替代蒸汽甲烷转化的工艺
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。
甲烷水蒸汽转化
天然气转化天然气转化甲烷水蒸汽转化(sMR)甲烷水蒸汽转化工艺(SMR)作为传统的甲烷制合成气过程(图1一2),主要涉及下述反应:CH4+H2O!3H2+COvH298K=206.29kJ/mol这是一个强吸热过程,转化一般要在高温下进行(>1073K)"产物中HZ/Co约为3:1,为防止催化剂积炭,通常需要通入过量的水蒸汽,依合成气用途,原料气中HZO/CH4典型的摩尔比为2-5;并且为保持较高的生产速率,工业生产中压力通常高3.OMPa。
该反应过程的缺点是能耗高,设备庞大复杂!占地面积大,投资和操作费用昂贵。
联合转化工艺(SM侧oZR)联合重整工艺流程如图1-3所示,将SMR反应器出口的混合气送入二级氧化反应器内,未完全消耗的甲烷(在SMR出口处CH;转化率为90-92%)与0:发生部分氧化反应后,再进一步通过催化剂床层进行二次重整反应,生成的合成气HZ/CO 比在2.5~4.0,随后利用水汽转化(WGS)反应(见式4),调整产品中H:和CO比例,来满足下游合成的利用。
该工艺有效地减小了SRM的规模,降低了能耗,但不足之处是仍需两个反应器。
CH4+HZO03H2+COvH29sK=一4IkJ/mol中国石化集团四川维尼纶厂目前在运行的甲醇装置有两套，一为1996年建成投产的直接以天然气为原料的10万t/a甲醇装置，另一为2011年整合建成投产的以乙炔尾气为原料的77万t/a甲醇装置。
前者采用成熟的管式转化炉生产合成气，并利用德国Lurgi合成工艺技术生产甲醇；后者利用英国Davy公司合成工艺生产甲醇，并在合成环路驰放气的处理上采用了膜分离与ATR 转化工艺技术，以提高装置产能和降低综合能耗。
10万t/a甲醇装置通过天然气蒸汽转化制取合成气，故合成气具有氢多、碳少、惰性气体（CH4、N2、Ar 等）含量低的特点，其气质组成有利于甲醇合成反应。
77万t/a 甲醇装置以乙炔尾气为原料，由于乙炔尾气属于天然气部分氧化法制乙炔工艺的副产气，因而具有氢少、碳多、惰性气体含量偏高的特点，属于乏氢气质，需对系统进行补氢。
甲烷转化的工艺流程简介及实施步骤
甲烷转化的工艺流程简介及实施步骤Methane transformation process involves several steps to convert methane into other useful chemicals or energy sources. The process typically includes the following stages:1. Methane Extraction: Methane is extracted from natural gas or biogas sources. It can be obtained through processes like drilling and extraction from natural gas wells or anaerobic digestion of organic waste.2. Purification: The extracted methane undergoes purification to remove impurities such as sulfur compounds, water, and other contaminants. This step is crucial to ensure the quality and stability of the final product.3. Conversion: The purified methane can be transformed into different products through various conversion processes. One common method is steam methane reforming (SMR), where methane reacts with steam to produce hydrogen and carbon monoxide. Another method is methane oxidation, where methane is burned in the presence of oxygen to produce carbon dioxide and water.4. Product Refining: The intermediate products obtained from methane conversion are further refined to obtain the desired end products. For example, hydrogen produced from SMR can be used in fuel cells or as a raw material for the production of ammonia.5. Utilization: The final products obtained from the methane transformation process can be used in various applications. These may include energy generation, chemical manufacturing, fuel production, or as feedstock for other industrial processes.中文回答：甲烷变换工艺涉及多个步骤，将甲烷转化为其他有用的化学品或能源源。
甲烷水蒸汽转化
天然气转化天然气转化甲烷水蒸汽转化（sMR）甲烷水蒸汽转化工艺（SMR）作为传统的甲烷制合成气过程（图1一2）,主要涉及下述反应:CH4+H20!3H2+C0vH298K=206.29kJ/mol这是一个强吸热过程，转化一般要在高温下进行（＞1073K）〃产物中HZ/Co约为3:1,为防止催化剂积炭，通常需要通入过量的水蒸汽,依合成气用途,原料气839KFuel和■Caaly:!tubesStackEffluentgasNaturalgas图1-2SMR示意图Figure1-2Theschematicof SMR中HZO/CH4典型的摩尔比为2-5;并且为保持较高的生产速率，工业生产中压力通常高3.0MPa。
该反应过程的缺点是能耗高，设备庞大复杂！占地面积大，投资和操作费用昂贵。
联合转化工艺（SM侧oZR）联合重整工艺流程如图1-3所示，将SMR反应器出口的混合气送入二级氧化反应器内,未完全消耗的甲烷（在SMR出口处CH;转化率为90-92%）与0:发生部分氧化反应后,再进一步通过催化剂床层进行二次重整反应，生成的合成气HZ/CO 比在2.5~4.0,随后利用水汽转化（WGS ）反应（见式4）,调整产品中H:和CO 比例,来满足下游合成的利用。
该工艺有效地减小了SRM 的规模，降低了能耗，但不足之处是仍需两个反应器。
CH4+HZ003H2+C0vH29sK 二一4IkJ/molFigure1-3The blockdiagramfor5MR/OR中国石化集团四川维尼纶厂目前在运行的甲醇装置有两套，一为1996年建成投产的直接以天然气为原料的10万t/a 甲醇装置，另一为2011年整合建成投产的以乙炔尾气为原料的77万t/a 甲醇装置。
前者采用成熟的管式转化炉生产合成气，并利用德国Lurgi 合成工艺技术生产甲醇；后者利用英国Davy 公司合成工艺生产甲醇，并在合成环路驰放气的处理上采用了膜分离与ATR 转化工艺技术，以提高装置产能和降低综合能耗。
第二部分烃类蒸气转化
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任务2 原料气制备
烃类制气的原料
气态烃
烃类制气的 原料
气态烃原料的种类
天然气
液态烃
炼厂气
气态烃
裂化气
化工生产典型工艺
焦炉气
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任务2 原料气制备
烃类蒸汽转化法
➢烃类蒸气转化法：气态烃和石脑油为原料生产合成氨最经济的方法。
➢天然气：储存于地层较深部位的可燃气体的统称。储量丰富、价格低廉、
8.1 3.6
化工生产典型工艺
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任务2 原料气制备
（三）烃类蒸气转化法的操作条件
2.温度：烃类蒸汽转化是
吸热、可逆反应，温度增
加，甲烷平衡含量下降。
24
温度每降低10℃，甲烷平
衡含量约增加1-1.3％。但
7
温度不能超反应管的承受
能力。
一段转化：800-900 ℃
二段温度：1000-1200 ℃
化工生产典型工艺
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常见事故
➢ 一段炉对流段炉顶烧穿事故 ➢ 一段炉爆管 ➢ 一段转化炉过渡段损坏 ➢ 一段转化炉炉管花斑 ➢ 一段转化炉析碳 ➢ 一段转化炉压差非预期升高 ➢ 一段转化炉炉墙温度超高 ➢ 炉膛温度分布 不均
任务2 原料气制备
750~800℃，经过12~24h即可将炭除去。
b.用空气与蒸汽的混合物烧炭。将出口温度降至200 ℃以下，停止通入原料
烃，在蒸汽中加入少量空气，送入催化剂床层进行烧炭，催化剂床层温度控制
在700 ℃以下，大约8h即可。
化工生产典型工艺
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三、烃类蒸气转化催化剂
任务2 原料气制备
（一）原因：高温下反应速率仍很低。 （二）催化剂的要求
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它可以将甲烷和水蒸气反应生成一系列有用的化学品，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等。
这种反应在化工生产中得到了广泛应用，尤其是在石油化工、化肥生产、合成气等领域。
甲烷蒸汽转化反应的化学方程式为：CH4 + H2O → CO + 3H2。
这个反应是一个放热反应，需要高温和高压条件下进行。
一般来说，反应温度在700℃以上，压力在1-3 MPa之间。
在这种条件下，甲烷和水蒸气可以充分反应，生成大量的氢气和一氧化碳。
甲烷蒸汽转化反应的反应机理比较复杂，主要包括以下几个步骤：首先，甲烷和水蒸气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气；其次，一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气；最后，氢气和一氧化碳在催化剂的作用下发生水气转移反应，生成更多的二氧化碳和氢气。
甲烷蒸汽转化反应的催化剂是非常重要的，它可以影响反应的速率和选择性。
目前，常用的催化剂包括镍、铁、钴等金属催化剂，以及氧化铝、硅酸盐等氧化物催化剂。
这些催化剂具有不同的催化活性和选择性，可以根据不同的反应条件和反应目的进行选择。
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，可以将甲烷和水蒸气转化为有用的化学品。
这种反应在化工生产中得到了广泛应用，对于
提高资源利用率和环境保护具有重要意义。
未来，随着科技的不断进步，甲烷蒸汽转化反应的催化剂和反应条件将会不断优化，为化工生产带来更多的发展机遇。
甲烷转化工艺流程描述
甲烷转化工艺流程描述英文回答：Methane conversion is a process that involves the transformation of methane gas into other useful products. There are several different technologies and processes that can be used for methane conversion, each with its own advantages and applications. In this response, I will describe two commonly used methane conversion processes: steam reforming and methane combustion.Steam reforming is a widely used process for converting methane into hydrogen gas and carbon monoxide. It involves the reaction of methane with steam at high temperatures and in the presence of a catalyst. The reaction can be represented by the following equation:CH4 + H2O → CO + 3H2。
In this process, methane reacts with steam to producecarbon monoxide and hydrogen gas. The carbon monoxide canbe further processed to produce other valuable chemicals, while the hydrogen gas can be used as a clean fuel or as a feedstock for other chemical reactions. Steam reforming is commonly used in the production of hydrogen for fuel cells and other industrial applications.Another important methane conversion process is methane combustion. This process involves the complete oxidation of methane gas to produce carbon dioxide and water. Thereaction can be represented by the following equation:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.Methane combustion is commonly used in power generation, where methane is burned in a gas turbine or internal combustion engine to produce electricity. It is also usedin residential and commercial heating systems, where methane is burned in a furnace or boiler to produce heat. Methane combustion is a highly exothermic reaction, meaning it releases a large amount of heat energy.In addition to steam reforming and methane combustion, there are other methane conversion processes such as methane partial oxidation and methane pyrolysis. These processes have their own unique advantages and applications. For example, methane partial oxidation is used in the production of syngas, which can be further processed to produce chemicals such as methanol and ammonia. Methane pyrolysis, on the other hand, is a process that involvesthe thermal decomposition of methane to produce hydrogengas and solid carbon.中文回答：甲烷转化是一种将甲烷气体转化为其他有用产品的过程。
壳牌煤气化气化原理技术说明(翻译版)
壳牌煤气化气化原理技术说明（翻译版）目录气化原理 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
一、总论 (2)1.1 概述 (2)1.2 主要反应方程式 (2)1.3 环境方面 (3)2壳牌煤气化工艺(SCGP) (4)2.1 概述 (4)2.2 工艺步骤 (5)3煤的起源和煤的成分对煤气化工艺SCGP的影响 (13)3.1煤的起源 (13)3.2 与shell煤气化工艺相关的煤的特性 (13)3.3 煤/煤灰特性对操作和设计的影响 (15)一、总论1.1 概述气化是一种将碳氢原料转变为CO和H2为主要气体成分的工艺。
其它气体成分如CH4、CO2、H2S、苯酚、烟和微量的氨、HCl、HCN以及在特殊工艺下基于原料和工况产生的甲酸盐。
气化产出的气体既可作为发电用的燃料，又可作为化工原料。
对气化工艺的选择，以及气化介质(O2或空气)，取决于气化进料的类型和产品的要求。
壳牌专利/操作两大气化技术1. 壳牌气化工艺(SGP)壳牌气化工艺(SGP)原料范围从天然气到重油。
此工艺合成出来的气体广泛用于H2、Cl2、甲醇的制造，或作为发电用的燃料。
自1956年来，壳牌气化工艺(SGP)技术被广泛应用，现已经有150套气化炉。
壳牌气化工艺(SGP)采用有耐火衬里的单个烧咀和一个特别设计的气管式废热锅炉（合成气冷却器SGC）。
2. 壳牌煤气化工艺(SCGP)壳牌煤气化工艺(SCGP)原料范围从焦油和无烟煤到褐煤。
间接煤液化（气化伴随着合成气接触反应的变换）是发展此工艺的最初原因。
现在，此工艺主要应用于发电和化工原料生产。
1972年，开始壳牌煤气化工艺(SCGP)的开发。
1976年阿姆斯特丹壳牌实验室委托一个工厂——GASCO化工厂烧煤6t/d；1978~1983年在德国汉堡壳牌总厂，一个烧煤150t/d的工厂投产；1986~1991年在美国壳牌Deer Park总厂，一个烧煤250-400st/d的示范厂投产。