天然气制备合成气.doc

天然气制备合成气 摘 要：本文介绍了甲烷制合成气的各种工艺和发展趋势，其中分析了部分氧化的工艺原理，重点分析水蒸汽转化的反应条件、机理和催化剂特性等工艺特点。 关键词：天然气；合成气；部分氧化；蒸汽转化；催化剂；工艺 Synthetic gas preparation Abstract: This paper introduces the technology of methane to synthesis gas and development trend, which analyzes the partial oxidation process principle, focuses on the analysis of steam reforming reaction conditions, catalyst characteristic mechanism and process characteristic. Key words: natural gas; partial oxidation; synthesis gas; steam reforming; catalyst; process 前言 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21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。下面将对部分氧化法和蒸汽转化法进行具体的描述，并具体介绍两种工艺的发展趋势。 1. 部分氧化法 部分氧化法是由甲烷等烃类与氧气进行不完全氧化生成合成气。其反应方程式是。该过程是自热进行，无需外界供热，热效率较高。但若用传统的空分法制取的氧气，则能耗太高，最近国外开发出可用空气代替纯氧的工艺，实战证明，合成气中的存在对合成液体燃料油无影响。另外，国外正在研制一种陶瓷气体分离膜，可在高温下从空气中分离出纯氧，这将避免气进入合成气，并可降低能耗。部分氧化法根据是否采用催化剂分为非催化部分氧化工艺和催化部分氧化工艺(CPO) 两种。 非催化部分氧化法 非催化部分氧化法是在高温、高压、无催化剂条件下，天然气进行部分燃烧反应生产合成气的过程。由于所得合成气中 H2/CO 比十分接近F-T合成的理论要求，可直接进行后续过程，随着以天然气为原料通过费托路线生产高品质液态烃工艺的成熟，天然气非催化部分氧化法再次引起了人们的关注。此法的典型代表有Texaco 法和Shell法。 天然气非催化部分氧化过程的平均温度在1200℃ 催化部分氧化工艺(CPO) 两种 催化部分氧化法是在催化剂存在下，氧气和天然气进行部分氧化使甲烷转化成的过程。过程可在较低温度(750-800 ℃)下达到90%以上的热力学平衡转化率。具有能耗低，反应速度快，生产强度大，催化剂用量小，合成气氢碳比适合甲醇、F-T合成等优点，受到国内外的广泛重视，研究工作十分活跃。天然气催化部分氧化法制合成气的关键在于高活性、抗积碳催化剂的开发，国内外研究人员在催化剂的制备、载体、助剂、活性组分及用量、原料流量及配比对催化剂性能影响等方面做了大量的研究。结果表明，贵金属催化剂和镍催化剂具有很高的活性，碱土和稀土金属氧化物助剂可抑制镍催化剂上的积碳反应。由于过程中反应速率极快，空速很高，单位催化剂表面的放热量很大，控制反应温度、避免催化剂飞温已成为反应器放大的关键问题；此外，原料气时在高温下存在爆炸危险。对此，国内外研究人员从反应器、新工艺开发等方面进行了研究。中科院大连化物所采用固定床反应器，以Ni-为催化剂，取得了较好效果。石油大学采用固定床两段法工艺，将天然气低温催化燃烧与部分氧化联合，避免了氧气浓度过高而产生的安全隐患，又很好利用了反应自身的热量。重庆化工研究院开发了适用于薄层固定床反应器的CPO 法制合成气的催化剂体系，建成了CPO 法制合成气及催化剂评价1000 t/a中试装