天然氣化工工藝學(xué)第03章天然氣轉(zhuǎn)化(編輯修改稿)
2025-03-26 10:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 用量 、 降壓等；若積碳嚴(yán)重 ， 停止送原料氣 ， 保留蒸汽 ， 提高床層溫度 ， 利用 H2O+C=CO+H2反應(yīng)除炭 ， 也可采用空氣與蒸汽的混合物 “ 燒炭 ” 。 甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化過程積炭及處理 反應(yīng)平衡常數(shù)： 42 CH2H1P PPK ＝ CO2CO2P2＝ 22 HCOOH3 PPPK ＝《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 甲烷水蒸汽的二段轉(zhuǎn)化 ： 一段轉(zhuǎn)化爐 溫度在 600℃ ～ 800℃ ， 催化劑填充在爐膛內(nèi)的若干根換熱合金鋼管中 ， 反應(yīng)氣體從上而下通過催化劑層 。 在二段轉(zhuǎn)化爐中 ， 催化劑直接堆砌在爐膛內(nèi) ， 爐壁內(nèi)襯耐火磚 ， 反應(yīng)溫度可達(dá) 1000℃ ～1200℃ ， 以保證 CH4盡可能高的轉(zhuǎn)化率 。 進(jìn)入 二段轉(zhuǎn)化爐 的轉(zhuǎn)化氣中 (CO+H2)∶ N2=3～ ，二段轉(zhuǎn)化爐相當(dāng)于 絕熱 反應(yīng)器 ， 總過程是 自熱平衡 的 。由于二段轉(zhuǎn)化爐中反應(yīng)溫度超過 1000℃ ， 即使在稍高的轉(zhuǎn)化壓力下 ， CH4也可轉(zhuǎn)化得相當(dāng)完全 ， 合成氣中的 CH4含量小于 %， 滿足 合成氨 的生產(chǎn) 。 甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)工藝 （ 重點 ） 《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 ?壓力 ：采用 3～ 4 MPa的 加壓 條件； ?溫度 ：一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)溫度 700～ 800℃ ， 二段爐出口溫度 1000℃ 左右； ?原料配料中的 水碳比 3～ 4 較適宜； ?空間速度 (P45)：表示催化劑處理原料氣的能力 ， 催化劑活性高 ， 反應(yīng)速度快 ， 空速可以大些 。 原料氣 空速： GHSV = Fv/VCatal. (h1) 甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝條件 《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 1— 鈷鉬加氫反應(yīng)器； 2— 氧化鋅脫硫罐； 3— 對流段； 4— 輻射段 (一段爐 )； 5— 二段轉(zhuǎn)化爐 ； 6— 第一廢熱鍋爐； 7— 第二廢熱鍋爐； 8— 汽包 ； 9— 輔助鍋爐； 10— 排風(fēng)機(jī)； 11— 煙囪 甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝流程 (凱洛格工藝流程 ) 2 ? 一段簡化示意流程見圖 31(P38) ? 二段絕熱，總過程是自熱平衡？ 空氣 補(bǔ)充水 Shell SCGP Processes– Operating Conditions and Feedstock Flexibility ① 天然氣 ② 煉廠氣 ③ 減壓渣油 . ④ 減壓閃蒸裂解殘渣 ⑤ 瀝青 ⑥ 奧里油 (多瀝青質(zhì) ) ⑦ 焦油 ⑧ 煙煤 ⑨ 褐煤 ⑩ 無煙煤 ****** 知識拓展 ****** Shell SCGP Processes Lineup （ Shell 煤氣化爐示意流程框圖） (2) 水煤氣變換 ?H= kcal/kmol (1) 煤氣化反應(yīng) ?H 0 (3) 發(fā)生爐煤氣化反應(yīng) ?H = kcal/kmol (4) 水煤漿氣化反應(yīng) （ 主 ） ?H = kcal/kmol (5) CH4水蒸氣重整反應(yīng) ?H = kcal/kmol 煤氣化化學(xué)反應(yīng) （水 煤漿氣化） (總反應(yīng) ） ? 高壓 、 高溫氣化： T= 12001600 oC P=2545 atm (3640)。 ? 揮發(fā)分 ： CO,H2,CH4,C2H6 ? 污染物： H2S,HCN,NH3 ? 灰渣 T oC 《潔凈煤技術(shù)》第 2章 Shell煤部分氧化 氣化化學(xué)反應(yīng)結(jié)果 (粗合成氣 ) 《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 其平衡常數(shù)分別為 )pp()pp()pp()pp(Kp0CO0CH20H20CO1242???)pp()pp()pp()pp(0H0CO0OH0CO2222??? 711ln 2831 ???????? ?? TTLnTTKp表 34： T900K,Kp1Kp2 占優(yōu)的反應(yīng) OHCOHCO 222 ?? ＝ 22422 HCOCOCH ?? ＝CH4CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱力學(xué)分析 甲烷 CO2轉(zhuǎn)化的兩個可逆反應(yīng)式 1224 .24722 ???? molkJHCOCOCH ＝ 1222 . ???? molkJOHCOHCO ＝T900K,Kp1Kp2 占優(yōu)的反應(yīng) 天然氣 CO2轉(zhuǎn)化 （逆變換反應(yīng)，吸熱） )/1ln( 3102632 ????????? ??? TTTLnTTKp《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 y —反應(yīng)中生成的 H2O量， kmol；反應(yīng)為 224 H2CO2COCH ?? ＝ OHCOHCO 222 ?? ＝組分 kmol量 mol分率 CH4 CO2 CO H2 H2O ∑ nm－ x nc－ x－ y 2x＋ y 2x－ y nw＋ y nm＋ nc＋ nw＋ 2x (nm－ x)／ (nm＋ nc＋ nw＋ 2x) (nc－ x－ y)／ (nm＋ nc＋ nw＋ 2x) (2x＋ y)／ (nm＋ nc＋ nw＋ 2x) (2x－ y)／ (nm＋ nc＋ nw＋ 2x) (nw＋ y)／ (nm＋ nc＋ nw＋ 2x) 用 SRK、 PR等狀態(tài)方程計算出每個組分的逸度系數(shù)，代入平衡常數(shù)方程，得： 計算平衡組成 nm、 nc和 nw—進(jìn)氣中 CH CO2和 H2O的量， kmol； x —反應(yīng)中轉(zhuǎn)化的 CH4量， kmol；反應(yīng)為 達(dá)反應(yīng)平衡時各組分的量和組成如下： ? ? ? ?? ?? ?? ?? ? 2222p 222K1 xnnnPPyxnxnyxyxwcmcm ????????? ?? ＝ ? ?? ? ? ?yxyxnyyxc ??????22K2p ＝?《 天然氣化工工藝學(xué) 》 第 3章 隨 溫度的增加 合成氣中 H2對 CO摩爾比 顯著 增加 ， 高溫 有利于甲烷CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)，但即使在相當(dāng)高的溫度下，反應(yīng)速率仍很緩慢，因此就需要催化劑來加快反應(yīng) 。 影響 CH4－ CO2轉(zhuǎn)化平衡組成的因素 CH4CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動力學(xué)分析 43C
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