天然气的转化.

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1、天然气的转化 合成气 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、污泥和生物质等转化而得。 生物物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量 的合成气，从形成的气体成分区分的，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 3267、CO 1057、CO2 228、CH4 0.114、N2 0.623 n天然气蒸汽转化 n轻质油蒸汽转化 n天然气部分氧化 n重油部分氧化 n新型煤化工 n气流床气化技术 1、天

2、然气添加 一段蒸汽化 n 蒸汽转化工艺（SMR）是天然气制合成器 的典型工艺，是在催化剂存在及高温条件下 ，使甲烷与水蒸气反应，生成H2、CO等混合 器，该反应是强吸收的，需要外界供热。但 以此法制得的合成气生产甲醇一个突出的弊 端是氢过量，可以用下列方程式来描述： 二氧化碳与甲烷反应可用来生成富含一氧化碳的合成器，即可解决常用 天然气蒸汽转化法制合成气在许多场合下的氢过剩问题，又可实现二氧化碳 的减排。该反应方程式如下： 按该反应式计算，H2：CO理论值为1:1,这是个热效应比蒸汽转化 反应更大的强吸热反应，从热力学可知，过高的的反应温度不仅 会造成高能耗，对反应器材质也提出了更高的要求。而

3、且CH4与 CO2的反应更容易在催化剂上结碳。降低反应温度、减少能耗的最 有效办法就是选择适宜的催化剂（采用镍催化剂）-优点经济 合理。 催化氧化工艺以CH4，O2的混合气为原料在10001500e 反应，伴有燃烧反应进行： 由于没有催化剂，需要很高反应温度，因此反应器材要求苛刻 ，需要很复杂的热回收装置来回收反应和除尘。 催化部分氧化工艺是在以活性组分Ni、Rh和Pt 等为主的负载型催化剂存在下，氧气和天然气进行 部分氧化生成CO和H2，该反应可在较低温度下达到 90以上的热力学平衡转化： 这一过程具有许多优点：1、放热反应、能耗低。 放热量小、反应温度低、易控制。 2、 反应生成n(H2)

4、/n(CO)=2的合成气，便于直接合成甲醇 3、 反应 速度快，反应器体积小。但若用传统的空气液化分离 法制取氧气，则能耗太高。 天然气蒸汽转化 n主要反应： CH 4 +H 2 O=CO+3H 2 CH 4 +2H 2 O=CO 2 +4H 2 CH 4 +CO 2 =2CO+2H 2 CH 4 +2CO 2 =3CO+H 2 +H 2 O CH 4 +3CO 2 =4CO+2H 2 O CO+H 2 O=CO 2 +H 2 n主要工艺参数是温度、压力和水蒸气 配比。由于此反应是较强的吸热反应 ，故提高温度可使平衡常数增大，反 应趋于完全。压力升高会降低平衡转 化率。但由于天然气本身带压，合

5、成 气在后处理及合成反应中也需要一定 压力，在转化以前将天然气加压又比 转化后加压经济上有利，因此普遍采 用加压操作，同时增加水蒸气用量以 提高甲烷转化率。高水蒸气用量也可 防止催化剂上积炭。除上述主要反应 外，还有下列反应发生： 副反应： 副反应既消耗了原料，并且析出炭黑沉积在 催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反 应的发生。 此两反应均为放热反应。 n在温度 800820、压力2.5 3.5MPa、H2O/C摩尔比3.5时， 转化气组成（体积%）为： CH410、CO10、CO210、H269 、N21。 连续 间歇 加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为二氧化碳和水： CH4(g)+2

6、O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-890.3kJ/mol 此反应为强放热反应。在高温及水蒸气存在下，二氧化碳及水蒸 气可与其他未燃烧甲烷发生吸热反应。所以主要产物为一氧化碳和 氢气，而燃烧最终产物二氧化碳不多。 反应过程中为防止炭析出，需补加一定量的水蒸气。 这样做同时也加强了水蒸气与甲烷的反应。 天然气部分氧化可以在催化剂的存在下进行，也可以不用催化剂。 非催化部分氧化 天然气、氧、水蒸气在3.0MPa或更高的 压下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行 部分燃烧,温度高达13001400，出炉气 体组成(体积%)约为:CO25、CO42、H252 、CH40.5。反应器用自热绝热式。 催化部分氧化 使用脱硫后的天然气与一定量的氧或富氧空气以及 水蒸气在镍催化剂下进行反应。床层温度约900 1000、操作压力3.0MPa时,出转化炉气体组成（体积 %）约为： CO27.5、CO25.5 、H267、CH40.5。反 应器也采用自热绝热式，热效率较高。反应温度较非催 化部分氧化法低。