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第七章合成氣的生產過程(編輯修改稿)

2026-03-20 16:08 本頁面

　

【文章內容簡介】甲烷增多。（2）影響傳熱，使局部反應區產生過熱而縮短反應管使用壽命。（3）使催化劑破碎而增大床層阻力，影響生產能力。生產中，催化劑活性顯著下降可由三個現象來判斷：其一是反應器出口氣中甲烷含量升高；其二是出口處平衡溫距增大。平衡溫距為出口實際溫度與出口氣體實際組成對應的平衡溫度之差。催化劑活性下降時，出口甲烷含量升高，一氧化碳和氫含量降低，此組成對應的平衡常數減小，故平衡溫度降低，平衡溫距增大。催化劑活性越低，平衡溫距則越大；其三是出現“紅管”現象。因為反應是吸熱的，活性降低則吸熱減少，而管外供熱未變，多余熱量將管壁燒得通紅。,?,7.3.4甲烷水蒸氣轉化反應動力學,?,由以上方程可知，對于一定的催化劑而言，影響反應速率的主要因素有溫度、壓力和組成。 (1) 溫度的影響溫度升高，反應速率常數k增大，反應速率亦增大；在上式中還有一項Kp1也與溫度有關，因甲烷蒸汽轉化是要吸熱的，平衡常數隨溫度的升高而增大，結果反應速率也是增大的。,?,(2) 壓力的影響總壓增高，會使各組分的分壓也增高，對反應初期的速率提高很有利。此外加壓尚可使反應體積減小。 (3) 組分的影響原料的組成由水碳比決定，H2O/CH4過高時，雖然水蒸氣分壓高，但甲烷分壓過低，反應速率不一定高；反之，H2O/CH4過低時，反應速率也不會高。所以水碳比要適當。在反應初期，反應物CH4和H2O的濃度高，反應速率高。到反應后期，反應物濃度下降，產物濃度增高，反應速率降低，需要提高溫度來補償。,?,7.3.5天然氣蒸氣轉化過程的工藝條件,（1）壓力從熱力學特征看，低壓有利轉化反應。從動力學看，在反應初期，增加系統壓力，相當于增加了反應物分壓，反應速率加快。但到反應后期，反應接近平衡，反應物濃度高，加壓反而會降低反應速率，所以從化學角度看，壓力不宜過高。但從工程角度考慮，適當提高壓力對傳熱有利，因為①節省動力消耗② 提高傳熱效率③ 提高過熱蒸汽的余熱利用價值。綜上所述，甲烷水蒸氣轉化過程一般是加壓的，大約3MPa左右。,?,（2）溫度從熱力學角度看，高溫下甲烷平衡濃度低，從動力學看，高溫使反應速率加快，所以出口殘余甲烷含量低。因加壓對平衡的不利影響，更要提高溫度來彌補。但高溫下，反應管的材質經受不了，需要將轉化過程分為兩段進行。第一段轉化800℃左右，出口殘余甲烷10%（干基）左右。第二段轉化反應器溫度1000℃，出口甲烷降至0.3%。,?,（3）水碳比水碳比高，有利于防止積碳，殘余甲烷含量也低。實驗指出，當原料氣中無不飽和烴時，水碳比若小于2，溫度到400℃時就析碳，而當水碳比大于2時，溫度要高達1000℃才有碳析出；但若有較多不飽和烴存在時，即使水碳比大于2，當溫度≥400℃時就會析碳。為了防止積碳，操作中一般控制水碳比在3.5左右。（4）氣流速度反應爐管內氣體流速高有利于傳熱，降低爐管外壁溫度，延長爐管壽命。當催化劑活性足夠時，高流速也能強化生產，提高生產能力。但流速不宜過高，否則床層阻力過大，能耗增加。,?,7.3.6天然氣蒸汽轉化流程和主要設備,天然氣蒸汽轉化制合成氣的基本步驟如下圖72所示。,?,圖73 是以天然氣為原料日產千噸氨的大型合成氨廠的轉化工段流程圖。,?,7.4由渣油制合成氣,?,7.4.1渣油部分氧化過程的反應,?,7.4.2渣油部分氧化操作條件,（1）溫度溫度越高，反應速率越快。烴類的轉化和焦炭的氣化是吸熱的，高溫對反應平衡和速率均有利。所以，渣油氣化過程的溫度應盡可能高，但是，操作溫度還受反應器材質的約束，一般控制反應器出口溫度為1300～1400 ℃。（2）氧油比氧油比是重要的控制指標之一，氧油比常用的單位是標準m3（氧）/kg（油）。理論氧油比的計算式為，式中Wc為渣油中碳元素的質量分數。實際生產中氧/油比要高于此理論值。,?,（3）蒸汽油比水蒸氣的加入可抑制烴類熱裂解，加快消碳速率，同時水蒸氣與烴類的轉化反應可提高CO和H2含量，所以蒸汽/油高一些好，但水蒸氣參與反應會降低溫度，為了保持高溫，需要提高氧/油的比值，因此蒸汽/油也不能過高，一般控制在0.3～0.6kg（蒸汽）/kg（油）。,?,（4）壓力渣油氣化過程總結果是體積增加的，從平衡角度看，低壓有利。但加壓可縮小設備尺寸和節省后工序的氣體輸送和壓縮動力消耗，有利于消除炭黑、脫除硫化

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