天然气蒸汽转化的基本原理
燃气—蒸汽联合循环的原理
12.08.2019
注蒸汽的燃气轮机循环
二、注蒸汽的燃气轮机 注蒸汽的燃气轮机存在两个较大的问
题：一是注入的蒸汽随排气排至大气，现 尚未解决回收问题，故水耗量大，增加了 运行成本；二是为防止注入蒸汽所含杂质 在高温下对透平叶片的腐蚀，对给水处理 的要求很高，实践表明，即使在达到严格 要求的条件下，透平叶片的寿命也要缩短， 燃气轮机高温燃气通道检修的间隔时间将 缩短很多。因此，在联合循环迅速发展和 广泛应用的今天，注蒸汽的燃气轮机应用 较少。
12.08.2019
燃气轮机的复杂循环
（一）间冷循环 所谓间冷循环，是指在压缩过程中，把工质引至冷却器 冷却后，再回到压气机中继续压缩的中间冷却、逐渐压 缩的过程。
12.08.2019
燃气轮机的复杂循环
（二）再热循环
所谓再热循环，是指在膨胀过程中间，把工质引 出至再热燃烧室中加热后，再回到透平中继续膨胀以 完成膨胀过程。
12.08.2019
燃气轮机简单循环
（1）标准额定功率：是指在ISO工况下，即 环境温度15℃、海平面高度、相对湿度为60 ％、以及燃用天然气的工况下连续运行，发 电机出线端的最大持续功率；
（2）合同额定功率：指在事先确定的运行工 况下连续运行，发电机能够保证的出力；
（3）现场额定功率：指在燃气轮机发电厂所 处的当前环境的条件下，诸如大气压、大气 温度、压力损失等条件下的最大持续功率；
（4）尖峰功率：在规定的运行条件下，保持 一个约定的短时间内，燃气轮机以高于连续 额定功率安全运行的最大功率。
12.08.2019
燃气轮机简单循环
（五）热效率 热效率的含义是：当工质完成
一个循环时，把外界加给工质的热 量q转化成为机械功（电功）的百 分数。
蒸汽与天然气转换公式
蒸汽与天然气转换公式（最新版）目录1.蒸汽与天然气转换的背景和意义2.蒸汽与天然气转换的公式和原理3.蒸汽与天然气转换的实际应用案例4.蒸汽与天然气转换的未来发展趋势和展望正文一、蒸汽与天然气转换的背景和意义在能源领域，蒸汽和天然气是非常重要的两种能源。
蒸汽通常用于发电、加热和生产过程，而天然气则被广泛用于供暖、烹饪和发电等领域。
由于两种能源的特性和用途有所不同，因此，在实际应用中，有时需要将蒸汽转换为天然气，或者将天然气转换为蒸汽。
这种转换过程可以提高能源的利用效率，满足不同的能源需求，具有重要的实际意义。
二、蒸汽与天然气转换的公式和原理蒸汽与天然气的转换公式和原理主要涉及到热力学和热力学第一定律。
根据热力学原理，能量守恒，即能量不能被创造或者消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
因此，在蒸汽与天然气的转换过程中，能量的总量应该保持不变。
具体来说，蒸汽与天然气的转换公式可以表示为：天然气热值×天然气体积 = 蒸汽热值×蒸汽质量其中，天然气热值通常以 KJ/Nm3 为单位，蒸汽热值通常以 J/g 为单位，天然气体积和蒸汽质量可以通过测量和计算得到。
三、蒸汽与天然气转换的实际应用案例蒸汽与天然气转换在实际应用中有很多案例，下面列举其中两个例子：1.发电厂：在发电厂中，蒸汽通常用于驱动涡轮发电机，而天然气则可以用于燃烧产生蒸汽。
因此，通过蒸汽与天然气的转换，可以提高发电厂的能源利用效率，减少能源的浪费。
2.工厂生产：在工厂生产过程中，通常需要使用蒸汽进行加热和生产。
而天然气可以用于产生蒸汽，从而满足生产过程的需求。
通过蒸汽与天然气的转换，可以降低生产成本，提高生产效率。
四、蒸汽与天然气转换的未来发展趋势和展望随着能源科技的发展和环境保护的重视，蒸汽与天然气的转换在未来将呈现出以下趋势和展望：1.转换效率的提高：随着技术的进步和材料的发展，蒸汽与天然气的转换效率将会得到提高，从而降低能源的浪费，提高能源的利用效率。
甲醇的工艺流程
甲醇的工艺流程目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇.典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序.天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料.天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温,催化剂存在下进行烃类蒸气转化反应.重油部分氧化需在高温气化炉中进行.以固体燃料为原料时,可用间歇气化或连续气化制水煤气.间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂,将吹风、制气阶段分开进行,连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行.甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净.气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫.干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大.湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类.甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程.随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展.粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制.精制过程包括精馏与化学处理.化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质,并调节PH.精馏主要是除去易挥发组分,如二甲醚、以及难以挥发的组分,如乙醇高级醇、水等.甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程.下面简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别高压法高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程.自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4%左右,反应温度230-290℃.中压法中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的,由于低压法操作压力低,导致设备体积相当庞大,不利于甲醇生产的大型化.因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法.它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本.例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂,其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1型差不多,只是催化剂的晶体结构不相同,制造成本比51-1型高贵.由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命,从而使ICI公司有可能将原有的5MPa的合成压力提高到l0MPa,所用合成塔与低压法相同也是四段冷激式,其流程和设备与低压法类似.低压法ICl低压甲醇法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法.从而打破了甲醇合成的高压法的垄断,这是甲醇生产工艺上的一次重大变革,它采用51-1型铜基催化剂,合成压力5MPa.ICl法所用的合成塔为热壁多段冷激式,结构简单,每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器,使冷激气均匀地进入催化剂层,用以调节塔内温度.低压法合成塔的型式还有联邦德国Lurgi公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统.70年代,我国轻工部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产300吨低压甲醇装置(英国ICI专利技术).80年代,齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国Lurge公司的低压甲醇合成装置.编辑本段甲醇的具体生产方法1. 天然气制甲醇的生产方法天然气是制造甲醇的主要原料.天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的.由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取.由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以达到合适的配比,二氧化碳可以外部供应,也可以由转化炉烟道气中回收.另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1/4的甲烷进行反应,第二段进行天然气的部分氧化,不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分.天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3.转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇.2. 煤、焦炭制甲醇的生产方法煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料.用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制.用蒸汽与氧气(或空气、富氧空气)对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化,气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气,气化的主要设备是煤气发生炉,按煤在炉中的运动方式,气化方法可分为固定床(移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法.国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化——般都沿用固定床间歇气化法,煤气炉沿用UCJ炉.在国外对于煤的气化,目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)、鲁奇(Lurge)及温克勒(Winkler)三种.还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古(Texaco)及谢尔-柯柏斯(Shell--Koppers)等.用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低,故在气体脱硫后要经过变换工序.使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳,再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去.原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇.3．油制甲醇的生产方法工业上用油来制取甲醇的油品主要有二类:一类是石脑油,另一类是重油.原油精馏所得的220℃以下的馏分称为轻油,又称石脑油.以石脑油为原料生产合成气的方法有加压蒸汽转化法,催化部分氧化法、加压非催化部分氧化法、间歇催化转化法等.目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法.石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反应.石脑油经蒸汽转化后,其组成恰可满足合成甲醇之需要.既无需在转化前后补加二氧化碳或设二段转化,也无需经变换、脱碳调整其组成.重油是石油炼制过程中的一种产品,根据炼制方法不同,可分为常压重油、减压重油、裂化重油及它们的混合物.以重油为原料制取甲醇原料气有部分氧化法与高温裂解法两种途径.裂解法需在1400℃以上的高温下,在蓄热炉中将重油裂解,虽然可以不用氧气,但设备复杂,操作麻烦,生成炭黑量多.重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应,反应放热,使部分碳氢化合物发生热裂解,裂解产物进一步发生氧化、重整反应,最终得到以H2、CO为主,及少量CO2、CH4的合成气供甲醇合成使用.重油部分氧化法所生成的合成气,由于原料重油中碳氢比高,合成气中一氧化碳与二氧化碳含量过量,需将部分合成气经过变换,使一氧化碳与水蒸气作用生成氢气与二氧化碳,然后脱除二氧化碳,以达到合成甲醇所需之组成.合成后的粗甲醇需经过精制,除去杂质与水,得到精甲醇.4．联醇生产方法与合成氨联合生产甲醇简称联醇,这是一种合成气的净化工艺,以替代我国不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺.联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置,包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备,工艺流程是压缩机五段出口气体先进人甲醇合成塔,大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反应生成甲醇,联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低,减轻了铜洗负荷,同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽,降低了变换的蒸汽消耗,而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体,压缩机电耗降低.联产甲醇后能耗降低较明显,可使每吨氨节电50kw.h,节省蒸汽0.4t,折合能耗为200万kJ.联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序,以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。
蒸汽机工作原理
蒸汽机工作原理蒸汽机是一种热能转换设备，它将热能转化为机械能。
蒸汽机的工作原理基于热力学第一定律和第二定律，通过利用燃料的燃烧产生的热能来产生蒸汽，然后利用蒸汽的压力来推动活塞或转动轴，从而实现能量转换。
1. 蒸汽产生：蒸汽机的工作原理首先涉及蒸汽的产生。
通常，蒸汽是通过将水加热到其沸点以上来产生的。
这可以通过燃烧燃料，如煤、油或天然气，来提供热量。
燃料的燃烧产生的热能被传递给水，使其温度升高并转化为蒸汽。
2. 蒸汽压力转换为机械能：蒸汽产生后，它被导入蒸汽机的工作腔室。
蒸汽机通常包括一个活塞或转子，当蒸汽进入工作腔室时，它会施加压力在活塞上或转子上。
这个压力会推动活塞向前或转动转子，从而产生机械能。
3. 蒸汽排放：在蒸汽机工作过程中，蒸汽的能量被转化为机械能后，蒸汽需要被排放。
通常，蒸汽会经过排气管道排出机器外部，以允许新鲜的蒸汽进入工作腔室。
4. 冷却和循环：在蒸汽机工作过程中，蒸汽在产生机械能后会冷却，并转化为水。
冷却的过程可以通过多种方式实现，例如通过冷却水或空气进行散热。
冷却后的水可以再次被加热成蒸汽，形成一个循环过程，使蒸汽机持续工作。
蒸汽机工作原理的关键在于能量转换过程。
燃料的燃烧产生的热能被转化为蒸汽的压力能，然后通过活塞或转子将蒸汽的压力能转化为机械能。
这种能量转换使得蒸汽机成为一种重要的动力设备，广泛应用于工业、交通和发电等领域。
需要注意的是，蒸汽机工作原理的具体实现方式有多种，如单作用蒸汽机和双作用蒸汽机等。
此外，蒸汽机的效率也是一个重要的指标，可以通过提高燃料的利用率、减少能量损失和改进设计等方式来提高蒸汽机的效率。
总之，蒸汽机通过将热能转化为机械能实现能量转换，其工作原理基于蒸汽的产生、蒸汽压力转换为机械能、蒸汽排放以及冷却和循环等过程。
这种工作原理使得蒸汽机成为一种重要的动力设备，在工业和交通等领域发挥着重要作用。
化工工艺学_习题考试复习
化⼯⼯艺学_习题考试复习第⼀章绪论1、化⼯⼯艺学：研究由化⼯原料到化⼯产品的转化⼯艺，系指原料物质经过化学反应转变为产品的⽅法和过程，包括实现这种转化的全部化学和物理的措施。
2、化⼯⼯艺学是研究内容：由化⼯原料加⼯成化⼯产品的⽣产过程的⽣产⽅法、原理、流程和设备。
3、化⼯⼯艺学的研究⽬的：是创⽴技术先进、经济合理、⽣产安全、环境⽆害的⽣产过程。
4、化⼯⽣产过程：原料预处理、化学反应、产品分离及精制和产品包装与储运四⼤步骤6、“三烯三苯⼀炔⼀萘”：⼄烯、丙烯、丁⼆烯、苯、甲苯、⼆甲苯以及⼄炔和萘。
7、绿⾊化学⽬标为任何⼀个化学的活动，包括使⽤的化学原料、化学和化⼯过程、以及最终的产品，对⼈类的健康和环境都应该是友好的。
第⼆章化⼯原料1、化学⼯业的主要原料：包括煤、⽯油、天然⽓和农副产品等。
2、煤的化⼯利⽤途径主要有煤⼲馏、煤⽓化、煤液化、煤制电⽯。
3、煤的⼲馏是煤在隔绝空⽓条件下，加热分解形成⽓态（煤⽓）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物过程（炼焦、焦化）4、煤的⽓化以煤、焦炭（半焦）为原料，以⽔蒸汽、氧⽓或空⽓为⽓化剂，在⾼温（900～1300℃）条件下，转化成主要含有氢⽓和⼀氧化碳的过程。
5、对⽯油进⾏⼀次加⼯和⼆次加⼯。
⼀次加⼯⽅法为常压蒸馏和减压蒸馏；⼆次加⼯主要⽅法有：催化重整、催化裂化、加氢裂化和烃类热裂解等。
6、原油预处理：⽅法：⽤加破乳剂和⾼压电场联合作⽤的脱⽔脱盐——电脱盐脱⽔。
罐注⽔⽬的：溶解原油中结晶盐、减弱乳化剂作⽤、利于⽔滴聚集。
原理：破乳剂和⾼压电场作⽤下破乳化，使⽔凝聚沉降分离。
为什么原油要进⾏预处理：含盐、含⽔来源；含⽔——增加燃料消耗和冷却⽔消耗；含盐、----在炉管、换热器管形成盐垢，堵塞管路；设备腐蚀7、原油常减压蒸馏主要设备：常压塔，蒸馏塔。
原因：其中350℃以上的⾼沸点馏分，在⾼温（>400℃）会发⽣分解和缩合反应，产⽣焦炭，导致管路堵塞. 现代技术通过减压蒸馏可从常压重油中拔出低于550℃的馏分。
天然气蒸汽转化的基本原理
一、天然气蒸汽转化的基本原理1.蒸汽转化反应的基本原理天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。
甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。
主反应：CH4+H2O===CO+3H2CH4+2H2O===CO2+4H2CH4+CO2===2CO+2H2CH4+2CO2===3CO+H2+H2OCH4+3CO2===4CO+2H2OCO+H2O===CO2+H2副反应：CH4===C+2H22CO===C+CO2CO+H2===C+H2O副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。
转化反应的特点如下：1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，称为逆反应。
因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。
2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。
3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。
4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与的条件下，反应的速度缓慢。
只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。
2.化学平衡及影响因素3.反应速率及影响速率在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。
当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。
4.影响析炭反应的因素副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的活性，增加床层阻力，影响生产力。
天然气蒸汽转化工艺流程简述
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化工生产技术试题尿素题
一、问答题：1、了解尿素合成反应中的相平衡和化学平衡计算的基本方法、影响因素。
2、尿素合成反应过程的主要副反应及控制。
3、尿素生产的汽提法流程原理及特点。
4、中和法生产硝酸铵的热利用及减少氨损失措施。
5、结合相图分析湿法磷酸生产中控制硫酸钙的结晶对过程的影响。
6、简述过磷酸钙生产过程两个阶段的特点。
7、为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？8、以农副产品为原料生产化工产品的例子，简单地描述一下它们的生产过程。
9、对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？10、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，为什么要在不同温度条件下分段进行？11、焙烧和煅烧有哪些相同和不同之处？12、在湿法磷酸生产中，可采用哪些措施来提高磷的总收率？在诸多生产方法中，你认为哪种比较好？13、合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？14、合成气的制取方法有哪些？15、写出烃类蒸汽转化的主要反应。
16、简述一段转化炉的炉型结构。
17、简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。
18、少量CO 、CO2、O2的脱除方法有哪些？19、有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？20、合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重视？21、以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？22、由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？23、煤的热分解过程条件的变化对煤的干馏和气化有什么影响？24、简述常压固定床煤气炉操作循环和炉内煤气化主要区域。
25、天然气- 水蒸气转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些脱硫方法较好？26、为什么天然气- 水蒸气转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？27、写出一氧化碳变换的反应？影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？为什么该反应存在最佳反应温度？最佳反应温度与哪些参数有关？28、为什么一氧化碳变换过程要分段进行并要用多段反应器？段数的选定依据是什么？29、一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？使用中注意哪些事项？30、氨合成反应的平衡常数Ｋf 随温度和压力是如何变化的？31、影响氨平衡浓度的因素有哪些？32、论述温度和压力对氨合成反应速率的影响。
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一、天然气蒸汽转化的基本原理
1.蒸汽转化反应的基本原理
天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。
甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。
主反应：
CH4+H2O===CO+3H2
CH4+2H2O===CO2+4H2
CH4+CO2===2CO+2H2
CH4+2CO2===3CO+H2+H2O
CH4+3CO2===4CO+2H2O
CO+H2O===CO2+H2
副反应：
CH4===C+2H2
2CO===C+CO2
CO+H2===C+H2O
副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。
转化反应的特点如下：
1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO
和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向
左进行，生成甲烷和水蒸气，称为逆反应。
因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。
2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以
生成一分子CO和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低
压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。
3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使
正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。
4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的
参与的条件下，反应的速度缓慢。
只有在找到了合适的催化
剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反
应属于气-固相催化反应。
2.化学平衡及影响因素
3.反应速率及影响速率
在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。
当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。
4.影响析炭反应的因素
副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的活性，增加床层阻力，影响生产力。
在甲烷蒸汽转化反应中影响析炭的主要因素如下：
a.转化反应温度越高，烃类裂解析炭的可能性越大。
b.水蒸气用量增加，析炭的可能性越小，并且已经析出的炭
黑也会与过量的水蒸气反应而除去，在一定的条件下，水
碳比降低则容易发生析炭现象。
c.烃类碳原子数越多，裂解析炭反应越容易发生。
d.催化剂的活性降低，烃类不能很快转化，也增加了裂解析
炭的可能性。
5.炭黑生成的抑制及除炭方法
1)抑制炭黑生成的方法
a.保证实际水碳比大于理论最小水碳比
b.选用活性好，热稳定行好的催化剂
c.防止原料气及蒸汽带入有害物质，保证催化剂的良好
活性
2)除炭方法
a.当析炭较轻时，采用降压、减少原料烃流量、提高水
碳比等方法可除炭
b.当析炭较严重时，采用水蒸气除炭，反应是如下：
C+H2O===CO+H2
在水蒸气除炭过程中首先停止送入原料烃，继续通入水蒸气，温度控制在750~800℃，经过12～24h即可将炭
黑除去。
c.采用空气与水蒸气的混合物烧炭。
首先停止送入原料
烃，在蒸汽中加入少量的空气，送入催化剂床层进行
烧炭，催化剂层温度控制在700℃以上，大约经过8h
即可将炭黑除去。
二、工艺条件的选择
1.压力
由于转化反应的化学平衡可知，甲烷蒸汽转化反应宜在较低压力下进行。
但目前行业上均采用加压蒸汽转化，一般压力控制在3.5~4.0MPa，最高达5.0MPa。
2.温度
一段转化炉出口温度是决定转化气从出口组成的主要因素，提高温度和水碳比，可降低残余的甲烷含量。
为了降低蒸汽消耗，可通过降低一段转化炉的水碳比但要保持残余甲烷含量不变，则必须提高温度。
而温度对转化炉的炉管使用寿命影响很大，温度过高，炉管使用寿命缩短。
因此在可能的条件下，转化炉的出口温度不宜太高，如大型氨厂压力为3.2MPa时，出口温度控制在800℃。
二段转化炉出口温度在二段压力、水碳比和出口残余甲烷含量确定后，即可确定下来。
3.水炭比
水碳比是转化炉进口气体中，水蒸气与含烃原料中碳物质量之比，它是原料气的组成因素，在操作变量中最容易改变。
提高进入转化系统的水碳比，不仅有利于降低甲烷的平衡含量，也有利于提高反应速率，还可以防止析炭反应的发生。
但水碳比过高，一段转化炉蒸汽用量将会增加，系统阻力也将增大，导致能耗增加。
因此水碳比的确定应当综合考虑。
目前节能性的合成氨流程中蒸汽转化的水碳比一般控制在2.5~2.75。
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4.空间速率
空间速率表示每平方米催化剂每小时处理的气量，简称“空速”。
工业装置空速的确定受到多方面因素的制约，不同的催化剂所采用的空速并不相同。
当空速提高时，生产强度加大，同时有利于传热，降低转化管外壁温度，延长转化管寿命。
但过高的空速会导致转化管内阻力增加，而对装置来说合适的阻力降是确定空速最重要的因素。
另外空速过高，气体与催化剂接触时间段，转化反应不完全，转化气中甲烷含量将升高。