天然气自热式催化转化制合成气的技术与进展
天然气制取合成气的联合转化工艺
天然气制取合成气的联合转化工艺天然气制取合成气的联合转化工艺联合转化工艺是指天然气的蒸汽转化与部分氧化两类反应同时进行或顺次进行的工艺，这是当前大型装置天然气转化制取合成气继而生产甲醇、氨、合成油的主要工艺。
其主要有以下工艺：一、Lurgi联合转化工艺德国Lurgi公司于20世纪80年代后期开发了的联合转化工艺。
此工艺在蒸汽转化段之后串联了一个加氧转化炉进行自热转化。
由于可降低一段蒸汽转化的温度，转化压力可升高到3.5到4.0MPa，总O2/C比为2.0到2.5，符合合成油及甲醇的要求；压缩机负荷下降50%；装置能耗降低7%到8%，但是总投资有所升高。
二、Uhde CAR工艺德国Uhde公司进一步开发了将两段转化置于一个管科式反引起内的联合自热转化工艺，蒸汽转化在管程进行，自热转化在壳程进行。
过程在4.0MPa的高压下操作，可降低后续合成工艺的压缩费用。
与GHR和KRES工艺一样，转化炉管内外压差很小，可采用薄壁炉管。
与传统蒸汽转化工艺相比，CAR可节省投资30%，降低27%，该工艺在制氢装置上完成了工业试运转。
三、Topsoe ATP工艺丹麦Topsoe公司开发的自热转化工艺，在一个反应器内同时通入氧气和水蒸气，天然气先进行部分氧化，然后再催化剂上进行蒸汽转化。
ATP反应器取消了蒸汽转化用炉管，比CAR反应器简单的多。
由于先进行部分氧化反应。
甲烷浓度高于常规二段转化，更易产生炭黑。
Topsoe为该工艺设计了特制的火嘴，开发了特殊的固定床催化剂，又通入水蒸气，避免了炭黑的形成。
通过调整H2/C或CO2的量，使得合成气的H2/CO可在1.0到3.0之间灵活调节，以适应后续合成过程的要求。
操作压力可达7.0MPa，减少了后续过程的压缩能耗。
四、离子传输膜制合成气工艺采用离子传输膜制合成气工艺师美国能源部实施的大型GTL计划的一部分，其关键在于研究ITM复合瓷膜。
瓷膜由三部分组成，两侧分别为还原催化剂层以及转化催化剂层，中间位多空的、仅允许氧离子和电子通过的薄膜，由此可将空气中的氧导入天然气、蒸汽反应生成合成气。
天然气制备合成气
天然气制备合成气 天然气作为一种清洁、环境友好的能源，越来越受到广泛的重视.天然气作为一种清洁、环境友好的能源,越来越受到广泛的重视。
制合成气是间接利用天然气的重要步骤,也是天然气制氢的基础，充分了解天然气制合成气 的工艺与催化剂对于我们进一步研究天然气的利用将有很大帮助.天然气中甲烷含量一般大于90%，其余为小量的乙烷、丙烷等气态烷烃,有些还含有少量氮和硫化物。
其他含甲烷等气态烃的气体，如炼厂气、焦炉气、油田气和煤层气等均可用来制造合成气。
目前工业上有天然气制合成气的技术主要有蒸汽转化法和部分氧化法。
本文主要对蒸汽转化法进行具体的描述,并具体介绍此工艺的发展趋势. 蒸气转化法蒸气转化法是目前天然气制备合成气的主要途径。
蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下,使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成CO H 、2等混合气，其主反应为:2243H CO O H CH +=+,mol /206298KJ H =∆Θ该反应是强吸热的，需要外界供热。
因为天然气中甲烷含量在90％以上，而甲烷在烷烃中热力学最稳定，其他烃类较易反应，因此在讨论天然气转化过程时，只需考虑甲烷与水蒸气的反应。
甲烷水蒸气转化反应和化学平衡甲烷水蒸气转化过程的主要反应有： 2243H CO O H CH +⇔+，mol /206298KJ H =∆Θ222442H CO O H CH +⇔+，mol /165298KJ H =∆Θ222H CO O H CO +⇔+，mol /9.74298KJ H =∆Θ可能发生的副反应主要是析碳反应,它们是:242H C CH +⇔，mol /9.74298KJ H =∆Θ22CO C CO +⇔，mol /5.172-298KJ H =∆ΘO H C H CO 22+⇔+，mol /4.131-298KJ H =∆Θ甲烷水蒸气转化反应必须在催化剂存在下才有足够的反应速率.倘若操作条件不适当，析碳反应严重,生成的碳会覆盖在催化剂内外表面，致使催化剂活性降低，反应速率下降。
天然气转化制备合成气工艺进展
图２ Ｇ ＨＲ 示 意 图
为 了降 低投 资并使 能量 得 到更 合 理 的利 用 ， 出现 了取 消 第 一 段 蒸 汽 重 整 用 火 管 而 以第 二段
艺 ， ｎｄ Ｌ １ｅ的 Ｃ Ｒ （ ｏ ｉｅ ｕｏｈｍ￣ｌＲ Ａ Ｃ ｍｂｎｄ Ａ ｔｔｅ ｅ ｆｒ ｒ￣进 一 步 将 两段 转 化 置 于一 个 管壳 式 反 ｏｍｅ）ｇ 应器 内完 成而 减少 了设 备 。此外 ， 对 原料 天然 针
困
图 ３ Ｇ Ｒ 示意 图 Ａ
２ ２ １ 气体加热转化工艺（ Ｈ ） ． Ｇ Ｒ
ＩＩ Ｃ 开发 的 Ｇ ＨＲ（ 体 加热 转 化 ） 艺 ， 气 工 巳在 合 成氨 装 置 中得到 工业 应用 ， 甲醇 装置 则 首 先用
于澳大利 亚 海 上 平 台 的 Ｖｉｏｉ５ ４× ×１４／ ｃ ｒ ． ｔ ａ ０ｔａ 甲醇 厂 （９４年 末 建成 ）ＧＨＲ 的 主要 特 点 是 以 １９ ． 二段 自热转 化 所 产 出的 热 量 作 为 一 段 蒸 汽 转 化
气工艺， 中有 一些 已获 得工业 应用 。此外 ， 其 为
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２０ 年第ｌ 综述与专论 ０２ 期
江 西 化 工
一
・ ５・ ２
降低台 戚气 的氢碳 比 ， 原料 中加 入 Ｃ （ 在 Ｏ２补碳 ）
的研究 也 受到重 视 。
个二级氧化反应器开发成功的联合 重整工艺 ，
件Ｔ收率太低 ． 还远不 能工业 化。把 甲烷转化为
合成气 ， 进一步合成氨 、 甲醇 ． 或者利 用 Ｃ Ｏ再合
成一系列精细化工产品以及燃料和烯烃 ， 目前 是 天然气化工上应用最广 泛的一条技术路线 ， 天然 气制合成气工艺是整个天然气化 工的基础和龙
能源化工—第15章 天然气转化制合成气讲解
第15章 天然气转化制合成气
15.3.2 Uhde CAR工艺 15.3.3 Topsoe ATR工艺
图15.4 CAR反应器结构示意图
图15.5 ATR反应器结构示意图
将两种转化集于一个反应器内以降低投资和提高能源效率，ATR反应器更 简单而更具应用前景。
溶液无毒，设备无腐蚀，溶液有多种再生方案，用于合
成氨装置脱CO2时通常使用压力下闪蒸加蒸汽汽提的流程。
第15章 天然气转化制合成气
15.4.2 甲烷化
甲烷化是除去合成气中CO和CO2的最后工序，使其转化 为CH4。为了减少氢的消耗，有些大型装置在脱除CO2前增设 一选择催化氧化工序。将CO转化为CO2，CO浓度可降至1～ 2mL/m3。
以空气代替纯氧使天然气部分氧化制含氮合成气它可以节省空分装置 及相应费用、并有助于克服飞温问题。
第15章 天然气转化制合成气
15.3 联合转化工艺
天然气 脱硫
蒸汽 氧气或空气
一段转化 二段转化 合成气
图 天然气联合转化制合成气过程
第15章 天然气转化制合成气
15.3.1 Lurgi联合转化工艺
2）压力：由于CH4的蒸汽转化反应是分子数增加的反 应，所以压力的升高是不利的；但从总体安排考虑， 蒸汽转化还是要在适当压力下进行。
3）水碳比：较高的水碳比有助于CH4的转化。
第15章 天然气转化制合成气
15.1.2氮氢合成气生产工艺流程
用于合成氨的氮氢合成气需在天然气转化过程中导入 氮，通常采用两段转化工艺：在一段进行蒸汽转化，使出 口气中的CH4含量降至10％以下，二段导入空气，利用 CO及H2燃烧所产生的热量使CH4进一步转化降至0.3％左 右。转化的气体经变换工序使CO转化为CO2，在脱碳工 序脱除CO2，再经甲烷化工序除去微量碳氧化物，得到氮 气合成气去合成氨工序。
2.合成气
合成天然气、汽油和柴油
CO 3H 2 CH 4 H 2O( SNG)
Ni
煤制合成气通过费托合成可生产液体烃燃料
nCO ( 2n 1) H 2 C2 H 2 n 2 nH 2O
合成气的应用实例
合成气应用新途径
1.
直接合成乙烯等低C烯烃 2CO 4 H 2 C2 H 4 2 H 2O
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。 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。反应运式表示为, 部分氧化法多用于以石 脑油或重油为原料的合成气生产。
Mobil工艺
2. 合成气经甲醇再转化成烃类
2 2 2nCH3OH H nCH3OCH3 HC2 ~ C4烯烃 O O
3. 甲醇同系化制乙烯
CH 3OH CO 2 H 2 CH 3CH 2OH H 2O CH 3CH 2OH C2 H 4
4. 合成低C醇
合成气的应用实例
另一部分烃类与水蒸气发生吸热反应生成合成气 n Cm H n mH 2O mCO ( m ) H 2 2
iii.
以煤为原料的生产方法
高温条件下，以水蒸气和氧气为气化剂；
C H 2O CO H 2
煤制合成气中H2/ CO比值较低，适于合成有机化合物。
合成气的应用实例
1.
5 天然气蒸气转化过程的工艺条件
（1）压力 从热力学特征看，低压有利转化反应。从动力 学看，在反应初期，增加系统压力，相当于增加了反应物 分压，反应速率加快。但到反应后期，反应接近平衡，反 应物浓度高，加压反而会降低反应速率，所以从化学角度 看，压力不宜过高。但从工程角度考虑，适当提高压力对 传热有利，因为①节省动力消耗② 提高传热效率③ 提高 过热蒸汽的余热利用价值。综上所述，甲烷水蒸气转化过 程一般是加压的，大约3MPa左右。 （2）温度 从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低， 从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含 量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。 但高温下，反应管的材质经受不了，需要将转化过程分为 两段进行。第一段转化800℃左右，出口残余甲烷10% （干基）左右。第二段转化反应器温度1000℃，出口甲 烷降至0.3%。
合成气的制备与利用技术研究
合成气的制备与利用技术研究合成气是一种重要的化学品，它由一定比例的一氧化碳和氢气组成。
这种燃气可用于工业生产、能源转换和化学品合成等多个领域。
本文将对合成气的制备与利用技术进行研究和探讨。
首先，合成气的制备技术包括煤制气、天然气重整和生物质转化等多种方式。
其中，煤制气是一种传统的制备方法，通过在高温下将煤转化为气体的过程产生合成气。
这种方法具有原料丰富、投资成本低等优势，但也存在环境污染和能源浪费等问题。
天然气重整是一种利用天然气为原料的制备方式，该方法具有高效、低污染的特点，但天然气资源有限。
生物质转化是一种绿色的制备方式，通过将生物质资源转化为合成气，实现能源的可持续利用。
这种方法具有环境友好、资源可再生等优势，但技术还需要进一步完善。
其次，合成气的利用技术主要包括合成气汽车、化学品合成和发电等方面。
在交通领域，合成气汽车是一种可替代传统燃油的新型交通工具。
合成气汽车采用合成气作为燃料，具有低排放、高效能等优点。
在化学品合成方面，合成气可作为重要的中间体用于制备合成油、甲醇、氨等化学品，对替代传统化石能源具有重要意义。
此外，合成气还可用于发电领域，通过合成气发电可以有效地提高能源利用效率。
在合成气的制备与利用技术研究方面，我国在相关领域取得了一定的成果。
目前，中国在煤制气技术上拥有世界领先的地位，但也面临着环境污染和能源浪费的问题。
因此，应加大对煤制气技术的改进和创新，优化工艺流程，减少污染排放。
同时，应积极推进天然气重整和生物质转化等清洁能源制备合成气的技术研究，提高能源利用效率，实现能源的可持续发展。
在合成气利用技术方面，应进一步推广合成气汽车的应用。
合成气汽车具有独特的优势，但在推广应用方面还存在一定的障碍，如加氢站建设的不足、燃料成本的高昂等问题。
因此，需要加大政府支持力度，推动加氢站建设，降低燃料成本，提高合成气汽车的市场占有率。
此外，还应强化合成气在化学品合成和发电领域的应用研究，开发新的催化剂和反应工艺，提高产品的质量和产量，提高能源利用效率。
天然气制备合成气 催化部分氧化法 工艺流程
天然气制备合成气催化部分氧化法工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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天然气转化制备合成气研究进展安波
天然气转化制备合成气研究进展安波发布时间：2021-10-06T08:35:59.228Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：安波[导读] 随着我国科学技术水平不断提升，各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度，详细探究天然气转化制备合成气工作要点新疆玉象胡杨化工有限公司新疆维吾尔自治区沙雅县 842200摘要：随着我国科学技术水平不断提升，各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度，详细探究天然气转化制备合成气工作要点，核心目的是能对天然气合理开发与利用，有效减少石油资源使用量，并降低环境污染程度，提升资源利用率。
同时，天然气转化制备阶段会应用到先进技术与配套设施，要有完善的实施方案与计划，并对人员技术水平、专业能力等有明确要求，才可保证整体质量与效率。
关键词：天然气；转化制备；合成气引言：在天然气转化制备合成气过程中，所包括的工作流程较多，每项工艺质量控制会影响到整体效果，经专业化技术人员规范操作，能对常规问题详细探究与防控，能在细节上控制转化制备质量。
再加上工艺要求不同，技术手段选择与应用要合理，以CH为主要燃料，经多道程序处理可保证合成气转化质量，整体利用率显著提升。
一、方法应用当前，天然气转化制备合成气的常用方法包括两种：其一，直接转化法，能把天然气直接转化成化工产品；其二，间接转化法，直接把天然气转化成合成气，再经过对合成气的处理才能得到相应的化工产品。
对比两种方法的综合性，前者转化率、产率等较低，无法在短期内实现预期目标。
而后者则分析天然气转化制备要点，借助相应的技术手段，要经过多到程序处理才可生成化工产品，在总体投资方面成本较高，但能保证化工产品质量。
对此情况，无论是对哪种方法应用，均需依据实际情况全面分析，一旦在方法应用方面存在不合理情况，就会影响后续工作进度，更无法保证工艺质量。
对此，还需在转化制备中详细探究，实施效果才能有良好的基础保障。
二、工艺分析（一）甲烷水蒸气重整甲烷的水蒸气重整属于较早的研究内容，所应用的方法也比较简单，只需结合实际情况与各项条件，选择相应的催化剂，就可影响SRM产率（>80%），主要应用在工业领域中。
天然气自热式转化制合成气的aspen plus模拟分析
表1天然气和费托尾气组成%摘要针对富平燃气综合利用项目，选择自热式转化技术对天然气和费托合成尾气进行处理以生产合成气。
利用化工流程模拟软件Aspen Plus 对天然气自热式转化装置进行了全流程模拟，建立了以RStoic 和REquil 模块串联的形式进行预转化炉和自热式转化炉模拟的反应器模型，模拟所得的预转化气和转化气组成与设计值十分接近，验证了所建立的模型的准确性。
利用所建立的模型进一步模拟、计算得到装置的转化气组成、设备负荷等工艺参数及公用工程消耗数据，并分别对970℃、1000℃、1020℃、1050℃反应温度下的水碳比、氧碳比、CO 2消耗量进行了定性及定量分析，结果可为设计工作及实际生产提供理论数据支持。
关键词天然气，费托尾气，自热式转化炉，Aspen Plus ，模拟文章编号：1005-9598(2019)-05-0008-05中图分类号：TE665.3文献标识码：A天然气自热式转化制合成气的Aspen Plus 模拟分析王玉龙，周恩利，武麦桂（赛鼎工程有限公司，山西太原030032）收稿日期：2019-07-16作者简介：王玉龙（1990—），男，黑龙江伊春，工程师，硕士，2012年本科毕业于中国石油大学（北京）化学工程与工艺专业，现从事焦炉煤气综合利用、天然气综合利用的工程设计工作，E-mail ：wangyulong@ 。
天然气的化工利用技术一直是世界各国的关注热点，比如以天然气为原料来生产合成氨、甲醇、氢气、乙二醇、合成油等技术[1]。
然而，无论生产以上哪种产品，都需先将天然气转化成合成气，再由合成气生产最终的产品。
由此可见，转化工艺技术是整个天然气化工的基础和龙头，在天然气化工中有着举足轻重的地位。
目前，天然气转化制备合成气的主要工艺技术有：蒸汽转化工艺、联合转化工艺、换热式转化工艺、非催化部分氧化工艺、自热式转化工艺等[2-3]。
为提高陕西省天然气管网冬季调峰保障能力，满足产品多元化发展的需求，陕西燃气集团拟在陕西富平县建设富平燃气综合利用项目。
天然气制合成气技术进展
验 ， 于 １９ 还 ９ ４年 完 成 了 Ｉｔｄ甲 醇处 理 量 的 中试 。 ／
上述新 过 程 的开发 都 为有效 利 用天然 气提 供 了技术
支撑 ， 引 了开发 和研 究 的方 向。在 上 述 天 然 气 间 指
甲烷 可 以通 过 间接转化 法制 甲烷 转化 为合 成 气 是整 个 天然
其后 开发 了由天然气经合成气制取柴油 的 Ｓ Ｓ过程 。 ＭＤ 最近 ， Ａｍｏｏ公 司和 Ｈａｄ ｒＴｏ ｓ ｅ 司合 作 开 发 ｃ ｌｏ ｐ ｏ 公
气 化工 的基础 和龙 头 。现 有 的或正在 研究 开发 的 甲
烷转化 方 法包 括 水 蒸 气转 化 法 、 分氧 化 法 和 二 氧 部 化碳转 化 法 等 ， 面 对 这 些 过 程 的研 究 进 展 分 别 进 下
ＬＩＺ ｉ ｏ ｇ，ＬＩ Ｈｏ ｇ ｍ ｅ ，ＫＡＮＧ ｅ ｏ ｇ，Ｈ Ｕ ｎ — ｉ ｈ— ｎ ｙ Ｕ ｎ — ｉ Ｗ ｎｔ ｎ Ｙｏ ｇ ｑ
（ ｏ ｌｇ ｆＣｈ ｍ ｉａ ｎ ｈ ｒ ｃ ｕ ｉａ ｇｎ ｅ ｉｇ， Ｈｅ ｅ Ｃ ｌ ｅ ｏ ｅ ｃ ｌａ ｄ Ｐ ａｍａ ｅ ｔ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｃ ｂｉ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ， Ｓ ｉａｈ ａ ｇ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ａ ｄ ｙ ｃ ｎ ｌｇ ｈ］ ｚ ｕ ｎ Ｈｅ ｅ ｉ ｂｉ
ｃ ｒ ｏ ｉ ｘ ｄ ｅ ｏ ｍｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ｐ ｒｉｌ ｘ ｄ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｎ ｃ ｔ ｌ ｔｃｐ ｒ ｉｌ ｘ ｄ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｕ ｏ ｈ ｒ ｌｒ ｆ ｒ ａ ｂ ｎ ｄ ｏ ｉ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎ ｒ ｃ ｓ ，ｃ ｔ ｌ ｔｃ ａ ｔ ｉ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ． ｏ － ａ ａｙ ｉ ａ ｔ ｉ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ，ａ ｔ ｔ ｅ ｍａ ｅ ｏ ａｏ ｏ ａｏ ｏ
天然气制合成气课件
蒸汽转化炉
利用蒸汽将天然气转化为合成气，是转化反应的核心设备。
燃烧器
为蒸汽转化炉提供热量，确保转化反应的顺利进行。
余热回收系统
回收转化反应产生的余热，提高能源利用效率。
合成气分离与提纯设备
1 2
冷凝器
将合成气中的水蒸气冷凝成液态水，便于后续分 离。
洗涤塔
用化学溶剂吸收合成气中的酸性气体，提高合成 气的纯度。
噪声控制
采取有效的隔音、降噪措施，降低生产过程中产生的噪声对周围环境 的影响。
安全措施与事故预防
设备安全
防火防爆措施
确保设备运行稳定、安全可靠，定期进行 维护和检修，防止设备故障引发的事故。
严格控制可燃物料的储存和使用，采取有 效的防火防爆措施，防止火灾和爆炸事故 的发生。
应急预案
ห้องสมุดไป่ตู้
安全培训与教育
制定完善的事故应急预案，明确应急处置 流程和责任人，确保在事故发生时能够迅 速、有效地进行处置。
多元化原料来源
拓展天然气制合成气的原料 来源，如煤、生物质等，实 现多元化原料供应，降低对 单一资源的依赖。
技术经济性
提高天然气制合成气的技术 经济性，降低生产成本，增 强市场竞争力，是推动该技 术发展的重要因素。
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原料成本
天然气作为原料，其价格波动对成本有直接影响。
加工成本
包括催化剂、能源消耗、设备维护等费用。
运输和销售成本
将合成气运输到目标市场的费用，以及销售过程中的费用。
天然气制合成气的市场竞争力分析
市场需求
01
合成气作为化工原料，市场需求稳定增长。
竞争状况
02
与其他合成气生产技术相比，天然气制合成气的竞争力分析。
能源化工—第15章 天然气转化制合成气
salt Natrural gas Petroleum
第15章 天然气转化制合成气
第15章 天然气转化制合成气
一段转化 二段转化
图13-3 榆天化工艺图
第15章 天然气转化制合成气
图13-4 一段转换炉
图13-5 二段转换炉
第15章 天然气转化制合成气
第15章 天然气转化制合成气
第15章 天然气转化制合成气 15.4 天然气制氢生产工艺
图15.3 Lurgi联合转化工艺流程图
顺次进行蒸汽转化及自热转化反应。
第15章 天然气转化制合成气
15.3.2 Uhde CAR工艺 15.3.3 Topsoe ATR工艺
图15.4 CAR反应器结构示意图
图15.5 ATR反应器结构示意图
将两种转化集于一个反应器内以降低投资和提高能源效率，ATR反应器更 简单而更具应用前景。
第15章 天然气转化制合成气
15.2 天然气的部分氢化
15.2.1 反应原理
第15章 天然气转化制合成气
（2）工艺参数的影响 1）温度。非催化条件下要使CH4获得完全转化，温度需
高于1200℃；使用催化剂，有可能使温度显著降低，从而大
大降低能耗并抑制析炭反应。 2）压力。作为分子数增加的反应，压力的升高是不利的。 但这决定于总体安排。 3）氧比。按化学汁量关系氧比应为0.5、随比上升，温度
下运行，并达到90％以上的热力学平衡转化。CO和H2的选择性高达95 ％。基本避免了高温非催化部分氧化工艺伴生的燃烧生成CO2的反应， 能耗大幅降低.制得的合成气H2/CO比接近2。 与蒸汽转化和联合转化相比，反应器体积小、效率高、能耗低，投 资和合成气成本可显著降低。 天然气催化部分氧化的首要关键是催化剂，现主要集中在过渡金属 （Ni，Co和Fe）及贵金属（Pt族金属），避免积炭是研究重心。此外， 由于在上况条件下（高温、高压及CH4/O2＝2），体系处于燃烧和爆炸 极限内，需解决安全问题。由于部分氧化反应的高放热性质，防止催化
合成气合成新技术研究
合成气合成新技术研究随着人类经济和社会的发展，能源供给成为了人类生存和发展的重要保障。
能源的缺乏已成为全球共同的难题，如何寻找新型能源来满足全球能源需求，成为了各国科学家和能源产业公司的重要研究方向之一。
而合成气（Syngas）合成技术正是近几年来备受瞩目的新型能源生产技术之一，其应用范围已经延伸到化工、石油、天然气、电力等众多领域。
一、合成气简介合成气是由水或天然气通过催化剂等手段，通过高温和高压发生化学反应而得到的一种燃气，主要由一氧化碳和氢气组成。
按摩尔比，一氧化碳和氢气的比例一般在1:2 ~ 2:1之间。
合成气被广泛地应用于热能、动力能源、石化、农业生产等诸多领域，是一个极具潜力的新能源来源。
合成气是一种高品质、高纯度的气体，能够被用于生产合成烃、合成液体燃料、化学品等，还可做为生产一些特殊材料的前体和作为热能源。
与传统燃料相比，合成气可获得更高的氢气含量，可用于制造化学品和液体燃料，同时也可用于电力和城市燃气供应。
二、合成气合成新技术传统的合成气生产技术主要是通过化石燃料进行加热来实现，这种方法虽然生产效率较高却存在一定的污染和能源消耗问题。
近年来，随着生产工艺和技术的不断发展，科学家们开始探讨新的合成气生产技术。
1、微生物工程技术微生物工程技术即利用生物学手段进行工程化改造来制造具有特定能力的微生物。
最近，通过这种技术和遗传学技术来实现合成气的生产已成为一种新的研究热点。
微生物在生物过程中可以利用废弃的生物质来产生一氧化碳和氢气，并能在较低的温度和压强条件下实现合成气的生产。
2、光催化技术光催化技术利用太阳光能来进行化学反应，而非传统的高温和高压方式，由于具有无毒、高效和可持续等特点，因此也逐渐成为合成气合成新技术中的一种。
光催化技术主要是通过选择适当的催化剂来实现合成气的制备，研究人员已经通过多项实验证明利用光催化技术制备合成气的效果已经相当显著。
3、质子交换膜技术质子交换膜技术是将合成气分子转化为质子，利用质子穿过膜来获取氢原子，以实现氢气的提纯。
天然气制甲醇合成气工艺及进展
ａｔ
ｐｒｅｓｅｍ．Ｔｋｏ—ｓｔａｇｅ
ｒｅｆｂ肌ｉｎｇ
ｐｍｃｅｓｓ ｕｓｅｄ ｔｌｌｅ ｓｔｅａｍ ｒｅｆｂ珊ｎｉｎｇ ａｔ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ０２ ｒｅｆｂｎＩｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ， ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｎｅｅｄｅｄ ｌｏｗｅｒ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗ鹪ｅ鹊ｙ
ｓｔｅａｍ
ｒｅｆｂ肌ｉｎｇ
ｐａｒｔｉａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ
Ａｕｔｏ
ｔｌｌｅｍａｌ
ｒｅｆｏｒＩＩｌｉｎｇ
甲醇作为Ｃｌ化学的核心产品，是一种用途广泛 的有机化学原料。随着甲醇工业的发展和对甲醇需 求的迅速增加，特别是甲醇作为燃料用作交通能源要
气，达到节约能源，增加效益的目的，人们不断地致力 于各种制合成气工艺的研究，如甲烷催化部分氧化， 甲烷自然转化工艺等，探索将各种工艺的相互结合。 本文综合介绍了以天然气为原料制甲醇合成气的各 工艺的基本原理、流程、优缺点以及国内外发展现状， 并对近年来的新工艺进行了介绍，由此分析了今后的
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也开发了类似的工艺，且都实现了工业应用。应该指 出，此类工艺由于取消了转化炉的火房，故高压蒸气
供应量将不足，需向甲醇装置供入电能或另行设置燃 气透平以补充合成气压缩机所需要的能量。
甲烷部分氧化制合成气是一个温和的放热反应，
天然气制备合成气工艺
天然气制备合成气工艺天然气制备合成气的工艺，听起来好像有点高大上，其实说白了就是把天然气变成可以用来做化学合成的气体。
想象一下，咱们的厨房里，炒菜用的煤气就是天然气的一种，天然气的成分中有个重要的成分叫做甲烷，听起来是不是有点耳熟？没错，甲烷就是天然气的主力军，简单来说就是天然气的“明星”。
不过呢，这个“明星”除了用来做饭，还能变身为合成气，真是个多才多艺的小家伙。
先说说合成气，这玩意儿其实就是氢气和一氧化碳的混合物，简单点说就是能当燃料用，也能用来做化学反应的“原料”。
想要得到这个合成气，首先得把天然气给分解开来，别小看这个过程，听上去简单，实际上可是技术活。
通常采用的方法就是蒸汽重整，这听上去高深莫测，其实就是把天然气和水蒸气一起加热，经过反应后生成氢气和一氧化碳，哇，感觉科技感爆棚！再加上咱们的天然气，这一混合，嘿，合成气就出炉啦。
这个工艺的好处可不少，首先环保，天然气的燃烧比起煤炭、石油那些老大哥可干净多了。
想想看，咱们在享受美味的时候，还能保护环境，真是赚到了。
不过，任何事情都有两面性，天然气的制备合成气虽然听上去牛，但在实际操作中，可是有很多挑战哦。
比如说，高温高压的环境可不是一般人能承受的，想想在这种环境下工作，就像是一场和“火”搏斗的游戏，刺激又紧张。
再说了，天然气可不是无限的资源，随着时间推移，开采天然气的难度在增加。
于是，科学家们就开始琢磨，怎么能把天然气用得更高效、更经济。
嘿，技术的进步可真是让人感叹，新的催化剂、新的反应条件，层出不穷，真是让人眼花缭乱。
比如说，某些新型催化剂的出现，让反应过程更高效，成本也大幅下降，简直是为这个行业注入了“强心针”。
合成气还可以通过后续反应，转化成其他有价值的化学品，比如说甲醇、氨等，听起来是不是很诱人？想象一下，天然气变身成合成气，再转化成你平时用的化学产品，仿佛天然气在演绎一场华丽的“变身秀”。
所以说，天然气的制备合成气，不仅仅是一个简单的过程，更是一个神奇的化学旅程。
天然气转化
合成气的生成方法学院：化学与化工专业：化工1201班姓名：张小琴学号：1215010105时间：2015.10.8一概述合成气，是以氢气、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、炼厂气等转化而得。
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:H2 32～67、CO 10～57、CO22～28、CH4 0.1～14、N2 0.6～23。
制造合成气的原料含有不同的H／C摩尔比：对煤来说约为1:1;石脑油约为2.4:1;天然气最高,为4:1。
由这些原料所制得的合成气,其组成比例也各不相同,通常不能直接满足合成产品的需要。
例如：作为合成氨的原料气，要求H2/N2＝3，需将空气中的氮引入合成气中（见合成氨原料气）；生产甲醇的合成气要求 H2／CO≈2或(H2－CO2)/(CO＋CO2)≈2;用羰基合成法生产醇类时,则要求H2／CO ≈1;生产甲酸、草酸、醋酸和光气等则仅需要一氧化碳。
为此，在合成气制得后，尚需调整其组成，调整的主要方法是利用水煤气反应（变换反应）：CO+H2O=CO2+H2。
以降低一氧化碳，提高氢气的含量。
二历史沿革合成气的生产和应用在化学工业中具有极为重要的地位。
早在1913年已开始从合成气生产氨，现在氨已成为最大吨位的化工产品。
从合成气生产的甲醇，也是一个重要的大吨位有机化工产品。
1939年，德国开发的乙炔氢羧化工艺曾是生产丙烯酸及其酯的重要方法。
第二次世界大战期间，德国和日本曾建立了十多座以煤为原料用费托合成从合成气生产液体燃料（见煤间接液化）的工厂,战后由于有廉价的原油,这些厂先后关闭。
1945年，德国鲁尔化学公司用羰基合成（即氢甲酰化）法生产高级脂肪醛和醇开发成功，此项工艺技术发展很快。
60年代，在传统费托合成的基础上,南非开发了SASOL工艺，生产液体燃料并联产乙烯等化工产品，以适应当地的特殊情况。
以天然气制合成气的工艺
以天然气制合成气的工艺作者：广州大学化学化工学院09精细化工余玉环0913020002【摘要】天然气制合成气是化工生产的一项重要工艺，其中蒸汽转化法已经非常成熟。
近年来，国内外正在研究一种新的天然气制合成气技术，即甲烷催化部分氧化法和甲烷二氧化碳重整法。
甲烷催化部分氧化法制合成气能耗低，可在常压下操作，反应空速大，在工业化过程中可减小设备规模，降低装置投资，适用于合成气制有机含氧化合物；甲烷二氧化碳重整法制合成气对减小二氧化碳排放，缓解温室效应有着重要意义。
本文对天然气制备合成气的蒸汽转化法、部分氧化法、自热转化法、二氧化碳转化法等主要工艺及工艺改进方面进行了综述，指出各种工艺的技术难点，并对天然气制备合成气技术的研究方向和发展趋势做出了展望。
【关键词】合成气天然气蒸汽转化部分氧化二氧化碳转化新工艺In the process of producing synthesis gas from natural gasAuthor: Guangzhou University, College of chemistry and chemical engineering, Level 09 Fine chemical; Yu YuhuanAbstract：Natural gas to synthesis gas is an important chemical production process, in which the steam conversion process has been very mature. In recent years, the domestic and foreign research is a new natural gas to synthesis gas technology, namely the catalytic partial oxidation of methane and methane carbon dioxide reforming method. Catalytic partial oxidation of methane to syngas with low energy consumption, and can be operated at atmospheric pressure, space velocity, in industrialized process may reduce the scale of equipment, reduce the device investment, applied to the synthesis of organic oxygen containing compound; CO2 reforming of methane to syngas to reduce carbon dioxide emissions, alleviate thegreenhouse effect has important significance. Based on the natural gas to synthesis gas by steam reforming, partial oxidation, autothermal reforming, carbon dioxide conversion process and technology improvements are reviewed, pointing out the various technical difficulties, and the synthetic gas preparation technology research direction and development trend outlook.Keywords：Synthesis gas; Natural gas; Steam reforming; Partial oxidation; Conversion of carbon dioxide; New technology前言合成气系指一氧化碳和氢气的混合气，英文缩写Syngas。
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（１）ＩＣＩ公司开发的Ｌ谨低能耗合成甲醇新工艺
核心：ＧＨＲ在ＬＣＭ新工艺上的应用，其造气部分采用纯氧催化部分氧化来实现原料和能耗下降，可 做到等压合成，使投资减少。（ＧＨＲ）结构见图１
（２）ｌＹａｄｅ公司开发的组合式自热转化炉（ＨＹｃ＾Ｒ） 核心：原料气在一个塔内进行一段和二段转化（纯氧催化转化），如图２所示。该工艺建立了一套 中试装置，运行情况良好，节能２７％，投资省３０％，且操作弹性好。
３现有工作基础和条件
中国科学院成都有机化学研究所从上世纪７０年代开始从事天然气化学转化的研究工作。“八五” 期间完成国家科技攻关项目“天然气部分氧化和蒸汽转化结合法制取合成气新工艺的开发”（本题编号： ８５—５１３—０３—０５），１９９７年获国家“八五”攻关重大科技成果奖励。“九五”、“十五”以来，本所开发了 高温烧结～浸渍制备技术并研究了“低水碳比节能型天然气蒸汽转化催化剂”（ｚｌｌｚｙ型）已先后在川天 化、乌石化、中原、锦西各３０万吨／年合成氨厂推广使用，２００１年获四川省优秀新产品二等奖。同时，
（３）Ｔｏｐｓ由ｅ公司已建成７０００ｍ＇合成气中试装置 核心：原料气在一个炉内进行自热式转化（ＡＴＲ），其中性能优良的高温转化催化剂及转化炉的炉 头混合喷嘴设计水平领先。
一２６ｌ一
圈１ ＧＨＲ结构详图
国外几种不同甲醇合成路线的技术分析： 路线１：传统水蒸汽转化 路线２：管式一段、二段蒸汽转化法 路线３：部分氧化法（非催化） 路线４：催化部分法
（２）以天然气为原料经合成气生产高附加值的产品，如甲醇制醋酸和甲醛的工业化，甲醇制碳酸二 甲酯、二甲醚、ＭＴＢＥ、汽油和烯烃等的开发，从而迫切需要低成本的合成气制备新工艺。其一旦成功， 将提高天然气化工的竞争力，并导致某些传统的石油化工产品向Ｃ。化学转移。因此，推广、应用前景 广阔。
（３）产学研联合进行攻关。集中解决天然气转化工艺的共性技术和关键技术，促进科研成果向产业 化转化，提高相关企业的市场竞争力。
一２６３—
在天然气转化理论研究方面也取得了一系列未见文献报道的规律性结果，发表论文３０多篇，取得发明 专利５项。
目前，天然气（煤层气）催化部分氧化转化工艺的研究，已经在国内外形成研究热点。但是高温 载体材料缺乏是制约国内在高温转化过程实现工业应用的瓶颈，而国外对此报道非常少，所以只有通过 自主研发，立足国内，为我国天然气化工的应用发展提供重要的技术支撑。
４关键技术及建议
（ｉ）耐高温、低氧碳比转化催化剂及载体材料的制备技术： （２）转化炉结构的优化设计及材质的选择，包括：
ａ．炉头混合器和燃烧喷咀的设计 ｂ．炉体材质及保温系统 ｃ．转化炉工艺操作自动化及安全系统
（３）廉价氧气的获得——变压吸附（ＰＳＡ）技术的发展与应用为此提供了可能。
５建议
（１）“天然气自热式纯氧催化转化制合成气新工艺”是国内外正在进行中试和工业化开发研究的新 型催化技术，尤其是通过有效利用原料的热能来降低造气成本方面有很大改进，有关方面应继续立项、 联合攻关予以支持。
——２６２——
国内合成甲醇厂不同造气工艺的原料天然气消耗比较
造气工艺路线 间歇部分氧化法（ｃ．Ｃ．Ｒ） 蒸汽转化法（一、＝段） 换热式转化法（ＬＣＭ） 自热式富氧转化法
吨甲醇天然气消耗量（ｎｍ３／ＮＧＣｍＯＨ） １３００～１６００ １１００～１２００ ｉ０００～１１００ ９００～１０００
由于天然气催化部分氧化法不生产过剩氢，被认为经济上比传统蒸汽转化法更有吸引力，也可通过 选择用ｃＯ。添加到原料天然气中，以获得Ｈ。／ＣＯ比例不同要求的合成气。技术经济分析认为：白热转换 技术的操作费用主要依赖于０ｚ的价格和用量，当０ｚ耗降低，合成气组成为：Ｈ２／ｃｏ＝ｉ．５～２，５时，要比 其它几种生产工艺成本低，特别适用于生产能力１０万吨以上规模的甲醇生产装置。
（简称一、二段转化法）和天然气间歇部分氧化反应（简称Ｃ．Ｃ．Ｒ法）来完成，其不足之处在于这是一 个高温强吸热过程，成本和能耗较高。近年来，世界各国都在对天然气制低成本合成气技术进行研究， 主要是通过用不同氧化剂（Ｈ。０、０。、空气、ｃＯｚ等）及其混合物来开发新的转化工艺。其核心是降低操 作成本，提高转化炉的热效率，减少烟道气排放量，并可获得不同组成的合成气。国外各大公司如ｌｕｇｉ 公司的联合转化工艺（ＬＣＲＰ）、Ｋｅｌｌｏｇｇ公司的换热式转化器（ＫＲＥＳ）、ＩＣＩ公司的气体热交换炉（ＧＨＲ） 和Ｕｈｄｅ公司的组合式自热转化炉（ＣＡＲ）等。正在开发的新工艺有Ｔｏｐｓ垂ｅ公司的自热式转化（ＡＴＲ）、 Ｅｘｘｏｎ公司的流化床催化部分氧化（ＡＧｃ一２１）。
一２６４—
当天然气、蒸汽和氧混合燃烧时，由热辐方式和传导从火焰中心对流传热至催化剂层时，温度可 达１４００。Ｃ以上。由于该转化反应必须在高温、低氧碳比条件下进行，反应原料气具有很强的氧化性， 且要求催化剂必须在高温下具有稳定的结构、活性组分有足够的分散度抗积炭能力和抗氧化性能好等特 点。近年来，我们开展的“天然气纯氧自热转化制合成气新工艺”的研究工作，并已进行了立升级模式。 实验发现，由于反应中存在剧烈的吸热反应和放热反应，热分布极不均衡，使之成为进一步放大过程中 必须解决的核心问题之一。所以该工艺大规模工业化的关键是耐高温催化材料的制备和耐高温炉头的设 计及反应器材质的选择。
天然气自热式催化转化制合成气的技术与进展
蒋教程极源
（中国科学院成都有机化学研究所）
１天然气制合成气技术的现状与发展趋势
天然气化工当今主要通过合成气（ＣＯ＋Ｈ：的混合物）间接转化合成以获得化工产品和液体燃料，如 合成氨、合成甲醇、ＧＴＬ等。目前，我国以天然气为原料生产合成气的工艺采用天然气水蒸汽催化反应
自从ＩＣＩ公司公开了其领先概念合成氨技术（ＬＣＡ）、合成甲醇技术（ＬｃＭ）以来，在国内曾一度成 为化工界的热点。二十世纪９０年代，中国成达化学工程公司率先推出换热式转化制合成气新工艺，即 在换热式一段转化后二段炉添加富氧空气制合成氨，添加纯氧制合成甲醇的技术。此后，国内各科研院 所都对天然气转化制合成气技术进行了开发研究，如中国科学院成都有机化学研究所，大连化学物理研 究所，兰州物化所和石油大学等。其中，成都有机化学研究所从事的“天然气纯氧部分氧化与水蒸气转 化结合法制合成气新工艺”和大连化物所的“天然气空气催化氧化转化制含氮合成气工艺”已进行到扩 试阶段，各具特色。
图２ Ｕｈｄｅ组合式换热式转化炉
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工艺路线
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图３国外对几种不同甲醇合成路线的技术经济评估 ＾一合成气组成，Ｈ／ＣＯ．ｍＯｌ／ｍｏｌ：Ｂ一吨甲醇０：耗量，吨；
ｃ一顿甲醇能耗（ＧＪ】；Ｄ一投资费用（百万美元），按日产２０００吨甲醇生产装置计
综观国内外对天然气制合成气技术的研发过程，降低能耗和原料消耗来实现低成本合成气的制备时 国内外天然气转化发展的方向。
２天然气自热式催化转化制合成气的技术特点
“天然气自热式催化转化制合成气工艺”是将天然气与“少量”蒸汽与氧（可添加ｃ０。）在一个反 应器中进行反应，是生产“化学计量”甲醇等含氧化合物的原料合成气的转化技术。与传统一、二级水 蒸气转化制甲醇合成气相比，天然气自热转化法提高了反应温度和压力，反应自热进行，有可能做到等 压合成甲醇，合成气组成能满足合成多种含氧有机物的要求，特别适合制造富ｃ０合成气，有利于生产 高附加值的产品，并可减少设备投资和保护环境。