第五章合成氣的生產(chǎn)過程-遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院(更新版)
【正文】 三段中溫變換（高變）、高低變串聯(lián)等等。應(yīng)特別注意的是，操作溫度必須控制在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，低于此范圍，催化劑活性太低，反應(yīng)速率太慢；高于此范圍，催化劑易過熱而受損，失去活性。（2）銅基變換催化劑 其化學(xué)組成以CuO為主，ZnO和Al2O3為促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑，反應(yīng)前也要還原成具有活性的細(xì)小銅晶粒。氣化爐內(nèi)燃燒區(qū)溫度高達(dá)2000℃，所以爐內(nèi)壁必須有爐襯里來保護(hù)爐壁。但加壓可縮小設(shè)備尺寸和節(jié)省后工序的氣體輸送和壓縮動(dòng)力消耗，有利于消除炭黑、脫除硫化物和二氧化碳。理論氧油比的計(jì)算式為 ，式中Wc為渣油中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第一段轉(zhuǎn)化800℃左右，出口殘余甲烷10%（干基）左右。 天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化過程的工藝條件 （1） 壓力 從熱力學(xué)特征看，低壓有利轉(zhuǎn)化反應(yīng)。(1) 溫度的影響 溫度升高，反應(yīng)速率常數(shù)k增大，反應(yīng)速率亦增大；在上式中還有一項(xiàng)Kp1也與溫度有關(guān)，因甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化是要吸熱的，平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大，結(jié)果反應(yīng)速率也是增大的。 許多物質(zhì)，例如硫、砷、氯、溴、鉛、釩、銅等的化合物，都是轉(zhuǎn)化催化劑的毒物。 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑（1）轉(zhuǎn)化催化劑的組成和外形工業(yè)上一直采用鎳催化劑，并添加一些助催化劑，如鋁、鎂、鉀、鈣、鈦、鑭、鈰等金屬氧化物。綜上所述，影響甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡的主要因素有溫度、水碳比和壓力。下面分析在什么情況下會(huì)有碳析出，如何避免或盡量減少析碳的可能性。三個(gè)主反應(yīng)中只有其中兩個(gè)是獨(dú)立的，通常認(rèn)為第一個(gè)和第三個(gè)是獨(dú)立反應(yīng)。 流化床連續(xù)式氣化制水煤氣法發(fā)展流化床氣化法是為了提高單爐的生產(chǎn)能力和適應(yīng)采煤技術(shù)的發(fā)展，直接使用小顆粒碎煤為原料，并可利用褐煤等高灰分煤。(2) 壓力 ～。碳與二氧化碳的還原反應(yīng)也是重要的氣化反應(yīng)。 合成氣的生產(chǎn)方法(1) 以煤為原料的生產(chǎn)方法：有間歇和連續(xù)兩種操作方式。合成氣在化學(xué)工業(yè)中有著重要作用。 煤氣化過程的主要反應(yīng)有：這些反應(yīng)中，碳與水蒸氣反應(yīng)的意義最大，此反應(yīng)為強(qiáng)吸熱過程。煤氣化的反應(yīng)條件(1) 溫度 一般操作溫度在1100℃以上。魯奇法制的水煤氣中甲烷和二氧化碳含量較高，而一氧化碳含量較低，在C1化工中的應(yīng)用受到一定限制，適合于做城市煤氣 。 天然氣制合成氣的工藝技術(shù)及其進(jìn)展現(xiàn)在暫且不考慮副反應(yīng)來討論主反應(yīng)的化學(xué)平衡。 平衡組成與溫度、壓力及初始組成有關(guān)，圖57顯示了CHCO、及CO2的平衡組成與溫度、壓力及水碳比（H2O/CH4摩爾比）的關(guān)系，H2的平衡組成可根據(jù)組成約束關(guān)系式（∑yi=1）求出。不同溫度、壓力下有不同的熱力學(xué)最小水碳比?？傊?，從反應(yīng)平衡考慮，甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化過程應(yīng)該用適當(dāng)?shù)母邷?、稍低的壓力和高水碳比? 催化劑在長期使用過程中，由于經(jīng)受高溫和氣流作用，鎳晶粒逐漸長大、聚集甚至燒結(jié)，致使表面積降低，或某些促進(jìn)劑流失，導(dǎo)致活性下降，此現(xiàn)象稱為老化。 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 由以上方程可知，對(duì)于一定的催化劑而言，影響反應(yīng)速率的主要因素有溫度、壓力和組成。但高溫下，反應(yīng)管的材質(zhì)經(jīng)受不了，需要將轉(zhuǎn)化過程分為兩段進(jìn)行。但流速不宜過高，否則床層阻力過大，能耗增加。 （2）氧油比 氧油比是重要的控制指標(biāo)之一，氧油比常用的單位是標(biāo)準(zhǔn)m3（氧）/kg（油）。 （4）壓力 渣油氣化過程總結(jié)果是體積增加的，從平衡角度看，低壓有利。噴嘴是氣化爐的核心，它具有兩種功能：其一是霧化作用，其二是形成合適的流場，加速熱、質(zhì)傳遞。該類催化劑稱為中溫或高溫變換催化劑，因?yàn)闇囟容^高，反應(yīng)后氣體中殘余CO 含量最低為3%～4%。 一氧化碳變換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（1）反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)方程式 在工程實(shí)際中，降溫措施不可能完全符合最佳溫度曲線，變換過程是采用分段冷卻來降溫，即反應(yīng)一段時(shí)間后進(jìn)行冷卻，然后再反應(yīng)，如此分段越多，操作溫度越接近最佳溫度曲線。脫除二氧化碳的過程通常簡稱為脫碳。使用時(shí)需預(yù)先用H2S或CS2硫化變成Co9S8和MoS2才有活性。主要有冷甲醇法（Rectisol），此外還有碳酸丙烯酯法（Fluar）和N甲基吡啶烷酮法（Purisol）等等。 硫化氫的回收工業(yè)上成熟的技術(shù)是克勞斯工藝，克勞斯法的基本原理是首先在燃燒爐內(nèi)使三分之一的H2S和O2反應(yīng)，生成SO2，剩余三分之二的H2S與此SO2在催化劑作用下發(fā)生克勞斯反應(yīng)，生
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