第10章 天然气应用新技术 天然气化工工艺学PPT
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天然气化工新技术
CH2 CH2
释放羟基
气相产物
2011/12/24
School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU
11
8.1.1 天然气经甲醇制烯烃
二、催化剂 MTO合成过程的关键技术是催化剂。 因反应中有大量的水存在，且催化剂运行中需要在较高温度下 频繁再生烧炭，因而催化剂的热2/24 School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU 4
8.1.1 天然气经甲醇制烯烃
1、反应热力学 甲醇制取低碳烯烃的反应是一个非常复杂的反应体系，下表给 出了部分可能发生的化学反应及其热力学数据。
序号 反应 n值 n=2 n=3 n=4 △G，kJ/mol -115.1 -186.9 -241.8 △H，kJ/mol -23.1 -92.9 -150.0
(CH2)n→nC＋nH2 2CO→CO2＋C (CH3)2O→C2H4＋H2O 2(CH3)2O→C4H8＋2H2O 2(CH3)2O→C3H6＋CH3OH＋H2O (CH3)2O→CH4＋CO＋H2 CH3OH→CH2O＋H2 (CH2)j＋(CH2)n→CnH2n+2＋CjH2j-2
2011/12/24
Chapter 8 天然气化工新技术
主要内容
天然气制烯烃技术 天然气合成低碳混合醇技术 天然气等离子体转化技术 甲烷转化制芳烃
2011/12/24
School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU
2
8.1 天然气制烯烃技术
低碳烯烃指碳原子数≤4的烯烃，如C2H4、C3H6及C4H8等。
释放羟基
气相产物
2011/12/24
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11
8.1.1 天然气经甲醇制烯烃
二、催化剂 MTO合成过程的关键技术是催化剂。 因反应中有大量的水存在，且催化剂运行中需要在较高温度下 频繁再生烧炭，因而催化剂的热2/24 School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU 4
8.1.1 天然气经甲醇制烯烃
1、反应热力学 甲醇制取低碳烯烃的反应是一个非常复杂的反应体系，下表给 出了部分可能发生的化学反应及其热力学数据。
序号 反应 n值 n=2 n=3 n=4 △G，kJ/mol -115.1 -186.9 -241.8 △H，kJ/mol -23.1 -92.9 -150.0
(CH2)n→nC＋nH2 2CO→CO2＋C (CH3)2O→C2H4＋H2O 2(CH3)2O→C4H8＋2H2O 2(CH3)2O→C3H6＋CH3OH＋H2O (CH3)2O→CH4＋CO＋H2 CH3OH→CH2O＋H2 (CH2)j＋(CH2)n→CnH2n+2＋CjH2j-2
2011/12/24
Chapter 8 天然气化工新技术
主要内容
天然气制烯烃技术 天然气合成低碳混合醇技术 天然气等离子体转化技术 甲烷转化制芳烃
2011/12/24
School of Chemistry and Chemical Engineering, SWPU
2
8.1 天然气制烯烃技术
低碳烯烃指碳原子数≤4的烯烃，如C2H4、C3H6及C4H8等。
《燃气工程新技术》课件
燃气工程的发展能够带动相关产业的发展，促进 经济发展。
燃气工程的历史与发展
历史回顾
燃气工程的发展可以追溯到古代的天 然气和煤气的利用，随着科技的不断 进步，燃气工程的技术和应用范围也 不断拓展。
发展趋势
未来燃气工程将朝着更加高效、安全 、环保的方向发展，同时与其他能源 形式相互补充，共同构建多元化的能 源供应体系。
燃气输配新技术
总结词
提高燃气输配效率和降低能耗
详细描述
新型燃气输配技术如燃气分布式供能系统、燃气热电联产等，能够提高燃气输配效率和降低能耗，优化能源利用 ，减少环境污染。
燃气利用新技术
总结词
提高燃气的利用效率和减少污染
详细描述
新型燃气利用技术如燃气轮机、燃料电池等，能够提高燃气的利用效率和减少污染，推动清洁能源的 发展和应用。
城市燃气门站和调压站
分析城市燃气门站和调压站的工艺流 程、设备选型、安全控制等方面的案 例，探讨如何保障城市燃气的稳定供 应和安全运行。
工业燃气工程案例
工业燃气供应系统
介绍工业燃气供应系统的设计、施工和 运行管理等方面的案例，包括燃气成分 分析、燃气压力和流量控制等方面的技 术应用。
VS
工业燃煤改燃气工程
燃气工程特点
燃气工程具有高效、清洁、安全 、灵活等特点，能够满足不同用 户的需求，是现代能源体系的重 要组成部分。
燃气工程的重要性
能源供应
燃气是重要的能源供应方式，能够满足社会生产 和居民生活对能源的需求。
环境保护
燃气作为一种清洁能源，能够减少对环境的污染 ，改善空气质量，促进可持续发展。
经济发展
燃气工程安全与环保
总结词
安全与环保
详细描述
燃气工程的历史与发展
历史回顾
燃气工程的发展可以追溯到古代的天 然气和煤气的利用，随着科技的不断 进步，燃气工程的技术和应用范围也 不断拓展。
发展趋势
未来燃气工程将朝着更加高效、安全 、环保的方向发展，同时与其他能源 形式相互补充，共同构建多元化的能 源供应体系。
燃气输配新技术
总结词
提高燃气输配效率和降低能耗
详细描述
新型燃气输配技术如燃气分布式供能系统、燃气热电联产等，能够提高燃气输配效率和降低能耗，优化能源利用 ，减少环境污染。
燃气利用新技术
总结词
提高燃气的利用效率和减少污染
详细描述
新型燃气利用技术如燃气轮机、燃料电池等，能够提高燃气的利用效率和减少污染，推动清洁能源的 发展和应用。
城市燃气门站和调压站
分析城市燃气门站和调压站的工艺流 程、设备选型、安全控制等方面的案 例，探讨如何保障城市燃气的稳定供 应和安全运行。
工业燃气工程案例
工业燃气供应系统
介绍工业燃气供应系统的设计、施工和 运行管理等方面的案例，包括燃气成分 分析、燃气压力和流量控制等方面的技 术应用。
VS
工业燃煤改燃气工程
燃气工程特点
燃气工程具有高效、清洁、安全 、灵活等特点，能够满足不同用 户的需求，是现代能源体系的重 要组成部分。
燃气工程的重要性
能源供应
燃气是重要的能源供应方式，能够满足社会生产 和居民生活对能源的需求。
环境保护
燃气作为一种清洁能源，能够减少对环境的污染 ，改善空气质量，促进可持续发展。
经济发展
燃气工程安全与环保
总结词
安全与环保
详细描述
燃气工程燃气工程应用新技术资料PPT学习教案
(六)组合型低NOX燃烧器
组合型低NOX燃烧器是将上述几种抑制原 理部分或全部组合在—起而形成的，其结 构更复杂，效果则更好。
适用不同燃料、不同用途的低NOX，工业 燃烧器种类很多，它们大部分属于组合型。
第16页/共53页
二、高速燃烧器
高速燃烧器主要应用在工业炉上。 它以对流传热为基础，利用高温烟气以100-
燃气与一次空气混合进行的一次燃烧是在 a’<1的情况下进行的，由于空气不足，燃气 过浓，燃烧过程所释放的热量不充分，因 此燃烧温度低。
第6页/共53页
(二)阶段燃烧型低NOX燃烧器
一次燃烧空气不足，燃烧过程氧的浓度也低，所以NOX的生成受 到抑制。一次燃烧完成后，尚未燃尽的燃气与烟气混合物再逐渐 与二次空气混合，进行二次燃烧，使燃气完全燃烧。
(2)燃机余热直接利用：将燃机的高温烟气直 接用于陶瓷、石膏板、造纸等产品的烘干；
第44页/共53页
二、燃气用于城市供能
(3)直接利用微燃机参与工艺流程：在食品加 工、医药、精细化工等生产工艺中，利用 燃机余热和电力就近参与工艺流程：
第45页/共53页
二、燃气用于城市供能
(4)为工厂化农业提供能量：小型、微型燃机 可以将利用后的烟气中的低温热量、水蒸 气、少量氮氧化物和二氧化碳资源注入大 棚，支持无害蔬菜、水果和花卉等农产品 的生产；
(5)交通领域的服务：小型、微型燃机和外燃 机可以用于船舶、汽车动力。
第46页/共53页
三、燃气空调
近年来，人们对空调的需求不断增加，用 电量也随之剧增，特别是加重了夏季的用 电负荷。
如果部分改用天然气作驱动能源，不仅能 够调整能源结构，降低环境污染，而且能 够对电和燃气分别起到削峰、填谷的作用。
天然气及其化工利用专业教材教学课件
和应用领域。
介绍其他由天然气转化而来 的化工产品，如乙炔、丙烷、
丁烷等。
分析这些产品的工艺流程和 特点，包括原料气制备、压
缩、净化和转化等环节。
阐述这些化工产品在化学工 业、医药、农业等领域的应
用情况和市场前景。
谢谢
THANKS
天然气的开采与运
天然气的开采方式主要有自喷 开采和排水采气等，开采过程 中需要处理大量的水和气。
天然气运输主要通过管道和液 化天然气（LNG）方式进行， 管道运输成本较低，而LNG运 输灵活方便。
天然气的储存通常采用地下储 气库和液化天然气储罐等方式， 以满足不同用户的需求。
02 天然气化工利用技术
天然气化工污染物排放控制
介绍天然气化工生产过程中应采取的污染物排放控制措施，如废气、 废水、固体废物的处理和处置等。
天然气化工环保管理要求
介绍天然气化工生产过程中应加强的环保管理措施，如环境监测、环 境影响评价、环保设施运行管理等。
天然气化工环保法律法规要求
介绍相关的环保法律法规和标准，如《环境保护法》、《大气污染防 治法》、《水污染防治法》等。
清洁生产与可持续发展
分析清洁生产对实现可持续发 展的作用和意义，以及在天然 气化工行业的未来发展方向。
05 天然气化工利用实践与案例分析
CHAPTER
天然气合成氨生产实践
总结词
合成氨是天然气化工利用的重要领域，通过实践操作，学 生可以了解合成氨的工艺流程、设备操作和生产管理等方 面的知识。
设备操作
重点讲解合成氨生产中的关键设备，如压缩机、合成塔、 冷却器等，以及设备的结构、工作原理和操作注意事项。
工艺流程
介绍合成氨的工艺流程，包括原料气制备、压缩、净化和 合成等环节，以及各环节的原理和设备操作要点。
介绍其他由天然气转化而来 的化工产品，如乙炔、丙烷、
丁烷等。
分析这些产品的工艺流程和 特点，包括原料气制备、压
缩、净化和转化等环节。
阐述这些化工产品在化学工 业、医药、农业等领域的应
用情况和市场前景。
谢谢
THANKS
天然气的开采与运
天然气的开采方式主要有自喷 开采和排水采气等，开采过程 中需要处理大量的水和气。
天然气运输主要通过管道和液 化天然气（LNG）方式进行， 管道运输成本较低，而LNG运 输灵活方便。
天然气的储存通常采用地下储 气库和液化天然气储罐等方式， 以满足不同用户的需求。
02 天然气化工利用技术
天然气化工污染物排放控制
介绍天然气化工生产过程中应采取的污染物排放控制措施，如废气、 废水、固体废物的处理和处置等。
天然气化工环保管理要求
介绍天然气化工生产过程中应加强的环保管理措施，如环境监测、环 境影响评价、环保设施运行管理等。
天然气化工环保法律法规要求
介绍相关的环保法律法规和标准，如《环境保护法》、《大气污染防 治法》、《水污染防治法》等。
清洁生产与可持续发展
分析清洁生产对实现可持续发 展的作用和意义，以及在天然 气化工行业的未来发展方向。
05 天然气化工利用实践与案例分析
CHAPTER
天然气合成氨生产实践
总结词
合成氨是天然气化工利用的重要领域，通过实践操作，学 生可以了解合成氨的工艺流程、设备操作和生产管理等方 面的知识。
设备操作
重点讲解合成氨生产中的关键设备，如压缩机、合成塔、 冷却器等，以及设备的结构、工作原理和操作注意事项。
工艺流程
介绍合成氨的工艺流程，包括原料气制备、压缩、净化和 合成等环节，以及各环节的原理和设备操作要点。
《天然气化工工艺学》复习资料
《天然气化工工艺学》复习资料《天然气化工工艺学》复习资料考试时间：11 月9 日，14：30～16：10 考试地点：明德楼B303、B307、A304、A312 考试题型：名词解释、填空、选择、问答说明：1.本资料根据上课PPT 及教材归纳整理，第一、二、三章由化工3 班蒋鹏同学完成，四、六、八章由化工3 班李超同学完成，五、六章由化工4 班张颖超同学完成，旨在方便复习，减轻为考研和找工作的同学负担；2.红色标注的是未找到或者归纳得不全面的内容，有待进一步整理及优化；3.本资料整理的时间比较仓促，统稿完成后迫不及待与大家分享，不可能完全保证答案的正确性，仅仅为复习提供一个参考。
Chapter 1 概述 1.天然气的定义? 答：广义上看：指在自然界中天然生成的气体化合物。
能源工业：专指岩石圈中生成并蕴藏的以气态烷烃混合物为主的可燃性气体。
2.干气、湿气、贫气、富气、凝析井气、伴生气、气井气的定义？答：干气与湿气：C5 界定法①干气(dry gas)：1Sm3 井口流出物中，C5 以上烃液含量＜13.5cm3 的天然气。
②湿气(wet gas)：1Sm3 井口流出物中，C5 以上烃液含量＞13.5cm3 的天然气。
（注：Sm3 指基本立方米，标准参比条件，压力101.325kPa、温度20℃（CHN）或15.6℃（GPA））贫气与富气：C3 界定法①贫气(lean gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＜94cm3 的天然气。
②富气(rich gas)：1Sm3 井口流出物中，C3 以上烃液含量＞94cm3 的天然气。
凝析井气(condensate gas)：在井口减压后可分成气、液两相，液相主要为凝析油；除甲、乙烷外，还含一定量丙、丁烷及戊烷(C5+)以上烃类。
伴生气(associated gas) ：伴随原油共生并与原油同时被采出，亦称油田气(oil field gas) ，在地层中为油、气两相。
天然气化工工艺学(全)
(8) 甲醇与苯反应生成甲苯
CH 3OH C6H6 C6H5CH 3 H2O
(9) 与光气反应
CH 3OH COCl 2 CH 3OCOCl HCl
CH 3OH CH 3OCOCl (CH 3O)2 CO HCl
(10) 甲醇与二硫化碳反应 ,再与硝酸反应
4CH 3OH CS2 2(CH 3)2S CO 2 2H2O 3(CH 3)2S 2HNO 2 3(CH 3 )2SO 2NO H2O
(3)和(4)为两个控制过程，其余为平衡过程
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
CO合成甲醇的可能的反应历程为：
(1)
H2 2* 2H*
(2)
CO H* HCO*
(3)
HCO * H* H2CO*
(4)
H2CO * 2H* CH 3OH* 2 *
(5)
概述
《天《然天气然化气化工工工工艺艺学学》第第43章章
合成气—CO和H2的混合物。
合成气用途—不仅是纯H2和纯CO的来源，也用以衍生 多种化工产品。
不同的合成气衍生化工产品需要不同的H2和CO摩尔比 (简写H2/CO比)的合成气。
常见合成气衍生化工产品对
H产2/品CO比H的2/C要O比求 产品
H2/CO比
(4.1.6)
① 甲醇与甲酸反应生成甲酸甲酯
CH 3OH HCOOH HCOOCH 3 H2O
(4.1.7)
② 甲醇与硫酸作用生成硫酸氢甲酯、硫酸二甲酯
CH 3OH H2SO4 CH 3HSO 4 H2O
(4.1.8)
2CH 3OH H2SO4 (CH 3 )2SO 4 2H2O
(4.1.9)
CH 3OH C6H6 C6H5CH 3 H2O
(9) 与光气反应
CH 3OH COCl 2 CH 3OCOCl HCl
CH 3OH CH 3OCOCl (CH 3O)2 CO HCl
(10) 甲醇与二硫化碳反应 ,再与硝酸反应
4CH 3OH CS2 2(CH 3)2S CO 2 2H2O 3(CH 3)2S 2HNO 2 3(CH 3 )2SO 2NO H2O
(3)和(4)为两个控制过程，其余为平衡过程
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
CO合成甲醇的可能的反应历程为：
(1)
H2 2* 2H*
(2)
CO H* HCO*
(3)
HCO * H* H2CO*
(4)
H2CO * 2H* CH 3OH* 2 *
(5)
概述
《天《然天气然化气化工工工工艺艺学学》第第43章章
合成气—CO和H2的混合物。
合成气用途—不仅是纯H2和纯CO的来源，也用以衍生 多种化工产品。
不同的合成气衍生化工产品需要不同的H2和CO摩尔比 (简写H2/CO比)的合成气。
常见合成气衍生化工产品对
H产2/品CO比H的2/C要O比求 产品
H2/CO比
(4.1.6)
① 甲醇与甲酸反应生成甲酸甲酯
CH 3OH HCOOH HCOOCH 3 H2O
(4.1.7)
② 甲醇与硫酸作用生成硫酸氢甲酯、硫酸二甲酯
CH 3OH H2SO4 CH 3HSO 4 H2O
(4.1.8)
2CH 3OH H2SO4 (CH 3 )2SO 4 2H2O
(4.1.9)
《化工工艺学》第6章 天然气化工
2
《化工工艺学》第6章 天然气化工
6.1 天然气的组成与加工利用 The components of natural gas and its application
6.1.1 天然气的组成与分类 组成 主要成份：烷烃 CH4， C2H6，C3H8 次要成份：非烃气体 CO2，H2S，H2，He 微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃 有害成份：硫化氢等。
操作条件：
温度
吸 压力 附 寿命
操作周期
3850C 输气管线压力，注意稳定。 13a 通常8h，也可16和24h
加热方式 加热湿天然气再生
再 再生温度 175 260C，因吸附剂而异。 生 再生气流量 515％
再生时间 总时间的6575％用以加热，
2535％冷却。
冷却器：流量与再生气流量同，冷却后温度为4055 C。
之差。一般用它来评价脱水剂的脱水效率。 常用的溶剂有： 甘醇溶液和金属氯化物溶液。 不同脱水剂的效果和适用性不同，具体情况见表6.5.
18
《化工工艺学》第6章 天然气化工
表 6.5 不同脱水剂的比较
甘醇脱 水使用 最多
19
《化工工艺学》第6章 天然气化工
(1) 甘醇脱水工艺流程 三甘醇溶液使用更广泛，其露点降较大，但粘度大，吸
重力分离法
分离方法： 旋风分离法
其它分离法
6.2.1.1. 重力分离
重力分离器工作3个主要步骤：
(1) 沿切线进入分离器时有部分液、固体由于 离心力作用可进行初步离心分离。
9
《化工工艺学》第6章 天然气化工
(2) 由于重力作用进行沉降分离 (主要分离阶段)。
(3) 除雾(上部设除雾器除去雾 滴)。
24
《化工工艺学》第6章 天然气化工
《化工工艺学》第6章 天然气化工
6.1 天然气的组成与加工利用 The components of natural gas and its application
6.1.1 天然气的组成与分类 组成 主要成份：烷烃 CH4， C2H6，C3H8 次要成份：非烃气体 CO2，H2S，H2，He 微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃 有害成份：硫化氢等。
操作条件：
温度
吸 压力 附 寿命
操作周期
3850C 输气管线压力，注意稳定。 13a 通常8h，也可16和24h
加热方式 加热湿天然气再生
再 再生温度 175 260C，因吸附剂而异。 生 再生气流量 515％
再生时间 总时间的6575％用以加热，
2535％冷却。
冷却器：流量与再生气流量同，冷却后温度为4055 C。
之差。一般用它来评价脱水剂的脱水效率。 常用的溶剂有： 甘醇溶液和金属氯化物溶液。 不同脱水剂的效果和适用性不同，具体情况见表6.5.
18
《化工工艺学》第6章 天然气化工
表 6.5 不同脱水剂的比较
甘醇脱 水使用 最多
19
《化工工艺学》第6章 天然气化工
(1) 甘醇脱水工艺流程 三甘醇溶液使用更广泛，其露点降较大，但粘度大，吸
重力分离法
分离方法： 旋风分离法
其它分离法
6.2.1.1. 重力分离
重力分离器工作3个主要步骤：
(1) 沿切线进入分离器时有部分液、固体由于 离心力作用可进行初步离心分离。
9
《化工工艺学》第6章 天然气化工
(2) 由于重力作用进行沉降分离 (主要分离阶段)。
(3) 除雾(上部设除雾器除去雾 滴)。
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《化工工艺学》第6章 天然气化工
第十章天然气工程38页PPT文档
• 适用条件：流态属雾流
优选管柱排水采气原理：
如果一口气井不能连续携液，可通过更换 小油管使其连续携液。
10
8
®¾ µ×¹Ñ ¦Á ,MPa
6
IPR
25mm
4
40.3
50.3
62
2
75.9
0
0
1
2
3
4
5
6
7
²ú Æø Á¿ ,104m3/d
ÓÍ ¹Ü ³ß ´ç (mm) 1” 1½” 2” 2½” 3” 25 40.3 50.3 62 75.9
２、节点取井底
PR
•纯气井油管曲线： qsc↑→Pwf↑
流出
• 气水井油管曲线：qsc↑ 而Pwf不一定上升
油管 IPR AOF
PR 流出
油管 IP R AOF
• 纯气井油管曲线：qsc↑→Pwf↑ • 气水井油管曲线：qsc↑而Pwf不一定上升 • 原因：
–多相流中，能量主要由滑脱和摩阻两部分控 制
温度 (K) 295 309 323 337 351 365 380
Z系数
.93 .94 .95 .95 .96 .96 .97
气密度 (kg/m3) 24.46 24.25 24.06 23.90 23.75 23.62 23.49
气流速 (m/s) 4.53
临界流速 产气量 临界流量 (m/s) (104m3/d) (104m3/d)
围之内； • 泡沫携液量大，即气泡壁形成的水膜越厚。
2 起泡剂类型 • 离子型（主要是阴离子型） • 非离子型 • 两性表面活性剂 • 高分子聚合物表面活性剂等
3 起泡剂的选择
（1）井温 （2）凝析油 （3）H2S、CO2 （4）水矿化度 （5）亲憎平衡值（HLB）
优选管柱排水采气原理：
如果一口气井不能连续携液，可通过更换 小油管使其连续携液。
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IPR
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ÓÍ ¹Ü ³ß ´ç (mm) 1” 1½” 2” 2½” 3” 25 40.3 50.3 62 75.9
２、节点取井底
PR
•纯气井油管曲线： qsc↑→Pwf↑
流出
• 气水井油管曲线：qsc↑ 而Pwf不一定上升
油管 IPR AOF
PR 流出
油管 IP R AOF
• 纯气井油管曲线：qsc↑→Pwf↑ • 气水井油管曲线：qsc↑而Pwf不一定上升 • 原因：
–多相流中，能量主要由滑脱和摩阻两部分控 制
温度 (K) 295 309 323 337 351 365 380
Z系数
.93 .94 .95 .95 .96 .96 .97
气密度 (kg/m3) 24.46 24.25 24.06 23.90 23.75 23.62 23.49
气流速 (m/s) 4.53
临界流速 产气量 临界流量 (m/s) (104m3/d) (104m3/d)
围之内； • 泡沫携液量大，即气泡壁形成的水膜越厚。
2 起泡剂类型 • 离子型（主要是阴离子型） • 非离子型 • 两性表面活性剂 • 高分子聚合物表面活性剂等
3 起泡剂的选择
（1）井温 （2）凝析油 （3）H2S、CO2 （4）水矿化度 （5）亲憎平衡值（HLB）
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天然气
电能 氧气 焦炭 蒸汽 冷却水 NMP 副 产 品 CO+H2 C2H4 H2 炭黑
0.98元/m3
0.464元 /kWh 0.62元/m3 500元/t 72元/t 0.45元/t 32元/kg 0.3元/m3 4.0元/kg 0.2元/m3 11元/kg
11991 1.65 0.56 471 -
5564 825 40 212 -
2689
13900 4.0 300 7.5 204 3800 116
2805
6450 288 135 240 816 760 1276 7066 1.5
5740
2300 3220 4.5 650 7.5 8750 6920 3
5625
1067 1996 324 293 240 2625 -
CH xH CH 4 4 x
* CH e CH 2 e 4 4
* CH e xH CH 2 e 4 4 x
(10.1)
(10.2)
(10.3)
热力学分析
C2H2 生成反应为：
* 2 CH C H 2 2
(10.4) (10.5) (10.6)
m nCH C H H n n m 2 2
裂解天然气：反应时间t＜0.14ms，操作温度为1300～ 2000℃(由热电偶监测)。急冷后的裂化气体温度约为300℃。 经过布袋过滤器脱除碳黑后，进入初冷器冷却到30℃以下， 由乙炔压缩机加压到110MPa后送往提浓装置。
10.1.2.3影响过程的主要因素
(1) 工作气体 在高温下，H2将电能转换到气体热焓中的能 力比Ar大30%以上，且从5000K冷却到1200K会释放 550kJ/mol 的能量，对乙炔生成有利，因此，H2是较理 想的工作气体。采用H2和CH4的混合气作为工作气体， 可降低生产成本。 (2) CH4/ H2 产物乙炔的浓度、转化率和收率因CH4/H2不同 而有较大差异。 (3) 淬冷 用氢气能起到保护乙炔的作用，还能与未反应的 碳和C2H2等基团反应形成乙炔氢气急冷比用Ar、N2效果 好。 (4) 料进料方式 旋转进料方式优于直线进料方式。 (5) 原料进料速度和压力 原料进料速度和压力较高时，电 能消耗较低，但低压有利于乙炔的生成。
10.1 天然气等离子体转化技术
10.1.1概述
甲烷作为天然气最重要的成分，其结构极其稳定 (C-H键 平均键能为415 kJ/mol，CH3-H 键离解能高达435 kJ/mol。 实现甲烷直接化学利用的关键是甲烷中C-H 键的选择性活化 和控制反应进行的程度。 C-H键的活化方法有常规热活化、催化活化、电化学活 化、和等离子体活化等，其中等离子体活化具有低温活化迅 速和节能的优点，是最有效的分子活化技术。
等离子体是由大量带电粒子组成的中性非凝聚系统，是 部分或全部电离的气体，其中含有不同于用其他方法产生的 活性粒子，如各种激发态的分子和原子，正负离子，电子， 自由基等，是物质存在的第4态。
10.1.2 甲烷等离子转化制乙炔
10.1.2.1 热力学分析
甲烷具有很稳定的分子结构，断裂一个C-H键需要 415eV的能量，反应大量吸热，每生成1mol乙炔分子吸收 2517kJ。乙炔的反应自由能△G = 96290－64.7×T，因而 只有T≥1488.13K，△G≤0时甲烷才能裂解为乙炔。等离子 体提供的射流的温度可达(5～50)×103 K。 在无氧参与下甲烷被激活后主要进行自由基反 应。
10 天然气应用新技术
10.1 天然气等离子体转化技术 10.2 甲烷氧化偶联制乙烯 10.3 甲烷转化制芳烃
天然气应用新技术
目前，工业天然气应用较为成熟的技术路线大多是将甲 烷转化为合成气，进而开发相关的下游产品。而甲烷的直接 转化利用在工业上应用很少，大多还处于试验室研究阶段。 其原因是由于甲烷的化学惰性，很难在较高的甲烷转化率下 获得理想的产物选择性。 从原理上看，甲烷的直接转化利用是最直接有效的途径， 具有非常明显的潜在工业应用价值，因此许多科学家正在致 力于甲烷的直接转化利用新技术的研究。这些新技术包括甲 烷等离子体转化、甲烷氧化偶联制乙烯、甲烷转化制芳烃等。
2550
10000 4.0 300 7 115 2700 54 6192 1
2499
4640 288 135 224 460 540 594
成本合计 单位投资比
6641 2
10.1.3 天然气等离子制氢
天然气是氢气的重要来源，但是传统的天然气蒸汽转化法或 部分氧化法制氢技术，在制得氢气的同时，要伴随着大量的二氧化 碳排放，造成了能源的浪费，同时二氧化碳是“温室气体”，其对 全球气候的负面影响已经引起了国际社会的普遍关注。 近年来，利用天然气制氢同时副产炭黑的方法引起了人们的重 视。该法在制氢的同时不是排放二氧化碳，而是生成了便于处理和 有许多工业用途的炭黑。 本来，天然气的热裂解是生产炭黑并副产氢气为一种途迳，但 需要燃烧部分原料提供热裂解所需的高温，从而产生二氧化碳排放， 并且由于其工艺本身的局限性，生成的气体中杂质含量较高，给后 序的氢气提纯带来不便，增加能耗。在这种情况下，热等离子体法 以其提供高温的独特优势，受到人们的注意，其在分解天然气制氢 及炭黑方的面应用研究已当解离和电离的高温气体被冷却时，就进行反应 (10.4)、(10.5)、(10.6)所示的复合过程，从而形成C2H2、 C2H4、C2H6等新的化合物，尤其是在淬冷过程中反应 (10.6)对C2H2的生成起着重要的作用。
10.1.2.2 工艺流程
等离子体裂解天然气制乙炔流程图 1－反应器；2－除尘器；3－冷凝器；4－压 缩机；5－吸收塔；6－解析塔
10.1.2.4经济性分析
现以年产乙炔600t, 乙炔质量收率55%，操作时间 7200h/a的中试装置为估算基准，以N-甲基吡咯烷酮(NMP) 作为吸收剂，对等离子体法制乙炔与其它三种乙炔生产方法 的投资和主要消耗进行了经济技术比较
乙炔生产法的经济技术评价
项目 原料和动 力消耗 单价 指标 电石法 金额/元 天然气电弧裂解法 指标 金额/元 天然气部分氧化法 指标 金额/元 等离子裂解法 指标 金额/元