天然气制备合成气.doc

-
. z.
天然气制备合成气
天然气作为一种清洁、环境友好的能源，越来越受到广泛的重视。天然气作为一种清洁、环境友好的能源，越来越受到广泛的重视。制合成气是间接利用天然气的重要步。所以水碳比要适当。在反响初期，反响物的浓度高，反响速率高。到反响后期，反响物浓度下降，产物浓度增高，反响速率降低，需要提高温度来补偿。
转化反响是气固相催化过程，包括外扩散和催化剂外表上吸附、反响、产物脱附和扩散等多个步骤，每个步骤对整个过程的总速率都有影响，最慢的一步控制了总速率。上述动力学方程式是本征动力学方程式。在工业生产中，反响器气流速度较快，外扩散影响可以忽略。但为了减少床层阻力，所用催化剂颗粒较大(>2mn)，故扩散阻力较大，催化剂外表利用率较低。在500℃左右时，外表利用率越30%；温度升到800℃时，外表利用率仅有1%，这是因为温度升高，外表反响速率加快，孔口侧的反响物消耗快，细孔反响物浓度因扩散阻力大而随孔长下降迅速，更多外表没有被利用。所以，在工业生产中的反响速率低于本征动力学速率
-
. z.
r，两者关系为。考虑了传质过程的影响，减少催化剂的成型颗粒尺寸和制成环形或车轮形或多孔球形，可以提高外表利用率，从而提高表观反响速率。
甲烷水蒸气转化过程的工艺条件
在选择工艺条件时，理论依据是热力学和动力学分析以及化学工程原理，此外，还需要结合技术经济、生产平安等进展综合优化。转化过程主要工艺条件有压力、温度、水碳比和空速，这几个条件之间互有关系，要适当匹配。
压力
从热力学特征看，低压有利转化反响。从动力学看，在反响初期，增加系统压力，相当于增加了反响物分压，反响速率加快。但到反响后期，反响接近平衡，反响物浓度高，加压反而会降低反响速率，所以从化学角度看，压力不宜过高。但从工程角度考虑，适当提高压力对传热有利，因为甲烷转化过程需要外部供热，大的给热系数是强化传热的前提。床层给热系数，提高压力，即提高了介质密度，是提高雷诺数Re的有效措施。为了增大传热面积，采用多管并联的反响器，这就带来了如何将气体均匀地分布的问题，提高系统压力可增大床层压降，使气流均布于各反响管。虽然提高压力会增加能耗，但假设合成气是作为高压合成过程〔例如合成氨、甲醇等〕的原料时，在制造合成气时将压力提高到一定水平，就能降低后序工段的气体压缩功，使全厂总能耗降低。加压还可以减少设备、管道的体积，提高设备生产强度，占地面积也小。综上所述，甲烷水蒸气转化过程一般是加压的，大约3Mpa左右。
温度
从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反响速率加快，所以出口剩余甲烷含量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。在3Mpa的压力下，%〔干基〕，必须使温度到达1000℃。但是，在此高温下，反响管的材质经受不了，以耐高温的HK-40合金钢为例，在3Mpa压力下，要使反响炉管寿命达10年，管壁温度不得超过920℃，其管介质温度相应为800-820℃。因此，为满足剩余甲烷的要求，需要将转化过程分为两段进展。第一段转化在多管反响器中进展，管间供热，反响器称为一段转化炉，最高温度〔出口处〕控制在800℃左右，出口剩余甲烷10%〔