使浓度很小但也会 使催化剂中毒，影响催化剂的使用寿命。催化剂只要 吸收了0.1-0.2%的硫即能导致活性明显地降低。
（3）在用上游来的工艺气还原时，要严格控制工 艺气中碳的氧化物含量，因为在床层温度达
250℃后还原与甲烷化反应会同时进行，因此要
特别注意防止超温。 （4）还原过程中氢耗并不明显，在床层温度达到 预定计划指标后，维持一定时间，以出口气体中 碳的氧化物符合设计指标后稳定数小时，即可认 为还原基本结束，转入正常生产。
甲烷化催化剂的硫中毒是分层进行的。起初， 入口气中H2S几乎完全被上层催化剂所吸收，引起其 活性衰退，而下层催化剂仍处于无硫气氛下。当上 层催化剂吸硫达0.2%，活性衰退大半，但这部分催
甲烷化工艺设计精编
甲烷化工艺设计精编 Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986合肥学院Hefei University化工工艺课程设计设计题目：甲烷化工艺设计系别：化学与材料工程系专业：化学工程与工艺学号：姓名：指导教师：2016年6月目录设计任务书 (1)第一章方案简介 (3)甲烷化反应平衡 (3)甲烷化催化剂 (3)反应机理和速率 (4)甲烷化工艺流程的选择 (6)第二章工艺计算 (7)求绝热升温 (7)求甲烷化炉出口温度 (7)反应速率常数 (7)求反应器体积 (8)换热器换热面积 (9)第三章设备计算 (9)甲烷化反应器结构设计 (11)计算筒体和封头壁厚 (11)反应器零部件的选择 (12)物料进出口接管 (13)手孔及人孔的设计 (15)设计心得 (16)参考文献及附图 (17)设计任务书设计题目：甲烷化工艺设计设计条件及任务进气量：24000Nm3/h进料组成（mol%）：出口气体成分“CO≤5ppm,CO2≤5ppm”设计内容变换工段在合成氨生产起的作用既是气体的净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
选定流程确定甲烷化炉的工艺操作条件确定甲烷化炉的催化剂床体积、塔径及床层高度绘图：（1）工艺流程图；（2）甲烷化炉的工艺条件图设计说明书概要目录：设计任务书，概述，热力计算，结构设计与说明，设计总结，附录，致谢，参考文献，附工艺流程图及主体设备图一张（要求工艺流程图出A2以上的图，要求主体设备用AutoCAD出A2以上的图）概述热力计算（包括选择结构，传热计算，压力核算等）结构设计与说明设计总结附录致谢参考文献附工艺流程图及主体设备图一张第一章方案简介合成氨工业是基础化学工业之一。
其产量居各种化工产品的首位。
已成为当今合成氨工业生产技术发展的方向。
国际上对合成氨的需求,随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。
甲烷化装置工艺技术讲解
❖ 五、国外甲烷化合成技术概况 ❖ 20世纪70年代，世界上出现了自工业化革命以来 ❖ 的第1次石油危机，引起了各国及相关公司的广 ❖ 泛关注，并积极寻找开发替代能源。 ❖ 当时德国鲁奇(Lugri)公司和南非煤、油、气公 ❖ 司率先在南非F-T煤制油工厂建设了1套半工业化 ❖ 煤制合成天然气实验装置，鲁奇公司还和奥地利 ❖ 艾尔帕索天然气公司，在奥地利维也纳石油化工 ❖ 厂建设了另1套半工业化实验装置。 ❖ 2 套实验装置，都进行了较长时期的运转，取 ❖ 得了很好的试验成果。
❖ 工艺技术成熟先进，设备和材料立足于国 ❖ 内，由于天然气合成流程技术相对成熟，只需引 ❖ 进天然气合成工艺技术的催化剂和工艺包就可以。 ❖ 而且煤制天然气可与其他合成气化工产品如 ❖ 甲醇等实现联产，并副产一定数量的油品，视不 ❖ 同煤质而言，油的产率约占煤质量的3~观， 可大大降低天然气成本。
❖ 一是采用鲁奇气化生产城市煤气,粗煤气经过净化后直 ❖ 接送城市煤气管网,其甲烷浓度15% ,CO浓度35% ，典 ❖ 型的运行工厂有河南义马煤气厂、哈尔滨煤气厂等。 ❖ 另一种是固定层间歇气化生产半水煤气，经过净化后半 ❖ 水煤气中CO体积分数为29% ， 对其实现甲烷化。 ❖ 在20世纪80年代，在缺乏耐高温甲烷化催化剂的情况 ❖ 下，中国五环工程有限公司率先开发和研究该甲烷化工 ❖ 艺技术。这一工艺在湖北沙市、十堰第二汽车制造厂和 ❖ 北京顺义等城市居民用气和工业炉用气的供应中实现了 ❖ 工业化。
❖ 二、天然气（甲烷）的用途
❖ 1）民用燃料
❖ 天然气是理想的民用燃料，具有热值高、易输送、 燃烧充分无污染、使用较水煤气等其他气体燃料 安全等优良特性。
❖ 2）天然气汽车
❖ 压缩天然气汽车（CNGV）在世界范围内发展很快。 其优点是燃烧完全，对环境污 染小，发动机积 炭少，节省润滑油，燃烧价格低（与1吨汽油热 值相当的天然气价格不到汽油价格的一半），安 全系数高，噪音小；
煤制天然气-甲烷化
➢ 现有新疆庆华和内蒙汇能SNG工厂采用托普索TREMPTM甲烷 化技术。
12
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
甲烷化技术状况
（2）英国Davy公司的CRG甲烷化工艺：
15
排污去闪蒸
第二甲烷化反应器 第一甲烷化反应器 第二脱硫塔 第一脱硫塔
SYNGAS
甲烷化流程
460
SUP. HEAT MP STEAM
88.27% 240 270
第五甲烷化反应器
255 136 220 26.5%
262 汽包
27.9%
41.82%
300
300
37 134
278 675 40.1%
手孔 手孔
耐火衬里
分布器
温度压力控制
GCC-2 Topsoe
MCR-2X
DAVY CRG-S2S
手孔
21
甲烷化设备
汽包
22
三. 天然气压缩与干燥
压缩与干燥的目的：
➢ 甲烷合成装置出口压力为2.76MPa，温度为40℃，含 水量为760.7Nm3/h(年产20亿标立天然气）
➢ 管道中的天然气压力为12.9MPa， 首站接气为40℃含 饱和水的天然气，所以需要对天然气进行压缩和干燥， 之后送往输气管道。
天然气脱水过程使用的吸附剂主要分子筛、硅胶等。
160 320
295 675
330
50.7%
536
390
319
55.7% 163
93.3%
SNG
甲烷化工艺流程
0.85
0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.825 0.8275 0.83 BASE-UNI TS 0.8325 0.835 0.8375 0.84 0.8425 0.845 0.8475
0.9
0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96
27
5
351
19
266
30
Q=2651950
S PLIT 2 180 B 11 10 467 B 13 467 184 Q=-7086550 W =96388 COMP1 W =31976 12 15 7 COMP2 9 Q W Duty (Watt) Power(W att) 189 Temperature (C) Q=-1446070 351 B 17 180 Q=-659454 8 Q=-402107 20 B 14 351 Q=-807775 B 15 30
0 16 25 689 4 1713
300 420
0
0
0
26 Q=0 657 5 954 Q=-1917705 HEX4 18
Q=0
27 Q=0
12
30 131
250 549
475 19 713 250 Q=-969904 HEX5 20 510 2
316 579 30 B2 264 Q=-1064580 9 PRODUCT S
Sensitiv ity S-1 Summary S1
R3T
R2T
R1T
对应循环比
BASE-UNI TS 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
甲烷化工艺流程
甲烷化工艺流程甲烷化是一种将甲烷转化为有机化合物的技术。
甲烷是天然气的主要成分，而甲烷化工艺则能够将甲烷转化为更有价值的化学品，如甲醇、乙烯和丙烯等。
下面，我将介绍一种甲烷化工艺的流程。
首先，甲烷化反应需要使用一个催化剂来促进反应的进行。
常用的催化剂包括铂、铑和钯等贵金属催化剂。
反应的条件一般为高温和高压环境下。
在反应开始之前，甲烷和空气会被混合在一起，形成甲烷和氧气的混合物。
然后混合物进入一个反应器中，反应器内设置了合适数量的催化剂。
当混合物进入反应器后，甲烷和氧气开始发生反应。
在催化剂的作用下，甲烷的碳氢键被断裂，形成甲基自由基（CH3·），而氧气则会被还原成氧自由基（O·）。
甲基自由基和氧自由基之间会发生链式反应，形成甲醇分子。
甲基自由基和氧自由基首先发生反应，形成甲醛（CH2O）分子。
然后，甲醛再与另一个甲基自由基发生反应，形成甲醇。
这个过程是一个自由基聚合的过程，会连续产生甲醛和甲醇。
甲醇是甲烷化反应的主要产物，可以在后续工艺中被进一步转化为其他有机化合物。
甲醇具有广泛的应用领域，可用于合成其他化学品，如乙醇和丙酮等。
此外，甲醇还可以作为燃料使用。
甲烷化反应的副产物包括二甲醚和甲醛等。
这些副产物的生成量取决于反应的条件和催化剂的类型。
副产物经过适当的处理后，也可以得到一定的经济价值。
甲烷化工艺的流程复杂且多样化，上述为其中一种常见的流程。
在实际应用中，还需要综合考虑反应效率、催化剂的稳定性、副产物的处理等因素。
随着科技的发展，甲烷化工艺也将不断完善，为实现甲烷资源的高效利用提供更好的解决方案。
甲烷化工艺说明
工艺流程说明来自精净化（411900）焦炉气深度净化工序的焦炉气按比例要求分成两路，分别去第一甲烷化反应器（R413101）和第二甲烷化反应器（R413102）。
去第一甲烷反应器（R413101）的净化焦炉气首先在气气混合器（V413101）与经循环压缩机增压送来的循环气混合，该混合工艺气经一段预热器（E413101）加热后，温度升至≥250℃，与蒸汽分水器（V413102）来的工艺蒸汽混合，经第一开工电加热（E413115）加热（如需要）后，混合气温度升至250~300℃，进入R413101发生甲烷化反应。
从R413101出来的高温反应气（温度约505℃）首先经第一蒸汽发生器（E41310）副产4.0MPa饱和蒸汽后，温度降至360~400℃，一部分气体进入汽包给水预热器II（E413103）加热汽包给水，然后与去R413102的净化焦炉气混合，该混合气经第二开工加热器（E413116）加热后，混合气温度控制在250~300℃，进入R413102继续进行甲烷化反应。
来自R413102出口的高温气体（温度约505℃）首先经第二蒸汽发生器（E413104）副产蒸汽，温度降至360℃，然后进入三段加热器（E413105）预热进第三甲烷化反应器（R413103）的工艺气，从三段加热器（E413105）出来的气体去一段预热器E413101加热进R413101的混合原料气，再经汽包给水加热器I（E413106）、脱盐水预热器（E413107）及热水加热器（E413108）回收热量，然后分成两路。
一部分气体经甲烷化空冷器II（E413118）及甲烷化水冷器I（E413119）冷却至≤40℃，经气液分离器II（V413105）分离冷凝水后再依次经末级预热器II（E413110B）、末级预热器I（E413110A）和三段加热器（E413105）加热后，温度升至280~350℃进入三段甲烷化反应器。
反应后气体依次经过末级预热器I和末级预热器II回收热量后进入甲烷化空冷器III（E413119）和甲烷化水冷器II（E413111）冷却至≤40℃，经气液分离器III（V413106）分离冷凝水后进入下一工序；另一股气体经甲烷化空冷器I（E413117）冷却至≤60℃，经气液分离器I（V413104）分离冷凝水后去循环气压缩气压缩工序，经循环气压缩机增压后返回甲烷化工序作为循环气，进入下一个循环。
甲烷化
目录一、岗位说明书二、生产原理三、工艺流程四、主要设备一览表（见附图）五、工艺指标六、系统开车程序七、系统停车程序八、不正常现象及处理措施九、生产正常操作方法及注意事项十、常见事故及处理措施十一、岗位存在的主要危险因素辨识十二、安全环保和职业卫生危害防护十三、附图、附表一、岗位说明书单位名称：净化车间甲烷化岗位岗位名称甲烷化所在部门直接上级定员人数工作职责负责甲烷化炉、甲烷化换热器、净化气水冷器、净化气分离器等设备的开停车和正常生产操作；管道、阀门及仪表的维护保养；负责系统的缺陷检查登记，消除及联系处理，防止系统泄漏污染环境。
做好设备检修前的工艺处理工作，检修后的试运行和验收工作，负责本岗位消防器材，防毒面具等的使用保管和更换，负责本系统安全稳定生产。
岗位任务在甲烷化触媒作用下,将碱洗气中残余的CO和CO2反应生成甲烷,使CO+CO2≤20×10-6,为合成氨提供合格的净化气。
任职要求推荐学历：高中以上学历。
专业技能要求：掌握初级计算机知识、懂化工生产原理。
经验要求：能解决处理本岗位各项事宜并具有实际工作经验。
能力要求：对生产工艺、设备故障有一定的判断解决能力。
证件要求：上岗证、安全消防证。
二、生产原理2.1 主要物料性质甲烷: 甲烷是无色、可燃和无毒的气体。
沸点为-161.49℃。
甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。
甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。
2.2 主反应原理和反应特点1甲烷化反应机理CO+3H2=CH4+H2O+206.16KJCO2+4H2=CH4+2H2O+165.08KJ甲烷化反应是可逆、放热、体积缩小的反应。
2甲烷化工艺条件的选择（1）温度：温度低对甲烷化反应平衡有利，但温度过低，CO会与镍生成羰基镍，而且催化剂达不到起活温度反应速度慢，催化剂不能充分发挥作用。
提高温度，可以加快甲烷化反应速度，但温度太高对化学平衡不利，也会使催化剂超温，活性降低。
甲烷化工艺PPT
进入R6002-1（气体调节催化剂为GCC-2、 6×4mm、34m3；甲烷化催化剂为MCR、 11×5mm、26.5m3）的气体发生反应为：
CO+3H2=CH4+H2O
CO2+4H2=CH4+2H2O。
CO+H2O=CO2+H4
C2H6+H4=CH4
出口气体温度为675℃经E6003第一高压废锅产生 高压蒸汽后温度下降为320℃分两股，一股经 E6007进出料换热器温度下降为242℃进入E6008 低压废锅产生低压蒸汽后温度为190℃，经过 D6001气液分离器后进C6001循环气压缩机温度提 升至199℃经E6007进出料换热器后温度升高到 277℃，
TEG（三甘醇） 别名：三乙二醇 分子式： C6H14O4 物化性质： 无色无臭有吸湿性粘稠液体。可燃、 低毒，相对密度1.1254。沸点288℃，熔点4.3℃
TEG（三甘醇）安全注意事 1、TEG 闭口杯闪点177°C，开口杯燃点166°C，空气中爆炸浓度0.9-9.2%(v/v)，
闪点：在一稳定的空气环境中，可燃性液体或固 体表面产生的蒸气在试验火焰作用下被闪燃时的 最低温度 。
2、在氨厂典型的甲烷化炉操作条件下，每 1% CO转化的绝热温升为72℃，每1% CO2转 化的绝热温升60℃，反应炉的总温升可由 下式计算： ΔT=72×[ CO]入+60×[ CO2]入 式中 ΔT--分别为进口气中CO、CO2的含 量，%（体积分数） （二）、甲烷化系统的主要设备有哪些？
1、主流程： a.湿煤制气经过循环水冷却在25~40℃ 后，进入脱水系统设置的过滤分离器，分 离掉湿煤制气中游离态液滴及固体杂质。 分离后呈水饱和状态的湿煤制气进入吸收 塔，湿煤制气在吸收塔中的上升过程中， 经过填料段，与从塔上部进入的贫三甘醇 充分接触，气液传质交换，脱除掉煤制气 中的水份后，经塔顶捕雾丝网除去甘醇液 滴后由塔顶部出塔。
甲烷化工段设计
设计任务书目录1.1 基本原理甲烷化法是利用催化剂使少量一氧化碳b二氧化碳加氢生成甲院而使气体精制的方法。
此法可使净化气中一氧化碳和二氧化碳体的积分数总量达10ppm 以下。
由于甲烷化过程消耗气并民生成不利于氨合成的甲烷，因此此法仅适用于气体中—氧化碳和二氧化碳的体积分数总量低于o．7％的气体精制、并通常和低温变换工艺配套。
1.1.1基本原理化学平衡碳氧化物加氢的反应如下：CO+3H2——CH4+H2OCO2+4H2——CH4+2H2O原料气中有氧存在时2H2O+O2＝2H2O在一定条件下，还有以下副反应发生2CO——C+CO2Ni+4CO＝Ni(CO)4一氧化碳分解析炭是一有害的副反应，会影响催化剂的活性。
图1-1给出了一氧化碳析炭反应的界限。
由于进甲烷化炉原料气中H2/CO比值很高，所以析炭反应不会发生.图 1-1碳基镍为剧毒物质，空气中允许碳基镍的最高含量为0.001mg，中毒症状为头痛、昏迷、忍心呕吐、呼吸困难，而且会造成催化剂活性组分镍的损失。
为此，实际生产巾必须引起注意，采取适当预防措施。
表1-2给出了不同温度和一氧化碳含量下联基镍的平衡含量。
图 1-2由表可知，在压力1．4Mpa l％CO的条件下，理论上生成碳基镍的温度上限为12I℃，由于正常的甲烷化操作反应温度都在300 ℃以上，所以生成碳基镍的可能性很小。
只有当发生事故停车时，甲烷化温度可能低于200℃，此时，应防止催化剂和一氧化碳接触，用氮气或不含一氧化碳的氢短混合气置换甲烷化炉。
1.1.2 工艺条件（1）压力甲烷化是体积缩小的反应，提高压力有利于化学平衡，使反应速度加快，提高催化剂的生产能力。
在实际生产巾，甲烷化的操作压力由合成氨总流程和气体净化压力确定。
通常为1.0-3.0Mpa。
（2）温度甲烷化催化剂在200℃已有活性。
由表1-2可知，提高温度，甲烷化反应的平衡常数降低。
但在实际操作条件下，反应是在远离平衡的状态下进行．不会受到热力学平衡的制约。
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合肥学院Hefei University化工工艺课程设计设计题目：甲烷化工艺设计系别：化学与材料工程系专业：化学工程与工艺学号：姓名：指导教师：2016年6月目录设计任务书1第一章方案简介31.1甲烷化反应平衡31.2甲烷化催化剂31.3反应机理和速率41.4甲烷化工艺流程的选择6第二章工艺计算72.1 求绝热升温72.2 求甲烷化炉出口温度72.3 反应速率常数72.4 求反应器体积82.5 换热器换热面积9第三章设备计算93.1 甲烷化反应器结构设计113.2 计算筒体和封头壁厚113.3 反应器零部件的选择123.4 物料进出口接管133.5 手孔及人孔的设计15设计心得16参考文献及附图17化工工艺课程设计设计任务书1.1设计题目：甲烷化工艺设计1.2设计条件及任务1.2.1进气量：24000Nm3/h1.2.3出口气体成分“CO≤5ppm,CO2≤5ppm”1.3设计容变换工段在合成氨生产起的作用既是气体的净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
1.3.1选定流程1.3.2确定甲烷化炉的工艺操作条件1.3.3确定甲烷化炉的催化剂床体积、塔径及床层高度1.3.4绘图：（1）工艺流程图；（2）甲烷化炉的工艺条件图1.4设计说明书概要1.4.1目录：设计任务书，概述，热力计算，结构设计与说明，设计总结，附录，致，参考文献，附工艺流程图及主体设备图一（要求工艺流程图出A2以上的图，要求主体设备用AutoCAD 出A2以上的图）1.4.2概述1.4.3热力计算（包括选择结构，传热计算，压力核算等）1.4.4结构设计与说明1.4.5设计总结1.4.6附录甲烷化工艺设计1.4.7致1.4.8参考文献1.4.9附工艺流程图及主体设备图一第一章方案简介合成氨工业是基础化学工业之一。
其产量居各种化工产品的首位。
已成为当今合成氨工业生产技术发展的方向。
国际上对合成氨的需求,随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。
合成氨工业在国民经济中举足轻重。
农业生产,“有收无收在于水,收多收少在于肥”。
所以,合成氨工业是农业的基础。
它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。
因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。
今后应利用国开发和消化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。
CO、CO2、O2等是氨合成催化剂的毒物, 生产中一般要求将氨合成原料气CO 等含氧化合物总量脱除至<10×10- 6。
脱除的方法主要有铜氨液洗涤法( 铜洗法) 、液氮洗涤法和甲烷化法。
甲烷化净化方法与铜洗、液氮洗法相比, 具有流程简单、投资省、运行费用低和对环境基本无污染等优点。
从工艺的合理性以及投资和操作费用等方面来看, 甲烷化是合成氨安全、稳定生产的必然选择。
在合成氨的粗原料气的净化过程中,CO2变换和CO脱除后的原料气尚含有少量的残余的CO，CO2，O2和水等杂质。
为了它们合成催化剂的毒害，原料气在送给往合成之前还需要有一个净化步骤，称为“精练”，精练后规定CO和CO2的含量不超过5ppm。
原料气的精练方法一般有三种，即铜氨液吸收法，甲烷化和深冷液氨洗涤法，铜氨液吸收法是1913年就开始采用的方法，在高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收 CO，CO2，H2S和氧，然后溶液在减压和加热的条件下再生，甲烷化六十年代才开始的。
虽然催化剂上把CO和CO2加氢成甲烷的研究早已开始，但要消耗用氢气而生成无用的甲烷，所以此法只适用于CO，CO2含量比较低的原料气。
与铜洗法相比，甲烷化具有工艺简单，操作方便，费用低的优点。
工艺流程图：1.1甲烷化反应平衡在甲烷化炉，主要发生甲烷化反应：CO+3H2=CH4+ H2O+206.16KJ（1）CO2+3H2=CH4+2 H2O+165.08KJ （2）当原料气有氧存在时，氧和氢反应生成水，即：O2+2 H2=2H2O+241.99KJ（3）某种条件下：CO还可能与催化剂中的镍生成羰基。
即：Ni+4CO=Ni(CO)4（4）甲烷化反应平衡常数随温度而下降，但在常用的围（240-420℃），平衡常数很大。
为此，化工工艺课程设计要求甲烷化出口气体CO 和CO 2含量低于5ppm 是完全可能的。
CO 与催化剂中的镍生成羰基镍的反应是放热且体积缩小的反应。
通过实验表明，在CO 含量小于0.5％时，如果发生反应温度在200℃以上不可能有羰基镍形成。
鉴于甲烷化反应体系的在200℃以上进行，因而正常情况下不会有反应（4）的发生。
1.2甲烷化催化剂甲烷化反应体系甲烷蒸汽转化存在逆反应，因而甲烷化反应催化剂和蒸汽转化一样，都是以镍作为活性组分。
但是甲烷化在更低的温度下进行，催化剂需要更高的活性，故催化剂中活性组分的镍含量较高，通常达到15-35％（以镍记）。
有时也加入稀土元素做促进剂，为了使催化剂具有相当的耐热性。
为此，催化剂常载有耐火材料。
目前，甲烷催化剂国外有多种类型，我们选择G-65型催化剂，使用之前，先用氢或脱碳原料气还原，反应为：NiO+H 2=Ni+ H 2O+1026KJ (5) NiO+CO= Ni+CO 2+38.5KJ (6) 虽然还原反应的热效应不大，但一经还原后催化剂就具有了活性，甲烷化反应就可以进行了，有可能造成升温过高，为此，还原时尽可能控制碳氧化合物含量在1%以下。
还原后的镍催化剂会自燃，要防止其与氧化性气体接触，当前面的工序出现事故时，有高浓度的碳氧化合物进入甲烷化炉中，床层会迅速上升，这时应立即放空并切断原料气。
另外，还原后的催化剂不能用含CO 的气体升温，以防止低温生成羰基镍，影响催化剂的活性。
硫、砷和卤都能使催化剂中毒，他们的量即使是微量也会大大降低催化剂的活性与寿命，由于本流程有脱硫工序获降低温度变换工序，因此，正常情况下，不会发生甲烷化催化剂中毒，只要气体碳氧化合物含量合乎指标，催化剂也不会出现高温烧结。
甲烷化催化剂的活性损失多与脱碳有关，少量的液滴带入甲烷化炉几乎不可避免，一般不会造成盐类遮盖催化剂表面，导致活性严重损失，甲烷化催化剂的寿命一般在3-5年。
1.3 反应机理和速率1.3.1 CO 甲烷化：研究表明CO 甲烷化吸附中间形态，指出吸附中间产物有三种： （1）易于吸附的CO 甲烷和氧等； （2）CO 歧化为易于加氧的碳原子； （3）不能反应的聚合碳。
并比较了甲烷化速率与形成了碳加氧速率后指出，甲烷化低温下由碳形成速率控制，高温加氧速率控制，反应机理如下：CO +[ ]——[CO] （5）[CO]+[ ]——[O]+[C] （6）[C]+H 2——[CH 2]——CH 4（7） [O]+ H 2——H 2O （8）利用（6）的平衡公式和（8）的速率相等的关系可推知：R CH4=COCO CO O H CO P K P P K ⋅+⋅⋅1222甲烷化工艺设计式中：K m = K m 2/1⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅m hCO S K K K K对于高和直径相等均为3.11mm 的G-65催化剂。
常压下的CO 甲烷化速率表达式：R CH4=⎪⎭⎫⎝⎛⋅+⎪⎭⎫⎝⎛-⋅⨯T y T y CO CO 1219exp 915.511167exp 10309.17 式中y co 为气体中CO 的分率。
1.3.2 CO 2甲烷化机理如下：CO 2+[ ]−−→←2kco [CO 2] （10）[CO 2] +[ ]−→←ks [CO]+[O +] （11） [CO]+ H 2KS [C]+[O]（12）[C] + H 2Km [CH 2]−−→−快速CH 4（13） [O +]+ H 2Kh H 2O （14）[O]+ H 2−→−KhH 2O （15） 由于上述机理可知：CO 2的甲烷化系先在催化剂上分解成CO ，然后按CO 甲烷化机理进行反应，同理可推得：R CH4=OH H CO CO COH CO P Kpho K P K P P K 22222212/1⋅++⋅⋅+⋅⋅式中K CO2（h CO S S h m R K K K K R 2⋅'⋅⋅'）1/3,高和直径均为3.18mm 的G-65催化剂常压实验所得的CO 2甲烷化速率表达式：R CH4=⎪⎭⎫⎝⎛⋅+⎪⎭⎫⎝⎛-⋅⨯T y T y co co 2284exp 797.219602exp 1066.8224（16） 1.3.3 CO 2与CO 混合气体的甲烷化混合气体的反应机理为：[CO] + [ ]−−→←KCO[CO] [CO] + H 2−→←RhH 2O[CO]+[ ]−→←KS[C]+[O]化工工艺课程设计[C] + H 2−→−Rm[CH 2] −−→−快速CH 4 CO 2 + [ ]−−→←2KCO[CO 2] [O +] + H 2−→−'hR H 2O[CO 2]+[ ]−−→←''SK [CO]+[ O +] 由此可知。
CO 2甲烷化首先在催化剂上分解成CO ，然后进行甲烷化，而CO 2与CO 分别甲烷化的速度主要取决于吸附的[O]和[O +]加氢的速率相对大小，实验表明：CO 优先甲烷化的趋势，只有在Pco 远低于Pco 2时，两者才能以相当的速率进行。
1.4 甲烷化工艺与流程的选择甲烷化的压力通常随中低变和脱碳的压力而定，本设计以给的的压力为2.53MPa.进入甲烷化炉气体组成以给，即：甲烷化反应器的温度的入口温度受到羰基全集形成的起燃温度的限制，必须高于200℃，同时考虑高的转化率和能量消耗，我们选择入口温度260℃左右。
这样也给操作有一个较适合的波动围。
甲烷化的流程主要有两种类型，即外加热与加热型。
根据计算，只需要原料含有碳氧化合物0.5-0.7%，甲烷化反应放出的热量可足够将进口气体预热到所需要的温度。
这就是热型的依据，考虑到原料气中碳含量有时较上述低，尚需外供热源，这就是外热型的可取处。
取二者之长，我们选用如下流程，先用甲烷化反应后出口气体温度上升，余下的温差在用高变气体加热直待入口气体温度达到260℃，流程图后附。
第二章工艺计算2.1求绝热温升Λ根据公式Λ=-ΔHRN。
/iCpi N ∑式中：Cpi 为各组分定压摩尔热容单位J/mol·k ，根据公式 Cp=a+bT+cT 2+dT 3可计算得：i H 2N 2 CO CO 2 （J/ mol·k）Cp 29.1330.4130.3845.41代入上式得：52.2281.2929.6710022.041.45004.038.309938.02/)04.3013.29(0022.01008.165333.0004.01016.206667.033==⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=Λ℃名称 H 2 N 2 CO CO 2 含量 74.25% 25.30% 0.30% 0.15%甲烷化工艺设计考虑到进入甲烷化炉气体中可能含有少量氧和其它综合因素，我们取Λ=30℃2.2求甲烷化炉出口气体温度TT=T 0+Λx 式中To 为甲烷化炉进口气体温度T 0=260OC ，x 为CO 和CO2的转化率T=T 0+Λx2900066.0100066.0302606=-⨯+=-T ℃2.3反应速率常数K甲烷化反应机理和动力学较为复杂，而且还包含外扩散的影响。