天然气化工工艺学 第03章 天然气转化..
天然气-水蒸气转化工艺流程说明
天然气-水蒸气转化工艺流程说明下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!天然气-水蒸气转化工艺流程。
天然气-水蒸气转化（NGSR）是一种将天然气转化为合成气的工艺，合成气可用于生产多种化学品和燃料。
天然气转化转化工艺与催化剂分析解析
天然气转化工艺与催化剂
催化剂的机械强度设计考虑因素
●运输中的振动、冲击、摩擦
●填装中的振动、冲击、摩擦
●运行中 △气流的冲击、摩擦
△自身负荷 △与器壁相对移动摩擦力 △压力降的附加负荷 △活化还原运行中相变应力 热应力 析碳破碎 事故应力
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
△观察对温度、压力、物料敏感性
△细心分析渐变成突变
●事故处理
西南化工研究设计院
四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
催 化 剂 失 活
●中毒
孔结构、孔径破坏
●烧结 ●结碳
活性组分与载体反应
●其他沉积物
西南化工研究设计院
四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
西南化工研究设计院
四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
天然气转化工艺与催化剂
西南化工研究设计院
四川天一科技股份有限公司
2002年6月讲课稿
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
转化工艺技术与催化剂——
历史回顾
新合成工艺技术要求新催化剂 新催化剂推动新技术发展 技术经济综合要求催化剂精细化
西南化工研究设计院
催化剂强度控制
σ=
1、配方（组成）
2、粉体粒度及分布景
σ—强度
d—粉末粒度直径
θ—空隙率
3、成型压力 4、粘结剂、成型添加剂性质 5、煅烧温度、时间 6、干燥活化过程影响 7、升降温速度 K—颗粒平均配位数（接触点） H—接触点结合力
8、析碳影响（抗碳性能）
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
(完整版)3[1].3天然气转化合成甲醇
![(完整版)3[1].3天然气转化合成甲醇](https://img.taocdn.com/s3/m/30e517c12b160b4e777fcf42.png)
3.3 天然气转化合成甲醇3.3.1 概述1. 性质：易挥发、易燃、有乙醇香味；与水、乙醚、苯、酮以及大多数有机溶剂可按各种比例混溶，但不与水形成共聚物；能溶解多种树脂，但不能溶解脂肪；有剧毒，空气中允许浓度为0.05mg/L,爆炸极限为6.036.5%。
碳一化学工业：分子中含有一个碳原子的化合物（如CO、CO2、CH4、CH2O、CH3OH、HCOOH、HCN及其衍生体系）为原料，以有机合成化学和催化化学为手段制造有机化工产品的化学工业的总称。
用途：化工原料、燃料、溶剂、防冻剂等。
（1）燃料①直接作燃料②甲醇－汽油混合燃料③合成MTBE，提高汽油辛烷值（2）甲醇蛋白经生化反应，生成单细胞蛋白（3）甲醇化学乙烯、碳酸二甲酯（DMC)、甲酸、甲酸甲酯3.甲醇的工业生产方法早期（1661年）用木材或木质素干馏法一氯甲烷水解法甲烷部分氧化法化学合成法1923年，BASF公司实现工业化生产，高压法（T>380℃，P=30MPa）1966年，ICI，低压法（5MPa）1972年，ICI，中压法（10MPa）总生产能力4000万吨1971年，Lurgi，低压法产量和消耗仅次于乙烯、丙烯、苯。
4.原料路线20世纪50年代前，以煤和焦炭采用固定床气化法生产的水煤气为原料；50年代以来~至今，以天然气蒸汽转化法生产的合成气为原料；60年代后，重油部分氧化法有很大发展；将来，煤的间接液化制甲醇技术将会占重要地位。
天然气、石脑油、重油、渣油、焦炭、煤、含氢气及CO的废气国外：天然气80％重油、渣油10％石脑油5％煤2％国内：以煤、重油为主这些副反应的产物还可以进一步发生脱水、缩水、酰化或酮化等反应，生成烯烃、酯类、酮类等副产物。
当催化剂中含有碱性化合物时，这些化合物生成更快。
副反应不仅消耗原料，而且影响粗甲醇的质量和催化剂的寿命。
特别是生成甲烷的反应，是一个强放热反应，不利于操作控制，而且生成的甲烷不能随产品冷凝，存在于循环系统中更不利于主反应的化学平衡和反应速率。
《天然气化工工艺学》复习资料
《天然气化工工艺学》复习资料《天然气化工工艺学》复习资料考试时间：11 月9 日，14：30～16：10 考试地点：明德楼B303、B307、A304、A312 考试题型：名词解释、填空、选择、问答说明：1.本资料根据上课PPT 及教材归纳整理，第一、二、三章由化工3 班蒋鹏同学完成，四、六、八章由化工3 班李超同学完成，五、六章由化工4 班张颖超同学完成，旨在方便复习，减轻为考研和找工作的同学负担；2.红色标注的是未找到或者归纳得不全面的内容，有待进一步整理及优化；3.本资料整理的时间比较仓促，统稿完成后迫不及待与大家分享，不可能完全保证答案的正确性，仅仅为复习提供一个参考。
Chapter 1 概述 1.天然气的定义? 答：广义上看：指在自然界中天然生成的气体化合物。
能源工业：专指岩石圈中生成并蕴藏的以气态烷烃混合物为主的可燃性气体。
2.干气、湿气、贫气、富气、凝析井气、伴生气、气井气的定义？答：干气与湿气：C5 界定法①干气(dry gas)：1Sm3 井口流出物中，C5 以上烃液含量＜13.5cm3 的天然气。
②湿气(wet gas)：1Sm3 井口流出物中，C5 以上烃液含量＞13.5cm3 的天然气。
（注：Sm3 指基本立方米，标准参比条件，压力101.325kPa、温度20℃（CHN）或15.6℃（GPA））贫气与富气：C3 界定法①贫气(lean gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＜94cm3 的天然气。
②富气(rich gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＞94cm3 的天然气。
凝析井气(condensate gas)：在井口减压后可分成气、液两相，液相主要为凝析油；除甲、乙烷外，还含一定量丙、丁烷及戊烷(C5+)以上烃类。
伴生气(associated gas) ：伴随原油共生并与原油同时被采出，亦称油田气(oil field gas) ，在地层中为油、气两相。
化工工艺教学课件-第3章-原料气制取(天然气制气)
计算基准：1molCH4，水碳比为1：m， 假设转化了的甲烷为x ，变换了的一氧化碳为y
则平衡时各组分的组成见下表
物质 CH4 H2O CO H2
t＝0 1
m
0
0
CO2 合计 0 1＋m
t＝？ 组成
1-x m-x-y x-y 3x＋y y 1+m＋2x
1 x mx y x y x y
y
1m2x 1m2x 1m2x 1m2x 1m2x
预计转化气组成
已知温度 求平衡常数 求平衡组成 选择工艺条件 判断工况
例题：
一段转化炉出口温度820℃、压力3.0MPa（表）， 求水碳比为3.5的甲烷转化气成分。 平衡温距15~25℃已知温度、压力、Fra bibliotek碳比 转化气组成
例题：
由转化气组成 确定温度、压力、水碳比参数
反
应
在催化剂的表面，甲烷转化的速度比甲烷分解
1 水蒸汽重整法 CH4+H2O(g) → CO+3H2 2 部分氧化法 CH4+0.5O2 → CO+2H2 3 二氧化碳重整法 CH4+ CO2 → CO+3H2 4 自热重整法 (水蒸汽重整+部分氧化 )
水蒸汽重整法（SRM）
CH4+H2O(g) → CO+3H2+205.7kJ/mol
强吸热反应
第三章 粗原料气制取
重点
掌握粗原料气制取的方法、原理、主要设备；工艺 特点、降耗措施、三废治理
了解
烃类蒸汽转化催化剂的组成， 各种制气反应机理、工艺条件的选择原则
合成气—CO和H2的混合物
用途—纯H2和纯CO的来源、衍生多种化工产品
产品
Chapter 2 天然气转化
3
硫化物对天然气化工的影响
天然气中可能含有H2S、RSH、CS2等硫化物，一类管输天然气 中H2S≤6mg/m3，二类管输天然气中H2S≤20mg/m3。 天然气中的硫化物对化工的影响：
硫化物是各种催化剂的毒物； 硫化物腐蚀设备和管道。 因此，天然气进入转化工序之前，必须进一步脱除硫化物，要
CO*＝CO＋*
2H* ＝H2 ＋ * 水分子和表面镍原子反应，生成氧原子和氢 而甲烷分子在催化剂的作用下离解，所形成的CH分子片与吸附 氧反应生成气态的CO和H2。
2011/12/24 School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU 19
3.1.3 水蒸气转化反应的动力学分析
C3 H 8 3 H 2O 3CO 7 H 2 498.2kJ .mol 1 C 2 H6 2 H 2O 2CO 5 H 2 347.5 kJ .mol 1
C 2 H 4 2 H 2O 2CO 4 H 2 226.5 kJ .mol 1
C 3 H 8 2 H 2 3CH 4 121.0 kJ .mol 1
School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU
3.1.2 水蒸汽转化反应的热力学分析
根据平衡组成有：
( x y )(3x y )3 p K p1 (1 x)( z x y ) 1 z 2 x y (3x y ) K p2 ( x y )( z x y )
综合考虑：甲烷蒸汽转化反应尽可能在高温、高水碳比以及低压下进行。
2011/12/24 School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU 18
天然气化工工艺学(全)
CH 3OH C6H6 C6H5CH 3 H2O
(9) 与光气反应
CH 3OH COCl 2 CH 3OCOCl HCl
CH 3OH CH 3OCOCl (CH 3O)2 CO HCl
(10) 甲醇与二硫化碳反应 ,再与硝酸反应
4CH 3OH CS2 2(CH 3)2S CO 2 2H2O 3(CH 3)2S 2HNO 2 3(CH 3 )2SO 2NO H2O
(3)和(4)为两个控制过程，其余为平衡过程
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
CO合成甲醇的可能的反应历程为：
(1)
H2 2* 2H*
(2)
CO H* HCO*
(3)
HCO * H* H2CO*
(4)
H2CO * 2H* CH 3OH* 2 *
(5)
概述
《天《然天气然化气化工工工工艺艺学学》第第43章章
合成气—CO和H2的混合物。
合成气用途—不仅是纯H2和纯CO的来源，也用以衍生 多种化工产品。
不同的合成气衍生化工产品需要不同的H2和CO摩尔比 (简写H2/CO比)的合成气。
常见合成气衍生化工产品对
H产2/品CO比H的2/C要O比求 产品
H2/CO比
(4.1.6)
① 甲醇与甲酸反应生成甲酸甲酯
CH 3OH HCOOH HCOOCH 3 H2O
(4.1.7)
② 甲醇与硫酸作用生成硫酸氢甲酯、硫酸二甲酯
CH 3OH H2SO4 CH 3HSO 4 H2O
(4.1.8)
2CH 3OH H2SO4 (CH 3 )2SO 4 2H2O
(4.1.9)
天然气转化合成甲醇的工艺
天然气转化合成甲醇的工艺综述专业：化工12-3班学号：**********学生姓名：**指导教师：**2015-6-24一．前言 (1)二．主体部分 (2)1. 天然气合成甲醇的原理 (2)2. 高压法合成甲醇的原理及工艺流程 (2)3. 低压法合成甲醇的原理及工艺流程 (3)4. 中压法合成甲醇的原理及流程 (4)5. 三者的比较 (4)6. 以天然气合成甲醇的优势和现状 (6)7. 其他原料合成甲醇与天然气合成甲醇的比较 (6)三．结论部分 (8)1. 对天然气合成甲醇的认识和了解 (8)2. 对天然气转化合成甲醇提出我的观点和见解 (8)四．参考文献 (8)天然气转化合成甲醇的工艺一．前言20世纪60年代，石油和天然气作为一次能源与煤炭一起成为主要能源。
与此同时，以石油和天然气为原料的化学工业也迅猛发展起来。
与石油不同的是，天然气的成分主要是低分子量的烷烃。
因此，天然气化工在发展中逐步成为一个体系。
天然气是储量十分丰富的资源和能源，同时也是主要的温室气体之一，合理地利用天然气不仅关系到未来的资源配置和能源利用，而且也是可持续发展的重要战略发展方向之一。
天然气可以合成多种化工原料产品，比如生产合成氨还有甲醇，其中甲醇是最重要的。
甲醇是一种重要的基础化工产品和化工原料，主要用于生产甲醛。
醋酸、甲苯胺、氯甲烷、乙二醇及各种酸的酯类和维尼纶等，并在很多工业部门中广泛用作溶剂。
甲醇在气田开发中用作防冻剂，添在汽油中可提高汽油的辛烷值，甲醇还可直接用作燃料用于发动机。
目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。
典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。
天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品（焦炭、焦炉煤气）、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。
天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行。
由天然气制合成气进而合成甲醇是制甲醇产品一条重要的工艺路线。
能源化工—天然气转化制合成气PPT课件
使 用 换 热 式 转 化 炉 生第产8（页/C共O32＋页H 2 ） 合 成 气 时 ， 二 段 自 热 转 化 则
变换
H2。 在合成氨及制氢装置中、均需将合成气中的CO转化为CO2，同时产生 CO变换系放热反应.低温有利于CO的转化。早期采用高温变换只能将
第15页/共32页
工艺
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16页/共32页
•
离子传输膜制合成气工艺
（1）以流化床代替固定床的气化工艺
（2）采用离子传输膜 （氧传输膜）以省去空分装置
天然气大宗化工利用的主要途径是经过合成气 生产合成氨、甲醇及合成油等。其中天然气转化制 合成气通常占总生产费用的60%。 • 什么是合成气？
指H2 和CO的混合气。
• 合成气的用途是什么？
是有机合成原料之一；是H2和CO的来源。 转化成液体和气体燃料，转化成高附加值的精细
化学品。
C1化学和C1化工
• 合成气的来源是什么？ 含碳资源，如煤、天然气、石油馏分（主要为石 脑油和渣油）、农林废料、城市垃圾等。
Coal
Petroleum
salt Natrural gas
第19页/共32页
第20页/共32页
一段转化
二段转化
图13-3 榆天化工艺图
第21页/共32页
图13-4 一段转换炉第22页/共32页 图13-5 二段转换炉
天然气蒸汽转化的工艺流程概述
天然气蒸汽转化的工艺流程概述天然气蒸汽转化是一种重要的工业生产过程。
The process of natural gas steam conversion is an important industrial production process.首先，天然气被输送至蒸汽转化装置。
First, natural gas is transported to the steam conversion unit.然后，天然气通过催化剂与水蒸气发生化学反应。
Then, natural gas undergoes a chemical reaction with water vapor through a catalyst.这个化学反应会产生一系列的化学产物，包括氢气和一氧化碳。
This chemical reaction produces a range of chemical products, including hydrogen and carbon monoxide.接着，这些化学产物被分离和提纯。
Then, these chemical products are separated and purified.最终，产生的氢气和一氧化碳可以用于合成其他化工产品，如甲醇和合成油。
Finally, the produced hydrogen and carbon monoxide can be used to synthesize other chemical products, such as methanol and synthetic oil.整个工艺需要严格的控制温度、压力和催化剂等参数。
The entire process requires strict control of temperature, pressure, and catalyst parameters.天然气蒸汽转化的工艺流程需要先进的设备和技术支持。
天然气化工工艺学 第03章 天然气转化
《天然气化工工艺学》第3章
3.1.1 甲烷水蒸汽转化反应的热力学分析
3.1.1.1 反应平衡常数
Kp1
3 pCO p H 2
pCH 4 p H 2 O
Kp2
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
pi分别为系统处于反应平衡 时i组分的分压,atm, (kPa?).
Kp1和Kp2与温度的关系：
《天然气化工工艺学》第3章
3.1.2 甲烷水蒸气转化反应的动力学分析
• 催化剂：Ni/MgAl2O4 （1） Ni活性组分； （2）镁铝尖晶石载体。 • 尖晶石结构：通式AB2O4型，是离子晶体中的一个大类(属 于等轴晶系)。典型尖晶石矿物： MgAl2O4和 FeAl2O4等。 • 结构特征： (1) A2+: Mg2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+，Zn2+等； (2) B3+: Al3+，Fe3+，Co3+，Cr3+，Ga3+等。 (3) 结构中O2-离子作立方紧密堆积，其中A2+填充在四面体 空隙中， B3+离子在八面体空隙中，即A2+离子为4配位，而 B3+为6配位。
作业：计算1100℃下CH4转化率、CO选择性、 H2/CO进及合成气的模数M
合成气的模数M(不考虑变换反应的影响)
CO +H2O(g) = CO2 +H2 n-x x x
M = [ n(H2)-n(CO2)]/n(CO)+n(CO2)]
甲烷转化率： CH4 + H2O(g)=CO+ 3H2 nm -x
r H o (298K ) 76.62kJ / mol
天然气转化转化工艺与催化剂
△H=-72.4KJ △H=82.4KJ
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
一段转化反应速率
●无催化剂时在1300℃以上才有足够的反应速率 ●有催化剂时在700-800℃已有令人满意的反应率
一段转化反应动力学方程
●r=KPCH4.KH2—0.5 ●实际CO、CO2也会影响转化反应速度
其他 SiO2、Fe2O3、K2O、Na2O等
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
微观结构设计
●孔径及分布
大孔、特大孔——提供通道孔（20000Ao） 小孔——活性表面 一般运转中500Ao-1000Ao(与反应温度、压力有关)
●孔径、孔率及孔分布除影响活性外还影响强度及传 热。一般孔率≤50%
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
化学组成设计
★活性组成 贵金属﹥Ni﹥Co﹥Fe ★助催化剂
目的：抑制熔结、Ni晶粒长大；抗碳等
CeO2﹥MdO2﹥CaO﹥MgO﹥Al2O3
★载体 MgAl2O4﹥ CaO- Al2O3﹥∝Al2O3﹥TiO2 ★杂质 毒物 S、P、Cl等
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
合成气、H2气的来源
●天然气资源在不断发现 重要的是海底甲烷水合物
●石油之后 石油化学转向合成气化学
●H2气的市场利用前景 ●H2能源 ●H2燃料电池
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
二段Cat未换、混合器调后变好例子 二段Cat未换、顶部空间加大变好例子
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化
天然气水蒸气重整(SMR法)技术支持•生产技术成熟，运行安全可靠。
•操作控制稳妥实用，自动化程度高。
•运行成本低廉，回收期短。
•PSA解析气回烧，既降低燃料消耗，又减少废气排放。
工艺流程简述天然气经加压脱硫后与水蒸汽混合进入特殊转化炉，在催化剂的作用下裂解重整，生成含有氢、二氧化碳、一氧化碳等组份的转化气，转化气回收热量后，经变换将一氧化碳转化为氢气，变换气再通过PSA提纯得到氢气，PSA尾气返回转化炉燃烧回收热量。
反应原理CH4+H2O→3H2+CO-QCO+H2O→H2+CO2+Q主要性能指标装置规模：根据用户需要一般为50~50000Nm3/h产品纯度：99%~99.999% (v/v)产品压力：1.3~3.0MPa（G）温度：常温流程示意图及其设备外观天然气自热重整制氢技术(ATR法)技术支持•工艺先进，节能降耗•自动化控制程度高，运行安全可靠•运行成本低廉，投资回收期短工艺流程简述天然气经预热脱硫后与水蒸气混合进入催化燃烧器继续预热，再进入绝热反应器中与氧气（或者空气）进行自热催化反应和重整反应产生转化气，然后经过换热、中温变换反应、提纯得到产品氢气。
反应原理CH4＋H2O→3H2＋CO-QCO＋H2O→H2＋CO2＋QCH4＋2O2→2H2O＋CO2＋Q主要性能指标装置规模：10～1000Nm3/h产品纯度：99%～99.9995%产品压力：～1.0Mpa（G）温度：常温流程示意图及其设备外观天然气转化co2重整目前利用二氧化碳和甲烷重整制备合成气的方法主要有三种：（1）利用催化剂催化重整制合成气；（2）利用等离子体技术重整CH4-CO2；（3）前两种方法的综合利用。
一、催化重整反应在催化剂的作用下，发生CH4与CO2重整的反应。
而其使用的催化剂则为重点研究对象。
活性组分第ⅤⅢ族过渡金属除Os 外均具有重整活性,其中贵金属催化剂具有较高的活性和抗积炭性能，但贵金属具有资源有限、价格昂贵和需要回收的缺点，因此国内研究的大多为非贵金属催化剂，特别是负载型Ni基催化剂和Co基催化剂，或是Ni-Co双金属催化剂，且研究结果表明：双金属催化剂的催化活性和抗积碳性能更优越于单金属催化剂。
天然气化工工艺学 第02章 天然气净化
NEAG–ⅡSelexol 装置工艺流程图
Pikes Peak Selexol 装置工艺流程图
《天然气化工工艺学》第2章
氧化类
将尾气中各种形态的 硫均还原为H2S，再将 此部分H2S再转化为单 质硫
将尾气中各种形态的 硫均氧化为SO2
《天然气化工工艺学》第2章
2.3 天然气脱水
吸收法-即采用一种亲水液体与天然气逆流接触，通过吸收
来脱除天然气中的水蒸气。
常用的脱水吸收剂的优缺点
吸附剂 优点
CaCl2水溶液
①投资与操作费用低，不燃 烧 ②在更换新鲜CaCl2 前可无人值守。
或筛板塔；
再生塔：填料塔或板式塔，顶部都安排有回流入塔； 再沸器：热虹吸式或釜式再沸器，热源以使用饱和蒸汽
为宜，小型装置也可用热载体或烟道气加热；
配套设备包括闪蒸罐 、 过滤器 、贫富液换热器 、 贫液冷却器。
《天然气化工工艺学》第2章
2.1.1.2 主要醇胺法和砜胺法的特点和应用范围
方法
醇胺浓度/% [H2S] /(mg/m3) [CO2] /% 酸性气体负/(mol/mol) 选择脱硫能力 能耗 腐蚀性 醇胺降解 脱有机硫能力 烃溶解
国内已用领域
MEA
≤15 <5 0.005 < 0.35 无 高 强 严重 差 少
天然气， 炼厂气
DEA
20~30 <5
0.005~0.02 0.3~0.8 几乎无 较高 强 有 差 少
炼厂气
砜胺Ⅱ
天然气化工工艺学问题答案
天然气化工工艺学第一章概述1.天然气定义：广义：指在自然界中天然生成的气体化合物。
能源工业：专指岩石圈中生成并蕴藏的以气态烷烃混合物为主的可燃性气体。
2.天然气怎样分类？3.按天然气烃类组成分类4.C5界定法①干气(dry gas)：1Sm3井口流出物中，C5以上烃液含量＜13.5cm3的天然气。
②湿气(wet gas)：1Sm3井口流出物中，C5以上烃液含量＞13.5cm3的天然气。
C3界定法①贫气(lean gas)：1Sm3井口流出物中，C3以上烃液含量＜94cm3的天然气。
②富气(rich gas)：1Sm3井口流出物中，C3以上烃液含量＞94cm3的天然气。
3.酸性天然气(sour gas)定义：含硫量高于20mg/Sm3的天然气，必须经过处理才能达到管输标准或商品气气质指标。
洁气：含微量硫化物或不含硫的天然气，不需处理就可外输和利用。
4.我国天然气的主要产地：四川，鄂尔多斯，塔里木，准格尔，柴达木，松辽，吐哈，渤海湾，东海，珠江口，莺一琼。
5.天然气的优越特性：1.天然气是高热值能源 2.天然气是清洁能源 3.利用效率高 4.天然气是资源丰富的能源6.我国的天然气管道：西气东输工程（最长），川气东送工程，涩宁兰管道，陕京线，陕京二线，忠武线7.天然气利用领域归纳为四大类：城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工。
天然气利用分类：优先类、允许类、限制类和禁止类。
8.天然气在化工利用方面：天然气化工在天然气总消费中占比例只有5%。
第2章天然气的转化1.合成气：CO和H2的混合物。
空速：单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料标准体积流量。
水碳比：进口气体中水蒸气与烃原料中所含碳的物质的量之比。
析碳：水碳比过低,使消碳反应的速度低于积碳反应的速度,导致有碳生成。
S容量：与炉渣的成分和温度有关,表征炉渣容纳或吸收硫的能力大小。
钝化：催化剂中活性组分的氧化过程。
2.天然气在转化前为什么要脱S化物?天然气中的硫化物对化工的影响： 1.硫化物是各种催化剂的毒物 2.硫化物腐蚀设备和管道要求：硫化物含量＜0.5×10-6，甚至0.1×10-6。
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。
天然气转化转化工艺与催化剂
因素 ●转化催化剂表面利用率很低（仅~1%）
（有效厚度仅0.04mm~1.0mm)
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
转化催化剂设计
▲化学组成 活性组分、助催化剂、载体、杂质 ▲微观结构 孔分布、孔结构、活性表面、孔率 ▲外形及尺寸 ▲机械强度 ▲针对不同工艺技术要求综合选择
SiO2迁移 CN20号
（1）、与气量 （2）、与形态的关系 （3）、与运转条件关系
高温下不收缩
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
富甲烷化催化剂 预转化催化剂
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
轻质油富甲烷气催化剂
◆ 制城市煤气 ◆ 予转化
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
催化剂的机械强度设计考虑因素
●运输中的振动、冲击、摩擦 ●填装中的振动、冲击、摩擦 ●运行中 △气流的冲击、摩擦
△自身负荷 △与器壁相对移动摩擦力 △压力降的附加负荷 △活化还原运行中相变应力
热应力 析碳破碎 事故应力
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂
混合器结构要求
1、可燃气与O2气的充分混合（混合越细越好） 2、可燃气与O2气混合后迅速离开混合初区 3、燃烧尽可能均匀 4、防止回火燃烧 （结构要求，操作控制） 5、阻力小些为好
西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化工艺与催化剂 西南化工研究设计院 四川天一科技股份有限公司
天然气转化成水煤气 )
(1)原料天然气组成H 2S 含量的变化范围为：9.2%~10.8%；CO 2含量的变化范围为：4%~6% (2)设计规模：15万吨/年； (3)原料气温度：20℃；(4)要求：H 2S<20mg/m 3 水蒸气法将天然气转换成水煤气:mol /kJ 37.2063224-+=+H CO O H CH mol /kJ 71.163422224-+=+H CO O H CH mol /kJ 39.24722224-+=+H CO CO CH mol /41.19kJ 222++=+H CO O H CO QkJ/mol -1)H (2n nC n H 222n 2n ++=++O H C 部分氧化mol /kJ 18.71422224++=+H CO O CH mol /kJ 46.80222224++=+O H CO O CH mol /kJ 99.48322222+=+O H O H由以上列的转化反应式可以看出,用天然气转化成水煤气,从理论上可以得到CO+32H ,一个体积的4CH 可以转化成4个体积的CO+2H ,实际上转化过程平衡条件决定于CO+2H O →CO 2+ 2H 最终的水蒸汽转化气组分为CO 、CO 2、2H 的混合物，组分中的CO 还可以进行合成氨最理想最经济的转化方式。
其中主要的反应式就是4CH 的反应生成的CO 、CO 2、2H 。
.根据查找数据根据经验值得到如下数据 在不同温度下反应生成的平衡组成温度/℃平衡常数 平衡组成/%2P K4CH 2H O 2H CO 2 CO 400 11.70 20.85 74.42 3.78 0.94 0.00 600 2.527 16.54 64.13 15.39 3.59 0.34 800 1.015 8.74 48.37 33.56 5.55 3.79 900 0.7329 4.55 41.38 41.84 5.14 7.09 1000 0.5612 1.69 37.09 47.00 4.36 9.85 11000.44970.4935.6148.853.7111.33根据我们需要选择 产生2H 最多的可以使我们的天然气的利用率最大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
H 2 S ZnO ZnS H 2O
COS ZnO ZnS CO2
CS2 2ZnO 2ZnS CO2
C2 H5SH ZnO ZnS C2 H4 H2O
• Kp1、 Kp2和T单位
ln Kp1
《天然气化工工艺学》第3章
23892 .4 3.3066 LnT 2.2103 10 3 T 1.2881 10 6 T 2 1.2099 10 10 T 3 3.2538 T 4865 .8 ln Kp2 1.1187 LnT 3.6574 10 3 T 1.2817 10 6 T 2 2.1845 10 10 T 3 0.5686 T
ln K p 2 4856 .8 1.1187 2 T T T
0
If T, then Kp1 . If T↓, then Kp2 .
0
《天然气化工工艺学》第3章
甲烷转化主反应
CH 4 H 2O(g) ＝CO 3H2 206.4kJ.mo l 1
CO H 2O( g ) ＝CO2 H 2 41.2kJ .mol1
(1) (2)
高级烃转化反应
C2 H6 H 2 2CH 4 65.3kJ .mol1
C3 H8 3 H2O 3CO 7 H2 498.2kJ .mol1 C2 H6 2 H2O 2CO 5 H2 347.5kJ .mol1
•天然气水蒸气重整： 成熟技术，炉温： 650-1000℃；压力： 1.6-4 MPa, H2O/CH4 =2-6。 •热源：燃气约占2/3 天然气，及过程热效 率？； •烟道气： CO2,CO,H2O(g)？
天然气水蒸汽转化流程示意图(第一段)
•思考：如何降低热损 耗？
Claus脱硫天然气的化学吸附脱硫(二次净化)
T： 热力学温度， K Kp1：[atm]2; 换成kPa时，经验式常数项将改变。 Kp2: [1], 但是经验式常数项数值与所用压力单位有关系。 • Kp1、 Kp2随T变化趋势和对T变化敏感性（系数和符号）
ln K p1 23829 .4 3.3066 2 T T T
《天然气化工工艺学》第3章
3.1.1 甲烷水蒸汽转化反应的热力学分析
3.1.1.1 反应平衡常数
Kp1
3 pCO p H 2
pCH 4 p H 2 O
Kp2
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
pi分别为系统处于反应平衡 时i组分的分压,atm, (kPa?).
Kp1和Kp2与温度的关系：
当温度>900K (6பைடு நூலகம்3oC)时，占优势的反应为： CH 4 H 2O( g ) ＝CO 3 H 2 206.4kJ .mol1 当温度<900K (623oC)时，占优势的反应为：
CO H 2O( g ) ＝CO2 H 2 41.2kJ .mol1
(1)
(2)
温度T对Kpi的影响（分析）
3 天然气转化(制合成气)
3.1 天然气水蒸气转化法
3.2 天然气CO2转化
3.3 天然气部分氧化法
3.4 联合转化制合成气
3.5 合成气的精制和分离
《天然气化工工艺学》第3章
概述
• 合成气—CO和H2的混合物。 合成气用途—不仅是纯H2和纯CO的来源，也用以衍生 多种化工产品。如 F-T合成制汽煤柴油、MTG、MTO/ MTP等过程。 • 不同的合成气衍生化工产品需要不同的H2和CO摩尔比 (简写H2/CO比)的合成气，通常H2/CO→ 2 （摩尔比）。
C2 H 4 2 H 2O 2CO 4 H 2 226.5kJ .mol1
C3 H8 2 H2 3CH 4 121 .0kJ .mol1
积炭副反应
CH 4＝2 H 2 C 74.9kJ .mol1 2CO CO2 C 172 .4 kJ .mol1 CO H 2＝H 2O C 131.36kJ .mol1
常见合成气衍生化工产品对H2/CO比的要求
产品 甲醇 醋酸 乙二醇 醋酐 乙醛
H2/CO比 2 1 1.5 1 1.5
产品 乙醇 醋酸乙酯 低碳烯 丁醇 FT合成油
H2/CO比 2 1.25 2 1.9 1.7-2.1
《天然气化工工艺学》第3章
3.1 天然气水蒸气转化法
先加入少量的氢气使有机硫转变成为H2S，然后进入ZnO 脱硫槽进行化学吸附脱硫，按水碳比2～6加入水蒸汽，混合 后进行重整反应，生成H2、CO、CO2等的混合物。
r H o (298K ) 76.62kJ / mol
r H o (298K ) 126.40kJ / mol
r H o (298K ) 283.95kJ / mol
r H o (298K ) 0.58kJ / mol
r H o (298K ) 137.83kJ / mol
C2 H5SH ZnO H2 ZnS C2 H6 H2O
• 经 Claus 工艺脱硫天然气含硫量很低 , 吸附热效应也很小 , 因此,预脱硫热效应可以忽略. •吸附温度350-400℃,有机硫含量稍高时，温度可降至 300℃.
《天然气化工工艺学》第3章
天然气水蒸气转化反应（理论部分）
ln Kp1
ln Kp2
23892 .4 3.3066 LnT 2.2103 10 3 T 1.2881 10 6 T 2 1.2099 10 10 T 3 3.2538 T
4865 .8 1.1187 LnT 3.6574 10 3 T 1.2817 10 6 T 2 2.1845 10 10 T 3 0.5686 T