天然气转化
天然气自热式转化制合成气的Aspen Plus模拟分析
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【期刊名称】《《煤化工》》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】6页(P8-12,22)【关键词】天然气; 费托尾气; 自热式转化炉; Aspen Plus; 模拟【作者】王玉龙; 周恩利; 武麦桂【作者单位】赛鼎工程有限公司山西太原030032【正文语种】中文【中图分类】TE665.3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。
项目以天然气和费托合成尾气为原料，通过粗脱硫、转化、脱碳、合成气压缩、费托合成、产品分离等工艺技术，生产10万t/a钴基费托合成蜡产品。
本文以富平燃气综合利用项目为例，利用Aspen Plus对以天然气和费托合成尾气为原料气的自热式转化制合成气工艺流程进行了模拟，获得了该流程的转化气组成、设备负荷等工艺参数及公用工程消耗数据，并对不同操作温度下的水碳比、氧碳比、CO2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建设性指导意见。
1 模拟背景1.1 转化装置概况富平燃气综合利用项目转化装置的设置是为了将原料天然气及费托合成尾气通过转化反应生产合成气，产品气 CO+H2总气量为 103 400 m3/h，n（H2）/n（CO）为2.10，转化气中CH4体积分数≤1.0%。
转化装置原料气为天然气和费托合成尾气。
天然气转化成柴油的原理
天然气转化成柴油的原理天然气转化为柴油是通过一系列化学反应实现的。
该过程一般可以分为三个步骤：天然气重整、合成气制备和合成柴油催化加氢。
天然气重整是将天然气中的甲烷（CH4）转化为合成气的过程。
这个过程中，甲烷首先与水蒸气发生水煤气反应，得到一氧化碳（CO）和氢气（H2）。
化学反应方程式为：CH4 + H2O →CO + 3H2。
然后，在催化剂的作用下，气相中的一氧化碳和氢气还原为二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）。
而这个反应的方程式是：CO + H2O →CO2 + H2。
在天然气重整的过程中，产生的合成气（氢气和一氧化碳的混合物）进一步用来制备合成气。
合成气制备是指通过一系列反应将合成气转化为可用于生产柴油的化合物。
该过程中，合成气通过催化剂，如氧化铬（CrO3）或氧化铜（CuO）等，进行气相氧化反应，生成一系列有机氧化物，如甲醇（CH3OH）、甲醛（CH2O）和醋酸（CH3COOH）。
这些有机氧化物是进一步制备柴油的重要中间体。
最后一个步骤是合成柴油催化加氢，将有机氧化物转化为柴油。
此步骤中，催化剂通常采用脱水铝酸（Al2O3）、镍（Ni）或钼（Mo）等金属催化剂。
通过加氢反应，有机氧化物发生去氧、去水的反应，生成一系列烃类化合物，如烷烃、烯烃和芳香烃。
这些产物就是合成柴油的组成部分。
总的来说，天然气转化为柴油的原理是通过一系列反应将甲烷转化为合成气，然后将合成气制备为有机氧化物。
最后，通过催化加氢反应，将有机氧化物转化为柴油。
这个过程中的化学反应涉及到催化剂、高温和高压等条件的控制，以及反应物和产物的多相状态转换。
天然气转化为柴油的工艺在能源利用和环境保护方面具有一定的优势，但也需要注意对催化剂的选择、反应条件的控制等技术问题。
天然气燃烧的能量转化过程
天然气燃烧的能量转化过程天然气是一种常见的燃料，广泛应用于家庭、工业和交通等诸多领域。
而天然气的能量转化过程主要包括燃烧过程和能量释放。
在燃烧过程中，天然气中的能量被释放出来，然后被转化为热能或机械能。
下面将具体介绍天然气燃烧的能量转化过程。
首先，天然气进入燃烧装置后，通过点火点燃。
点火后，天然气分子首先发生裂解反应，即分子内键断裂，产生自由基。
这些自由基会迅速与氧气分子结合，形成氧化反应。
燃烧过程可以分为初始燃烧和稳态燃烧两个阶段。
初始燃烧阶段是指点火瞬间到形成燃烧边界之间的过程。
在这个阶段，燃气和空气混合后可形成燃气云，从点火源向周围蔓延。
随着燃气云的向外扩散，燃气与空气的混合程度逐渐增加，然后发生传火和燃烧现象。
稳态燃烧阶段是指燃气与空气的混合比例达到一定范围后，形成稳定的燃烧现象。
在这个阶段，天然气分子的能量被释放，转化为热能。
天然气中的主要成分是甲烷(CH4)，甲烷在氧气(O2)的存在下发生燃烧反应，产生水(H2O)和二氧化碳(CO2)。
在燃烧过程中，能量转化主要通过内能转化、催化作用和燃烧产物的排放实现。
首先是内能转化，指的是燃气分子内部的能量转化。
在燃烧过程中，甲烷的碳氢键被破坏，使氢和碳与氧结合，产生能量，从而释放热能。
其次是催化作用，指的是在燃烧过程中存在催化剂，可以加速燃烧反应，降低燃烧点和提高燃烧效率。
催化燃烧使得能量转化更加高效，减少燃料浪费。
最后是产物排放，燃烧过程中产生的水和二氧化碳等燃烧产物被释放到大气中。
这些产物具有较高的温度，燃烧完成后将继续释放热能，使周围环境产生热效应。
总而言之，天然气燃烧的能量转化过程主要包括燃烧过程和能量释放。
在燃烧过程中，天然气中的能量被释放出来，然后通过内能转化、催化作用和燃烧产物的排放等方式转化为热能或机械能。
这种能量转化使得天然气成为一种广泛应用的燃料，为社会的发展和生活提供了便利与效益。
lng 工艺流程
lng 工艺流程LNG（液化天然气）工艺流程是将天然气转化为液态状态的过程。
液化天然气作为一种清洁、高效的能源，已广泛应用于工业、航运和能源供应等领域。
下面将详细介绍LNG的工艺流程。
LNG的工艺流程通常包括天然气处理、液化、储存和运输等环节。
首先，天然气处理是指将原始天然气中的杂质和杂质物质去除，并使之适合液化的过程。
这一环节对天然气进行除水、除硫、除酸等处理，以获得高纯度的天然气。
一般来说，除硫处理是天然气处理的关键步骤之一，其中最常见的方法是采用酸性氨法。
此外，还需要将天然气中的水分去除，以免在后续液化过程中引起腐蚀和结冰等问题。
在天然气处理完成后，液化过程开始。
液化天然气的核心原理是通过降低天然气的温度将其转化为液态。
常见的液化方法有自然液化法和制冷循环液化法。
自然液化法是通过降低天然气的温度使其达到饱和汽化压力，进而从气态转变为液态。
而制冷循环液化法则是通过制冷剂来降低天然气的温度，使其液化。
制冷剂通常采用液氮或制冷机组来实现。
液化过程完成后，液化天然气被储存起来。
LNG的储存通常使用特殊的储罐，这些储罐由保温层和内胆组成，以保持液化天然气的低温状态。
储罐的设计主要考虑到LNG的膨胀系数和膨胀速度，以及安全性和可持续性等因素。
最后，液化天然气被运输到目的地。
LNG的运输主要有两种方式：海上运输和陆上运输。
在海上运输中，LNG被装载到LNG船上，通过管道或船舶进行运输。
在陆上运输中，LNG通常被装载到特殊的储罐车或储罐，通过公路或铁路进行运输。
总之，LNG的工艺流程包括天然气处理、液化、储存和运输等环节。
通过这一系列的工艺过程，天然气能够转化为液态状态，提供清洁高效的能源供应。
随着LNG的应用越来越广泛，相信其工艺流程也将不断优化和创新。
蒸汽与天然气转换公式
蒸汽与天然气转换公式（原创实用版）目录1.蒸汽与天然气转换的背景和意义2.蒸汽与天然气转换的公式和原理3.蒸汽与天然气转换的实际应用和案例4.蒸汽与天然气转换的未来发展趋势和展望正文一、蒸汽与天然气转换的背景和意义在当今社会，能源的转换和使用越来越受到人们的关注。
其中，蒸汽与天然气的转换一直是能源领域的热门话题。
蒸汽和天然气都是常见的能源形式，它们之间的转换不仅可以提高能源的利用率，还可以为工业生产提供更为灵活和可靠的能源供应。
因此，研究蒸汽与天然气的转换公式和原理具有重要的理论和实践意义。
二、蒸汽与天然气转换的公式和原理蒸汽与天然气的转换是通过热能的传递和转化来实现的。
具体的转换公式为：天然气热值×天然气体积 = 蒸汽热值×蒸汽体积。
其中，天然气热值通常以 36000 KJ/Nm3 为单位，蒸汽热值则以 J/g 为单位。
三、蒸汽与天然气转换的实际应用和案例蒸汽与天然气的转换在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在工业生产中，蒸汽常常被用作动力源和加热源，而天然气则可以作为蒸汽的替代能源。
此外，在能源供应领域，蒸汽与天然气的转换也可以提高能源的利用率和可靠性。
四、蒸汽与天然气转换的未来发展趋势和展望随着科技的不断发展和进步，蒸汽与天然气的转换在未来将会取得更大的突破和发展。
例如，新型的热能转换技术的研发和应用，将会进一步提高蒸汽与天然气转换的效率和可靠性。
此外，随着可再生能源的推广和普及，蒸汽与天然气的转换也将会更加环保和可持续。
综上所述，蒸汽与天然气的转换是一项重要的能源转换技术，它不仅可以提高能源的利用率，还可以为工业生产提供更为灵活和可靠的能源供应。
天然气蒸汽转化的基本原理
一、天然气蒸汽转化的基本原理1.蒸汽转化反应的基本原理天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。
甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。
主反应：CH4+H2O===CO+3H2CH4+2H2O===CO2+4H2CH4+CO2===2CO+2H2CH4+2CO2===3CO+H2+H2OCH4+3CO2===4CO+2H2OCO+H2O===CO2+H2副反应：CH4===C+2H22CO===C+CO2CO+H2===C+H2O副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。
转化反应的特点如下：1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，称为逆反应。
因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。
2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。
3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。
4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与的条件下，反应的速度缓慢。
只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。
2.化学平衡及影响因素3.反应速率及影响速率在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。
当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。
4.影响析炭反应的因素副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的活性，增加床层阻力，影响生产力。
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。
天然气制氢反应
天然气制氢反应
天然气制氢（Natural Gas Reforming）是一种常见的制氢方法，主要通过对天然气进行催化转化反应，生成氢气和二氧化碳。
天然气主要由甲烷（CH4）组成，而甲烷与水蒸汽（H2O）在
高温和催化剂的存在下进行反应，产生氢气和二氧化碳。
其化学方程式如下：
CH4 + H2O -> CO + 3H2
这是一种典型的蒸汽重整反应（Steam Methane Reforming，SMR）。
该反应在高温（约700-1100摄氏度）和高压（通常
在3-25兆帕）条件下进行，并需要一定的催化剂，如镍或铂。
SMR是目前工业上最常用的制氢方法之一，主要由于天然气
的广泛存在和成本较低。
然而，该过程产生的二氧化碳排放相对较高，因此在环境保护的考虑下，对氢气的生产进行清洁化是非常重要的。
天然气化学转化新途径
天然气化学转化新途径
李文钊
【期刊名称】《化学进展》
【年(卷),期】1995(7)3
【摘要】２１世纪初将迎来天然气能源时代，作为石油的替代资源，由天然气间
接转化（经由合成气）和直接转化为液体燃料或重要化工品原料已成为人们关注的热点。
本文简要介绍了８０年代以来世界各国和我国有关天然气转化的各种新过程。
【总页数】1页(P201)
【作者】李文钊
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TE646
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1.对二氧化碳排放我们能做些什么?(上)——各国科学家探索将温室气体转化为化
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2.对二氧化碳排放我们能做些什么?(下)——各国科学家探索将温室气体转化为化
学品和燃料的新途径 [J], 高彤
3.天然气转化的新途径 [J], 陈来元; 徐竹生
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5.新城镇化推进下成人转化学习的新功能与新途径 [J], 董心愉;曾青云
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天然气换成煤气的方法
天然气换成煤气的方法
将天然气转化为煤气的方法主要有两种：煤气化和水蒸气重整。
1. 煤气化：煤气化是将固体煤通过高温和压力作用下转化为气体燃料的过程。
煤气化通常分为两种类型：煤焦气和合成气。
- 煤焦气：将煤块通过高温热解反应生成含有一定氢气、一氧化碳和甲烷的煤焦气。
这种煤焦气可以替代天然气作为燃料使用。
- 合成气：将煤通过气化反应生成含有一氧化碳和氢气的混合气体。
合成气可经过进一步处理，生成煤制品，如甲醇、合成天然气等。
2. 水蒸气重整：水蒸气重整是利用水蒸气和天然气反应生成氧化碳和氢气的过程。
此方法主要用于生产合成气，其中含有一氧化碳和氢气的比例可根据需要调整。
需要注意的是，天然气和煤气在成分和燃烧特性上有所不同，因此在使用煤气替代天然气时，需要对燃烧设备进行相应的调整和适应。
天然气制氢原理
天然气制氢原理
天然气是一种重要的能源资源，而氢气作为清洁能源备受关注。
天然气制氢技术是一种将天然气中的甲烷转化为氢气的重要方法。
本文将介绍天然气制氢的原理及其相关技术。
首先，天然气制氢的原理是利用甲烷重整反应或部分氧化反应将天然气中的甲烷转化为氢气。
在甲烷重整反应中，甲烷与水蒸气在催化剂的作用下发生反应，生成一氧化碳和氢气。
而在部分氧化反应中，甲烷与氧气在催化剂的作用下部分氧化生成一氧化碳和氢气。
这两种反应都是在高温高压条件下进行的。
其次，天然气制氢的技术包括重整技术、部分氧化技术和燃料电池技术。
重整技术是将天然气中的甲烷与水蒸气在催化剂的作用下发生反应，生成一氧化碳和氢气。
部分氧化技术则是将天然气中的甲烷与氧气在催化剂的作用下部分氧化生成一氧化碳和氢气。
而燃料电池技术则是利用氢气与氧气在催化剂的作用下发生电化学反应，产生电能和水。
此外，天然气制氢技术的发展还面临一些挑战，如高温高压条件下的反应条件控制、催化剂的稳定性和寿命等问题。
因此，未来的研究重点将集中在提高反应效率、降低能耗和减少环境污染等方面。
综上所述，天然气制氢技术是一种重要的清洁能源生产技术，其原理是利用甲烷重整或部分氧化反应将天然气中的甲烷转化为氢气。
随着清洁能源的需求不断增加，天然气制氢技术将会得到更广泛的应用和发展。
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。
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
天然气蒸汽转化制氢装置水碳比控制及联锁设计优化分析
天然气蒸汽转化制氢装置水碳比控制及联锁设计优化分析摘要：天然气蒸汽转化制氢是制氢工艺中最为常见的一种方式，在我国的应用范围比较广泛。
本文对天然气蒸汽转化制氢装置水碳比控制及联锁设计优化进行了分析，争取以更小的能耗来获得更高的生产效率，进而节省现有天然气能源，实效降耗增效的目标，为企业提供更大的发展空间，同时创造更大的经济效益。
关键词：天然气蒸汽转化；制氢装置；水碳比控制；联锁设计前言：我国的天然气转化制氢工艺较国外的制氢工艺相比在现阶段还有一定的差距，随着制氢工艺逐渐发展成熟，相关工作人员争取在更少的能耗范围内，提升生产效率。
在天然气制氢过程中最为显著的影响因素为水碳比，提高水碳比的同时能够促进烃类转化效率，以保证蒸汽系统维持平衡，降低天然气实际消耗量。
1天然气蒸汽转化制氢工艺概述氢气是一种常见的石油化工原料，在不同行业中应用范围十分广泛，在当前节能减排政策的推动下，在制氢过程中要以降耗增效为目标，不断优化设计方案，进而促进经济效益的稳定增长。
天然气蒸汽转化制氢装置包含两个主要部分，其一是天然气蒸汽转化造气部分，其二是变压吸附氢气提纯单元。
在使用该装置的过程中首先要投入低压原料天然气，通过气压机对其进行压缩，提高装置余热温度进行脱硫，再进行蒸汽转化、从而对氢气进行提纯。
使用天然气蒸汽转化制氢装置能够有效提高氢气生产效率，降低企业实际消耗成本，相对于传统的煤气化制氢还带来了一定的环保效应，降低了制氢过程中的污染范围，同时节省了能源。
2天然气蒸汽转化制氢装置节能降耗技术优化和改造2.1冷凝液循环利用优化改造天然气蒸汽转化制氢装置正常运行的过程中会使用到冷凝液，冷凝液中含有一定的铁离子和C02、CO等杂质，为了发挥冷凝液的作用，在操作时要对其进行汽提处理，将冷凝液的pH值控制在7.0-7.5之间。
冷凝液通过科学的处理后可以循环使用，操作人员需要利用除氧水泵加压、加药，再对其进行过滤，才能将冷凝液添加到除氧器中。
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。
天然气为原料合成氨气的流程
天然气为原料合成氨气的流程一、原料准备。
1. 天然气预处理。
- 首先呢，天然气从气田开采出来后，里面可能会有一些杂质，像硫化物啊，水啊这些东西。
硫化物要是不除掉，会对后面的反应设备有损害，就像小虫子慢慢腐蚀大树一样。
所以要先把天然气通过脱硫装置，把硫化物去除掉。
一般常用的脱硫方法有湿法脱硫和干法脱硫。
- 湿法脱硫呢，就是让天然气和一种能和硫化物反应的液体接触，就像把脏衣服放到有洗衣液的水里洗一样，把硫化物洗出来。
干法脱硫就是让天然气通过一种能吸附硫化物的固体材料，像活性炭吸附异味那样把硫化物吸附掉。
- 除了硫化物，天然气里的水也得除掉。
这就用到脱水装置啦，可以用吸附法，让天然气通过有吸水能力的材料，比如分子筛，分子筛就像一个个小海绵，把水都吸走了。
2. 天然气转化剂准备。
- 为了让天然气能更好地进行后面的反应，我们还需要准备转化剂。
对于以天然气为原料合成氨气，常用的转化剂是镍催化剂。
这个镍催化剂要提前进行活化处理，就像给运动员做热身运动一样，让它在反应的时候能更好地发挥作用。
活化的过程一般是在一定的温度和气体氛围下处理镍催化剂，使它的活性位点暴露出来。
二、天然气的转化反应。
1. 一段转化。
- 经过预处理的天然气就进入到转化炉进行一段转化啦。
在转化炉里，天然气和水蒸气按照一定的比例混合，这个比例很重要哦，一般是1:3到1:4左右。
就像做饭的时候各种调料要按比例放一样。
- 然后在镍催化剂的作用下发生反应，主要反应是甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，化学方程式是CH_4 + H_2O→ CO+3H_2。
这个反应需要在高温下进行，温度大概在700 - 800℃左右。
转化炉里要不断地提供热量，就像小火炉一直烧着，保证反应持续进行。
2. 二段转化。
- 一段转化后的气体还不能直接用于合成氨气，还需要进一步转化。
一段转化气进入二段转化炉。
- 在二段转化炉里，会通入空气。
这里通入空气是有讲究的，要控制好空气的量。
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（一)天然气转化学院：化学与化工学院班级：化工1202班姓名：xxx学号：12150102xx一．天然气简介天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)。
而人们长期以来通用的"天然气"的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。
在石油地质学中，通常指油田气和气田气。
其组成以烃类为主，并含有非烃气体。
天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，也有少量出于煤层。
它是优质燃料和化工原料。
天然气主要用途是作燃料，可制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。
天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。
天然气组成以气态低分子烃为主（主要成分是甲烷, 同时也含有非烃气体），相对密度0.65，比空气轻，具有无色、无味（天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂, 例如四氢噻吩）、无毒、可燃的特性。
天然气燃烧后生成二氧化碳和水，产生的温室气体是煤炭燃烧的50%，石油的66% 。
由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，是未来世界普遍采用的清洁能源。
世界能源结构逐步发生变化，各国政府也通过立法程序来传达这种趋势，发展天然气工业已经成为世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。
二．天然气利用现状天然气组成以气态低分子烃为主（主要成分是甲烷, 同时也含有非烃气体），相对密度0.65，比空气轻，具有无色、无味（天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂, 例如四氢噻吩）、无毒、可燃的特性。
天然气的爆炸极限为5%～15%。
天然气燃烧后生成二氧化碳和水，产生的温室气体是煤炭燃烧的50%，石油的66% 。
由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，是未来世界普遍采用的清洁能源。
世界能源结构逐步发生变化，各国政府也通过立法程序来传达这种趋势，发展天然气工业已经成为世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。
不同国家对于天然气的利用方向不同，总体上可以归纳为三种利用模式：结构均衡型、以发电为主型以及以城市燃气为主型。
结构均衡型就是在天然气利用结构中城市燃气、工业燃料（国际上通常将化工类利用列入工业燃料中）和发电的比例相对比较平均，基本上是“三分天下”，国际上属于此种模式的国家以美国最为典型；以发电为主型是在天然气利用结构中天然气发电所占比例大，基本上是“一电独大”，国际上属于此种模式的国家包括日本、韩国、俄罗斯等；以城市燃气为主型即在天然气利用结构中城市燃气所占比例较大，国际上属于此种模式的国家包括荷兰、英国等。
在我国，天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料，已被广泛地应用于我国国民经济生产和生活中的各个领域，主要用于城市燃气、工业燃料、化工和发电这四大行业。
1996年，我国天然气的消费结构为城市燃气占14%、工业燃料占37%、发电占4%、化工占45%。
2000-2010年，城市燃气占比由18%增至24%，工业燃料用气由41%降至36%，化工用气由37%降至20%，发电用气由4%增至20%。
2000年以来，城市燃气作为主要利用方向，所占比例增长了6个百分点；工业燃料用气比例有所下降，主要原因是其用量由最初的油气田周边自用向城市燃气转移；发电占比增长较大，主要原因是长三角和东南沿海地区近年来新上燃气发电项目较多；化工用气占比大幅度下降，主要原因是受到天然气利用政策的引导和价格的抑制。
三．天然气制氢随着日益严重的环境污染，全世界的气候变暖,氢能以其清洁和可再生的优势而作为质子交换膜燃料电池电动车的首选燃料。
在众多的新能源中，氢能将成为21世纪最理想的能源。
目前，约96%的氢是通过石油、天然气、煤等化石资源制取的，其中以天然气制氢最为经济和合理。
现有的天然气制氢技术主要包括天然气的水蒸气重整、自热重整、部分氧化重整、离子重整、催化裂解等。
3.1天然气水蒸气重整（SMR）蒸汽重整是目前使用最广泛的制氢方式,目前全世界一半以上的氢气是由蒸汽重整而制得的。
采用这种方法，将燃料与水蒸汽混合后进入重整器，在高温和催化剂的作用下发生重整反应产生氢气。
天然气蒸汽重整的基本反应方程式为：CH 4 + H 2O = CO + 3H 2 （1）CH 4 + 2H 2O = CO 2 + 4H 2 （2）CO + H 2O = CO 2 + H 2 （3）前两个反应为强吸热反应，随着反应的进行，摩尔流速显著增加 在高温低压下，甲烷的转化率很高，几乎能达到平衡转化率。
与前两个反应不同的是，变换反应（3）为放热反应，反应前后的物质的量不变，随着温度的降低转化率提高，且反应转化率与压力无关。
为了维持以上的两个吸热反应（1）和（2），通常将氧气或空气引入反应器进行氧化反应：CH 4 + 21O 2 = CO + 2H 20 （4）此外，由于天然气里还含有少量重质烃，因此重烃重整和重烃氢化裂解的反应也将伴随发生：C n H m + nH 2O = H 2+ nCOC k H 2k+2 + (k-1)H 2 = kCH 4天然气蒸汽重整制氢的工艺流程由原料气处理、蒸汽转化、变换和氢气提纯四大单元组成:3.1.1原料气处理单元主要是天然气的脱硫，采用MnO 和ZnO 脱硫剂脱去H2S 和SO2。
原料气的处理量较大，因此在压缩原料气时，选择较大的离心式压缩2m n 原料气处理 蒸气转化 CO 变化 氢气提纯机。
3.1.2蒸汽转化单元水蒸气为氧化剂，在镍催化剂的作用下将烃类物质转化，得到制取氢气的转化气转化炉的型式结构各有特点，上下集气管的结构和热补偿方式以及转化管的固定方式也不同虽然对流段换热器设置不同，在蒸汽转化单元都采用了高温转化和相对较低水碳比的工艺操作参数设置有利于转化深度的提高，从而节约原料消耗。
3.1.3 CO变换单元转化炉送来的原料气，含一定量的CO，变换的作用是使CO在催化剂存在的条件下，与水蒸汽反应而生成CO2和H2。
按照变换温度分，变换工艺可分为高温变换(350~400℃)和中温变换(低300~350℃)。
近年来，由于注重对资源的节约，在变换单元的工艺设置上，开始采用CO高温变换加低温变换的两段变换工艺设置，以近一步降低原料的消耗。
3.1.4 氢气提纯单元各制氢公司在工艺中已采用能耗较低的变压吸附(PSA) 净化分离系统代替了能耗高的脱碳净化系统和甲烷化工序，实现节能和简化流程的目标，在装置出口处可获得纯度高达99.9%的氢气。
尽管在工业上有着重要的地位，SMR反应也有着很多显著的缺陷[7](1) 制氢过程成本高，燃料成本占生产成本52%~68%；(2) 烟道气出口温度仍然很高，浪费了大量热能；(3) 反应温度高，需要昂贵的耐高温反应器，同时也要用大量燃料气；(4) 会排放大量的CO2不仅造成能源浪费，也造成CO2对全球气候的负面影响。
3.2天然气自热重整（ATR）甲烷自热转化(ATR)是结合SRM和POM的一种方法。
自热反应的气体有氧气、水蒸气和甲烷。
自热转化工艺的化学反应比较复杂,主要有甲烷部分氧化反应,蒸气转化反应以及变换反应:2CH4 + 3O2 = 2CO + 4H20 + QCH4 + H2O = CO + 3H2 - QCO + H2O = CO2 + H2 + QTopsoe公司开发的由两部份组成的ATRM反应器将蒸气转化和部分氧化结合在同一个反应器中进行。
反应器的上部是燃烧室,用于甲烷的部分氧化燃烧,而甲烷和水蒸气重整在反应器的下部进行。
该工艺利用上部的不完全燃烧放出的热量提供给下部的吸热反应,这样在限制了反应器内的最高温度的同时降低了能耗。
SRM是吸热反应,POM 是放热反应,两者结合后存在一个新的热力学平衡。
该热力学平衡是由原料气中O2/CH4和H2O/CH4的比例决定的,所以ATRM反应的关键是最佳的O2/CH4和H2O/CH4的比例,这样可以得到最多的H2、最少的CO 和积碳量。
研究表明,O2/CH4的增加会降低氢气的产率,而H2O/CH4的增加能提高生成氢气的量。
自热转化工艺一般采用富氧空气或氧气,因此需氧气分离装置,增加了投资,这是制约该工艺发展和应用的主要障碍。
目前制氧技术正在迅速发展,其中透氧膜的研究开发具有重要意义,如开发成功势必大幅度降低制氧成本,将有利地推动ATR工艺的发展。
3.3 天然气与二氧化碳重整（1）脱氢裂解后重整CH4与CO2的重整可以看成甲烷分子先逐步脱去氢原子而与催化剂活性中心联合形成新的活性基因并同时释放出H2，新的活性基因再去夺取CO2中的氧原子形成2个CO分子。
（2）CO2吸氢水蒸气重整CH4与CO2的重整实验往往也伴随着H2O的出现，其机理主要是指CO2先夺取CH4中的氢原子形成H2O或者羟基，在进行水蒸气重整的过程，所以水的存在和作用影响着整个重整过程。
实验发现保证一定的CO2流速下，催化剂表面没有吸附H2O，证明中间产物H2O和羟基是非常关键的活性基因，对后部的重整起着决定性的影响。
实验发现保证一定的CO2流速下，催化剂表面没有吸附H2O，证明中间产物H2O存在时间相当短，这与CH4水蒸气重整的本质区别在于反应物没有通入水，此机理合理的解释了二氧化碳的参与过程，也是天然气-二氧化碳重整机理的早期解释。
（3）CO2析氢活化重整1993年，Rostrap-Nielsen在甲烷二氧化碳重整反应的催化剂研究过程中发现了吸附态氧，他们提出了重整反应过程中二氧化碳解离成一氧化碳气体和吸附态氧，甲烷逐步活化解离，继续与前面的吸附态氧发生反应生成一氧化碳。
此种机理导致了许多科学家研究目光聚焦在吸附态氧上，经实验发现以镍为主的大多数过渡金属对二氧化碳有较强的吸附作用，在高温高压条件下，二氧化碳也会活化。
王金刚等通过固定催化剂，载体，助剂和控制甲烷的通入流速的前提下，改变气体二氧化碳通入的流速，发现产物一氧化碳气体的产率会出现正比例效应，再次肯定了吸附态氧的作用。
（4）CHxO活化重整1998年，Bradford等通过实验证实吸附的氢原子可以和二氧化碳反应生成一氧化碳和羟基，而CHxO和羟基活化基可以在载体界面处生成CHxO集团。
CHxO是非常不稳定的，容易裂解为氢气和一氧化碳。
表面氧原子，氢原子和催化剂表面活性中心三者之间存在着互相合成，分解和统一的循环过程，其各个是具体的影响作用尚未得到明确的探究证实。
然而，CHxO基团经实验检测是确切存在的，这是重整机理的有利补充，也是目前研究的重点。
4.总结化石资源制氢以天然气制氢最为经济与合理，世界约一半的氢是通过天然气蒸汽重整工艺生产的，该过程生产技术较为成熟，但能耗高生产成本高，设备投资大，因此研究开发廉价的天然气制氢新工艺和新技术具有重大意义。