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1、化工工艺学化工工艺学Chemical engineering technics化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件 第第6章章 天然气化工天然气化工Chemical engineering of natural gas l6.1 天然气的组成与加工利用天然气的组成与加工利用l6.2 天然气的分离与净化天然气的分离与净化l6.3 天然气提氦天然气提氦l6.4 天然气制炭黑天然气制炭黑l6.5 天然气转化合成甲醇天然气转化合成甲醇l6.6 天然气氧化加工天然气氧化加工 l6.7 天然气的氯化加工天然气的氯化加工l6.8 天然气的其它直接化学加工天然气的其它直
2、接化学加工化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.1 天然气的组成与加工利用天然气的组成与加工利用The components of natural gas and its applicationThe components of natural gas and its applicationl6.1.1 天然气的组成与分类天然气的组成与分类l l6.1.1.1. 6.1.1.1. 组成组成组成组成l l主要成份：烷烃主要成份：烷烃主要成份：烷烃主要成份：烷烃 CH CH4 4, C, C2 2HH6 6l l次要成份：非烃气体次要成份：非烃气体次要成份：非烃气体次要成份：非烃气体COCO
3、2 2，HH2 2S S，HH2 2，HeHel l微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃l l有害成份：硫化氢等。有害成份：硫化氢等。有害成份：硫化氢等。有害成份：硫化氢等。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l6.1.1.2. 分类分类l原油伴生气原油伴生气 根据矿藏特点，是否含根据矿藏特点，是否含l非伴生气非伴生气 原油伴气来划分。原油伴气来划分。l干气干气 按含按含C5以上重烃液体多少来以上重烃液体多少来l湿气湿气 划分划分l贫气贫气 按含按含C3以上烃类液体多
4、少来以上烃类液体多少来l富气富气 划分划分l酸性气酸性气 按是否显著含有按是否显著含有H2S, CO2l洁气洁气 等酸性气体来划分等酸性气体来划分按按组组成成分分类类化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l6.1.2 天然气的物理化学性质天然气的物理化学性质l略讲。略讲。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l略讲。略讲。l突出天然突出天然气作为化气作为化工原料比工原料比直接作为直接作为燃料的经燃料的经济价值高济价值高得多。得多。l插入天然插入天然气加工利气加工利用图用图6.1.6.1.3 天然气的加工利用途径天然气的加工利用途径化工工艺学薛荣书谭世
5、语主编天然气化工课件图图图图 6.1 6.1 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.2 天然气的分离与净化天然气的分离与净化Separation and purification of natural gasSeparation and purification of natural gasl6.2.1 采出气的分离采出气的分离l分离目的：分离采出气中的液体、固体杂质。分离目的：分离采出气中的液体、固体杂质。l 重力分离法重力分离法l分离方法：分离方法： 旋风分离法旋风分离法l 其它分离法其它分离法l6.2.1.1. 重力分离重力分离l重力分离器工作重力分离器工作3个主要步骤：个主要步骤
6、：l沿切线进入分离器时有部分液、沿切线进入分离器时有部分液、l固体由于离心力作用可进行初步离心分离。固体由于离心力作用可进行初步离心分离。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l由于重力作用进行沉降分离由于重力作用进行沉降分离(主要分离阶段主要分离阶段)。l除雾除雾(上部设除雾器除去雾滴上部设除雾器除去雾滴)。l除雾器主要形式：折流式和网状式除雾器主要形式：折流式和网状式l折流式除雾器工作原理折流式除雾器工作原理l改变流体流动方向，由于惯性作用使液滴被折改变流体流动方向，由于惯性作用使液滴被折流板吸附，再沿板面流入搜集器中。流板吸附，再沿板面流入搜集器中。l网状式除雾器工作原理网状式除雾器工
7、作原理l主要使液滴在流动中与网碰撞接触后凝结。主要使液滴在流动中与网碰撞接触后凝结。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件重力分离器的工艺计算重力分离器的工艺计算l(1) 重力沉降速度重力沉降速度l化工原理课程已得出重力沉降速度公式：化工原理课程已得出重力沉降速度公式：l (6.2.1)l注意：使用时需注意单位。注意：使用时需注意单位。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l l滞流区：滞流区：滞流区：滞流区：l l过渡区：过渡区：过渡区：过渡区：l l湍流区：湍流区：湍流区：湍流区：l l(2) (2) 允许气速允许气速允许气速允许气速l l允许气速由实验得出的经验关系计算允许气速由实验
8、得出的经验关系计算允许气速由实验得出的经验关系计算允许气速由实验得出的经验关系计算：l l u u=(0.7=(0.7 0.8)0.8)u ut t化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l l(3)(3)重力分离器的直径重力分离器的直径重力分离器的直径重力分离器的直径l l由流量关系加经验系数得出由流量关系加经验系数得出由流量关系加经验系数得出由流量关系加经验系数得出l l立式：立式：立式：立式：l l注意：经验公式的物理量的单位！注意：经验公式的物理量的单位！注意：经验公式的物理量的单位！注意：经验公式的物理量的单位！l l卧式：卧式：卧式：卧式：l l式中的式中的式中的式中的Q Q1 1
9、与前式中的与前式中的与前式中的与前式中的Q Q不同！这里是工作条件下不同！这里是工作条件下不同！这里是工作条件下不同！这里是工作条件下的气体流量，前式是标准体积流量。的气体流量，前式是标准体积流量。的气体流量，前式是标准体积流量。的气体流量，前式是标准体积流量。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(4) 顶部丝网除雾器顶部丝网除雾器l l水平丝网的最大允许气速水平丝网的最大允许气速水平丝网的最大允许气速水平丝网的最大允许气速l l注意：注意：注意：注意： u u表示气速。表示气速。表示气速。表示气速。l l实际气速约为最大气速的实际气速约为最大气速的实际气速约为最大气速的实际气速约为最大气
10、速的3/4.3/4.l l u u=0.75=0.75u u l l丝网横截面直径可由气速求丝网横截面直径可由气速求丝网横截面直径可由气速求丝网横截面直径可由气速求化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(5)分离器的高度和长度分离器的高度和长度l高度：高度： H= (4 6)Dl长度：长度： L= (4 6)Dl(6) 进出口管径进出口管径l常用重力分离器的结构：常用重力分离器的结构：插入插入l立式和卧式重力分离器立式和卧式重力分离器.图图图图 6.6 6.6 图图图图 6.5 6.5 图图图图 6.5 6.5 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.2.1.2. 旋风分离旋风分离l l
11、离心分离原理和旋风分离器的操作在化工原理都离心分离原理和旋风分离器的操作在化工原理都离心分离原理和旋风分离器的操作在化工原理都离心分离原理和旋风分离器的操作在化工原理都讲过。简要复习。讲过。简要复习。讲过。简要复习。讲过。简要复习。l l旋风分离器直径可由流量及阻力损失计算。旋风分离器直径可由流量及阻力损失计算。旋风分离器直径可由流量及阻力损失计算。旋风分离器直径可由流量及阻力损失计算。l l ( (标准旋风分离器标准旋风分离器标准旋风分离器标准旋风分离器 =8.0) =8.0)l l注意式中系数是按公式中所用单位换算来的。注意式中系数是按公式中所用单位换算来的。注意式中系数是按公式中所用单位
12、换算来的。注意式中系数是按公式中所用单位换算来的。l l实际计算过程：由实际计算过程：由实际计算过程：由实际计算过程：由D D及经验值分别计算最小流速、及经验值分别计算最小流速、及经验值分别计算最小流速、及经验值分别计算最小流速、最小流量、压力损失及最大流速、最大流量、压最小流量、压力损失及最大流速、最大流量、压最小流量、压力损失及最大流速、最大流量、压最小流量、压力损失及最大流速、最大流量、压力损失力损失力损失力损失(max)(max)，再比较范围。，再比较范围。，再比较范围。，再比较范围。 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件设设设设 P P/ / g g=70m(55-180m)=7
13、0m(55-180m)，计算出直径，计算出直径，计算出直径，计算出直径D D。计算气速计算气速计算气速计算气速 u u=4=4Q Q1 1/( /( D D2 2) )计算压力降计算压力降计算压力降计算压力降计算旋风分离器的工作范围计算旋风分离器的工作范围计算旋风分离器的工作范围计算旋风分离器的工作范围根据根据根据根据D D再取再取再取再取 P P/ / g g=55m=55m，计算最小流速，计算最小流速，计算最小流速，计算最小流速u uminmin, , Q Qminmin, , P Pminmin; ; 取压降大值计算取压降大值计算取压降大值计算取压降大值计算u umaxmax, , Q
14、Qmaxmax, , P Pmaxmax . .计算进出气管径计算进出气管径计算进出气管径计算进出气管径 正常范围：进口流速正常范围：进口流速正常范围：进口流速正常范围：进口流速 15-25 m/s 15-25 m/s 出口流速出口流速出口流速出口流速 5-15 m/s 5-15 m/s 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件3. 其它类型的分离其它类型的分离l扩散式分离器、螺道式分离器、扩散式分离器、螺道式分离器、串级离心式分离器。（略）串级离心式分离器。（略） 4. 井场分离工艺流程井场分离工艺流程 原则：一般多用常温分离。原则：一般多用常温分离。 当含凝析油多时，采用当含凝析油多时，采
15、用低温分离流程。低温分离流程。 单井集气常温分离流程如图。单井集气常温分离流程如图。图图图图 6.8 6.8 图图图图 6.9 6.9 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.2.2 天然气的脱水天然气的脱水l由汽液平衡原理知，开采出的天然气经分离后仍由汽液平衡原理知，开采出的天然气经分离后仍然含有水分然含有水分(操作温度下的饱和蒸汽压决定操作温度下的饱和蒸汽压决定)。当。当后续操作降温时，水汽就可凝结产生不利影响。后续操作降温时，水汽就可凝结产生不利影响。所以，要进行脱水操作。所以，要进行脱水操作。l天然气含水量的表示天然气含水量的表示l 绝对含水量：单位体积气中所含水分质量。绝对含水量
16、：单位体积气中所含水分质量。l 露点温度：压力一定时，天然气中水蒸气开露点温度：压力一定时，天然气中水蒸气开始凝结的温度。始凝结的温度。(间接表示间接表示)l天然气脱水主要方法：天然气脱水主要方法：l 溶剂吸收法、固体吸附法溶剂吸收法、固体吸附法化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.2.2.1. 溶剂吸收法溶剂吸收法l该法使用较普遍，关键是选择脱水剂。该法使用较普遍，关键是选择脱水剂。l天然气脱水深度天然气脱水深度(程度程度)一般用一般用露点降露点降表示。露点表示。露点降即脱水装置操作温度与脱水后干气露点温度之降即脱水装置操作温度与脱水后干气露点温度之差。一般用它来评价脱水剂的脱水效率。
17、差。一般用它来评价脱水剂的脱水效率。l常用的溶剂有：甘醇溶液和金属氯化物溶液。常用的溶剂有：甘醇溶液和金属氯化物溶液。l不同脱水剂的效果和适用性不同，具体情况见表不同脱水剂的效果和适用性不同，具体情况见表6.5.Tx化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件表表表表 6.5 6.5 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(1) 甘醇脱水工艺流程甘醇脱水工艺流程l三甘醇溶液使用更广泛，其露点降较大，但粘度三甘醇溶液使用更广泛，其露点降较大，但粘度大，吸收塔的操作温度不宜低于大，吸收塔的操作温度不宜低于10 C.l流程由吸收和再生两部分构成。流程由吸收和再生两部分构成。l再生方法主要有蒸馏和汽提。
18、汽提原理在前面化再生方法主要有蒸馏和汽提。汽提原理在前面化学肥料一章中已讲。学肥料一章中已讲。(化学平衡移动原理化学平衡移动原理)l插入图插入图6.10，说明工艺过程及关键。说明工艺过程及关键。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.10 6.10 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(2) 吸收塔工艺计算吸收塔工艺计算 进塔贫液甘醇浓度的确定进塔贫液甘醇浓度的确定l压力影响一般可忽略。压力影响一般可忽略。l由于气体流量远大于甘醇流量，所以取气相操作由于气体流量远大于甘醇流量，所以取气相操作温度为有效吸收温度。温度为有效吸收温度。l同时由于出塔气体不可能达到平衡，所以根据经同
19、时由于出塔气体不可能达到平衡，所以根据经验选取它与平衡温度的差值为验选取它与平衡温度的差值为8 11 C,由此算出由此算出平衡温度，再查图平衡温度，再查图6.11得出所需甘醇溶液的浓度。得出所需甘醇溶液的浓度。l te = t- tl 平衡温度平衡温度 气体真实温度气体真实温度 平衡温距平衡温距l插入图插入图6.11.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.11 6.11 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件理论塔板数和贫液循环量的确定理论塔板数和贫液循环量的确定l增加塔板数和加大循环量都有利于吸收，使吸收增加塔板数和加大循环量都有利于吸收，使吸收过程露点降增大。过程露点降增
20、大。l理论塔板数的计算方法在化工原理中已讲。对三理论塔板数的计算方法在化工原理中已讲。对三甘醇溶液吸收天然气中的水可用甘醇溶液吸收天然气中的水可用Kremser-Brown公式求：公式求：l式中下标式中下标0,1分别表示进、出塔天然气物料；分别表示进、出塔天然气物料；ye表示与出表示与出塔天然气与进塔贫液呈平衡的气相水浓度。塔天然气与进塔贫液呈平衡的气相水浓度。l吸收因子吸收因子 A=L/(KV)l 溶液循环量溶液循环量 进塔天然气流量进塔天然气流量 mol/s化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l吸收因子吸收因子A可以查图可以查图6.12,也可以按下法估算。也可以按下法估算。l 插入图插
21、入图6.12.说明平衡关系。说明平衡关系。l在通常操作条件下，液气比为常数。且一般在通常操作条件下，液气比为常数。且一般可用下式估算汽液平衡常数可用下式估算汽液平衡常数K。l K= y* l活度系数可查图活度系数可查图6.13.插入图插入图6.13.l得出得出K后便可计算吸收因子后便可计算吸收因子A =L/KVl在工程实际中用水的质量浓度表示较方便，在工程实际中用水的质量浓度表示较方便，计算时可用下式换算为摩尔浓度。计算时可用下式换算为摩尔浓度。l W=803000yl水汽质量含量，水汽质量含量，mg/Nm3.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.12 6.12 化工工艺学薛荣
22、书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.13 6.13 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件吸收塔选型和塔径计算吸收塔选型和塔径计算l大流量多选板式塔。且多采用泡罩塔和浮阀塔来大流量多选板式塔。且多采用泡罩塔和浮阀塔来提高传质系数。塔板数一般提高传质系数。塔板数一般4 10块，板效率范围块，板效率范围约为约为0.25 0.40.l先计算最大空塔质量流速先计算最大空塔质量流速l lGa:最大空塔质量流速，最大空塔质量流速，kg/(h.m2)l再由它计算塔径再由它计算塔径化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件再生系统工艺条件再生系统工艺条件l方式：方式：一般再沸器再生或汽提再生。一般再沸器再
23、生或汽提再生。l 再沸器操作温度通常为再沸器操作温度通常为191 193 C, 最高不最高不超过超过204 C，因为三甘醇热分解温度为，因为三甘醇热分解温度为206 C 。 l 汽提再生时，温度也应低于汽提再生时，温度也应低于204 C 。要求。要求汽提汽不溶于水，常用干天然气或三甘醇富液的汽提汽不溶于水，常用干天然气或三甘醇富液的蒸汽作汽提剂。蒸汽作汽提剂。l共沸蒸馏再生：共沸蒸馏再生：适用于温度低，要求甘醇浓度很适用于温度低，要求甘醇浓度很高时。共沸剂常有异辛烷、苯、甲苯、二甲苯、高时。共沸剂常有异辛烷、苯、甲苯、二甲苯、丁酸乙酯等。丁酸乙酯等。l共沸剂与水一同蒸出后再冷凝分离循环。共沸剂
24、与水一同蒸出后再冷凝分离循环。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l再沸器加热方式可直接或间接加热，因天然气为再沸器加热方式可直接或间接加热，因天然气为燃料，通常用天然气燃烧直接加热。燃料，通常用天然气燃烧直接加热。l再沸器流出的甘醇溶液温度很高，必须通过换热再沸器流出的甘醇溶液温度很高，必须通过换热冷却后才能进入吸收塔吸收。冷却后才能进入吸收塔吸收。l在吸收塔内烃类物质也可被甘醇吸收，但压力降在吸收塔内烃类物质也可被甘醇吸收，但压力降低后它们就会逃逸出来腐蚀管道。所以富液进入低后它们就会逃逸出来腐蚀管道。所以富液进入再生塔前设一闪蒸器，先将烃类气体释放出来，再生塔前设一闪蒸器，先将烃类气
25、体释放出来，防止腐蚀。防止腐蚀。l酸性天然气脱水工艺中，在富液进入再生塔前加酸性天然气脱水工艺中，在富液进入再生塔前加一个酸气汽提塔，以除去其中的一个酸气汽提塔，以除去其中的H2S。l插入图插入图6.14.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.14 6.14 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件氯化钙溶液脱水工艺氯化钙溶液脱水工艺l l氯化钙溶液脱水工艺十分氯化钙溶液脱水工艺十分氯化钙溶液脱水工艺十分氯化钙溶液脱水工艺十分简单，只用一个塔就行。简单，只用一个塔就行。简单，只用一个塔就行。简单，只用一个塔就行。塔上部为氯化钙床层，中塔上部为氯化钙床层，中塔上部为氯化钙床层，中
26、塔上部为氯化钙床层，中部为氯化钙溶液，下部为部为氯化钙溶液，下部为部为氯化钙溶液，下部为部为氯化钙溶液，下部为空塔。空塔。空塔。空塔。l l天然气先经空塔分离水滴，天然气先经空塔分离水滴，天然气先经空塔分离水滴，天然气先经空塔分离水滴，再到中部与氯化钙溶液接再到中部与氯化钙溶液接再到中部与氯化钙溶液接再到中部与氯化钙溶液接触脱去部分水，然后到上触脱去部分水，然后到上触脱去部分水，然后到上触脱去部分水，然后到上部经氯化钙床层时脱除剩部经氯化钙床层时脱除剩部经氯化钙床层时脱除剩部经氯化钙床层时脱除剩余水分。水溶解氯化钙后余水分。水溶解氯化钙后余水分。水溶解氯化钙后余水分。水溶解氯化钙后作为补充溶液
27、下降。所以作为补充溶液下降。所以作为补充溶液下降。所以作为补充溶液下降。所以操作中要不断补充氯化钙操作中要不断补充氯化钙操作中要不断补充氯化钙操作中要不断补充氯化钙固体。固体。固体。固体。图6.15图图图图 6.15 6.15 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.15 6.15 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 固体吸附法固体吸附法l(1)吸附过程和常用吸附剂吸附过程和常用吸附剂l吸附基本过程：多用固定床吸附塔。塔内一般为吸附基本过程：多用固定床吸附塔。塔内一般为三段，上段为饱和吸附层，气体从塔顶进入后在三段，上段为饱和吸附层，气体从塔顶进入后在此被大量吸附；中段
28、为吸附传质层，未吸附的水此被大量吸附；中段为吸附传质层，未吸附的水分在此进一步被吸附；下段吸附量微小分在此进一步被吸附；下段吸附量微小,称未吸称未吸附段，用以保证出塔气体达到规定的脱水要求。附段，用以保证出塔气体达到规定的脱水要求。l操作中饱和吸附段和传质吸附段的下边界会逐步操作中饱和吸附段和传质吸附段的下边界会逐步下移。当吸附传质段下边界移至床层下端时，未下移。当吸附传质段下边界移至床层下端时，未吸附段消失。出口气中水分将迅速增加，此时刻吸附段消失。出口气中水分将迅速增加，此时刻被称为吸附过程的转效点。通常此时就需对吸附被称为吸附过程的转效点。通常此时就需对吸附床进行再生。当饱和吸附段移至床
29、层下端时，称床进行再生。当饱和吸附段移至床层下端时，称床层吸附达到饱和点。床层吸附达到饱和点。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l常用吸附剂：活性铝土矿、硅胶、活性氧化铝、分子筛常用吸附剂：活性铝土矿、硅胶、活性氧化铝、分子筛等。特性见表等。特性见表6.6。要求吸附剂表面积大、选择性好、传。要求吸附剂表面积大、选择性好、传质速率高、寿命长能再生、孔隙率大等。质速率高、寿命长能再生、孔隙率大等。图图图图 6.16 6.16 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(2)吸附脱水工艺流程吸附脱水工艺流程l吸附脱水流程有二塔、多塔流程。二塔流程时，吸附脱水流程有二塔、多塔流程。二塔流程时，一塔
30、脱水，一塔再生。三塔流程时，一塔脱水，一塔脱水，一塔再生。三塔流程时，一塔脱水，一塔再生，另一塔冷却。一塔再生，另一塔冷却。l一典型双塔流程如图一典型双塔流程如图6.17. 图图图图 6.17 6.17 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.17 6.17 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l操作条件：操作条件：l 温度温度 38 50 Cl 压力压力 输气管线压力，注意稳定。输气管线压力，注意稳定。l 寿命寿命 1 3年年l 操作周期操作周期 8、16、24小时小时l 加热方式加热方式 加热湿天然气再生加热湿天然气再生l 再生温度再生温度 175 260 C，因吸附剂而
31、异。，因吸附剂而异。l 再生气流量再生气流量 5 15l 再生时间再生时间 65 75用以加热，用以加热，l 25 35冷却。冷却。l冷却器：流量与再生气流量同，冷却后温度为冷却器：流量与再生气流量同，冷却后温度为l40 55 C。吸吸附附再再生生化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(3)工艺计算工艺计算l吸附剂的湿容量吸附剂的湿容量式中式中 x吸附剂有效湿容量吸附剂有效湿容量,kgH2O/100kg吸附剂；吸附剂；l xs 吸附剂的动态平衡饱和湿容量吸附剂的动态平衡饱和湿容量, l kgH2O/100kg 吸附剂；吸附剂； l hT 饱和段与传质段床层高度饱和段与传质段床层高度,m；l
32、hZ 传质段床层高度传质段床层高度,m.l其中传质段床层高度用下式计算其中传质段床层高度用下式计算化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l式中式中 q吸附剂床层的水负荷吸附剂床层的水负荷, kg/(m2.h);l ug空塔线速，空塔线速，m/min;l 进口气相对湿度，；进口气相对湿度，；l A吸附剂常数；吸附剂常数；l P、T、Z分别表示压力、温度和压缩系数，分别表示压力、温度和压缩系数，l 下标下标f 表示操作条件下的值，表示操作条件下的值，P的单位为的单位为MPa；l Q湿原料气标准体积流量，湿原料气标准体积流量，m3/h;l W湿原料气含水量，湿原料气含水量，kg/m3;l D吸附床
33、直径，吸附床直径，m。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l计算出有效湿容量后应与相对湿度达计算出有效湿容量后应与相对湿度达100时该时该吸附剂的设计湿容量比较。吸附剂的设计湿容量比较。l一些吸附剂设计湿容量：一些吸附剂设计湿容量：l 硅胶硅胶7 9kgH2O/100kg;l 活性氧化铝活性氧化铝 4 7kgH2O/100kg;l A型分子筛型分子筛9 12kgH2O/100kg。l吸附剂的再生吸附剂的再生一般用高温气体反吹进行。再生气一般用高温气体反吹进行。再生气反吹温度通常反吹温度通常175 260 C,用分子筛深度脱水时，用分子筛深度脱水时，反吹温度可高些反吹温度可高些260 371
34、 C。吸附剂再生一般为。吸附剂再生一般为常压操作。常压操作。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件吸附塔的计算吸附塔的计算l吸附剂装填体积吸附剂装填体积l l 吸附剂操作周期，吸附剂操作周期，hl 堆密度，堆密度，kg/m3l空塔线速度空塔线速度l式中式中 S以空气比重为以空气比重为1的气体相对比重；的气体相对比重；l C常数，常用值常数，常用值0.25 0.32;l dP平均粒径，平均粒径，m;l ug的单位为的单位为m/min.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l塔径的计算塔径的计算l l上述各式中压缩因子可查图上述各式中压缩因子可查图6.18得出。得出。图图图图 6.18 6.1
35、8图图图图 6.18 6.18化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(4)其它吸附净化过程其它吸附净化过程l可以采用抗酸分子筛同时脱除可以采用抗酸分子筛同时脱除H2S，CO2等。其等。其典型流程如图典型流程如图6.19EFCO流程。流程。l吸附时重烃类容易与水一起被吸附，再生气经冷吸附时重烃类容易与水一起被吸附，再生气经冷凝将其中重烃和水冷凝后再分离。这种流程需要凝将其中重烃和水冷凝后再分离。这种流程需要较长的再生冷却时间，通常三塔操作。较长的再生冷却时间，通常三塔操作。l插入插入EFCO流程图。流程图。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.19 6.19 化工工艺学薛荣书谭
36、世语主编天然气化工课件6.2.3 天然气脱硫与硫磺回收天然气脱硫与硫磺回收l天然气的脱硫方法在合成氨一章中已讲述。请同天然气的脱硫方法在合成氨一章中已讲述。请同学们自己复习。本节主要讨论硫磺回收。学们自己复习。本节主要讨论硫磺回收。l6.2.3.1 硫磺的回收硫磺的回收l脱硫后的含硫气体通常用克劳斯脱硫后的含硫气体通常用克劳斯(Claus)法即催法即催化氧化法回收硫磺。化氧化法回收硫磺。l(1)Claus法原理法原理l含硫气体在燃烧炉中发生如下反应含硫气体在燃烧炉中发生如下反应l H2S+1.5O2 H2O+SO2 l H=-519.16kJ/mol化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l
37、2H2S +SO2 2H2O+(3/x)Sx (转化转化)l x=2 H=51.71kJ/moll x=6 H=-84.99kJ/moll x=8 H=-100.65kJ/moll在常温下硫蒸汽的形态主要是在常温下硫蒸汽的形态主要是S6,S8l 900 C S2l 1700 C Sl操作条件不同可得出不同单质硫形态。操作条件不同可得出不同单质硫形态。l含硫气中少量其它组分可发生一些副反应：含硫气中少量其它组分可发生一些副反应：l CH4+2O2 CO2 + 2H2Ol 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l各种形态的各种形态的S也有相互转化的反
38、应：也有相互转化的反应：l 3S2 S6l 4S2 S8l 4S6 3S8l反应十分复杂，但主要反应还是燃烧和转化反反应十分复杂，但主要反应还是燃烧和转化反应。应。l按化学需氧量计算，主要反应的理论平衡曲线按化学需氧量计算，主要反应的理论平衡曲线如图如图6.20. l图中可分两个区域：图中可分两个区域：l 900K 热反应区热反应区l 900K 催化反应区催化反应区(需催化剂速度才可观需催化剂速度才可观)l曲线先降后升原因？影响因素是什么？曲线先降后升原因？影响因素是什么？化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件800-900K 区域平衡转化率最低，应避免在此条件下操作。区域平衡转化率最低，应
39、避免在此条件下操作。图图图图 6.20 6.20 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l(2)硫磺回收的催化剂硫磺回收的催化剂l活性氧化铝：由氧化铝水合物脱水得到。活性氧化铝：由氧化铝水合物脱水得到。l 控制温度在控制温度在600 C以下可得所需活性氧化铝。以下可得所需活性氧化铝。l 600 C生成高温氧化铝，无活性。生成高温氧化铝，无活性。l目前较多应用铝土矿催化剂，主要成分是氧化铝目前较多应用铝土矿催化剂，主要成分是氧化铝水合物。通常将其制成块状或条状以降低床层阻水合物。通常将其制成块状或条状以降低床层阻力，脱水活化温度控制在力，脱水活化温度控制在400 500 C.l使用过程中，催化
40、剂可能结构转型而降低活性。使用过程中，催化剂可能结构转型而降低活性。或者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸铝都可使催或者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸铝都可使催化剂活性降低。使用一定时期后要进行活化再生化剂活性降低。使用一定时期后要进行活化再生以恢复活性。使用较长时期，再生次数多后应更以恢复活性。使用较长时期，再生次数多后应更换催化剂。换催化剂。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(3)回收工艺流程回收工艺流程l单流法单流法流程如图流程如图6.21.l 插入插入图图6.21单流法流程图。单流法流程图。l流程特点：流程特点：l 处理处理H2S含量高于含量高于25%, 回收率可达回收率可达95%.l
41、控制进氧量使燃烧炉中烃类全部反应而控制进氧量使燃烧炉中烃类全部反应而H2S只只反应反应1/3，以便进行转化反应。燃烧炉中已有，以便进行转化反应。燃烧炉中已有60-70%H2S转化为单质硫。转化为单质硫。l 燃烧气体经热能回收、冷凝分硫后进转化器。燃烧气体经热能回收、冷凝分硫后进转化器。转化器一般分二级，一级转化冷却后再进入二级。转化器一般分二级，一级转化冷却后再进入二级。因为总反应为放热反应，原理前面已讲。因为总反应为放热反应，原理前面已讲。l 末级冷凝器温度应足够低，以保证平衡收率。末级冷凝器温度应足够低，以保证平衡收率。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l插入单流法流程图。图图图图
42、6.21 6.21 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l分流法分流法流程如图流程如图6.22.l 插入插入图图6.22分流法流程图。分流法流程图。l流程特点：流程特点：l 处理处理H2S含量低于含量低于25%, 回收率可达回收率可达92%.l 控制酸性气体入燃烧炉量控制酸性气体入燃烧炉量(1/3),使烃类全部反使烃类全部反应，应，H2S全生成全生成SO2。其余。其余2/3酸性气体直接进入转酸性气体直接进入转化器，以下操作与单流法同。化器，以下操作与单流法同。l 要求气体不含重烃类，否则可破坏催化剂。要求气体不含重烃类，否则可破坏催化剂。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l分流法流程
43、图5-22.图图图图 6.22 6.22 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l阿莫科流程阿莫科流程l 流程如图流程如图6.23。流程特点：。流程特点：l 处理处理H2S含量含量15，回收率，回收率 90。l 酸性气与空气混合加热后再进入特殊设计的酸性气与空气混合加热后再进入特殊设计的燃烧炉，且炉内补充部分燃料气以维持温度。燃烧炉，且炉内补充部分燃料气以维持温度。l 后续操作与前面流程相同。后续操作与前面流程相同。图图图图 6.23 6.23 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(4) 影响硫磺回收率的因素影响硫磺回收率的因素l转化级数和操作温度转化级数和操作温度l 一般用二、三级转化
44、，转化反应温度不宜过一般用二、三级转化，转化反应温度不宜过高，但温度又不能太低，若接近露点很危险。高，但温度又不能太低，若接近露点很危险。l 从较低温度的主要反应、反应热及平衡来分析。从较低温度的主要反应、反应热及平衡来分析。l配风比配风比l 理论上是氧完全耗尽，烃完全反应，理论上是氧完全耗尽，烃完全反应，H2S只反只反应应1/3。但实际操作不可能达到。必须随时监测进。但实际操作不可能达到。必须随时监测进入转化器的入转化器的H2S/SO2=2?根据测定值随时调节空气根据测定值随时调节空气量。量。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l有机硫损失有机硫损失l 燃烧时可生成燃烧时可生成COS，C
45、S2，若不处理则随尾，若不处理则随尾气排出造成气排出造成S损失。采取的措施是：提高一级转损失。采取的措施是：提高一级转化反应温度至化反应温度至371 C，使发生下列反应，使发生下列反应l COS + H2O H2S + CO2l CS2 + 2H2O 2H2S + CO2l转化气的冷凝和液硫雾滴的捕集转化气的冷凝和液硫雾滴的捕集l 末级冷凝器出口温度应尽可能低，一般为末级冷凝器出口温度应尽可能低，一般为127 C,一定要安装除雾器。该部分操作能否将硫一定要安装除雾器。该部分操作能否将硫较完全回收是影响转化率的关键。也是较完全回收是影响转化率的关键。也是S损失的损失的主要部位。主要部位。 化工工
46、艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.2.3.2 硫磺回收的尾气处理硫磺回收的尾气处理l克劳斯法回收硫磺后，尾气中仍含克劳斯法回收硫磺后，尾气中仍含3 7%的硫化的硫化物，必须处理后才能达到排放标准。物，必须处理后才能达到排放标准。l处理方法常有两类：斯科特法和克劳斯波尔法。处理方法常有两类：斯科特法和克劳斯波尔法。l(1)斯科特法斯科特法l 使用较多，技术较成熟。使用较多，技术较成熟。CO240%的尾气都可的尾气都可处理。硫的总回收率可达处理。硫的总回收率可达99.9%。l基本原理：用基本原理：用CoO-MoO3-Al2O3作催化剂将尾气作催化剂将尾气中中SO2等硫化物转化成等硫化物转化成H
47、2S，再用二异丙醇胺溶液，再用二异丙醇胺溶液吸收吸收H2S，然后经再生返回燃烧炉。，然后经再生返回燃烧炉。l流程图如图流程图如图6.24.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l(2)克劳斯波尔法克劳斯波尔法l在羧酸盐催化剂作用下，低温下用聚乙二醇等溶在羧酸盐催化剂作用下，低温下用聚乙二醇等溶剂与尾气反应，使剂与尾气反应，使H2S与与SO2转化成单质硫。然转化成单质硫。然后再分离循环。实际上是克劳斯法回收硫磺的延后再分离循环。实际上是克劳斯法回收硫磺的延续过程，液相反应得到单质硫。生成的液相产品续过程，液相反应得到单质硫。生成的液相产品还可根据市场需要调整。也可不生成或少生成单还可根据市场需
48、要调整。也可不生成或少生成单质硫，生成硫代硫酸钠等产品。质硫，生成硫代硫酸钠等产品。l总回收率可达总回收率可达98.5 99.3%。l但尾气中的有机硫不能回收。但尾气中的有机硫不能回收。l流程图如图流程图如图6.25.l冷床吸附法冷床吸附法化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.25 6.25化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.3 天然气提氦天然气提氦Helium picked up from natural gasl6.3.1 氦气的性质、用途及来源氦气的性质、用途及来源l稀有惰性气体、扩散性和导热性好，密度和溶解稀有惰性气体、扩散性和导热性好，密度和溶解度低，蒸发潜热
49、低。度低，蒸发潜热低。l高温加工保护剂、低温超导技术的致冷剂、激光高温加工保护剂、低温超导技术的致冷剂、激光源、火箭和导弹技术中的燃料压送剂、冷式核反源、火箭和导弹技术中的燃料压送剂、冷式核反应堆的导热剂。应堆的导热剂。l氦的来源主要有：空气分离、从天然气提取氦的来源主要有：空气分离、从天然气提取l 后者为重要来源。因为空气中氦含量很少。后者为重要来源。因为空气中氦含量很少。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.3.2 天然气提氦工艺天然气提氦工艺l1 . 低温冷凝法提氦工艺低温冷凝法提氦工艺l主要工序：加压主要工序：加压降温降温液化液化分离粗氦分离粗氦精制精制l(1)工艺流程工艺流程l
50、分为提浓部分和精制部分，两部分流程如图分为提浓部分和精制部分，两部分流程如图6.26,6.27. l提浓部分操作过程：提浓部分操作过程：l 含氦天然气经分离脱水脱硫脱含氦天然气经分离脱水脱硫脱CO2提氦系统提氦系统进一步脱水进一步脱水 分子筛脱分子筛脱CO2 冷却到冷却到-107 -112 C 氦气提浓塔氦气提浓塔 塔顶粗氦塔顶粗氦 塔底蒸发出溶塔底蒸发出溶解的氦后作冷源。解的氦后作冷源。l 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.26 6.26 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件精制部分操作过程：精制部分操作过程：先用钯活性氧化铝作催化剂除去粗氦中的氢先用钯活性氧化铝作催
51、化剂除去粗氦中的氢加压到加压到15MPa 冷凝除去氮和残余甲烷冷凝除去氮和残余甲烷 用活性用活性碳吸附残余氦得碳吸附残余氦得99.99%精氦。精氦。图图图图 6.27 6.27 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(2)主要技术参数主要技术参数l净化部分：净化部分：原料气干燥后水含量原料气干燥后水含量10-5l 分子筛吸附净化后分子筛吸附净化后CO2含量含量5 10-6 10-5l提浓部分：提浓部分：原料气压力原料气压力3.0 3.3MPal 粗氦冷凝分馏塔压力粗氦冷凝分馏塔压力1.8 2.0MPal 预冷温度预冷温度-40 -45 Cl 两级氨冷顶部温度两级氨冷顶部温度-155 C、-1
52、68 -170 Cl 粗氦浓度粗氦浓度70 75%，氦收率，氦收率90 97% l 残氦残氦10-5 2 10-6化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l精制部分：精制部分： 粗氦冷凝及吸附压力粗氦冷凝及吸附压力15MPal 温度温度-196 Cl 产品氦纯度产品氦纯度99.99%l 精制系统氦收率精制系统氦收率95%, 氦总收率氦总收率95%l(3)主要设备及技术要求主要设备及技术要求l插入插入表表6.8.表表 6.8化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 膜分离法提氦工艺膜分离法提氦工艺l(1)膜分离的原理膜分离的原理l分离氦的膜主要有醋酸纤维素、聚四氟乙烯、聚分离氦的膜主要有醋酸
53、纤维素、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等有机高分子膜和硅膜。碳酸酯等有机高分子膜和硅膜。l膜型式有膜型式有 多孔膜、均质膜、非对称膜等。多孔膜、均质膜、非对称膜等。l多孔膜：多孔膜：孔径与待分离气体分子平均自由程接近，孔径与待分离气体分子平均自由程接近，大分子量的气体就很难通过这种孔，只有较小分大分子量的气体就很难通过这种孔，只有较小分子才能通过，以此达到分离目的。子才能通过，以此达到分离目的。l插入插入膜分离原理动画。膜分离原理动画。l均质膜：均质膜：利用气体组分在膜中溶解度不一，扩散利用气体组分在膜中溶解度不一，扩散速度不同达到分离目的。速度不同达到分离目的。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件
54、化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l几种膜的比较：几种膜的比较：l多孔膜渗透性好，处理能力大，但选择性多孔膜渗透性好，处理能力大，但选择性低。均质膜选择性好，但渗透系数太低，低。均质膜选择性好，但渗透系数太低，处理能力差。非对称膜结合两者优点，在处理能力差。非对称膜结合两者优点，在多孔膜上布一层极薄的均质膜。多孔膜上布一层极薄的均质膜。l(2)分离工艺分离工艺l从天然气中分离氦的膜分离工艺如图从天然气中分离氦的膜分离工艺如图6.29。l一般必须用多级分离方式。生产中往往使一般必须用多级分离方式。生产中往往使用中空纤维膜，最典型的为用中空纤维膜，最典型的为Prism膜分离器。膜分离器。l
55、插入图插入图6.30 Prism膜分离器。膜分离器。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.30 6.30 供给供给气体气体残余残余气体气体P1P2P3SD产产品品再再循循环环化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(3) 分离计算分离计算l稳定时，透过膜的气体量之比与浓度比相等稳定时，透过膜的气体量之比与浓度比相等l式中式中 y,x分别为低、高压侧分离组分的摩尔分率；分别为低、高压侧分离组分的摩尔分率；l P1，P2分别为高、低压侧压力；分别为高、低压侧压力；l Q1，Q2分别为相应的渗透系数；分别为相应的渗透系数；l A为膜的有效面积；为膜的有效面积； 为膜的有效厚度。为膜的
56、有效厚度。l令分离系数令分离系数 =Q1/Q2l操作压力比为操作压力比为 =P1/P2l 对分离器作物料衡算：对分离器作物料衡算：化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l F0=F1+F2l F0x0=F1x+F2yl再令透过分率再令透过分率 =F2/F0l 操作因子操作因子 = + -l可得可得 x0=(1- )x+ yl x=(x0- y)/(1- ) l渗透系数的值可查表渗透系数的值可查表6.9。l由公式由公式6.3.7可计算出分离后低压侧分离组分的浓可计算出分离后低压侧分离组分的浓度。度。l 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件表表表表 6.9 6.9 化工工艺学薛荣书谭世语主编
57、天然气化工课件6.4 天然气制炭黑天然气制炭黑Charcoal black from natural gasl6.4.1 炭黑的性质和用途炭黑的性质和用途l炭黑是与石墨、金刚石等同为元素炭黑是与石墨、金刚石等同为元素C组成的同素组成的同素异形体。但炭黑一般含有少量其它元素。炭黑一异形体。但炭黑一般含有少量其它元素。炭黑一般粒度很小，小的可达近纳米级。因此有很多特般粒度很小，小的可达近纳米级。因此有很多特殊性质，如在橡胶中加入炭黑制成轮胎才具有耐殊性质，如在橡胶中加入炭黑制成轮胎才具有耐磨性。炭黑是油墨的主要原料，也是油墨的有效磨性。炭黑是油墨的主要原料，也是油墨的有效添加剂。炭黑也用于油漆，提
58、高其耐酸性和着色添加剂。炭黑也用于油漆，提高其耐酸性和着色力。炭黑还可制造电极、电阻，还用在铸造工业力。炭黑还可制造电极、电阻，还用在铸造工业中作离型剂。中作离型剂。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.4.2 炭黑生产工艺炭黑生产工艺l1. 炭黑的生产方法炭黑的生产方法l主要有接触法、炉法和热裂法。主要有接触法、炉法和热裂法。l接触法：接触法：天然气燃烧时用金属切断火焰，使火焰天然气燃烧时用金属切断火焰，使火焰内部裂解的炭被冷却附在金属表面，然后收集。内部裂解的炭被冷却附在金属表面，然后收集。l炉法：炉法：烃类与一定比例空气混合引入燃烧炉内，烃类与一定比例空气混合引入燃烧炉内，一部分烃
59、与空气燃烧产生高温，另一部分烃在高一部分烃与空气燃烧产生高温，另一部分烃在高温下裂解生成炭黑。温下裂解生成炭黑。l热裂法：热裂法：先燃烧提高炉温至先燃烧提高炉温至1300 1400 C,然后然后不通空气只通烃类不通空气只通烃类(天然气天然气)使之在炉内高温条件使之在炉内高温条件下裂解成炭黑。属于间接生产。下裂解成炭黑。属于间接生产。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 天然气槽法炭黑生产工艺天然气槽法炭黑生产工艺l槽法属一种接触法。其流程如图槽法属一种接触法。其流程如图6.31.l火嘴是槽炭黑生产的基本部件，用泡皂石机械加火嘴是槽炭黑生产的基本部件，用泡皂石机械加工或瓷质素烧制成。火嘴
60、有条形口缝，每台火房工或瓷质素烧制成。火嘴有条形口缝，每台火房布布1700 1900个火嘴，通常以个火嘴，通常以20 24台火房为一生台火房为一生产单元，可日产炭黑产单元，可日产炭黑1500 1800公斤。公斤。l影响产品质量因素：影响产品质量因素：l 空气进入量、槽架运行周期。适当调节这些空气进入量、槽架运行周期。适当调节这些量可得不同品种的炭黑。量可得不同品种的炭黑。l优点：优点：用于橡胶时补强性和着色强度高。用于橡胶时补强性和着色强度高。l缺点：缺点：生产效率低，原料气消耗大，投资高，生产效率低，原料气消耗大，投资高，l 污染重。污染重。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l主要工艺
61、参数：主要工艺参数：l火嘴槽口宽度火嘴槽口宽度 0.8 1.0mm, 火嘴与槽钢距离火嘴与槽钢距离65 80mm；每个火嘴耗气量；每个火嘴耗气量2.0 2.5m3/d;每个每个火嘴产炭黑量火嘴产炭黑量40 50g/d.l气体进火嘴压力气体进火嘴压力 98 242Pa(表压表压)l炭黑生成率炭黑生成率 18 20g/m3干天然气干天然气l槽钢温度槽钢温度 500 C，排出余气温度，排出余气温度340 360 C,l火焰温度火焰温度1350 450 Cl图6.31.图图 6.31化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件3. 天然气半补强炉法炭黑生产工艺天然气半补强炉法炭黑生产工艺l天然气半补强炉法
62、如图天然气半补强炉法如图6.32。l过程：过程：天然气与空气以天然气与空气以1：4 4.5的比例通入炉的比例通入炉内，由于不完全燃烧生成炭黑，炭黑在燃余气内，由于不完全燃烧生成炭黑，炭黑在燃余气中悬浮。将其引入冷却塔用喷雾水冷却，将燃中悬浮。将其引入冷却塔用喷雾水冷却，将燃余气过滤后可得炭黑。工业产品还需造粒。余气过滤后可得炭黑。工业产品还需造粒。l主要工艺参数见书。主要工艺参数见书。l生产中必须较好地利用余热，才能提高效益。生产中必须较好地利用余热，才能提高效益。通常设置废热锅炉回收热量发电通常设置废热锅炉回收热量发电.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.32 6.32 化
63、工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.5 天然气转化合成甲醇天然气转化合成甲醇Methanol synthesized from natural gas convert methodl6.5.1 甲醇的性质及制备原理甲醇的性质及制备原理l1. 性质和用途性质和用途l性质如表性质如表6.10.特别注意甲醇有剧毒、空气特别注意甲醇有剧毒、空气中允许浓度为中允许浓度为0.05ml/L,爆炸极限为爆炸极限为6.0 36.5%。l用途：化工原料、燃料、溶剂、防冻剂等。用途：化工原料、燃料、溶剂、防冻剂等。l插入表插入表6.10.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件表表表表 6.10 6.10 化
64、工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l2. 合成甲醇的制备原理合成甲醇的制备原理l用天然气作原料合成甲醇的主要反应：用天然气作原料合成甲醇的主要反应：l CO+2H2 CH3OH H= 102.5 kJ/moll CO2+3H2 CH3OH+H2O H= 49.5kJ/moll由热力学原理知，增加压力、降低温度对合成甲由热力学原理知，增加压力、降低温度对合成甲醇有利。醇有利。l这两反应中第一反应最重要，原料配比这两反应中第一反应最重要，原料配比H2/CO比比值很重要。值很重要。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件5.5.2 合成甲醇生产工艺合成甲醇生产工艺l1. 高压法高压法l自自192
65、3年德国发明高压法生产工艺以来，已有很年德国发明高压法生产工艺以来，已有很多工艺，目前最广泛使用的是德国的多工艺，目前最广泛使用的是德国的UKW流程。流程。l操作条件：操作条件：l 压力压力 30MPa 温度温度 320 370 Cl 催化剂催化剂 氧化锌、氧化铬氧化锌、氧化铬l过程：过程： 合成气合成气脱除五羰基碳脱除五羰基碳CO+H2反应反应换换热后分离热后分离末反应气循环末反应气循环l特点：催化剂耐硫、抗热性好。特点：催化剂耐硫、抗热性好。l 选择性差、副产物较多、收率较低、高温选择性差、副产物较多、收率较低、高温高压条件设备要求高。高压条件设备要求高。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化
66、工课件图图图图 6.33 6.33 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 低压法低压法l低压法合成甲醇工艺低压法合成甲醇工艺1960年由英国鲁奇公司开发年由英国鲁奇公司开发成功，目前在此法基础上改进。鲁奇法工艺流程成功，目前在此法基础上改进。鲁奇法工艺流程如图如图6.34. l操作条件：操作条件：l 压力压力 4 5MPa 温度温度 200 300 C l 催化剂催化剂 铜基催化剂铜基催化剂(铜、锌、铬铜、锌、铬)l过程：合成气直接进入合成塔过程：合成气直接进入合成塔在催化剂作用下在催化剂作用下生成甲醇生成甲醇冷凝分离冷凝分离三级精馏三级精馏产品产品l特点：利用反应热产蒸汽作动力、催化
67、剂活性高、特点：利用反应热产蒸汽作动力、催化剂活性高、选择性好、收率高、成本下降。选择性好、收率高、成本下降。l 设备体积庞大，只适于中小规模生产；催化设备体积庞大，只适于中小规模生产；催化剂耐硫性差，对合成气脱硫要求高。剂耐硫性差，对合成气脱硫要求高。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.34 6.34 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件3. 中压法中压法l中压法是在低中压法是在低压法基础上改压法基础上改进而成的。催进而成的。催化剂为三元铜化剂为三元铜系催化剂。压系催化剂。压力力8 15MPa,温温度度230 280 C.l中压法兼有高中压法兼有高压法和低压法压法和低压
68、法的优点。的优点。l工艺流程如图工艺流程如图6.35.图图图图 6.35 6.35 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.6 天然气制乙炔天然气制乙炔Process of making Ethyne from natural gasl氧化加工主要是制乙炔和甲醛。氧化加工主要是制乙炔和甲醛。 l6.6.1 乙炔的性质、用途及生产方法乙炔的性质、用途及生产方法l1. 乙炔的性质和用途乙炔的性质和用途l主要性质见表主要性质见表6.11. 插入插入表表6.11.l用途：有机化工原料、产生高温火焰氧焊氧割、用途：有机化工原料、产生高温火焰氧焊氧割、制乙炔炭黑等。制乙炔炭黑等。化工工艺学薛荣书谭世语
69、主编天然气化工课件化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 乙炔生产方法乙炔生产方法l天然气生产乙炔都是利用烃类氧化热解原理。烃天然气生产乙炔都是利用烃类氧化热解原理。烃类部分氧化产生高温，甲烷在高温下裂解生成乙类部分氧化产生高温，甲烷在高温下裂解生成乙炔。如有其它热源也可用电和其它能源产生高温炔。如有其它热源也可用电和其它能源产生高温使烃类裂解。氧化热解方法使用最多。使烃类裂解。氧化热解方法使用最多。l1. 工艺原理工艺原理l主要反应为：主要反应为：l CH4 + O2 CO+H2+H2O H= 277.6kJ/moll 2CH4 C2H2 + 3H2 H= 381.0kJ/moll烃类
70、裂解反应十分复杂，要得到乙炔，必须控制烃类裂解反应十分复杂，要得到乙炔，必须控制反应时间。一般在高温区停留时间要很短反应时间。一般在高温区停留时间要很短(0.01s),然后用水迅速冷却，以防止生成的乙炔然后用水迅速冷却，以防止生成的乙炔进一步反应。进一步反应。6.6.2. 部分氧化法部分氧化法化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 工艺流程工艺流程l流程分两部分：稀乙炔制备、稀乙炔提浓。流程分两部分：稀乙炔制备、稀乙炔提浓。l 工艺流程如工艺流程如图图6.36.l(1) 稀乙炔的制备稀乙炔的制备l过程：天然气和氧气分别预热至过程：天然气和氧气分别预热至650 C,然后按然后按O2/CH2
71、=0.5 0.6的比例在混合器内混合，经旋焰导的比例在混合器内混合，经旋焰导嘴进入反应区，在高温下进行部分氧化和热解反嘴进入反应区，在高温下进行部分氧化和热解反应。应。l反应后气体经淬冷至反应后气体经淬冷至90 C.由于热解过程中有炭由于热解过程中有炭黑生成，需经沉降、淋洗、电除尘等操作才能制黑生成，需经沉降、淋洗、电除尘等操作才能制得稀乙炔气。得稀乙炔气。l关键部件旋焰炉结构如关键部件旋焰炉结构如图图6.37.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.36 6.36 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图图图 6.37 6.37 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件(2
72、)稀乙炔的提浓稀乙炔的提浓l乙炔提浓主要用乙炔提浓主要用N甲基吡咯烷酮为乙炔吸收剂甲基吡咯烷酮为乙炔吸收剂进行吸收富集。进行吸收富集。l过程：稀乙炔与回收气、返回气混合后经压缩到过程：稀乙炔与回收气、返回气混合后经压缩到1.2MPa进预吸收塔以除去少量水、萘及高级炔进预吸收塔以除去少量水、萘及高级炔烃；然后进入主吸收塔在烃；然后进入主吸收塔在20 35 C下下用用N甲基甲基吡咯烷酮吸收乙炔。尾气吡咯烷酮吸收乙炔。尾气CO和和H2含量很高，可含量很高，可作合成气。作合成气。l主、预吸收塔出富液必须循环使用：经换热、节主、预吸收塔出富液必须循环使用：经换热、节流后进预解吸塔流后进预解吸塔主吸收塔尾
73、气反吹主吸收塔尾气反吹上部回收上部回收气送压缩机气送压缩机塔下部在塔下部在80%真空度下解吸高级炔真空度下解吸高级炔烃烃贫液循环。贫液循环。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l主吸收塔出富液循环过程：主吸收塔出富液循环过程：l节流后进入逆流解吸塔节流后进入逆流解吸塔二解塔部分乙炔气二解塔部分乙炔气反吹反吹 回收气返回压缩机回收气返回压缩机中部出浓乙炔中部出浓乙炔气。气。l逆流解吸塔富液预热后送入二解塔进行乙炔逆流解吸塔富液预热后送入二解塔进行乙炔二次解吸二次解吸 吸收液进真空解吸塔在吸收液进真空解吸塔在116 C将残余气体解吸将残余气体解吸 贫液返回主吸收塔贫液返回主吸收塔 尾尾气处理后
74、放空。气处理后放空。l 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l6.6.3 电弧法电弧法l l在在在在电电电电弧弧弧弧炉炉炉炉内内内内的的的的两两两两电电电电极极极极间间间间通通通通入入入入高高高高电电电电压压压压强强强强电电电电流流流流形形形形成成成成电电电电弧弧弧弧，电电电电弧弧弧弧产产产产生生生生的的的的高高高高温温温温可可可可使使使使甲甲甲甲烷烷烷烷及及及及其其其其他他他他烃烃烃烃类类类类裂裂裂裂解解解解而而而而生生生生成成成成乙乙乙乙炔炔炔炔。所所所所采采采采用用用用的的的的电电电电弧弧弧弧电电电电压压压压为为为为7kV7kV，电电电电流流流流强强强强度度度度为为为为1150A11
75、50A，电电电电弧弧弧弧区区区区最最最最高高高高温温温温度度度度可达可达可达可达18001800。l l图图图图6.386.38为为为为电电电电弧弧弧弧法法法法制制制制乙乙乙乙炔炔炔炔的的的的工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程图图图图。天天天天然然然然气气气气以以以以螺螺螺螺旋旋旋旋切切切切线线线线方方方方向向向向进进进进入入入入电电电电弧弧弧弧炉炉炉炉的的的的涡涡涡涡流流流流室室室室，气气气气流流流流在在在在电电电电弧弧弧弧区区区区进进进进行行行行裂裂裂裂解解解解，其其其其停停停停留留留留时时时时间间间间仅仅仅仅有有有有0.002s0.002s。裂裂裂裂解解解解气气气气先先先先经经经经沉沉沉沉
76、降降降降、旋旋旋旋风风风风分分分分离离离离和和和和泡泡泡泡沫沫沫沫洗洗洗洗涤涤涤涤除除除除去去去去产产产产生生生生的的的的炭炭炭炭黑黑黑黑，然然然然后后后后经经经经碱碱碱碱液液液液洗洗洗洗、油油油油洗洗洗洗去去去去掉掉掉掉其其其其他他他他杂杂杂杂质质质质。净化后的裂解气暂存于气柜，再送后续工段进行乙炔提浓。净化后的裂解气暂存于气柜，再送后续工段进行乙炔提浓。净化后的裂解气暂存于气柜，再送后续工段进行乙炔提浓。净化后的裂解气暂存于气柜，再送后续工段进行乙炔提浓。l l电弧法要求天然气中的甲烷含量较高。电弧法要求天然气中的甲烷含量较高。电弧法要求天然气中的甲烷含量较高。电弧法要求天然气中的甲烷含量
77、较高。l l电电电电弧弧弧弧法法法法生生生生产产产产乙乙乙乙炔炔炔炔的的的的优优优优点点点点是是是是可可可可以以以以使使使使用用用用各各各各种种种种烃烃烃烃类类类类原原原原料料料料，开开开开车车车车方方方方便便便便；缺缺缺缺点点点点是是是是电电电电耗耗耗耗高高高高，超超超超过过过过10kW.h/kg10kW.h/kg，而而而而且且且且电电电电极极极极损损损损耗耗耗耗快快快快，生产中需要双炉切换操作。生产中需要双炉切换操作。生产中需要双炉切换操作。生产中需要双炉切换操作。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件11电弧炉；电弧炉；电弧炉；电弧炉；22炭黑沉降器；炭黑沉降器；炭黑沉降器；炭黑沉降器
78、；33旋风分离器；旋风分离器；旋风分离器；旋风分离器；44泡沫洗涤塔；泡沫洗涤塔；泡沫洗涤塔；泡沫洗涤塔；55湿式电滤器；湿式电滤器；湿式电滤器；湿式电滤器；66碱洗塔；碱洗塔；碱洗塔；碱洗塔； 7 7油洗塔；油洗塔；油洗塔；油洗塔；88气柜；气柜；气柜；气柜；99解吸塔；解吸塔；解吸塔；解吸塔；1010加热器；加热器；加热器；加热器；1111冷却器冷却器冷却器冷却器1212贮槽；贮槽；贮槽；贮槽；1313泵泵泵泵图图图图 6.38 6.38 电弧法制乙炔工艺流程示意图电弧法制乙炔工艺流程示意图电弧法制乙炔工艺流程示意图电弧法制乙炔工艺流程示意图化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.7
79、天然气的氯化加工天然气的氯化加工Chloridize process of natural gasl l天然气氯化加工产品主要有一氯甲烷、二氯甲天然气氯化加工产品主要有一氯甲烷、二氯甲天然气氯化加工产品主要有一氯甲烷、二氯甲天然气氯化加工产品主要有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。烷、三氯甲烷、四氯化碳等。烷、三氯甲烷、四氯化碳等。烷、三氯甲烷、四氯化碳等。l l这些产品都是有机合成原料或溶剂。这些产品都是有机合成原料或溶剂。这些产品都是有机合成原料或溶剂。这些产品都是有机合成原料或溶剂。l l6.7.1 甲烷氯化物的性质和用途甲烷氯化物的性质和用途l l甲烷氯化物的主要性质见甲烷氯化
80、物的主要性质见甲烷氯化物的主要性质见甲烷氯化物的主要性质见表表表表6 6.14,6.15.14,6.15.l l注意：主要是溶剂。注意：主要是溶剂。注意：主要是溶剂。注意：主要是溶剂。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.7.2 甲烷的氯化反应甲烷的氯化反应l甲烷氯化反应为连锁反应。其主要过程：甲烷氯化反应为连锁反应。其主要过程：l加热或引入光加热或引入光链引发链引发链传递链传递链终止链终止l1. 热氯化与光氯化反应机理热氯化与光氯化反应机理l Cl2 Cl +Cl (热或光或光)l Cl2 + M(金属或器壁金属或器壁) 2Cl +Ml Cl +RH R + HCll R + Cl2
81、RCl +Cll以上都不是与甲以上都不是与甲烷反反应，得到自由基的，得到自由基的过程都称程都称链引引发。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l Cl + CH4 CH3 +HCll CH3 + Cl2 CH3Cl + Cll Cl + CH3Cl ClCH2 + HCll ClCH2 + Cl2 CH2Cl2 + Cll Cl + CH2Cl2 Cl2CH + HCll Cl2CH + Cl2 CHCl3 + Cll Cl + CHCl3 Cl3C + HCll Cl3C + Cl2 CCl4 + Cll链终止可由下列情况引起：止可由下列情况引起：l 氯原子与器壁碰撞、自由基之原子与器壁碰
82、撞、自由基之间相互碰撞、相互碰撞、氯原子原子发生生氯化反化反应、阻止、阻止剂作用。作用。链链传传递递化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 甲烷的氧化氯化甲烷的氧化氯化l由于热氯化和光氯化都要产生等分子的由于热氯化和光氯化都要产生等分子的HCl，使氯，使氯的利用率大大降低。实际氯化工艺都是采用氧化的利用率大大降低。实际氯化工艺都是采用氧化氯化方法，它可以将氯化方法，它可以将HCl重新变成可利用的氯。重新变成可利用的氯。l氧化氯化反应主要过程氧化氯化反应主要过程(Deacon反应反应)l CH4 + nCl2 CH4-nCln + nHCll 4HCl + O2 2Cl2 + 2H2Ol总
83、反应总反应l CH4 +(n/2)O2 + nHCl CH4-nCln + nH2Ol关键反应是氯化氢氧化生成氯气，其催化反应机关键反应是氯化氢氧化生成氯气，其催化反应机理如下理如下 化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l CumCln + O2 CumClnO2 -lCumClnO2 - + 4HCl CumCln + 2Cl2 + 2H2Ol CumCln + Cl2 CumClnCl2l产物中四种氯化物都有，温度高时高氯化物多，产物中四种氯化物都有，温度高时高氯化物多，进气氯气含量高时高氯化物多。进气氯气含量高时高氯化物多。l进料组成与产物组成的关系见图进料组成与产物组成的关系见图5
84、-41.l特别应注意反应温度，若反应温度超过特别应注意反应温度，若反应温度超过500 C,则则体系可能发生爆炸生成体系可能发生爆炸生成HCl .l插入插入图图6.39.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图 6.39化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.7.3 甲烷氯化生产工艺甲烷氯化生产工艺l1. 综合氯化生产工艺综合氯化生产工艺l同时用热氯化和光氯化的方法称综合氯化。同时用热氯化和光氯化的方法称综合氯化。l主要反应阶段：主要反应阶段：l先在较低温度下进行热氯化，此时生成低氯化物多。先在较低温度下进行热氯化，此时生成低氯化物多。l然后再用石英水银灯产生的光照射进行光氯化，以然后再
85、用石英水银灯产生的光照射进行光氯化，以l提高高氯化物比例。提高高氯化物比例。l工艺流程：如图工艺流程：如图6.40.化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图 6.40化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件l主要工艺过程：主要工艺过程：l一定比例原料气进入一级反应器，在一定比例原料气进入一级反应器，在400 C下进行热氯下进行热氯化反应化反应l换热器换热降温后用换热器换热降温后用-20 -30 C的三氯甲烷和四氯化碳的三氯甲烷和四氯化碳混合液吸收混合液吸收l余气经洗涤、中和、干燥后与原料气混合余气经洗涤、中和、干燥后与原料气混合l吸收液进汽提塔解吸吸收液进汽提塔解吸l解吸气经洗涤、中和、干
86、燥后送至蒸馏塔蒸馏出一、二解吸气经洗涤、中和、干燥后送至蒸馏塔蒸馏出一、二氯甲烷氯甲烷l汽提塔和第二蒸馏残余物送二级反应器进行液相常温光汽提塔和第二蒸馏残余物送二级反应器进行液相常温光氯化反应氯化反应l中间产物塔分离出二氯甲烷返回二级反应器，余液送氯中间产物塔分离出二氯甲烷返回二级反应器，余液送氯仿精馏塔蒸出三氯甲烷仿精馏塔蒸出三氯甲烷l其残液再经二级反应器进行光氯化生成四氯化碳其残液再经二级反应器进行光氯化生成四氯化碳l送四氯化塔精馏塔提纯得四氯化碳产品。送四氯化塔精馏塔提纯得四氯化碳产品。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件2. 氧化氯化工艺氧化氯化工艺l氧化氯化工艺一般采用移动床催化
87、氧化氯化工艺。氧化氯化工艺一般采用移动床催化氧化氯化工艺。其工艺流程如图其工艺流程如图6.41.l工艺过程：工艺过程：l先将含氯烃裂解再进行氧化反应先将含氯烃裂解再进行氧化反应.l裂解气经处理后一部分用作提升气裂解气经处理后一部分用作提升气(将氧化反将氧化反应器底部熔盐带入氯化氧化塔，将氯化氧化反应应器底部熔盐带入氯化氧化塔，将氯化氧化反应器底部熔盐提升到氧化反应器。器底部熔盐提升到氧化反应器。)l在氯化氧化反应器进行氧化氯化反应在氯化氧化反应器进行氧化氯化反应.l生成气除去生成气除去CO2、H2O后再分离出不同甲烷氯后再分离出不同甲烷氯化物。化物。l特点：操作安全、压力较低、温度不高于特点：
88、操作安全、压力较低、温度不高于371 545 C化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件图图 6.41化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件3. 四氯化碳生产工艺四氯化碳生产工艺l用前述方法都可得到四氯化碳用前述方法都可得到四氯化碳,但只是部分产品。但只是部分产品。若需全部得到四氯化碳，可采用图若需全部得到四氯化碳，可采用图6.42工艺。工艺。特点：只生产四特点：只生产四氯化碳。氯化碳。 主要过程：主要过程：甲烷与氯气比甲烷与氯气比3.8:1混合进入反应混合进入反应器，产物气冷却后，器，产物气冷却后，HCl被吸收成盐酸被吸收成盐酸后可得粗品，然后后可得粗品，然后精制得产品。精制得产品。图图
89、6.42化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.8 天然气的其它直接化学加工天然气的其它直接化学加工Other direct chemical process for natural gasl6.8.1 天然气合成氢氰酸天然气合成氢氰酸l氢氰酸是重要化工原料。氢氰酸是重要化工原料。l以天然气为原料合成氢氰酸常用安氏法，以甲烷、以天然气为原料合成氢氰酸常用安氏法，以甲烷、氨和空气在高温铂催化剂作用下发生不完全反应氨和空气在高温铂催化剂作用下发生不完全反应来制取氢氰酸。来制取氢氰酸。l主要反应：主要反应：l CH4 + NH3 +1.5O2 HCN + 3H2O化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气
90、化工课件l工艺流程如图工艺流程如图6.43. l主要过程：天然气、氨、空气按主要过程：天然气、氨、空气按1.05 1.1 : 1 ：1.33 1.35的比例进入反应器，温度的比例进入反应器，温度1070 1120 C，压力，压力0.065MPa，反应后气体立，反应后气体立即进入废热锅炉冷却到即进入废热锅炉冷却到200 C，然后进入吸收塔，然后进入吸收塔用硫酸除去未反应的氨，脱氨后的气体用用硫酸除去未反应的氨，脱氨后的气体用5 C的的水吸收水吸收HCN成水溶液，再进入精馏塔精馏得成水溶液，再进入精馏塔精馏得99以上产品。以上产品。图图 6.43化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.8.2
91、天然气硝化制硝基甲烷天然气硝化制硝基甲烷l硝基甲烷也是重要化工原料，是较好溶剂。硝基甲烷也是重要化工原料，是较好溶剂。l制备方法：甲烷在过热水蒸气存在下用硝酸硝化制制备方法：甲烷在过热水蒸气存在下用硝酸硝化制得得 CH4 +HNO3 CH3NO2 + H2Ol一种工艺流程如图一种工艺流程如图6.44. l工艺过程：工艺过程：1MPa的天然气经预热后与过热水蒸气的天然气经预热后与过热水蒸气混合进入硝酸蒸发器与硝酸蒸发蒸汽一起进入硝化混合进入硝酸蒸发器与硝酸蒸发蒸汽一起进入硝化反应器，在反应器，在300 500 C反应，反应时间短反应，反应时间短(约约2秒秒)。反应后在速冷器中冷至反应后在速冷器中
92、冷至200 C以下，再用水冷却以下，再用水冷却至室温，进分离器分离。冷凝液与吸收液混合后在至室温，进分离器分离。冷凝液与吸收液混合后在初分塔分离得粗硝基甲烷，再用碳酸钠和亚硫酸氢初分塔分离得粗硝基甲烷，再用碳酸钠和亚硫酸氢钠溶液洗涤，进精馏塔精馏得钠溶液洗涤，进精馏塔精馏得95%以上产品。以上产品。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件1 1过热器；过热器；过热器；过热器；2 2反应器；反应器；反应器；反应器；3 3预热器；预热器；预热器；预热器；4 4冷却器；冷却器；冷却器；冷却器；5 5气液分离器；气液分离器；气液分离器；气液分离器；6 6硝基甲烷吸收塔；硝基甲烷吸收塔；硝基甲烷吸收塔；
93、硝基甲烷吸收塔；7 7氧化塔；氧化塔；氧化塔；氧化塔；8 8 8 8吸收塔；吸收塔；吸收塔；吸收塔；9 9 9 9尾气洗涤塔；尾气洗涤塔；尾气洗涤塔；尾气洗涤塔；10101010初分塔；初分塔；初分塔；初分塔；11111111化学洗涤器；化学洗涤器；化学洗涤器；化学洗涤器；12121212脱水塔；脱水塔；脱水塔；脱水塔；13131313精馏塔精馏塔精馏塔精馏塔 图图 6.44 甲烷气相硝化流程示意图甲烷气相硝化流程示意图化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件6.8.3 天然气制二硫化碳天然气制二硫化碳l溶解能力很强，用途较广泛的溶剂。溶解能力很强，用途较广泛的溶剂。l用天然气生产二硫化碳常用
94、甲烷法。主要反应用天然气生产二硫化碳常用甲烷法。主要反应l CH4 + 4S CS2 + 2H2Sl工艺流程如图工艺流程如图6.45. l工艺过程：工艺过程：l将熔融的将熔融的S汽化后与干燥预热到汽化后与干燥预热到650 C的天然气的天然气混合进入反应器，反应后气体经除硫器除去未反混合进入反应器，反应后气体经除硫器除去未反应的硫，再冷凝后进吸收塔用柴油吸收应的硫，再冷凝后进吸收塔用柴油吸收CS2，尾，尾气送硫回收工序。吸收后的气送硫回收工序。吸收后的CS2经解吸塔解吸，经解吸塔解吸，再冷凝后用二级精馏提纯。纯度约再冷凝后用二级精馏提纯。纯度约95。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件天然气
95、天然气硫硫图图 6.45化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件本章复习思考题本章复习思考题l1. 天然气分离与净化过程中分离、净化目的各天然气分离与净化过程中分离、净化目的各是什么？是什么？l2. 天然气脱水过程主要有几大类方法，各自特天然气脱水过程主要有几大类方法，各自特点怎样？点怎样？l3. 天然气脱硫后硫磺回收原理、典型工艺流程天然气脱硫后硫磺回收原理、典型工艺流程及影响回收率的因素有哪些？及影响回收率的因素有哪些？l4. 天然气部分氧化法主要制取哪些产品，主要天然气部分氧化法主要制取哪些产品，主要条件的差异如何？条件的差异如何？l5. 天然气提氦的操作特点是什么？简述膜分离天然气提氦的操作特点是什么？简述膜分离原理及天然气合成甲醇的原理。原理及天然气合成甲醇的原理。l6. 注意各种工艺过程中平衡条件、反应速度、注意各种工艺过程中平衡条件、反应速度、化工单元操作的分析。化工单元操作的分析。化工工艺学薛荣书谭世语主编天然气化工课件
