第六章合成氣生產(chǎn)過程end

第六章合成氣的生產(chǎn)工藝與設(shè)備

6.1合成氣的應(yīng)用及發(fā)展前景5.1.1應(yīng)用

合成氣（synthesisgasorsyngas)CO和H2的混合物原料：煤油天然氣油頁巖、石油砂農(nóng)林廢料、城市垃圾氫能利用背景化石類能源使用過渡開采化石類能源的逐漸枯竭石油價格不斷攀升各國替代能源發(fā)展政策美國加拿大歐洲中國我國GDP下降0.7~0.8%!Hydrogeninenergysystems,1850-2150氫氣的利用是最佳的選擇穩(wěn)定的能源可再生性來源穩(wěn)定，不受地緣界定影響價格穩(wěn)定綠色能源溫室氣體空氣質(zhì)量可持續(xù)性更多….H2氫獲取途徑應(yīng)用

合成氣NH3

合成氣乙烯、丙烯合成氣甲醇醋酸汽油、烯烴、芳烴乙二醇甲醇乙醇乙烯合成氣＋丙烯醇1,4－丁二醇改進(jìn)的費(fèi)托合成催化劑鋅、鉻系催化劑高壓、380℃

3MPa，175℃

銅、鋅系催化劑中低壓、230－270℃

同系化銠絡(luò)合物－HI催化劑6.1.2發(fā)展背景

煤

石油、天然氣6.1.3關(guān)鍵問題1.實(shí)現(xiàn)新工藝，降低成本，解決污染問題2.合成氣生產(chǎn)烯烴、含氧化合物技術(shù)中高壓、高溫、貴金屬催化劑的替代。

6.2由煤制合成氣6.2.1煤氣化的基本原理1.化學(xué)平衡（1）以空氣為氣化劑時

獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定一般說來，獨(dú)立反應(yīng)數(shù)等于反應(yīng)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)數(shù)減去形成這些物質(zhì)的元素數(shù)。復(fù)雜系統(tǒng)達(dá)到平衡時，應(yīng)根據(jù)獨(dú)立反應(yīng)的概念來決定平衡組成。

系統(tǒng)含有C，O2，CO，CO24種物質(zhì)，由C,O2個元素構(gòu)成，故系統(tǒng)獨(dú)立反應(yīng)式為兩個。一般選式（5－1）、（5－3）計算平衡組成。溫度℃

CO2CON2α=CO/(CO+CO2)65010.816.972.361.08001.631.966.595.29000.434.165.598.810000.234.465.499.4表6－1總壓0.1MPa時空氣煤氣的平衡組成結(jié)論：T，CO,CO2T>900℃，CO2含量很少，主要是CO(2）以水蒸氣作氣化劑時計算平衡組成（5個參數(shù)）

①3個平衡常數(shù)表達(dá)式②分壓與總壓的關(guān)系

③根據(jù)水中氫與氧的物料平衡

圖6－10.1MPa下碳－蒸汽反應(yīng)的平衡組成T>900℃，含有等量的H2和CO，其它組分含量接近于零。T↓，H2O、CO2、CH4含量逐漸增加。故高溫下H2和CO含量高。圖6－22MPa下碳-蒸汽反應(yīng)的平衡組成相同T，P↑，H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量減小。故制得H2和CO含量高的水煤氣，在低壓、高溫下進(jìn)行。2.反應(yīng)速率

氣固反應(yīng)

不僅與化學(xué)反應(yīng)速率，還與氣化劑向碳表面的擴(kuò)散速率有關(guān)

與煤的種類有關(guān)

反應(yīng)活性：無煙煤<焦炭<褐煤(1)對于碳與氧氣的反應(yīng)，一般認(rèn)為先生成CO2，然后CO2再與碳反應(yīng)生成CO.O2的一級反應(yīng)T<775℃，動力學(xué)控制

T>900℃，擴(kuò)散控制

增加擴(kuò)散反應(yīng)速率措施：

a氣速↑

b顆粒直徑↓

775℃<T<900℃，過渡區(qū)

（2）C與CO2的還原反應(yīng)在2000℃以下，屬于動力學(xué)控制，反應(yīng)速率大致為CO2的一級反應(yīng)。（3）C與H2O反應(yīng)生成CO和H2

400℃<T<1100℃，動力學(xué)控制

T>1100℃，擴(kuò)散控制

6.2.2水煤氣的生產(chǎn)方法

分析：1100～1200℃高溫反應(yīng)大量吸熱

要求：大量供熱

采取措施:通過燃燒一部分C的反應(yīng)熱維持整個系統(tǒng)的熱平衡1.固定床間歇法（蓄熱法）操作方式：間歇法和連續(xù)法實(shí)際生產(chǎn)時按以下6個步驟的順序完成工作循環(huán)：

吹風(fēng)階段：吹入空氣，提高燃料層溫度，吹風(fēng)氣放空，1200℃結(jié)束。蒸汽吹凈：置換爐內(nèi)和出口管中的吹風(fēng)氣，以保證水煤氣質(zhì)量?？諝獯祪簦捍瞬糠执碉L(fēng)氣可以回收。一次上吹制氣：燃料層下部溫度下降，上部升高。下吹制氣：使燃料層溫度均衡二次上吹制氣：將爐底部下吹煤氣排凈，為吸入空氣做準(zhǔn)備。工藝生產(chǎn)條件：

溫度吹風(fēng)速度蒸汽用量燃料層高度循環(huán)時間

間歇?dú)饣▋?yōu)缺點(diǎn)：

制氣時不用氧氣，不需空分裝置

生產(chǎn)過程間歇，發(fā)生爐的生產(chǎn)強(qiáng)度低，對煤的質(zhì)量要求高。2.固定床連續(xù)氣化法

氣化劑：水蒸汽和氧氣的混合物

燃料層分層：與間歇法大致相同

碳與氧的燃燒放熱反應(yīng)與碳與水蒸汽的吸熱反應(yīng)同時進(jìn)行

氣化反應(yīng)至少在600～800℃進(jìn)行：調(diào)節(jié)水蒸汽與氧的比例，可控制爐中各層溫度，并使溫度穩(wěn)定。

固定床連續(xù)氣化法

常壓法

加壓法－魯奇法(Lurgi)

使反應(yīng)速度加快，生產(chǎn)能力大，壓力一般為2－3MPa，從熱力學(xué)角度，壓力高有利于甲烷和CO2的生成。

MarkV型，直徑5m，每臺產(chǎn)氣量可達(dá)106m3/h特點(diǎn)圖6－3魯奇爐結(jié)構(gòu)示意圖1.煤箱2.分布器3.水夾套4.灰箱5.洗滌器3.流化床氣化法：

煤：粒度<10mm

流化狀態(tài)氣體組成和溫度均勻溫克勒爐(Winkler)

煤氣組成(體積％）H2:35～46

CO:30～40CO2:13～25CH4:1～2特點(diǎn)4.氣流床氣化法：

特點(diǎn)：粉煤為原料反應(yīng)溫度很高灰分呈熔融狀態(tài)對煤種的通用性強(qiáng)科柏斯－托切克煤氣化爐（K-T爐）德士古水煤漿氣化爐（Texco爐)煤氣組成(體積％）Texco爐K-T爐H2:35～3631

CO:44～5158CO2:13～1810CH4:0.10.1

圖5－4科柏斯－托切克煤氣化爐示意圖5.三類氣化爐的爐內(nèi)溫度分布比較天然氣

優(yōu)質(zhì)、相對穩(wěn)定、價廉、清潔、環(huán)境友好的能源。CH4含量>90%.21世紀(jì)中期將是以天然氣為主要能源的時代。目前，世界上約有80％的合成氨及尿素、80％的甲醇及甲醇化學(xué)品、40％的乙烯（丙烯）及衍生品、60%的乙炔及炔屬化學(xué)品等都是以天然氣為原料生產(chǎn)的。我國天然氣資源量為38萬億m3,可開采資源量為10.5萬億m3。6.3以天然氣為原料制合成氣蒸汽轉(zhuǎn)化法Steamreforming部分氧化法Partialoxidation天然氣制合成氣的方法CeramicMembraneTechnology6.3.1天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)烷烴烯烴6.3.2甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣1.甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化基本原理反應(yīng)熱力學(xué)反應(yīng)動力學(xué)2.甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程中的析炭及處理1.甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)理論基礎(chǔ)

主反應(yīng)副反應(yīng)(1).主副反應(yīng)(2).獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定一般說來，獨(dú)立反應(yīng)數(shù)等于反應(yīng)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)數(shù)減去形成這些物質(zhì)的元素數(shù)。有炭黑時，獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為3。沒有炭黑時，只選用兩個獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。(3).甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)

a.化學(xué)平衡常數(shù)陳五平無機(jī)化工工藝學(xué)b.平衡組成的計算計算基準(zhǔn)：1molCH4在甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)達(dá)到平衡時，設(shè)x為按式(1-1)轉(zhuǎn)化了的甲烷摩爾數(shù)，y為按式(1-2)變換了的一氧化碳摩爾數(shù)。組分氣體組成平衡分壓，MPa反應(yīng)前平衡時CH411-x(1-x)/(1+m+2x)·PH2Omm-x-y(m-x-y)/(1+m+2x)·PCOx-y(x-y)/(1+m+2x)·PH23x+y(3x+y)/(1+m+2x)·PCO2yy/(1+m+2x)·P合計1+m1+m+2xP氣體在反應(yīng)后各組分的平衡分壓圖解法或迭代法求解x,yc.影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)

平衡組成的因素水碳比反應(yīng)溫度反應(yīng)壓力水

碳

比

的

影

響水碳比甲烷平衡含量(%)218.047.961.0P=3.5MPa、T=800℃水碳比越高，甲烷平衡含量越低。反應(yīng)壓力影響壓力增加，甲烷平衡含量也隨之增大。在烴類蒸汽轉(zhuǎn)化方法的發(fā)展過程中，壓力都在逐步提高，主要原因是加壓比常壓轉(zhuǎn)化經(jīng)濟(jì)效果好。反應(yīng)壓力MPa水碳比＝2、T＝800℃甲烷平衡含量％反應(yīng)溫度的影響甲烷平衡含量％5.02.01.00.50.2壓力(MPa)溫度℃18008709109501000287095010001030110049401020108011301200水碳比為2溫度增加，甲烷平衡含量下降（4）甲

烷

蒸

汽

轉(zhuǎn)

化

動

力

學(xué)a.反應(yīng)機(jī)理：在鎳催化劑表面甲烷和水蒸汽解離成次甲基和原子態(tài)氧，并在催化劑表面吸附與互相作用，最后生成CO、CO2和H2。b.

動

力

學(xué)

方

程甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度可近似認(rèn)為與甲烷濃度成正比，即屬于一級反應(yīng)。c.擴(kuò)散作用對甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響外擴(kuò)散對甲烷轉(zhuǎn)化影響很小內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散控制工業(yè)上采取減小催化劑的粒徑和增加有效擴(kuò)散系數(shù)促進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度

2.

甲

烷

蒸

汽

轉(zhuǎn)

化

過

程

的

析

炭炭黑覆蓋在催化劑表面，堵塞微孔，降低催化劑活性，使甲烷轉(zhuǎn)化率下降而使出口氣中殘余甲烷增多。影響傳熱，使局部反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生過熱而縮短反應(yīng)管使用壽命。使催化劑破碎而增大床層阻力，影響生產(chǎn)能力。析炭危害（1）析炭熱力學(xué)控制水碳比、適宜的溫度和壓力來解決析碳。理

論

最

小

水

碳

比

的

確

定析炭條件的判別式

不析炭(2)

析

炭

動

力

學(xué)由CO歧化反應(yīng)生成碳的速度比同一條件下CH4裂解反應(yīng)生成碳的速度要快3~10倍。碳與水蒸汽的反應(yīng)比碳與CO2的反應(yīng)的脫炭速度快2~3倍，而碳與氫的反應(yīng)速度則較慢。碳與CO2的脫炭速度比由一氧化碳歧化反應(yīng)生成炭的速度快10倍左右。對于CO的歧化反應(yīng)與還原反應(yīng)，不同活性的催化劑在轉(zhuǎn)化管的任何部位均不會析炭。在轉(zhuǎn)化管內(nèi)進(jìn)口一段的氣體組成由于甲烷裂解而析炭，對高活性催化劑的析炭范圍比低活性催化劑要狹窄一些。析碳可能性熱力學(xué)平衡曲線動力學(xué)平衡線高活性催化劑低活性催化劑01析碳的動力學(xué)區(qū)域6.3.2烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑

基本要求：高強(qiáng)度、高活性、抗析碳1.活性組分

Ni是工業(yè)化催化劑唯一活性組分，以NiO存在。

高活性：Ni晶粒?。ǚ€(wěn)定）較大比表面（Ni/Al2O3)2.助催化劑：

Al2O3、MgO、CaO、TiO2、MoO3、稀土氧化物

助劑用量一般為Ni含量的10％以下2.載體載體作用：

使鎳的晶體盡量分散，達(dá)到較大的比表面以及阻止鎳晶體熔結(jié)。

鎳熔點(diǎn)：Tm=1454℃

載體類型：(熔點(diǎn)大于2000℃金屬氧化物）

(1)耐火材料燒結(jié)型：α-Al2O3,MgO-Al2O3

浸漬法

10－15％（以NiO計）一類是以高溫?zé)Y(jié)的α-Al2O3或MgAl2O4尖晶石為載體，用浸漬法將含有鎳鹽和促進(jìn)劑的溶液負(fù)載到預(yù)先成型的載體上，再加熱分解和煅燒，稱之為負(fù)載型催化劑，鎳在整個催化劑顆粒中的含量可以很低，一般為10%～15%（按NiO計）；

(2)硅鋁酸鈣粘結(jié)型：以硅鋁酸鈣水泥為粘結(jié)劑混合法

20－30％（以NiO計）

這類轉(zhuǎn)化催化劑以硅鋁酸鈣水泥作為粘接劑，與用沉淀法制得的活性組分細(xì)晶混合均勻，成型后用水蒸氣養(yǎng)護(hù)，使水泥固化而成，稱之為粘結(jié)劑催化劑，鎳的含量高些，一般為20%～30%（按NiO計）

3.催化劑的制備和還原（1）制備方法

a.共沉淀法鎳晶粒小，分散度高鎳含量高，活性較高

NiO與載體化合成固溶體或尖晶石，不易還原成金屬鎳

b.浸漬法鎳晶粒小，分散度高鎳含量低，活性較低NiO與載體不易生成新化合物，易還原成金屬鎳3.催化劑的制備和還原（1）制備方法

c.混合法

鎳晶粒大，分散度差鎳含量高，活性較差

NiO與載體不易生成新化合物，易還原成金屬鎳

催化劑成型：

塊狀、圓柱狀環(huán)狀、異型（車輪型、多孔型）改型可減小顆粒壁厚，縮短毛細(xì)管長度，增加外表面積。

提高表觀活性，減小床層阻力，機(jī)械強(qiáng)度高。

(2)還原：

H2、天然氣、H2O的混合物

PH2O/PH2<KP，鎳催化劑被還原PH2O/PH2>KP，鎳催化劑被氧化

H2>0.4％，NiO就能還原為NiH2O/CH4=4-8，溫度800℃，壓力0.5-0.8MPa嚴(yán)格控制O2濃度，防止生成NiAl2O4(T>400℃),因?yàn)樵?00－1000℃間才能還原。4.催化劑老化

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)象稱為催化劑老化。5.催化劑中毒（1）SS≤0.5ppm,可逆性中毒催化劑活性越高，允許S含量越低。溫度越低，S對鎳催化劑毒害越大。（2）As

永久性中毒As來源:含As堿液脫碳（3）鹵素鹵素≤0.5ppm,可逆性中毒催化劑活性下降判斷方法：a甲烷含量升高b平均溫距增大平衡溫距為出口實(shí)際溫度與出口氣體實(shí)際組成對應(yīng)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(yīng)的平衡常數(shù)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；C“紅管”現(xiàn)象因?yàn)榉磻?yīng)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。6.3.3

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化流程和主要設(shè)備天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的基本步驟如下圖所示兩段式轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化指標(biāo)：CH4

的含量<0.5%

一段轉(zhuǎn)化：承擔(dān)大部分甲烷的轉(zhuǎn)化

二段轉(zhuǎn)化：承擔(dān)剩余甲烷的轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)化達(dá)到指標(biāo)。甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)方式6.3.3工業(yè)生產(chǎn)方法

1.轉(zhuǎn)化過程分段（1）轉(zhuǎn)化深度

轉(zhuǎn)化氣中CH4≤0.5%，

要求T>1000℃目前耐熱合金鋼工作溫度800～900℃

HK-40960℃60000h950℃84000h解決方式（1）在較低溫度下，外熱式轉(zhuǎn)化管中進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化（2）在較高溫度下，耐火磚襯里的二段轉(zhuǎn)化爐加入空氣（氧氣），利用反應(yīng)熱繼續(xù)甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)。（2）二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)燃燒反應(yīng)（H2）

甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)

CO變換反應(yīng)

2.工藝條件（1）壓力3.5～4.0MPa

采取加壓原因①節(jié)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

（2）反應(yīng)溫度①一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度

中型合成氨1.8MPa，760℃大型3.2MPa，800℃出口溫度盡可能不要高。②二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度

平均溫距增大△T＝T-TP，

T—實(shí)際出口溫度

TP－與出口氣體組成相應(yīng)的平衡溫度

一段10～15℃，二段15～30℃③水碳比3.52.75～2.5

提高水碳比可控制析碳與甲烷質(zhì)量，但太大經(jīng)濟(jì)上不合理，還增加熱負(fù)荷。

④氣流速度碳空速1000～2000h－1氣體流速高，有利于傳熱，延長爐管壽命；提高生產(chǎn)能力。不宜過高，床層阻力增大，能耗增加。

壓力越高，可適當(dāng)采取較高空速?？账俦硎痉椒ǎ涸蠚饪账伲好苛⒎矫状呋瘎┟啃r通過的含烴原料的標(biāo)準(zhǔn)立方米數(shù)。碳空速：每立方米催化劑每小時通過甲烷的標(biāo)準(zhǔn)立方米數(shù)。理論氫空速：每立方米催化劑每小時通過的理論氫的標(biāo)準(zhǔn)立方米數(shù)。液空速：每升催化劑每小時通過的石腦油的升數(shù)。3.工藝流程（1）天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝流程美國Kellege法，美國ICI法，丹麥TapsΦe法（2）各種方法的流程的主要不同點(diǎn)

a.原料的預(yù)熱溫度b.對流段內(nèi)各加熱盤管的布置c.轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的余熱回收3轉(zhuǎn)化的主要設(shè)備（一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐）目前采用的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法有：P9美國凱洛格法、英國帝國化學(xué)公司ICI法、丹麥托普索法等。它們除了一段轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)不同外，都包括一、二段轉(zhuǎn)化爐、原料預(yù)熱和余熱回收。美國凱洛格法甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化天然氣經(jīng)脫硫（S質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.5ppm)后，在壓力3.6MPa、溫度380℃左右配入中壓蒸汽（ω約為3.5），進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐。指標(biāo)：CH4含量<0.5%；條件：P=3.6MPa；為了抵消加壓帶來的影響，需要T≧1000℃工段一之主要設(shè)備圖10圖11對流段輻射段一段轉(zhuǎn)化爐：承擔(dān)大部分甲烷的轉(zhuǎn)化【設(shè)備結(jié)構(gòu)】

對流段：由幾組盤管組成，盤管用于熱交換。輻射段：內(nèi)由無數(shù)根內(nèi)裝催化劑的反應(yīng)管組成，材質(zhì)為耐熱合金鋼管?！緶囟取繉α鞫纬隹赥為500～520℃；輻射段轉(zhuǎn)化T為700～800℃；出爐T達(dá)到850～860℃。燒嘴集氣總管分氣總管上豬尾管下豬尾管盤管反應(yīng)管工段一之主要設(shè)備圖12二段轉(zhuǎn)化爐：承擔(dān)殘余甲烷的轉(zhuǎn)化【設(shè)備結(jié)構(gòu)】

①絕熱耐高溫立式圓筒反應(yīng)器；

②殼體材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯耐火材料，爐外有水夾套，

③空氣分布器（爐頂）：空氣經(jīng)分布器噴頭噴出再與轉(zhuǎn)化器混合燃燒，以使空氣與轉(zhuǎn)化氣充分混合，避免局部溫度上升過高?！緶囟取?/p>

二段轉(zhuǎn)化爐中引入空氣，空氣中的O2與一段爐來的H2反應(yīng)，燃燒放熱，使?fàn)t內(nèi)T迅速上升至1200℃左右，同時制得N2；出口T為1000℃左右。工段一之主要設(shè)備空氣分布器碳鋼水夾套耐火材料鎳催化劑鉻基催化劑六角形磚耐火球空氣轉(zhuǎn)化氣空氣4

凱洛格法甲烷轉(zhuǎn)化的工藝流程

P9-10圖9工段一之工藝流程二段轉(zhuǎn)化爐輻射段對流段一段轉(zhuǎn)化爐脫硫罐凱洛格法典型流程：圖9工段一之工藝流程脫出S，380℃,3.6MPa500-520℃850-860℃450℃（加壓到3.3-3.5MPa)O2+H2-Q1200℃1000℃（ω=3.5)N2，H2，CO,CO2,CH4=0.3%左右美國Kellege法4.主要設(shè)備

(1)一段轉(zhuǎn)化爐輻射段＋對流段（反應(yīng)管與加熱室）(回收熱量）

爐管：耐熱合金鋼管（成本1/6）①爐型

a頂部燒嘴爐b側(cè)臂燒嘴爐

a頂部燒嘴爐b側(cè)臂燒嘴爐②轉(zhuǎn)化爐管Φ：70～120mm臂厚：11～18mm長度：10～12m爐管結(jié)構(gòu)：冷底式熱底式豬尾管

(2)二段轉(zhuǎn)化爐

①二段轉(zhuǎn)化爐的作用

a甲烷進(jìn)一步轉(zhuǎn)化b調(diào)節(jié)H/C比②二段轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)

立式圓筒，內(nèi)徑約3米，高約13米，殼體材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯不含硅的耐火材料，爐殼外保溫。上部有燃燒空間的固定床絕熱式催化反應(yīng)器

作業(yè)：查閱近年來甲烷轉(zhuǎn)化的新工藝，找出你所感興趣的一種或多種新工藝，經(jīng)整理后寫一篇簡短的文字說明?？蓞⒄杖缦聝?nèi)容撰寫，也可自行安排要寫的內(nèi)容：1、甲烷轉(zhuǎn)化新工藝的研究進(jìn)展2、該新工藝的介紹3、該新工藝在國內(nèi)外的研究及發(fā)展現(xiàn)狀4、與所學(xué)甲烷轉(zhuǎn)化工藝相比，優(yōu)、劣勢在哪里？5、該工藝未來的研究方向6.4石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化石腦油：高分子的液態(tài)烴，C/H比>4，含有烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和少量烯烴。關(guān)鍵問題：析碳1.反應(yīng)原理

（1）T>650℃

發(fā)生熱裂解，生成低級飽和烴和不飽和烴。T<650℃

發(fā)生催化裂解，生成甲烷和不飽和烴。甲烷、低碳烴和水蒸汽反應(yīng)，生成H2、CO和H2O。

（2）芳香烴直接催化裂解生成H2、CO、CO2，然后CO和H2生成甲烷。最終產(chǎn)物的平衡組成由CO變換決定。石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化的總結(jié)果：

副反應(yīng)：

2.析碳原因和消碳方法（1）析碳原因①由于活性組分Ni的存在，Ni表面有NiC生成。②由于酸性載體析碳，酸性愈大，析碳愈易。純α-Al2O3不析碳，含少量SiO2析碳。③由于催化劑床層空隙，烴類在空隙內(nèi)直接熱裂解。

（2）防止析碳方法①提高水碳比②改進(jìn)催化劑a.用K2O作助催化劑ⅰ可與酸性載體中和，防止石腦油裂解為烯烴，以及防止烯烴脫氫成為碳黑。ⅱ有除碳的作用以KAlSiO4（鉀霞石）儲存鉀。轉(zhuǎn)化爐管上部裝含鉀的，下部裝不含鉀的催化劑。

b.用MgO作載體為避免MgO與水蒸汽產(chǎn)生水合作用，加入Al2O3，高溫下燒結(jié)成鎂鋁尖晶石。6.5重油部分氧化6.5.1重油氣化的基本原理1.氣化反應(yīng)重油霧滴氣化：氣態(tài)烴的氧化燃燒：

CmHn+(m+n/4)O2mCO2+n/2H2O

氣態(tài)烴高溫?zé)崃呀猓簹鈶B(tài)烴與蒸汽反應(yīng)：

其它反應(yīng)：

2.重油氣化的化學(xué)平衡出口氣體：CH4、CO、H2、CO2、H2O、C（不考慮其它雜質(zhì)）3種元素：C、H、O獨(dú)立反應(yīng)：3個①甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)②CO變換反應(yīng)

③碳黑生成反應(yīng)當(dāng)P<5MPa，可以忽略壓力的影響。當(dāng)P>5MPa，應(yīng)以逸度f的平衡常數(shù)Kf代替分壓表示的平衡常數(shù)Kp。

3.碳黑生成問題的熱力學(xué)討論方法同甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過程的析碳。析碳危害：降低C的利用率引起后續(xù)工藝的影響（變換反應(yīng)中影響催化劑活性，污染脫碳溶液，使之發(fā)泡泛塔）

4.重油氣化反應(yīng)速率火焰形反應(yīng)（1）高溫下CO變換反應(yīng)是快速的，在氣化爐中出口