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天然气制氢的基本原理及工业技术经验进展VIP免费

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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:CH+HO===CO+3H422CH+2HO===CO+4H4222CH+CO===2CO+2H422CH+2CO===3CO+H+HO4222CH+3CO===4CO+2HO422CO+HO===CO+H222副反应:CH===C+2H422CO===C+CO2CO+H===C+HO22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H,称为正2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H。22)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H,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2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+HO===CO+H22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°C,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700C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~,最高达。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髙,如大型氨厂压力为时,出口温度控制在8001。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。提髙进入转化系统的水碳比,不仅有利于降低甲烷的平衡含量,也有利于提髙反应速率,还可以防止析炭反应的发生。但水碳比过髙,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...

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