天然气开采与综合利用技术培训课件.pptx

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天然气化工利用-----前言
目前，以天然气为原料生产的产品已超过1.6亿t，在化学工业中占 有重要地位。一次产品有氨、甲醇、合成油、氢气、乙炔、氯甲烷、 二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、炭黑、氢氰酸、二硫化碳、硝基甲 烷及单细胞蛋白等十几种；由氨、甲醇、乙炔和其他一次产品又可衍 生出大量二次及三次产品。
其中，以合成氨及甲醇最为重要，全世界84％的氨和90％的甲醇 都是以天然气为原料生产的。生产化肥消耗的天然气约占天然气化工 利用的94％。
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第一节、天然气制合成氨及尿素
天然气产业链下游：分配应用
天然气的应用有两种方向：属于能源种类的气体燃料和作为化工 基本原料。
天然气的化工利用：
天然气制合成氨及尿素 天然气制甲醇及下游产品 天然气制乙炔及下游产品 富乙烷、丙烷天然气用于裂解制乙烯 天然气制合成油 天然气合成低碳烯烃
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（1）、甲烷蒸汽转化的反应热力学 天然气转化制合成气是整个合成氨装置的关键工序，
烃类的蒸汽转化是一复合吸热的可逆反应，故甲烷的转化 率受热力学平衡的限制。
合成氨生产一般要求转化产物中残余的甲烷体积分数不 超过0.5%。
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2.1、合成氨生产工艺
天然气开采与综合利用
Natural Gas Exploitation and Utilization Technologies
李亚军 31955956 , 13570408408 liyajun@scut.edu.cn
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第六章、天然气的化工利用
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一、合成氨及尿素的发展特点
1、新建装置多建于盛产天然气的地区 从70年代起，我国相继从美国、日本、法国、丹麦、德国等国家
引进了大型合成氨装置17套（Kellogg公司8套）；“九五”期间又有 海南等地的天然气大化肥投产，大都在天然气、油田气丰富的地方。 2、不同原料的合成氨装置投资及能耗比不同，与其他原料（如煤、 重油等）相比，以天然气作合成氨原料装置投资最省，能耗最低。当 建于气价比较便宜的地区时，产品成本低廉而具有很大的经济优势。
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二、天然气制合成氨
2.1、合成氨生产工艺
2.1.1、工艺原理 以天然气为原料合成氨需经若干步工序，其中所涉及
的主要化学反应有：经过脱硫的天然气转化制合成气、合 成气中CO的变换、CO2的脱除、微量碳氧化物的除去以 及核心反应氨的合成。
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2.1、合成氨生产工艺
2.1.1.1、甲烷蒸汽转化制合成气
在一定条件下，甲烷蒸汽转化制合成气过程还伴有生 成炭黑的副反应发生。
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2.1、合成氨生产工艺
a、甲烷转化本征动力学 b、烃类转化宏观动力学（表观动力学）
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一、合成氨及尿素的发展特点
3、天然气制合成氨既是一个十分成熟的技术又是一个不断发展的技 术，为达到提高效益的目的，装置规模向大型化、单系列，致力于回 收利用不同能级能量，以降低能耗的方向发展。
合成氨生产是高耗能过程，故其技术进步系以降低装置 的能耗为中心。20世纪80年代以来进步显著，吨氨的综合 能耗已从传统的37.7~41.8GJ降至28.4~29.3GJ。目前，大型 合成氨厂能耗（设计值）：天然气28 GJ/t 氨；重油（渣油 ）38 GJ/t 氨；煤48 GJ/t 氨
前言
天然气化工利用的地位及结构： 1872年天然气制炭黑工业化，可认为是天然气化工利
用的开端；20世纪20年代，合成氨的工业化为天然气化工 利用开辟了广阔前景。
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天然气化工利用----前言
天然气主要用在燃料利用，因属于碳一原料，一次 加工范围较窄，化工利用率较低。就世界范围而言，化 工利用的比例约10％～12％；但其绝对量相当可观，以 7%计，则每年化工利用的天然气量即超过1400亿m3。
影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素(37)：
水碳比：是指天然气蒸汽转化制合成气原料气中水蒸气与含烃原料中 碳分子总数之比。水碳比大小表示天然气蒸汽转化工艺中所用的工艺 蒸汽量的多少。在一定条件下，水碳比越高，甲烷平衡含量愈低，即 转化率越高。
温度：烃类蒸汽转化是吸热的可逆反应，温度增加，甲烷平衡含量下 降。（反应炉管不能承受太高温度时，解决办法；提高水碳比）
天然气化工利用－合成氨及尿素
热电联产和联合循环发电系统原理和意义
“总能系统”：为了节约能源，合理安排工厂能量的利用，提 高天然气等能源的利用率，依据工程热力学理论，借助系统 工程的方法，综合研究整个工厂中能量传递、转化和利用的 全过程，按能量的品位高低，安排用于发电(或做动力)和供 热，不同温度的热能按应用要求进行合理分配，做到热电结 合，实现不同品位的能量梯级利用，达到最大限度地提高能 源利用率。
压力：烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反应，增加压力，甲烷平衡含 量也随之增大。
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2.1、合成氨生产工艺
（2）甲烷蒸汽转化的反应动力学 从热力学方面衡量，甲烷蒸汽转化反应尽可能在高
温、高水碳比及低压的条件下进行。但是，在相当高的 温度下反应的速度仍然很慢，需要催化剂来加快反应。