天然气制造合成气的研究综述-广州大学.doc

天然气制合成气技术进展综述 梁志雄 （广州大学，化学化工学院，511400） [ 摘要 ]：对目前天然气制备合成气主要的水蒸气转化法、二氧化碳转化法、催化部分氧化法、非催化部分氧化法、二氧化碳转化法、自热式转化法等传统和新型工艺进行了综述，并对这些方法的技术特点和工艺操作进行了讨论。另外，特别介绍了一种利用天然气和煤联合制备合成气的新型工艺。 [ 关键字 ]：天然气；制造；技术进展；合成气 The summary of natural gas to synthesis gas technology progress LiangZhixiong （Guangzhou University，Chemistry and chemical engineering College，511400） [ Abstract ]：The paper summerized the technologies for syn—gas production from natural gas，including steam reforming process，carbon dioxide reforming process，catalytic partial oxidation process．non-catalytic partial oxidation process，autothermal reforming process，and it discussed their characteristics on technique and operation。 [ Key words ]：natural gas；producting；technology progress；synthesis gas 天然气是21世纪的重要能源。目前，天然气在化工领域的应用有许多成熟的工业化技术，如以天然气为原料生产合成氨(化肥)、甲醇、乙炔、氯化甲烷、二硫化碳、硝基甲烷、汽油等系列化学品。以天然气制合成气及用合成气合成其他化学品已成为近20年催化科学研究领域的一个研究热点。 工业上最早用于天然气制合成气的技术主要有两种，即蒸汽转化法和甲烷非催化部分氧化法。近年来，国内外正在研究一种新的天然气制合成气技术，即甲烷催化部分氧化法和甲烷二氧化碳重整法。 天然气制造合成气的传统工艺 蒸汽转化法 1．1 开发历史 蒸汽转化法是目前普遍应用的工业方法，烃类蒸汽转化工艺早在20世纪20年代开始研究；40年代，低碳气态烃的蒸汽转化管式炉在英国投入工业运行；60年代，加压蒸汽转化工艺技术得到了迅速的发展，在合成氨、甲醇等化学工业中出现了以天然气和油田气等气态烃为原料的大型生产装置。 1．2技术路线 采用两段天然气蒸汽转化路线的过程如下：将一段转化炉出口气达300 oC的原料天然气进行脱硫精制，脱硫后的天然气与过量的水蒸气混合并进一步加热到500 oC以上，进入列管式一段转化炉。甲烷与水蒸气在转化催化剂的作用下，吸收管外燃料天然气提供的热量，发生吸热反应后转化为氢、一氧化碳和二氧化碳，反应在750 oC以上甚至950 oc的高温下进行。一段转化炉出口气中含有10％以上未转化的甲烷，一段转化炉出口气进入二段炉上部与一定量的空气混合并发生燃烧反应，剩余甲烷在二段蒸汽转化催化剂床层上继续转化，使出口甲烷含量在0．5％以下，转化炉出口反应气的温度达900 oC以上，对此热量进行回收用于副产蒸汽或加热反应体系的_T艺气体。 1．3催化剂的进展 天然气转化技术的进步是与催化剂的创新息息相关的，新型转化催化剂的开发带动了生产工艺及反应设备的优化与创新。随着转化装置的增多和规模的扩大，催化剂的制备技术和性能也越来越先进。在催化剂的发展过程中镍自始至终是活性组分，载体由硅铝酸钙到纯铝酸钙，目前开发了低表面耐火材料——陶瓷。随着合成氨技术的发展，特别是20世纪60年代末装置的大型化和低能耗合成氨工艺的开发，促进了催化剂的发展。目前国外投入工业生产的转化催化剂已达几十种，适用于不同的操作温度、压力、水碳比，以及不同的转化炉结构、转化炉管径和管长的需求。 我国从1956年开始对转化催化剂进行试验研究，目前已成功开发了一系列以天然气为原料制合成气的转化催化剂，如Z一107、z_109、Z一110Y、Z一111、Z一204、Z一205等。 1．4 工艺过程 在300～1 300K温度范围下利用天然气为原料的合成气生产中, 蒸汽转化发生下列主要反应:CH4 + H2O (g) vCO + 3H2 (ΔH°= 20517kJ / mol) (1) ; CO2 转化则发生该反应:CH4 + CO2v 2CO + 2H2 (ΔΗ°= 24619 kJ /mol) (2) 。 通