天然气制氢的基本原理及工业技术进展

页眉内容天然气制氢的基本原理及工业技术进展一、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：精心整理页眉内容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。精心整理页眉内容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...