ATR技术在天然气转化制取甲醇合成气工艺中的工业应用
甲烷制备合成气工艺开发进展 (1)
该反应可在较低温度（７５０—８００℃）下达到 ９０％以上的热力学平衡转化，反应接触时间短 （＜１０。２ ｓ），可避免高温非催化部分氧化法伴生 的燃烧反应，ＣＯ和Ｈ２的选择性高达９５％，生成 合成气的Ｈ２／ＣＯ比接近２，适合于合成甲醇、费托 合成等后续工业过程。与传统的蒸汽转化法和联 合重整法相比，甲烷催化部分氧化制合成气的反 应器体积小、效率高、能耗低，可显著降低设备投 资和生产成本。因此，此工艺受到国内外的广泛 重视，研究工作十分活跃。自９０年代以来，人们 针对甲烷催化部分氧化反应所采用的氧化剂、原 料配比、催化剂体系、工艺条件及反应器的不同已 开发出固定床【３，４｜、流化床［５，６３以及陶瓷膜工艺 等【７１ ９３。对这些工艺进行开发的国外公司主要有
石油资源作为２０世纪的主要能源在石油、化 工领域占据了重要的地位。但由于长期大量开 采，储量日趋匮乏，使世界能源结构正在发生深刻 变化。据专家预测，到２ｌ世纪中叶，天然气在世 界能源结构中所占比例将由目前的２５％上升到 ４０％左右，而石油将从目前的３４％降至２０％…。 因此，天然气作为一种高效、优质、清洁的能源和 化工原料，将逐步取代石油而占主导地位，成为 ２１世纪的主要能源，而研究和开发利用天然气的 新技术、新工艺也就成为人们关注的焦点。 天然气的主要成分是甲烷。利用甲烷制备化 工产品主要有两条途径：直接转化法，如甲烷直接 氧化偶联制乙烯，甲烷选择氧化制甲醇、甲醛等； 间接转化法，即经合成气生产合成氨、甲醇和烃类 等，如利用合成气（ＣＯ＋Ｈ２）作为中间产物，在Ｃｕ／ ＺｎＯ催化剂上合成甲醇（ＣＯ＋２Ｈ２一ｃｎ３０８）或通 过费托过程在Ｆｅ和ｃｕ催化剂上合成烃类［ｎＣＯ ＋２ｎＨ２一（ＣＨ２）ｎ］。 由于直接转化法中目的产物在苛刻的反应条 件下很容易深度氧化为Ｃ０２和Ｈ２０，存在转化率 低、产率低、选择性较差等缺点，近期内工业化较 困难。而采用先将天然气转化为合成气，再合成 化学品和燃料的间接转化法目前已在工业上广泛 应用，而且随着以合成气为原料的许多化工合成 过程中一些新技术的不断诞生，将会使间接转化 法在天然气综合利用中发挥更大的作用。为此， 笔者将国内外已工业化应用的天然气转化为合成 气工艺技术的改进及新技术的研究开发进展综述 如下。
年产10万吨甲醇工艺设计
1 总论1.1 概述甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。
长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。
1）甲醇（英文名；Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。
化学分子式为CH3OH。
甲醇的性质；甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。
分子量32.04，相对密度0.792(20/4℃)，熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度 1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2℃)，蒸气与空气混合物爆炸下限6～36.5 % ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。
甲醇的用途；甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。
主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。
甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。
甲醇的毒性及常用急救方法；甲醇被人饮用后，就会产生甲醇中毒。
甲醇的致命剂量大约是70毫升。
甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。
急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。
慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、现力减退、消化障碍。
甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。
甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。
其原理是，甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。
甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力。
天然气制甲醇工艺研究
天然气制甲醇工艺研究一、发展天然气制甲醇的需求甲醇是一种广泛运用的燃料和化工原料。
目前作为替代汽、柴油或添加的燃料，可以与汽油一同生产出M15，M30等车用燃料；作为化工原料，可以生产甲醛、二甲醚、烯烃等等。
发展天然气制甲醇产业，能够提高产品附加价值，缓解低气价矛盾，提升天然气化工回收率。
相对比煤炭制甲醇，由于天然气主要成分甲烷的热值更高，所以其耗能更低；另外因为天然气是清洁能源，符合今年碳中和、碳达峰等环保政策，相较于煤炭，其中含有硫氮混合物，所以使用用天然气生产甲醇，污染程度更小。
二、天然气制甲醇的主要工艺流程在工业中，天然气制甲醇的工艺分为两个大步骤，其一，用催化裂解转化工业原料形成合成气；其二，利用合成气进行催化合成，生产甲醇产品。
在工艺上，制备甲醇的合成气分为水蒸气转化、部分氧化和自然转化。
1。
关于合成气的制备流程合成气是以氢气、一氧化碳为主要成分的气体，在天然气制备合成气中，常用转化方法为蒸汽转化法。
该方法是通过甲烷与水蒸气反应，在镍催化的条件下，生成氢气和一氧化碳。
在具体的制备过程中，需要加入二氧化碳，减轻氢碳比，从而优化催化性能。
在实际操作中，还需要对天然气原料进行脱硫处理，处理方式是将天然气通入中间转换器，添加氢气进行提纯，再通入脱硫热管。
氢化反应中是对一些微量有机物发生加成反应，在Ni-Mo催化剂的作用下，实现氢化处理。
在脱硫热管处理后，将气体导入氧化锌脱硫槽进行脱硫反应。
在经过脱硫处理后，将脱硫气体导入脱硫中间热交换器中，实现热量的短循环，并使之导入反应装置饱和塔中，使得气体直接与工艺含醇水和工艺冷凝水接触，提高气体的蒸汽饱和度。
通过精馏处理的杂醇油也重新流回到饱和塔中，与热交换后的脱硫气体混合。
在蒸汽转化工艺中，高温同时会发生两个反应，反应一是甲烷与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳，反应二是二氧化碳与甲烷在高温反应生成甲醇和水。
由于水既是反应一的反应物，也是反应二的产物，如何控制温度和水蒸气用量，是提高产物的选择性的关键。
浅谈天然气直接制甲醇的发展前景_周小燕
①近年来 ,国外一些规模大的甲醇装置相继投产 ,造 醇装置生产的甲醇无法与国外的甲醇产品 ,特别是与
成国际市场甲醇价格低廉 ,致使我国甲醇进口量逐 以天然气为原料、规模大的甲醇装置生产的甲醇相竞
年上升 ; 特别是 1998年以后 ,由于亚洲金融风波的影 争 ,因此 ,虽然国内甲醇的生产能力从表面上看已能
2 甲醇的供求现状及需求预测 2. 1 世界甲醇市场的供求现状及需求预测
1997年世界甲醇生产能力已达 3 150× 104 t /a, 需求量为 2 630× 104t /a,开工率为 84% 。预计 , 1998 - 2010年全世界还约有 1 950× 10t 的甲醇装置将投 产 ,到 2000年生产能力将达到 3 803× 104 t /a,需求量 将达到 3 020× 104t ,届时开工率将下降为 79% ,世界
关键词: 天然气 甲醇 市场 工艺技术 经济效 益 评价 建议
A Preliminary Discussion on the Development Prospect of the Process in which Methanol Is Directly Made from N atural Gas
Zhou Xiao yan
( S INOP EC Eonom ic and Development Institute , Bei jing 100029)
以天然气为原料制甲醇装置工艺方案
综 述 评 论
以天然气为原料制甲醇装置工艺方案
蒋德军 郑明峰 唐宏青 中国石化兰州设计院 兰州 730060
摘要 以天然气为原料的 10 万 t/ a 甲醇装置 ,对其合成气制备工序的七种工艺流程 、甲醇合成工序的
关键词 天然气制甲醇 流程模拟 工艺方案 国产化
某化工厂拟在近期内筹建以天然气为原料的 10 万 t/ a 甲醇装置 。为了配合装置的工程设计和 工程建设 ,受石化总公司技术开发中心委托 ,中国 石化兰州设计院应用流程模拟技术 ,对以天然气 为原料制甲醇装置的工艺流程进行计算分析 ,为 有关方面决策提供参考 。
(2) 管束式合成工艺 采用管束式副产蒸汽 等温反应器 。 113 甲醇精馏
(1) 两塔流程 第一塔为预精馏塔 ,第二塔为 主精馏塔 ,两塔再沸器均用低压蒸汽作热源 ;
(2) 三塔流程 采用两个主精馏塔 ,第一主精 馏塔加压操作 ,第二主精馏塔常压操作 。加压塔 塔顶气体的冷凝热用作常压塔塔底再沸器的热 源 ,有效地利用了能量 。
2 基本工艺流程
根据国 内 外 已 成 熟 并 实 现 工 业 化 的 工 艺 技 术 ,提出如下基本工艺流程 。 211 合成气制备工序 (包括蒸汽动力系统和废热 回收方案)
共有三类七种工艺流程 : (1) 第一类 基于一段蒸汽转化的工艺流程 (共三种) : ①合成气制备工艺流程 A :传统的一段蒸汽 转化工艺 ; ②合成气制备工艺流程 B : 转化炉前 补 加 CO2 一段蒸汽转化工艺 ;
蒸汽能否自身平衡
流程 A
71. 39
10. 39
9. 34
0. 45
7. 61
0. 00
0. 23 53841 510/ 840
以天然气和煤为原料生产甲醇的转化工艺探讨 杨扬
以天然气和煤为原料生产甲醇的转化工艺探讨杨扬摘要：甲醇是一种有机化学原料，随着科学技术的发展，甲醇被广泛应用到工业生产中，特别是在交通领域作为燃料使用，更是加大了甲醇的需求。
目前，甲醇合成主要是通过石油提炼而成，但随着石油价格的逐渐飙升，以煤炭、天然气为原材料的甲醇生产转换工艺得到发展和应用。
为促进甲醇生产行业的进一步发展，本文以天然气和煤为原料生产甲醇的转化工艺进行深入探讨，希望对相关领域工作者提供必要的帮助。
关键词：天然气、煤、甲醇；转化工艺从理论方面来讲，只要能产生合成气的物质都可以作为甲醇的材料，因此不同生产材料生产工艺的区别在于合成气的产生方式。
目前，国际主流的甲醇生产是由石油、煤炭和天然气等材料生产的。
随着石油成本的进一步提高，煤炭和天然气的应用优势开始凸显，一定程度上缓解了原油的供需压力，加速了煤和天然气资源的优化升级。
同时，以天然气和煤为原料的甲醇生产，对于国家能源结构调整有着十分积极的作用。
一、甲醇合成气生产工艺目前世界上唯一的甲醇合成方法是通过合成气（CO+H2）合成甲醇，由合成气生产甲醇不论采用怎样的原料和技术路线，大致可分为以下几个工序：如图1。
图1甲醇生产流程示意图1.1天然气制甲醇合成气工艺天然气是生产甲醇的重要原料，在我国，已建和在建的甲醇装置中以天然气为原料的约占三分之一左右。
天然气制甲醇工艺总体上可分为三大类，如图2所示。
图2天然气制甲醇合成气1.1.1蒸汽催化转化天然气的传统蒸气转化应用最广，在全世界该工艺占 80%以上。
天然气在转化炉中与蒸汽在高温和镍催化剂作用下生成 H2、CO 和 CO2。
该工艺存在诸多问题：太高的水碳比使反应消耗更多的蒸汽能量；高温带来能量传递问题，对转化炉管材要求苛刻；低压操作提高了整个装置的费用，同时增加了合成气压缩功耗。
蒸汽转化的改进是向系统中补碳，若能将 CO2，加入转化炉前或炉后，则可以有效改善转化气的气质，提高甲醇产量，降低产品的能耗。
天然气一步法合成甲醇工艺研究进展
天然气一步法合成甲醇工艺研究进展摘要：通过对天然气转化的介绍，陈述了天然气一步法合成甲醇工艺的研究现状，比较四种合成工艺的特点，并对其未来的发展方向进行了展望。
关键词：天然气甲醇一步法一、引言21世纪被称为是天然气的时代，根据国际能源组织的预测2000年世界天然气消费量为2.5 ×1012m3，2010年为3.5 ×1012～4.0 ×1012m3，届时将在世界一次能源结构中占居第一位，如何利用好这种优质、高效、清洁的资源是当今面临的重要问题[1-3]。
天然气直接氧化转化为甲醇的研究一直受到人们的高度重视。
但是目前天然气化工应用的基本技术是经合成气制备液体燃料和高碳烃，这种间接转化流程存在工艺流程长、生产成本高等缺点。
直接部分氧化将大大降低投资和操作费用，所以甲烷直接氧化制甲醇一直都是一项十分具有吸引力的研究课题。
当前天然气一步法合成甲醇工艺主要有传统蒸气催化转化工艺、甲烷部分氧化工艺、甲烷自热转化工艺等。
二、天然气一步法合成甲醇工艺1.传统蒸气催化转化工艺[4，5]蒸气转化工艺（SMR）是天然气制合成气的典型工艺，是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷与水蒸气反应，生成H2、CO等混和气，该反应是强吸热的，需要外界供热。
但以此法制得的合成气生产甲醇一个突出的弊病是氢过量。
天然气蒸气转化法制备甲醇原料气典型的有美国Kellogg法、丹麦Topsφe 法、英国帝国化学工业公司ICI等。
目前，此技术已相当成熟，有针对此法的各种节能型催化剂的研究，且不少已用于工业实践。
但是传统蒸气转化工艺存在如下问题[6]：①高水/碳比将使反应过程消耗更多的能量。
②高温操作带来热量传递问题，增大了转化炉管的热通量，这将使转化炉管的使用寿命缩短。
③虽然低压操作对反应有利，但却提高了整个装置的投资费用，同时增加了合成气压缩功耗。
2.甲烷部分氧化工艺从20世纪90年代以来，天然气部分氧化制合成气成为人们研究的热点。
天燃气合成甲醇合成工段的工艺设计
天燃气合成甲醇合成工段的工艺设计天然气合成甲醇的工艺设计是指通过天然气作为原料，采用一系列化学反应将其转化为甲醇的工艺流程。
这个工艺过程包括几个主要环节：气体净化、催化转化、蒸汽重整、甲醇合成等。
下面将针对这些环节逐一介绍。
1. 气体净化气体净化是将含杂质的天然气经过处理，使其符合进入甲醇合成反应器的要求。
处理过程主要含有两个步骤：脱硫和脱水处理。
其中，脱硫处理是将天然气中的硫化物通过加入一定量的ZnO进行反应，将硫化物转化成硫化锌，使得天然气中的硫化物浓度降到合适的范围内；而脱水处理是通过加入适量的乙二醇，将气体中的水汽捕获，保证气体中的水分浓度低于0.1%。
2. 催化转化催化转化是将净化后的气体进行一系列化学反应，将其转化成含甲醇的合成气体。
主要包括以下步骤：（1）燃烬气化：将气体通过高温、高压下的火炬，进行加热，使其转化为燃烬气；（2）变换反应：将燃烬气与水蒸汽反应，生成一氧化碳和氢气；（5）二氧化碳转化：将一氧化碳和二氧化碳反应，生成一氧化碳和水蒸汽；3. 蒸汽重整蒸汽重整是指将制备好的合成气体进行再次转化，将其中含有的一氧化碳和水蒸汽转化为氢气和二氧化碳。
这个过程通过引入高温水蒸汽，与合成气体进行加热反应，使得其中的一氧化碳和水蒸汽被转化成氢气和二氧化碳。
蒸汽重整的反应条件一般为高温高压下进行，反应需要使用合适的催化剂。
4. 甲醇合成甲醇合成是将经过蒸汽重整的气体进行再次转化，最终生成甲醇的过程。
主要反应方程式为：CO+2H2→CH3OH。
反应需要用到适量的催化剂，通过调节反应的温度、压力、氢气转化率等条件进行控制，以得到高质量的甲醇。
总之，天然气合成甲醇的工艺设计需要经过多个环节的处理和转化，制备出合适的合成气体，最终生成甲醇。
在这个过程中需要使用合适的装置和设备，并同时考虑工艺稳定性、能耗控制等因素，以实现经济、高效的甲醇制备工艺。
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烧嘴保护蒸汽 氧气进料前配蒸汽
正常运行不需要保护蒸汽
正常运行烧嘴连续需要保护蒸汽，
仅投氧前和停氧后需要（300 kg/hr） 500 kg/hr
不需要（充分考虑了氧气在 ATR 上部燃
连续需要 2500 kg/hr
纯氧转化炉进原料气温度
烧产生蒸汽量） 低（≤450℃）
高（通常要求 650℃，上游加热炉的要求
该 ATR 炉子设计的显著特点是： ① 炉子颈部比较细长，这样设计的好处是增加了燃烧气体的混合分散空间，使得
气体进入催化剂床层前充分混合均匀、温度分布均匀，有利于降低转化反应的 平衡温距且可以避免催化剂的损坏，这一设计的依据是燃烧段的温度场分布分 析结果； ② 除出口集合管上设置了三个温度监测点外，炉体上不再设置温度监测点，使得 炉子操作安全可靠性大大提高； ③ 炉体、裙座、出口集合管都设置了水冷夹套（水浴），通过监测夹套水补给量 可判断炉体内耐火衬里的工作情况，一旦夹套水补给量突然显著增多高报警， 操作人员就应引起重视，若情况继续恶化下去说明耐火衬里有损坏，技术主管 人员需下令紧急停车，即使操作人员失误，夹套液位低低联锁会动作，ATR 自 动停车，避免造成安全事故； ④ 没有设计水冷夹套的炉体部位外表面涂刷高温热敏漆（在炉子壳体表面温度高 于 350℃时漆膜颜色会自动改变，要求巡检人员需定期查看）。 ⑤ 独特的转化气分布器：该分布器设计为中空的封闭圆柱体，上下圆形表面均匀 分布有圆形小孔，且两个圆形表面上小圆孔的位置相互错开，这种设计的好处 是保证转化气与氧气接触前经过两次充分混合并均匀分散后垂直向下运动，保 证火焰垂直向下不漂移；分布器中间设计有圆柱形套筒，烧嘴头穿过此套筒位 于分布器下方；分布器由凸出的圆环状耐火砖支撑，见图二。
2 ATR 技术特点
2.1 ATR 简介
ATR 是自热式转化炉（Autothermal Reformer）的英文缩写，近年来 ATR 技术在国外被 广泛应用于大型及超大型甲醇工业装置和合成氨工业装置，是目前国际上最先进的甲醇合成 气或氨合成气制取技术之一。
氧气从 ATR 炉顶部烧嘴进入炉膛，一段转化气（或焦炉气等其它有效气体）从炉体颈 部侧面进入，经专门设计的气体分布器均匀分散后与氧气混合并燃烧，然后自上而下通过催 化剂床层，ATR 出口温度接近 1000℃，首先经废热锅炉换热副产中压蒸汽，然后经一系列 热回收并冷却到 40℃后气体被增压送往甲醇合成回路。ATR 工艺流程如图一所示，ATR 炉 子结构如图二所示。
提高，且增加了燃料消耗和生产成本）
烧嘴夹套冷却水
不需要
需要，大大降低系统安全可靠性，在冷
却水系统中还需要设置高位水箱、高压
保护氮气等措施，操作十分复杂。
催化剂入口处工况
温度和组成均匀，使得： 平衡温距 0～5℃
温度和组成不均匀，导致： 平衡温距 10～15℃
催化剂损坏少，寿命延长
催化剂损坏严重，寿命短
该工艺流程具有如下特点： ① 采用 ATR 工艺流程，使得：
甲醇合成气组分中(H2-CO2)/ (CO+CO2)更趋合理，比值在 2.01～2.10 之间，有
《ATR 工艺在天然气转化制甲醇合成气中的工业应用 final.doc》 1
利于甲醇合成； 新鲜甲醇合成气中 CH4 含量低于 0.3%，降低了惰性组分含量，提高了合成回 路单程转化率、减少驰放气量、减少回路循环气量，从而不仅减少原料天然气 消耗，而且大大节省了循环气压缩机的功耗； ATR 出口温度接近 1000℃，用废热锅炉副产更多的中压蒸汽，充分回收高位 热能； 降低了一段蒸汽转化的水蒸汽/碳摩尔比，降低了蒸汽消耗； 降低了一段蒸汽转化的操作温度，大量减少了燃料天然气的消耗，减少了烟气 排放，有利于节能、环保。 ② 甲醇合成塔采用先进可靠的等温合成塔技术，甲醇合成塔床层温度分布均匀，接近 最佳合成温度，合成反应热可以副产中压蒸汽； ③ 甲醇精馏塔采用高效规整填料，甲醇产品质量高，蒸汽消耗低；同时设甲醇回收塔 不仅提高甲醇收率，而且使废水达标直接排放；将加压塔塔顶蒸汽作为常压塔塔釜再 沸器热源，节能效果十分明显； ④ 一段转化炉采用热管式空气预热器，不仅可以降低烟气排放温度，而且可以提高燃 烧空气入口温度，提高燃烧效率，有利于热能综合利用，节省燃料消耗； ⑤ 甲醇装置自控系统采用 DCS 集散控制系统（两台离心压缩机组采用独立的 ITCC 控制）, 使得全厂操作控制稳定、便利迅捷；同时采用一套安全仪表系统（SIS），为全装置 关键的设备和系统提供安全保证； ⑥ 整个甲醇装置正常生产过程中，无有毒、有害的废水及废气排放，能做到清洁生产。
ATR 转化
非催化部分氧化
反应温度 ℃
相对温和
出口气体温度 ℃
～1000
出口气体组成
CH4(干基)＜0.3%
《ATR 工艺在天然气转化制甲醇合成气中的工业应用 final.doc》 3
高，对耐火材料要求高 ～1200
CH4(干基)＜0.3%
原料气消耗 氧气消耗 转化系统流程 下游热回收系统流程及设备
其主要反应为： CH4 + O2 = CO + H2O+H2+Q 2CH4+O2 = 2CO +4H2+Q CH4+2O2 = CO2+2H2O+Q 非催化氧化的转化气出口温度通常在 1200℃左右，残余甲烷指标同样也可以控制在 0.3
％（干基）。
ATR 转化与非催化部分氧化的比较见表一：
表一 ATR 转化与非催化部分氧化比较表
本项目为老厂改扩建项目，原兰州煤气厂现有 3×65 tons/hr 燃煤锅炉、2×6000 Nm3/hr 空分制氧装置、规划整齐的场地和道路等公用工程设施可以改造利用，中石油天然气公司在 距离厂区附近 500m 左右位置已设有涩－宁－兰天然气管线的一座大型分输站。
甲醇主装置主要由以下 6 个单元组成： 天然气压缩：采用全凝式蒸汽透平驱动离心式压缩机组； 天然气脱硫：采用加氢转化串联氧化锌脱硫，脱硫剂选用 T201 型加氢催化剂和 T305 氧化锌脱硫剂； 天然气转化：一段蒸汽转化（催化剂采用 Z412Q/Z413Q）串联二段 ATR 转化（纯 氧烧嘴以及催化剂 28-4Q（由英国 JMC 提供）； 合成气压缩：采用全凝式蒸汽透平驱动离心式压缩机，新鲜气压缩和循环气压缩为 一个联合机组） 甲醇合成：合成塔为列管式绝热等温合成塔技术，催化剂采用英国 JMC 的 51-7； 甲醇精馏：预塔（脱除轻组分）+加压塔 +常压塔 +甲醇回收塔，常压塔、回收塔 为填料加塔盘，其余各塔采用高效规整填料；
③ 烧嘴保护蒸汽：ATR 联锁跳车自动打开氧气烧嘴保护蒸汽切断阀。 ④ 开车过程中按 SIS 程序控制步骤逐渐自动
打开氧气调节阀和 3 个氧气切断阀，自动 关闭 3 个氧气放空阀，烧嘴保护蒸汽切断 阀待工况稳定后再关闭；SIS 中还设定了 以上 8 个阀门的复位条件（一段转化气温 度、热氧气温度等），条件不满足时不能复
2.5 ATR 炉子设计特点
本项目采用的 ATR 为立式圆筒形结构，壳体材料为碳钢，内衬耐火材料，炉体外设计 有水冷夹套，顶部封头等未设计水冷夹套的部位壳体外表面涂刷高温热敏漆，如图二所示。
本项目氧气烧嘴及一段转化气分布器采用英国 Johnson Matthey Catalysts（JMC）公司专 有技术产品 ，该氧气烧嘴不需要夹套循环冷却水系统，具有安全、便于安装和操作的优点。
《ATR 工艺在天然气转化制甲醇合成气中的工业应用 final.doc》 5
流量摩尔比高高限联锁停 ATR（进氧终止）的条件； ⑨ ATR 出口超温控制：设计 ATR 出口温度高高限联锁停 ATR（进氧终止）的条件，
此条件执行晚于超温预控制设定点； ⑩ 其它控制：一段转化炉停车联锁停 ATR、以及 ATR 紧急停车按钮等。 以上优化过的控制系统设计方案从根本上解决了纯氧气介质操作安全问题。
2.2 催化氧化和非催化部分氧化的比较
目前，工业上普遍采用的甲烷深度转化方法主要有催化部分氧化法和非催化部分氧化 法，ATR 转化属于催化部分氧化法。
原料组分中的甲烷在 ATR 炉中的主要反应有： CH4 + CO2 = 2CO +2H2-Q
《ATR 工艺在天然气转化制甲醇合成气中的工业应用 final.doc》 2
动力学和热力学分析
有，可指导转化炉体及耐火衬里设计
《ATR 工艺在天然气转化制甲醇合成气中的工业应用 final.doc》 4
定性分析，无动态定量分析
燃烧区温度场分布研究 （CFD Study） 纯氧转化炉催化剂装填量 催化剂床层阻力降 烧嘴使用安全性和稳定性 火焰形状 烧嘴头操作温度 烧嘴连续运转周期
使用业绩/经验 生产操作 炉子结构 对进料气脱硫净化系统要求 下游脱硫系统 转化催化剂 是否析碳 是否有氨和 HCN 生成
低
高
低
高
复杂
简单
简单
复杂（特别是废热锅炉结构复杂，加 工难度很大)
有业绩、有成熟经验可参考 简单/易于控制
无成熟经验可参考 复杂
复杂 高 /进料气总硫含量＜0.1ppm
简单 低/有机硫在转化炉内转化为 H2S
不需要
需设置湿法脱硫工序，流程也较长
需要
不需要
不析碳
存在析碳问题
无
有，下游必须增设除氨系统
从以上比较内容可以看出，在由天然气（或焦炉气等有效气体）制取合成气工艺中，目 前采用 ATR 工艺具有生产操作易于控制、不析碳、氧气和原料气消耗低等显著优点，总体 优于非催化部分氧化法。
2.3 先进的 ATR 烧嘴特点
关键词：ATR、合成气、工业应用
1 前言
2008 年 09 月 28 日由东华工程科技股份有限公司（ECEC）采用 EPC 总承包模式承建 的兰州蓝星化工有限公司 20 万吨/年天然气制甲醇项目一次投料试车成功，生产的甲醇产品 质量不仅符合 GB338-2004 标准优等品指标，而且符合工业甲醇美国联邦标准（O-M-232G） “AA”级指标。截止 2008 年 11 月 03 日，经 1 个月的连续试运转装置生产负荷达到设计负 荷的 90%，每吨精甲醇仅消耗天然气 900 Nm3，全装置综合能耗约为 34.0 GJ/吨精甲醇，在 国内同行业中处于领先水平。