天然气自热式催化转化制合成气的技术与进展

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天然气制取合成气的联合转化工艺

天然气制取合成气的联合转化工艺

天然气制取合成气的联合转化工艺天然气制取合成气的联合转化工艺联合转化工艺是指天然气的蒸汽转化与部分氧化两类反应同时进行或顺次进行的工艺,这是当前大型装置天然气转化制取合成气继而生产甲醇、氨、合成油的主要工艺。

其主要有以下工艺:一、Lurgi联合转化工艺德国Lurgi公司于20世纪80年代后期开发了的联合转化工艺。

此工艺在蒸汽转化段之后串联了一个加氧转化炉进行自热转化。

由于可降低一段蒸汽转化的温度,转化压力可升高到3.5到4.0MPa,总O2/C比为2.0到2.5,符合合成油及甲醇的要求;压缩机负荷下降50%;装置能耗降低7%到8%,但是总投资有所升高。

二、Uhde CAR工艺德国Uhde公司进一步开发了将两段转化置于一个管科式反引起内的联合自热转化工艺,蒸汽转化在管程进行,自热转化在壳程进行。

过程在4.0MPa的高压下操作,可降低后续合成工艺的压缩费用。

与GHR和KRES工艺一样,转化炉管内外压差很小,可采用薄壁炉管。

与传统蒸汽转化工艺相比,CAR可节省投资30%,降低27%,该工艺在制氢装置上完成了工业试运转。

三、Topsoe ATP工艺丹麦Topsoe公司开发的自热转化工艺,在一个反应器内同时通入氧气和水蒸气,天然气先进行部分氧化,然后再催化剂上进行蒸汽转化。

ATP反应器取消了蒸汽转化用炉管,比CAR反应器简单的多。

由于先进行部分氧化反应。

甲烷浓度高于常规二段转化,更易产生炭黑。

Topsoe为该工艺设计了特制的火嘴,开发了特殊的固定床催化剂,又通入水蒸气,避免了炭黑的形成。

通过调整H2/C或CO2的量,使得合成气的H2/CO可在1.0到3.0之间灵活调节,以适应后续合成过程的要求。

操作压力可达7.0MPa,减少了后续过程的压缩能耗。

四、离子传输膜制合成气工艺采用离子传输膜制合成气工艺师美国能源部实施的大型GTL计划的一部分,其关键在于研究ITM复合瓷膜。

瓷膜由三部分组成,两侧分别为还原催化剂层以及转化催化剂层,中间位多空的、仅允许氧离子和电子通过的薄膜,由此可将空气中的氧导入天然气、蒸汽反应生成合成气。

天然气制备合成气

天然气制备合成气

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骤,也是天然气制氢的基础,充分了解天然气制合成气 的工艺与催化剂对于我们进一步研究天然气的利用将有很大帮助.天然气中甲烷含量一般大于90%,其余为小量的乙烷、丙烷等气态烷烃,有些还含有少量氮和硫化物。

其他含甲烷等气态烃的气体,如炼厂气、焦炉气、油田气和煤层气等均可用来制造合成气。

目前工业上有天然气制合成气的技术主要有蒸汽转化法和部分氧化法。

本文主要对蒸汽转化法进行具体的描述,并具体介绍此工艺的发展趋势. 蒸气转化法蒸气转化法是目前天然气制备合成气的主要途径。

蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下,使甲烷等烃类与水蒸气反应,生成CO H 、2等混合气,其主反应为:2243H CO O H CH +=+,mol /206298KJ H =∆Θ该反应是强吸热的,需要外界供热。

因为天然气中甲烷含量在90%以上,而甲烷在烷烃中热力学最稳定,其他烃类较易反应,因此在讨论天然气转化过程时,只需考虑甲烷与水蒸气的反应。

甲烷水蒸气转化反应和化学平衡甲烷水蒸气转化过程的主要反应有: 2243H CO O H CH +⇔+,mol /206298KJ H =∆Θ222442H CO O H CH +⇔+,mol /165298KJ H =∆Θ222H CO O H CO +⇔+,mol /9.74298KJ H =∆Θ可能发生的副反应主要是析碳反应,它们是:242H C CH +⇔,mol /9.74298KJ H =∆Θ22CO C CO +⇔,mol /5.172-298KJ H =∆ΘO H C H CO 22+⇔+,mol /4.131-298KJ H =∆Θ甲烷水蒸气转化反应必须在催化剂存在下才有足够的反应速率.倘若操作条件不适当,析碳反应严重,生成的碳会覆盖在催化剂内外表面,致使催化剂活性降低,反应速率下降。

天然气转化制备合成气工艺进展

天然气转化制备合成气工艺进展

图2 G HR 示 意 图
为 了降 低投 资并使 能量 得 到更 合 理 的利 用 , 出现 了取 消 第 一 段 蒸 汽 重 整 用 火 管 而 以第 二段
艺 , nd L 1e的 C R ( o ie uohm ̄lR A C mbnd A tte e fr r ̄进 一 步 将 两段 转 化 置 于一 个 管壳 式 反 ome)g 应器 内完 成而 减少 了设 备 。此外 , 对 原料 天然 针

图 3 G R 示意 图 A
2 2 1 气体加热转化工艺( H ) . G R
II C 开发 的 G HR( 体 加热 转 化 ) 艺 , 气 工 巳在 合 成氨 装 置 中得到 工业 应用 , 甲醇 装置 则 首 先用
于澳大利 亚 海 上 平 台 的 Vioi5 4× ×14/ c r . t a 0ta 甲醇 厂 (94年 末 建成 )GHR 的 主要 特 点 是 以 19 . 二段 自热转 化 所 产 出的 热 量 作 为 一 段 蒸 汽 转 化
气工艺, 中有 一些 已获 得工业 应用 。此外 , 其 为
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20 年第l 综述与专论 02 期
江 西 化 工

・ 5・ 2
降低台 戚气 的氢碳 比 , 原料 中加 入 C ( 在 O2补碳 )
的研究 也 受到重 视 。
个二级氧化反应器开发成功的联合 重整工艺 ,
件T收率太低 . 还远不 能工业 化。把 甲烷转化为
合成气 , 进一步合成氨 、 甲醇 . 或者利 用 C O再合
成一系列精细化工产品以及燃料和烯烃 , 目前 是 天然气化工上应用最广 泛的一条技术路线 , 天然 气制合成气工艺是整个天然气化 工的基础和龙

能源化工—第15章 天然气转化制合成气讲解

能源化工—第15章  天然气转化制合成气讲解
图15.3 Lurgi联合转化工艺流程图 顺次进行蒸汽转化及自热转化反应。
第15章 天然气转化制合成气
15.3.2 Uhde CAR工艺 15.3.3 Topsoe ATR工艺
图15.4 CAR反应器结构示意图
图15.5 ATR反应器结构示意图
将两种转化集于一个反应器内以降低投资和提高能源效率,ATR反应器更 简单而更具应用前景。
溶液无毒,设备无腐蚀,溶液有多种再生方案,用于合
成氨装置脱CO2时通常使用压力下闪蒸加蒸汽汽提的流程。
第15章 天然气转化制合成气
15.4.2 甲烷化
甲烷化是除去合成气中CO和CO2的最后工序,使其转化 为CH4。为了减少氢的消耗,有些大型装置在脱除CO2前增设 一选择催化氧化工序。将CO转化为CO2,CO浓度可降至1~ 2mL/m3。
以空气代替纯氧使天然气部分氧化制含氮合成气它可以节省空分装置 及相应费用、并有助于克服飞温问题。
第15章 天然气转化制合成气
15.3 联合转化工艺
天然气 脱硫
蒸汽 氧气或空气
一段转化 二段转化 合成气
图 天然气联合转化制合成气过程
第15章 天然气转化制合成气
15.3.1 Lurgi联合转化工艺
2)压力:由于CH4的蒸汽转化反应是分子数增加的反 应,所以压力的升高是不利的;但从总体安排考虑, 蒸汽转化还是要在适当压力下进行。
3)水碳比:较高的水碳比有助于CH4的转化。
第15章 天然气转化制合成气
15.1.2氮氢合成气生产工艺流程
用于合成氨的氮氢合成气需在天然气转化过程中导入 氮,通常采用两段转化工艺:在一段进行蒸汽转化,使出 口气中的CH4含量降至10%以下,二段导入空气,利用 CO及H2燃烧所产生的热量使CH4进一步转化降至0.3%左 右。转化的气体经变换工序使CO转化为CO2,在脱碳工 序脱除CO2,再经甲烷化工序除去微量碳氧化物,得到氮 气合成气去合成氨工序。

2.合成气

2.合成气
5.
合成天然气、汽油和柴油
CO 3H 2 CH 4 H 2O( SNG)
Ni
煤制合成气通过费托合成可生产液体烃燃料
nCO ( 2n 1) H 2 C2 H 2 n 2 nH 2O
合成气的应用实例

合成气应用新途径
1.
直接合成乙烯等低C烯烃 2CO 4 H 2 C2 H 4 2 H 2O
水蒸气转化法 在高温和催化剂存在下,烷烃与水蒸气反应生 产合成气的方法称为水蒸气转化法。当以天然气为原料时,又 称甲烷蒸汽转化法,是目前工业生产应用最广泛的方法。 部分氧化法 部分氧化法是指用氧气(或空气)将烷烃部分氧化 制备合成气的方法。反应运式表示为, 部分氧化法多用于以石 脑油或重油为原料的合成气生产。
Mobil工艺
2. 合成气经甲醇再转化成烃类
2 2 2nCH3OH H nCH3OCH3 HC2 ~ C4烯烃 O O
3. 甲醇同系化制乙烯
CH 3OH CO 2 H 2 CH 3CH 2OH H 2O CH 3CH 2OH C2 H 4
4. 合成低C醇
合成气的应用实例
另一部分烃类与水蒸气发生吸热反应生成合成气 n Cm H n mH 2O mCO ( m ) H 2 2
iii.
以煤为原料的生产方法
高温条件下,以水蒸气和氧气为气化剂;
C H 2O CO H 2
煤制合成气中H2/ CO比值较低,适于合成有机化合物。
合成气的应用实例
1.
5 天然气蒸气转化过程的工艺条件

(1)压力 从热力学特征看,低压有利转化反应。从动力 学看,在反应初期,增加系统压力,相当于增加了反应物 分压,反应速率加快。但到反应后期,反应接近平衡,反 应物浓度高,加压反而会降低反应速率,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①节省动力消耗② 提高传热效率③ 提高 过热蒸汽的余热利用价值。综上所述,甲烷水蒸气转化过 程一般是加压的,大约3MPa左右。 (2)温度 从热力学角度看,高温下甲烷平衡浓度低, 从动力学看,高温使反应速率加快,所以出口残余甲烷含 量低。因加压对平衡的不利影响,更要提高温度来弥补。 但高温下,反应管的材质经受不了,需要将转化过程分为 两段进行。第一段转化800℃左右,出口残余甲烷10% (干基)左右。第二段转化反应器温度1000℃,出口甲 烷降至0.3%。

合成气的制备与利用技术研究

合成气的制备与利用技术研究

合成气的制备与利用技术研究合成气是一种重要的化学品,它由一定比例的一氧化碳和氢气组成。

这种燃气可用于工业生产、能源转换和化学品合成等多个领域。

本文将对合成气的制备与利用技术进行研究和探讨。

首先,合成气的制备技术包括煤制气、天然气重整和生物质转化等多种方式。

其中,煤制气是一种传统的制备方法,通过在高温下将煤转化为气体的过程产生合成气。

这种方法具有原料丰富、投资成本低等优势,但也存在环境污染和能源浪费等问题。

天然气重整是一种利用天然气为原料的制备方式,该方法具有高效、低污染的特点,但天然气资源有限。

生物质转化是一种绿色的制备方式,通过将生物质资源转化为合成气,实现能源的可持续利用。

这种方法具有环境友好、资源可再生等优势,但技术还需要进一步完善。

其次,合成气的利用技术主要包括合成气汽车、化学品合成和发电等方面。

在交通领域,合成气汽车是一种可替代传统燃油的新型交通工具。

合成气汽车采用合成气作为燃料,具有低排放、高效能等优点。

在化学品合成方面,合成气可作为重要的中间体用于制备合成油、甲醇、氨等化学品,对替代传统化石能源具有重要意义。

此外,合成气还可用于发电领域,通过合成气发电可以有效地提高能源利用效率。

在合成气的制备与利用技术研究方面,我国在相关领域取得了一定的成果。

目前,中国在煤制气技术上拥有世界领先的地位,但也面临着环境污染和能源浪费的问题。

因此,应加大对煤制气技术的改进和创新,优化工艺流程,减少污染排放。

同时,应积极推进天然气重整和生物质转化等清洁能源制备合成气的技术研究,提高能源利用效率,实现能源的可持续发展。

在合成气利用技术方面,应进一步推广合成气汽车的应用。

合成气汽车具有独特的优势,但在推广应用方面还存在一定的障碍,如加氢站建设的不足、燃料成本的高昂等问题。

因此,需要加大政府支持力度,推动加氢站建设,降低燃料成本,提高合成气汽车的市场占有率。

此外,还应强化合成气在化学品合成和发电领域的应用研究,开发新的催化剂和反应工艺,提高产品的质量和产量,提高能源利用效率。

天然气制备合成气 催化部分氧化法 工艺流程

天然气制备合成气 催化部分氧化法 工艺流程

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天然气转化制备合成气研究进展安波

天然气转化制备合成气研究进展安波

天然气转化制备合成气研究进展安波发布时间:2021-10-06T08:35:59.228Z 来源:《基层建设》2021年第18期作者:安波[导读] 随着我国科学技术水平不断提升,各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度,详细探究天然气转化制备合成气工作要点新疆玉象胡杨化工有限公司新疆维吾尔自治区沙雅县 842200摘要:随着我国科学技术水平不断提升,各领域均在创新发展阶段加大新技术应用力度,详细探究天然气转化制备合成气工作要点,核心目的是能对天然气合理开发与利用,有效减少石油资源使用量,并降低环境污染程度,提升资源利用率。

同时,天然气转化制备阶段会应用到先进技术与配套设施,要有完善的实施方案与计划,并对人员技术水平、专业能力等有明确要求,才可保证整体质量与效率。

关键词:天然气;转化制备;合成气引言:在天然气转化制备合成气过程中,所包括的工作流程较多,每项工艺质量控制会影响到整体效果,经专业化技术人员规范操作,能对常规问题详细探究与防控,能在细节上控制转化制备质量。

再加上工艺要求不同,技术手段选择与应用要合理,以CH为主要燃料,经多道程序处理可保证合成气转化质量,整体利用率显著提升。

一、方法应用当前,天然气转化制备合成气的常用方法包括两种:其一,直接转化法,能把天然气直接转化成化工产品;其二,间接转化法,直接把天然气转化成合成气,再经过对合成气的处理才能得到相应的化工产品。

对比两种方法的综合性,前者转化率、产率等较低,无法在短期内实现预期目标。

而后者则分析天然气转化制备要点,借助相应的技术手段,要经过多到程序处理才可生成化工产品,在总体投资方面成本较高,但能保证化工产品质量。

对此情况,无论是对哪种方法应用,均需依据实际情况全面分析,一旦在方法应用方面存在不合理情况,就会影响后续工作进度,更无法保证工艺质量。

对此,还需在转化制备中详细探究,实施效果才能有良好的基础保障。

二、工艺分析(一)甲烷水蒸气重整甲烷的水蒸气重整属于较早的研究内容,所应用的方法也比较简单,只需结合实际情况与各项条件,选择相应的催化剂,就可影响SRM产率(>80%),主要应用在工业领域中。

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国外近年来甲醇合成用造气工艺的进展情况:
(1)ICI公司开发的L谨低能耗合成甲醇新工艺
核心:GHR在LCM新工艺上的应用,其造气部分采用纯氧催化部分氧化来实现原料和能耗下降,可 做到等压合成,使投资减少。(GHR)结构见图1
(2)lYade公司开发的组合式自热转化炉(HYc^R) 核心:原料气在一个塔内进行一段和二段转化(纯氧催化转化),如图2所示。该工艺建立了一套 中试装置,运行情况良好,节能27%,投资省30%,且操作弹性好。
3现有工作基础和条件
中国科学院成都有机化学研究所从上世纪70年代开始从事天然气化学转化的研究工作。“八五” 期间完成国家科技攻关项目“天然气部分氧化和蒸汽转化结合法制取合成气新工艺的开发”(本题编号: 85—513—03—05),1997年获国家“八五”攻关重大科技成果奖励。“九五”、“十五”以来,本所开发了 高温烧结~浸渍制备技术并研究了“低水碳比节能型天然气蒸汽转化催化剂”(zllzy型)已先后在川天 化、乌石化、中原、锦西各30万吨/年合成氨厂推广使用,2001年获四川省优秀新产品二等奖。同时,
(3)Tops由e公司已建成7000m'合成气中试装置 核心:原料气在一个炉内进行自热式转化(ATR),其中性能优良的高温转化催化剂及转化炉的炉 头混合喷嘴设计水平领先。
一26l一
圈1 GHR结构详图
国外几种不同甲醇合成路线的技术分析: 路线1:传统水蒸汽转化 路线2:管式一段、二段蒸汽转化法 路线3:部分氧化法(非催化) 路线4:催化部分法
(2)以天然气为原料经合成气生产高附加值的产品,如甲醇制醋酸和甲醛的工业化,甲醇制碳酸二 甲酯、二甲醚、MTBE、汽油和烯烃等的开发,从而迫切需要低成本的合成气制备新工艺。其一旦成功, 将提高天然气化工的竞争力,并导致某些传统的石油化工产品向C。化学转移。因此,推广、应用前景 广阔。
(3)产学研联合进行攻关。集中解决天然气转化工艺的共性技术和关键技术,促进科研成果向产业 化转化,提高相关企业的市场竞争力。

一263—
在天然气转化理论研究方面也取得了一系列未见文献报道的规律性结果,发表论文30多篇,取得发明 专利5项。
目前,天然气(煤层气)催化部分氧化转化工艺的研究,已经在国内外形成研究热点。但是高温 载体材料缺乏是制约国内在高温转化过程实现工业应用的瓶颈,而国外对此报道非常少,所以只有通过 自主研发,立足国内,为我国天然气化工的应用发展提供重要的技术支撑。
4关键技术及建议
(i)耐高温、低氧碳比转化催化剂及载体材料的制备技术: (2)转化炉结构的优化设计及材质的选择,包括:
a.炉头混合器和燃烧喷咀的设计 b.炉体材质及保温系统 c.转化炉工艺操作自动化及安全系统
(3)廉价氧气的获得——变压吸附(PSA)技术的发展与应用为此提供了可能。
5建议
(1)“天然气自热式纯氧催化转化制合成气新工艺”是国内外正在进行中试和工业化开发研究的新 型催化技术,尤其是通过有效利用原料的热能来降低造气成本方面有很大改进,有关方面应继续立项、 联合攻关予以支持。
——262——
国内合成甲醇厂不同造气工艺的原料天然气消耗比较
造气工艺路线 间歇部分氧化法(c.C.R) 蒸汽转化法(一、=段) 换热式转化法(LCM) 自热式富氧转化法
吨甲醇天然气消耗量(nm3/NGCmOH) 1300~1600 1100~1200 i000~1100 900~1000
由于天然气催化部分氧化法不生产过剩氢,被认为经济上比传统蒸汽转化法更有吸引力,也可通过 选择用cO。添加到原料天然气中,以获得H。/CO比例不同要求的合成气。技术经济分析认为:白热转换 技术的操作费用主要依赖于0z的价格和用量,当0z耗降低,合成气组成为:H2/co=i.5~2,5时,要比 其它几种生产工艺成本低,特别适用于生产能力10万吨以上规模的甲醇生产装置。
(简称一、二段转化法)和天然气间歇部分氧化反应(简称C.C.R法)来完成,其不足之处在于这是一 个高温强吸热过程,成本和能耗较高。近年来,世界各国都在对天然气制低成本合成气技术进行研究, 主要是通过用不同氧化剂(H。0、0。、空气、cOz等)及其混合物来开发新的转化工艺。其核心是降低操 作成本,提高转化炉的热效率,减少烟道气排放量,并可获得不同组成的合成气。国外各大公司如lugi 公司的联合转化工艺(LCRP)、Kellogg公司的换热式转化器(KRES)、ICI公司的气体热交换炉(GHR) 和Uhde公司的组合式自热转化炉(CAR)等。正在开发的新工艺有Tops垂e公司的自热式转化(ATR)、 Exxon公司的流化床催化部分氧化(AGc一21)。
一264—
当天然气、蒸汽和氧混合燃烧时,由热辐方式和传导从火焰中心对流传热至催化剂层时,温度可 达1400。C以上。由于该转化反应必须在高温、低氧碳比条件下进行,反应原料气具有很强的氧化性, 且要求催化剂必须在高温下具有稳定的结构、活性组分有足够的分散度抗积炭能力和抗氧化性能好等特 点。近年来,我们开展的“天然气纯氧自热转化制合成气新工艺”的研究工作,并已进行了立升级模式。 实验发现,由于反应中存在剧烈的吸热反应和放热反应,热分布极不均衡,使之成为进一步放大过程中 必须解决的核心问题之一。所以该工艺大规模工业化的关键是耐高温催化材料的制备和耐高温炉头的设 计及反应器材质的选择。
天然气自热式催化转化制合成气的技术与进展
蒋教程极源
(中国科学院成都有机化学研究所)
1天然气制合成气技术的现状与发展趋势
天然气化工当今主要通过合成气(CO+H:的混合物)间接转化合成以获得化工产品和液体燃料,如 合成氨、合成甲醇、GTL等。目前,我国以天然气为原料生产合成气的工艺采用天然气水蒸汽催化反应
自从ICI公司公开了其领先概念合成氨技术(LCA)、合成甲醇技术(LcM)以来,在国内曾一度成 为化工界的热点。二十世纪90年代,中国成达化学工程公司率先推出换热式转化制合成气新工艺,即 在换热式一段转化后二段炉添加富氧空气制合成氨,添加纯氧制合成甲醇的技术。此后,国内各科研院 所都对天然气转化制合成气技术进行了开发研究,如中国科学院成都有机化学研究所,大连化学物理研 究所,兰州物化所和石油大学等。其中,成都有机化学研究所从事的“天然气纯氧部分氧化与水蒸气转 化结合法制合成气新工艺”和大连化物所的“天然气空气催化氧化转化制含氮合成气工艺”已进行到扩 试阶段,各具特色。
图2 Uhde组合式换热式转化炉
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工艺路线

图3国外对几种不同甲醇合成路线的技术经济评估 ^一合成气组成,H/CO.mOl/mol:B一吨甲醇0:耗量,吨;
c一顿甲醇能耗(GJ】;D一投资费用(百万美元),按日产2000吨甲醇生产装置计
综观国内外对天然气制合成气技术的研发过程,降低能耗和原料消耗来实现低成本合成气的制备时 国内外天然气转化发展的方向。
2天然气自热式催化转化制合成气的技术特点
“天然气自热式催化转化制合成气工艺”是将天然气与“少量”蒸汽与氧(可添加c0。)在一个反 应器中进行反应,是生产“化学计量”甲醇等含氧化合物的原料合成气的转化技术。与传统一、二级水 蒸气转化制甲醇合成气相比,天然气自热转化法提高了反应温度和压力,反应自热进行,有可能做到等 压合成甲醇,合成气组成能满足合成多种含氧有机物的要求,特别适合制造富c0合成气,有利于生产 高附加值的产品,并可减少设备投资和保护环境。
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