第二章 甲醇原料氣的制造

1、第二章 甲醇原料氣的制造知識目標(biāo)1 了解煤制氣、天然氣制氣的各種合成氣凈化方法及相關(guān)知識；了解濕法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)和各種干法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)；了解脫硫設(shè)備和蒸汽轉(zhuǎn)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征；了解催化加氫催化劑和脫硫劑的性能。2 理解鎳-鉬催化加氫法脫硫原理和過程；理解氧化鋅脫硫原理和過程；理解天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的原理、熱力學(xué)和動力學(xué)；看懂并熟悉天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工段工藝流程圖（PFD）和管道儀表流程圖（P&ID）；熟悉天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工段各主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性和在工藝過程中所起的主要作用。3 掌握催化加氫脫硫和天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝影響因素；掌握催化加氫催化劑和脫硫劑的裝填技術(shù)、卸料技術(shù)、稱量技術(shù)、檢測技術(shù)和

2、再生技術(shù)；掌握蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣裝置的原始開車技術(shù)、正常開車技術(shù)、正常停車技術(shù)、事故停車技術(shù)、短期停車后的再開車技術(shù)和長期停車后的再開車技術(shù)；具有準(zhǔn)確判斷事故發(fā)生點(diǎn)、分析一般事故發(fā)生的原因和處理一般事故的能力。4 具備化工生產(chǎn)安全常識以及環(huán)境保護(hù)和污染治理常識。能力目標(biāo) 1 能夠分析一氧化碳變換反應(yīng)的工藝影響因素，并能夠分析和判斷影響工藝條件變化的因素；2 能夠適時正確地控制和調(diào)節(jié)工藝條件；3 能夠完成變換工段原始開車、正常開停車、事故開停車；4 能夠正確地使用一氧化碳變換催化劑；重點(diǎn)、難點(diǎn) 1、催化加氫催化劑和脫硫劑的裝填技術(shù)、卸料技術(shù)、稱量技術(shù)、檢測技術(shù)和再生技術(shù)；掌握蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣裝置的

3、原始開車技術(shù)、正常開車技術(shù)、正常停車技術(shù)、事故停車技術(shù)、短期停車后的開車技術(shù)和長期停車后的開車技術(shù)；具有判斷事故發(fā)生點(diǎn)、分析一般事故發(fā)生的原因和處理一般事故的能力。 2、鎳-鉬催化加氫法脫硫原理和過程；氧化鋅脫硫原理和過程；天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的原理、熱力學(xué)和動力學(xué)；天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工段工藝流程圖（PFD）和管道儀表流程圖（P&ID）；天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工段各主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性和在工藝過程中所起的主要作用。 含一氧化碳、二氧化碳與氫氣的甲醇原料氣是碳一化學(xué)中合成氣的一種。因此，工業(yè)合成甲醇的原料來源與碳一化學(xué)中制備合成氣的來源是一致的、可以從生產(chǎn)合成氣的一切原料中制的。這些原料包括天然氣、

4、石腦油、重油、煤炭、焦炭、焦?fàn)t氣、乙炔尾氣等。最初制備合成氣一般采用固體燃料，包括焦炭、無煙煤等固體燃料在常壓或加壓下氣化，用水蒸汽與氧氣(或空氣)為氣化劑，生產(chǎn)水煤氣供甲醇合成，或生產(chǎn)半水煤氣用于合成氨。當(dāng)用固體燃科生產(chǎn)甲醇時，需要通過變換與脫除二氧化碳調(diào)節(jié)氣體組成。早期，以固體燃料制的的水煤氣成為生產(chǎn)甲醇的唯一原料。本世紀(jì)50年代以來，原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，以氣體、液體燃料為原料生產(chǎn)甲醇原料氣，不論從工程投資、能量消耗、生產(chǎn)成本來看都有明顯的優(yōu)越性。于是甲醇生產(chǎn)由固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體、液體原料為主，其中天然氣的比值增長最快。隨著石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化抗析炭催化劑的開發(fā)，無天然氣國家與地區(qū)發(fā)展

5、了石腦油制甲醇的工藝。在重油部分氧化制氣工藝成熟后，來源廣泛的重油也成為甲醇生產(chǎn)的重要原料。選用何種原料生產(chǎn)甲醇，取決于一系列因素，包括原料的儲量與成本、投資費(fèi)用與技術(shù)水平等。日前，無論是國外或國內(nèi)，以固體、液體、氣體燃料生產(chǎn)甲醇都得到了廣泛應(yīng)用。第一節(jié) 甲醇原料氣的要求合成甲醇的原料氣主要成分為一氧化碳、二氧化碳和氫氣，甲醇醇反應(yīng)如下， CO+2H2=CH3OH H°298=-90.56kJ/mol 式（2-1此處序號應(yīng)根據(jù)整章排序確定） CO2+3H2=CH3OH+H2O H°298=-49.43kJ/mol 式（2-2）甲醇合成反應(yīng)在不同壓力（低壓法、中壓法或高壓法）

6、下進(jìn)行，當(dāng)使用銅基催化劑時，反應(yīng)溫度為220290，當(dāng)使用鋅鉻基催化劑時，反應(yīng)溫度為360420。根據(jù)上述反應(yīng)式，甲醇合成對原料氣的要求如下。1. 合理的碳?xì)浔葰渑c一氧化碳合成甲醇的摩爾比（分子比）為2，與二氧化碳合成甲醇的摩爾比3，當(dāng)一氧化碳與二氧化碳都有時，對原料氣中氫碳比(f或M值)有以下兩種表達(dá)方式。 2合理的二氧化碳與一氧化碳比例 合成甲醇原料氣中應(yīng)保持一定量的二氧化碳，一定的二氧化碳的存在能促進(jìn)鋅鉻催化劑與銅基催化劑上甲醇合成的反應(yīng)速率，適量的二氧化碳可使催化劑保持高活性。此外，在二氧化碳的存在下，甲醇合成的熱效應(yīng)比無二氧化碳時僅由一氧化碳與氧合成甲醇的熱效應(yīng)小，催化床溫度易于控制

7、，這對防止生產(chǎn)過程中催化劑溫度過高及延長催化劑的壽命是有利的。但是，二氧化碳含量過高，會造成粗甲醇中含水量增多，降低壓縮機(jī)生產(chǎn)能力，增加氣體壓縮與精餾粗甲醇的能耗。 二氧化碳在原料氣中的最佳含量，應(yīng)根據(jù)甲醇合成聽用催化劑與甲醇合成操作溫度作相應(yīng)調(diào)整，在使用鋅鉻催化劑的高壓合成裝置中，原料氣含二氧化碳45%時。催化劑壽命與生產(chǎn)能力不受影響，合成設(shè)備操作穩(wěn)定而且可以自熱，但是粗甲醇含水量為l416。因此，對于鋅鉻系催化劑上甲醇合成反應(yīng)，原料氣中二氧化碳低于5%為宜。在采用銅基催化劑時，原料氣中二氧化碳含量可適當(dāng)增加，可使塔內(nèi)總放熱量減少，以保證銅基催化劑不致過熱，延長催化劑使用壽命。 國內(nèi)某廠以石

8、腦油為原料采用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)甲醇的裝置，合成采用銅基催化劑，轉(zhuǎn)化氣第二節(jié) 以固體燃料為原料制甲醇原料氣一、 固體燃料氣化基本原理二、 固定床間歇?dú)饣l(fā)生爐構(gòu)造及其工作循環(huán)三、 固定床間歇?dú)饣に嚵鞒碳爸饕O(shè)備四、 造氣工序的開停車、運(yùn)行操作五、 造氣工序常見事故及處理六、 魯奇法連續(xù)氣化第三節(jié) 以其它原料制甲醇原料氣一以氣態(tài)烴制甲醇原料氣（一）反應(yīng)原理氣態(tài)烴類物質(zhì)主要包括天然氣、油田伴生氣、煉廠氣等氣態(tài)物質(zhì)。以天然氣為代表的氣態(tài)烴原料經(jīng)脫硫后，在催化劑作用下經(jīng)水蒸汽轉(zhuǎn)化生成含氫和一氧化碳的合成氣，該合成氣作為合成甲醇的原料氣。在水蒸汽轉(zhuǎn)化過程中，天然氣中各種鏈狀烷烴發(fā)生下列反應(yīng)，通式： 式（2

9、-16此處序號應(yīng)根據(jù)整章排序確定）#式中：n1各種烴類物質(zhì)首先反應(yīng)生成甲烷，然后甲烷再與水蒸汽發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣： H=206.2kJ/mol 式（2-17） H=-41.2kJ/mol 式（2-18）在甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的同時，可能有析碳反應(yīng)發(fā)生：CH42H2+C H=74.9kJ/mol 式（2-19） 2COCO2+C H=-172.5kJ/mol 式（2-20） CO+H2H2O+C H=-131.5kJ/mol 式（2-21）天然氣中各種烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化都需要經(jīng)過甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化這一過程，所以烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化可以用甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化來代表，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化過程也可以說成甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過

10、程。反應(yīng)式（2-17）和（2-18）均為可逆反應(yīng)。式（2-17）為吸熱反應(yīng)，熱效應(yīng)隨溫度的升高而增大；式（2-18）為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)隨溫度的增加而減少，但總的反應(yīng)效果為吸熱反應(yīng)。這兩個反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)見表2-3。根據(jù)熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)自由焓差的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 式（2-22）當(dāng)G < 0時，反應(yīng)是自發(fā)過程；當(dāng)G = 0時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，即正反應(yīng)的速率與逆反應(yīng)的速率相等；當(dāng)G >0時,反應(yīng)是不可能向正方向進(jìn)行。表2-3 反應(yīng)式（2-17）和（2-18）平衡常數(shù)溫度 MPa7001.5197501.2288001.6871.0158505.2349009501000即，G反映到平衡常數(shù)

11、KP上,當(dāng)KP>1時，反應(yīng)是自發(fā)過程；,當(dāng)KP=1時，反應(yīng)達(dá)到了平衡；當(dāng)KP<1時，反應(yīng)是不可能向正方向進(jìn)行。從表2-3可以看出：只有當(dāng)溫度達(dá)到800左右時，KP>1，說明式（2-17）的反應(yīng)才有可能發(fā)生，否則溫度若低于800時，式（2-17）的反應(yīng)是不可能發(fā)生的。式（2-18）的反應(yīng)在該體系中是次要反應(yīng)，雖然它可以調(diào)節(jié)合成氣的C/H比，但并不顯著，而且當(dāng)反應(yīng)溫度高于800時，其反應(yīng)基本上不可能發(fā)生。所以整個反應(yīng)體系以吸熱反應(yīng)為主。對于反應(yīng)式（2-17）和式（2-18），反應(yīng)溫度800也是其轉(zhuǎn)折溫度。所謂轉(zhuǎn)折溫度，即只有當(dāng)溫度高于800時，式（2-17）反應(yīng)才有可能發(fā)生；只有

12、當(dāng)溫度低于800時，式（2-18）反應(yīng)才有可能發(fā)生。這一由反應(yīng)在熱力學(xué)上不可能發(fā)生到可能發(fā)生或者由可能發(fā)生到不可能發(fā)生的溫度叫做轉(zhuǎn)折溫度。幾乎所有的反應(yīng)都存在著轉(zhuǎn)折溫度。對于吸熱反應(yīng)，轉(zhuǎn)析溫度是反應(yīng)發(fā)生的最低溫度，所以天然氣水蒸汽轉(zhuǎn)化溫度必須在800以上。雖然式（2-17）反應(yīng)高于800時反應(yīng)有可能發(fā)生，而且溫度越高這種可能性就越大。但是如果沒有催化劑的存在即使高達(dá)1000時，其反應(yīng)速度也很緩慢，所以需要采用催化劑來加速化學(xué)反應(yīng)，使其具有工業(yè)價(jià)值。但是只有在轉(zhuǎn)折溫度以上，式（2-17）反應(yīng)使用催化劑才有工業(yè)價(jià)值。根據(jù)主反應(yīng)式（2-17）的平衡常數(shù)表達(dá)式，可以計(jì)算出反應(yīng)達(dá)到平衡時的組成?，F(xiàn)以1m

13、ol甲烷為計(jì)算基準(zhǔn)：設(shè)水碳比（H2O：CH4的摩爾比）為m，按主反應(yīng)式（2-17）轉(zhuǎn)化了的甲烷為x摩爾，按變換反應(yīng)式（2-18）變換了的一氧化碳為y摩爾，原料天然氣的總壓為P，則各組分的平衡組成及分壓列于表2-4。表14 甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化平衡分壓表達(dá)式組 分氣 體 組 成平 衡 分 壓，MPa反 應(yīng) 前反 應(yīng) 后CH412-xH2Omm-x-yCOx-yH23x+yCO2y合 計(jì)1+m1+m+2xP如若將各組分的平衡分壓代入反應(yīng)式（2-17）和（2-18）的平衡常數(shù)表達(dá)式中，得： 式（2-23） 式（2-24）根據(jù)反應(yīng)溫度，計(jì)算反應(yīng)過程的自由能差G，再由自由能差G根據(jù)熱力學(xué)方程式（122）計(jì)算平

14、衡常數(shù)KP，各溫度下反應(yīng)式（2-17）和（2-18）的平衡常數(shù)KP計(jì)算結(jié)果列于表2-3中，再根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式（2-23）和（2-24）就可以計(jì)算在一定溫度T和壓力P下反應(yīng)達(dá)到平衡時的各組分的組成和分壓。鎳是工業(yè)上天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的最有效的催化劑活性組分。為了使鎳具有較高的活性，常將鎳制成細(xì)小的晶體分散在耐高溫的催化劑載體上。在鎳基催化劑中，鎳是活性組分，含量在430%左右。為了提高催化劑的機(jī)械性能，改善催化劑的孔隙結(jié)構(gòu)并提高其選擇性，常在催化劑中加入一些如MgO,Cr2O3,Al2O3等金屬氧化物。這些金屬氧化物熔點(diǎn)高可以防止催化劑的燒結(jié)，改善催化劑的孔隙結(jié)構(gòu)，有的可以抗析碳和調(diào)整載體

15、的酸性。蒸汽轉(zhuǎn)化用催化劑的載體常用Al2O3,CaO,K2O等。（二）影響因素甲醇合成氣的制備過程的影響因素，因原料來源不同其影響因素也不完全相同。我們主要是針對中海油以天然氣為原料制備合成氣這一工業(yè)裝置的特征，對其影響因素進(jìn)行深入地分析與探討，目的是讓受訓(xùn)人員了解影響因素，掌握影響規(guī)律，創(chuàng)造性的操作，使裝置一直處于優(yōu)質(zhì)、低耗、高效的狀態(tài)下運(yùn)行。對于煤制氣和重油或渣油制氣，由于其制氣過程與天然氣完全不同，所以其工藝影響因素也完全不同，因?yàn)槠拗?，所以不在此討論之列。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的影響因素主要有溫度、壓力和水碳比等，其中在所有的影響因素中溫度影響最顯著。1溫度天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化是在催化劑的作用下

16、進(jìn)行的，也稱之為催化蒸汽轉(zhuǎn)化，所以溫度的選定既要考慮熱力學(xué)因素又要考慮動力學(xué)因素。熱力學(xué)因素主要是考慮溫度的變化對化學(xué)平衡的影響，學(xué)員一定要掌握轉(zhuǎn)折溫度的概念。如前所述，所謂轉(zhuǎn)折溫度即化學(xué)平衡常數(shù)由小于1的數(shù)值轉(zhuǎn)變成大于1的數(shù)值的拐點(diǎn)所對應(yīng)的溫度叫做轉(zhuǎn)折溫度。因?yàn)檎羝D(zhuǎn)化是強(qiáng)裂的吸熱反應(yīng)，所以在低于轉(zhuǎn)折溫度時，化學(xué)平衡常數(shù)小于1，此時蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是不能自動地發(fā)生的；當(dāng)溫度繼續(xù)上升高于轉(zhuǎn)折溫度時，蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)才能自動的發(fā)生，并且隨著反應(yīng)溫度的升高，蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率也隨之升高。由上面分析和表2-3的數(shù)據(jù)可知，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的對應(yīng)的拐點(diǎn)溫度大約在800左右。也就是說反應(yīng)溫度最低也要高于800

17、，在此溫度以上，溫度越高對化學(xué)平衡移動越有利。但是，如果是放熱反應(yīng)，如部分氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，也存在著這樣一個轉(zhuǎn)折溫度，當(dāng)高于這個轉(zhuǎn)折溫度反應(yīng)是不能自發(fā)進(jìn)行的，只有低于這個轉(zhuǎn)折溫度反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行；如果是完全氧化反應(yīng)，雖然也是一個放熱反應(yīng)，但是它存在著一個燃點(diǎn)，這個燃點(diǎn)類同于轉(zhuǎn)折溫度，只有達(dá)到這個燃點(diǎn)時反應(yīng)才能發(fā)生，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)呈爆炸速度發(fā)生，而且完全氧化反應(yīng)在任何一反應(yīng)過程中都是我們所不希望的反應(yīng)，應(yīng)盡力避免的。動力學(xué)因素在這里主要考慮催化劑活性溫度范圍，所謂活性溫度范圍指的是催化劑具有催化活性的使用溫度范圍。當(dāng)?shù)陀诖呋瘎┗钚詼囟认孪迺r，催化劑不具備活性，也就是說不具備加速化學(xué)反

18、應(yīng)速度的能力，同時也不具備反應(yīng)的選擇性；但是當(dāng)高于催化劑活性溫度上限時，有可能造成催化劑的燒結(jié)或熔化，催化劑活性中心減少，催化劑活性下降甚至失活。因此綜合考慮熱力學(xué)和動力學(xué)兩者因素，天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化溫度應(yīng)控制在800以上，低于800轉(zhuǎn)化反應(yīng)是不能發(fā)生，從熱力學(xué)上考慮此時化學(xué)平衡常數(shù)KP小于1，從動力學(xué)上考慮催化劑不具備活性。蒸汽轉(zhuǎn)化溫度也不能高于900，高于此溫度有可能造成催化劑的燒結(jié)而失活。中海油2000噸/日甲醇項(xiàng)目的實(shí)際的操作情況是：脫硫后的原料天然氣與水蒸汽混合后的溫度為290，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到600后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，催化劑床層溫度控制在850，出口溫度不超過880。2壓力天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化是體

19、積擴(kuò)大反應(yīng)，在熱力學(xué)上降低壓力有利于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行。但是在高溫情況下，降壓操作一是難以實(shí)現(xiàn)，二是相當(dāng)危險(xiǎn)。一方面因?yàn)榻祲翰僮鞅仨毑捎谜婵昭b置，真空裝置只有設(shè)置在蒸汽轉(zhuǎn)化爐之后才能實(shí)現(xiàn)負(fù)壓，此時，介質(zhì)是高溫的轉(zhuǎn)化合成氣。真空裝置處于高溫介質(zhì)中設(shè)備強(qiáng)度明顯下降，危險(xiǎn)程度增加，而且設(shè)備使用壽命縮短；另一方面由于要采用真空操作，空氣易于泄入，泄入的空氣易與合成氣產(chǎn)生爆炸性的混合物，危險(xiǎn)性更大。所以說高溫條件下不宜采用負(fù)壓操作。本反應(yīng)是天然氣與水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，現(xiàn)實(shí)情況是采用蒸汽過量，相應(yīng)地起到降低烴類分壓作用，而且又能保持系統(tǒng)在正壓情況下操作，不僅能消除在高溫情況下催化劑表面結(jié)炭，而且既安全又有利于天

20、然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化。綜合考慮原料氣的來氣壓力以及熱力學(xué)、動力學(xué)和安全等諸多因素，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化壓力實(shí)際控制在2.0MPa左右。3水碳比如上所述，提高水碳比，既保證了正壓操作，安全可靠，又有利于降低天然氣的分壓，提高烴類的轉(zhuǎn)化率。但是隨著水碳比的提高，甲烷轉(zhuǎn)化率提高的速率放緩。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)水碳比超過3時，甲烷轉(zhuǎn)化率變化不大，而且此時蒸汽消耗量卻是顯著地增加，能耗提高。水碳比低時（指的是雖然超過理論配比，但仍然不能滿足反應(yīng)的要求），催化劑表面會有碳析出覆蓋在催化劑表面上，導(dǎo)致催化劑失活，如前所述這樣的失活只是暫時的，只要適當(dāng)?shù)靥岣咚急?，催化劑就能很快恢?fù)其活性。所以綜合考慮，實(shí)際水碳比控制在2.53.

21、0之間。（三）工藝過程 請參閱圖2-2天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程圖從脫硫槽出來的溫度為350，壓力為2.5MPa的原料氣與溫度為262，壓力為2.9MPa的過熱蒸汽經(jīng)噴射器J-01001混合，混合后的混合氣的溫度達(dá)290，壓力達(dá)2.7MPa，噴射器J-01001使用目的就是為了提高原料氣的壓力的。工藝中所用的過熱工藝蒸汽由來自工藝汽包F-01002、合成汽包F-02001的飽和蒸汽和過熱中壓蒸汽組成。過熱工藝蒸汽通過FV-010306A來控制，原料氣的流量由FV-010304來控制?？偟恼羝髁坑蒄T-010305來測量，水碳比由FFC-010303來顯示，并在負(fù)荷變化時始終保持水碳比不變，即負(fù)荷

22、增大過熱蒸汽相應(yīng)地增大，負(fù)荷變小過熱蒸汽相應(yīng)的變小，水蒸汽隨著負(fù)荷的變化而變化。負(fù)荷變化時水碳比保持不變的好處是能防止在不正常操作狀態(tài)下，水碳比低時而造成催化劑的析碳覆蓋在催化劑表面上卻無法脫除而使催化劑活性降低。工藝上為了防止水碳比低而設(shè)置了低限報(bào)警，如若低于低限時轉(zhuǎn)化爐就會聯(lián)鎖自動停車，確保蒸汽轉(zhuǎn)化爐的操作安全。經(jīng)噴射器J-01001混合后，溫度為290，壓力為2.7MPa的原料氣與蒸汽的混合物在兩串聯(lián)的熱交換器E-01010I/II中利用煙道氣的廢熱預(yù)熱到600，原料混合氣進(jìn)轉(zhuǎn)化爐的溫度由TC-010523通過加水到兩串聯(lián)換熱器E-01010I/II之間的換熱器E-01009I來降溫控制

23、。離開轉(zhuǎn)化爐的煙道氣溫度為1057，經(jīng)換熱器E-01009加水調(diào)溫后為951方可進(jìn)入換熱器E-01010II與原料氣進(jìn)行換熱。進(jìn)換熱器E-01010II廢煙道氣溫度為951，出換熱器E-01010II廢煙道氣溫度為886。經(jīng)調(diào)溫后進(jìn)換熱器E-01010I廢煙道氣溫度為798，出換熱器E-01010I廢煙道氣溫度為622。預(yù)熱后達(dá)到600的原料氣通過轉(zhuǎn)化爐上部的總管分配到平行的共計(jì)四排的分集氣管圖2-1然氣蒸汽轉(zhuǎn)化裝置工藝過程圖中，然后經(jīng)豬尾管系統(tǒng)進(jìn)入平行布置的八排轉(zhuǎn)化管中。每排轉(zhuǎn)化管66根，8排共計(jì)528根轉(zhuǎn)化管。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化爐（natural gas steam reformer）是天然氣

24、蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的主體設(shè)備。它是使天然氣與蒸汽混合物通過轉(zhuǎn)化管(反應(yīng)管)轉(zhuǎn)化成富含氫、一氧化碳、二氧化碳的合成氣。轉(zhuǎn)化管由外部輻射加熱，管內(nèi)裝有含鎳或鈷催化劑。蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐型很多，按加熱方法不同，大致可分為頂部燒嘴爐和側(cè)壁燒嘴爐。圖2-2Kellogg (凱洛格)法頂燒爐型 圖13pse法側(cè)燒爐型頂部燒嘴爐 ，如圖13所示。 外觀呈方箱型結(jié)構(gòu)，設(shè)有輻射室和對流室(段)，兩室并排連成一體。輻射室交錯排列轉(zhuǎn)化管和頂部燒嘴。對流室內(nèi)設(shè)置有鍋爐、蒸汽過熱器、天然氣與蒸汽混合物預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器等。側(cè)壁燒嘴爐，如圖14所示。 是豎式箱形爐，由輻射室和對流室兩部分組成。輻射室沿其縱向中心排列轉(zhuǎn)化管，室

25、的兩側(cè)壁排列67排輻射燒嘴，以均勻加熱轉(zhuǎn)化管。對流室設(shè)有天然氣與蒸汽混合原料預(yù)熱器、高壓蒸汽過熱器、工藝用空氣預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器等。中海油建滔化工有限公司的甲醇裝置的蒸汽轉(zhuǎn)化爐為頂部燒嘴爐。本工藝轉(zhuǎn)化爐每根高合金耐熱轉(zhuǎn)化管的長度為11米，內(nèi)徑為100mm，外徑為122mm，管壁厚為11mm，里面裝滿了鎳基催化劑。由溫度控制器TC-010523控制原料氣的進(jìn)口溫度，由壓力指示器PI010410指示原料氣進(jìn)口壓力并帶有超壓報(bào)警裝置。每排轉(zhuǎn)化管出口的氣體的溫度由集氣管的溫度指示儀表TI-010407-414共八塊儀表分別指示，而出口溫度的控制由溫度控制儀表TC-010419控制，出口壓力指示由壓

26、力指示儀表PI-010408指示，進(jìn)出轉(zhuǎn)化管的氣體壓差由差壓指示儀表PI-010411指示并帶有高報(bào)。利用以上儀表就很容易監(jiān)測轉(zhuǎn)化爐的情況。如流量在各轉(zhuǎn)化管內(nèi)分布不均和/或供熱不均都有可能造成轉(zhuǎn)化爐出口溫度的不同。若出口溫度太高，T-C010419就會控制進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐的燃料氣的流量。為了監(jiān)測轉(zhuǎn)化用催化劑的活性情況，在F-01004的出口管線上安裝分析取樣點(diǎn)AE020210D自動連接到質(zhì)普儀上進(jìn)行在線自動監(jiān)測，以檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化器出口的氣體中甲烷含量，以正確地判斷轉(zhuǎn)化所用催化劑的活性，以確定是否需要再生或者更換。蒸汽轉(zhuǎn)化爐B01001是帶有鋼結(jié)構(gòu)和帶有陶纖內(nèi)襯爐墻的頂燒方箱爐子。在轉(zhuǎn)化爐的兩側(cè)設(shè)置了足夠數(shù)

27、量的窺視孔以便于對每根轉(zhuǎn)化爐管進(jìn)行觀察。燒嘴布置為9排，每排20個，同時還設(shè)計(jì)了足夠數(shù)量的人孔以便于觀察。二液態(tài)烴部分氧化生產(chǎn)甲醇的原料氣（一）液態(tài)烴部分氧化生產(chǎn)甲醇的原料氣的原理液態(tài)烴包括重油、常壓渣油、減壓渣油、石腦油等利用氧氣在高溫下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，獲得主要含氫和一氧化碳為主的原料氣，該反應(yīng)是不需要使用催化劑的。以重油為例，重油與氣化劑（蒸汽與氧氣）進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐后，一部分重油與氧氣完全燃燒，生成CO2和H2O，反應(yīng)通式如下： 式（2-25）按上式生成的水蒸汽和二氧化碳、連同加入的水蒸汽、未完全氧化的部分重油、以及少量重油在高溫下發(fā)生熱裂解反應(yīng)生成的甲烷和炭一起發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，則生成一氧化碳

28、和氫為主的合成氣，反應(yīng)如下： 式（2-26） 式（2-27） 式（2-28） 式（2-29） 式（2-18）重油與氧的燃燒反應(yīng)是瞬間完成的不可逆反應(yīng)，而其轉(zhuǎn)化反應(yīng)則要慢得多。轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，需要系統(tǒng)向其提供熱量，反應(yīng)后氣體中各組分濃度的相互關(guān)系則由反應(yīng)式（2-18）的平衡表達(dá)式（2-24）決定。利用重油部分氧化制合成氣時，在制氣之前是不需要脫硫的。（二）影響因素重油氣化的主要生產(chǎn)條件為壓力、溫度、氧油比、蒸汽油比和原料預(yù)熱等。1.溫度一般認(rèn)為，甲烷、碳與水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是重油氣化的控制步驟。兩反應(yīng)均為可逆吸熱反應(yīng)。因而從熱力學(xué)方面考慮，提高溫度可提高甲烷和碳的平衡常數(shù)；從動力學(xué)方面考慮，提

29、高溫度有利于提高甲烷、碳與水蒸汽的轉(zhuǎn)化速率，對降低合成氣出口中甲烷和炭黑的含量是有利的。目前國內(nèi)各工廠為了保護(hù)爐襯和噴嘴，氣化爐出口溫度很少超過1300.2.壓力重油氣化是一個體積增大的反應(yīng)，從熱力學(xué)方面分析，提高壓力是不利的，但是從反應(yīng)速率方面考慮確是有利的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，合成氣中甲烷的平衡含量隨壓力的升高而升高，為了降低合成氣中甲烷的平衡含量，可以通過提高轉(zhuǎn)化溫度來補(bǔ)償。如，在3.04MPa下進(jìn)行氣化時，為了保持CH4的低于0.5%，其操作溫度應(yīng)為1300；當(dāng)壓力提高到8.16MPa時，則操作溫度必須維持在1400以上。因此，高壓氣化爐的工業(yè)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一在于要有足夠好的耐高溫的材料。另外，提高壓力有利于節(jié)省動力，有利于提高氣化爐的生產(chǎn)強(qiáng)度和有利降低設(shè)備投資。目前8.16MPa的氣化裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，而15.02MPa下的氣化裝置已正在實(shí)驗(yàn)中。但是如繼續(xù)提高氣化壓力將會導(dǎo)致提高合成氣中CH4的含量，炭黑含量也會隨之提高，系統(tǒng)阻力也將隨之增大，對設(shè)備要求也更加苛刻。所以，壓力的選擇應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)