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第十三章 天然气化工Chemical engineering of natural gas 13.1 天然气的组成与加工利用 13.2 天然气的分离与净化 13.3 天然气提氦 13.4 天然气制炭黑 13.5 天然气转化合成甲醇 13.6 天然气氧化加工 13.7 天然气的氯化加工 13.8 天然气的其它直接化学加工 13.1 天然气的组成与加工利用The components of natural gas and its application 13.1.1 天然气的组成与分类 13.1.1.1. 组成 主要成份：烷烃 CH4, C2H6 次要成份：非烃气体CO2，H2S，H2，He 微量成份：烯烃、环烷烃、芳香烃 有害成份：硫化氢等。   原油伴生气 根据矿藏特点，是否含 非伴生气 原油伴气来划分。 干气 湿气 贫气 富气 酸性气 洁气 13.1.2 天然气的性质和特点 13.1.3 天然气的主要组分 13.2 天然气的分离与净化Separation and purification of natural gas 天然气净化的目的主要是将天然气中的硫、CO2及水含量等降至所要 求的指标，由此还衍生出回收硫资源及使排放的尾气质量符合环境法 规要求等问题。 因此，天然气净化通常包括四类工艺：天然气脱硫脱碳、天然气脱 水，将脱硫所得的含H2S酸气制硫的硫磺回收及其尾气处理。这些工艺 也常称为天然气处理，有时还被称为天然气预处理。 硫磺的回收 脱硫后的含硫气体通常用克劳斯(Claus)法即催化氧化法回 收硫磺。 (1)Claus法原理 2H2S +SO2 2H2O+(3/x)Sx (转化) x=2 ?H=51.71kJ/mol x=6 ?H=-84.99kJ/mol x=8 ?H=-100.65kJ/mol 在常温下硫蒸汽的形态主要是S6,S8 900?C S2 1700?C S 操作条件不同可得出不同单质硫形态。 含硫气中少量其它组分可发生一些副反应： CH4+2O2 CO2 + 2H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O 各种形态的S也有相互转化的反应： 3S2 S6 4S2 S8 4S6 3S8 反应十分复杂，但主要反应还是燃烧和转化反应。 硫磺回收的催化剂 活性氧化铝：由氧化铝水合物脱水得到。 目前较多应用铝土矿催化剂，主要成分是氧化铝水 合物。通常将其制成块状或条状以降低床层阻力， 脱水活化温度控制在400?500 ?C. 使用过程中，催化剂可能结构转型而降低活性。或 者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸铝都可使催化剂 活性降低。使用一定时期后要进行活化再生以恢复 活性。使用较长时期，再生次数多后应更换催化剂。 性质：稀有惰性气体、扩散性和导热性好，密度和溶解度 低，蒸发潜热低。 用途：高温加工保护剂、低温超导技术的致冷剂、激光源、 火箭和导弹技术中的燃料压送剂、冷式核反应堆的导 热剂。 氦的来源主要有：空气分离、从天然气提取.后者为重要来 源。因为空气中氦含量很少。 1 . 低温冷凝法提氦工艺 主要工序：加压?降温?液化? 分离粗氦?精制 (1)工艺流程 分为提浓部分和精制部分，两部分流程如图 提浓部分操作过程： 含氦天然气经分离脱水脱硫脱CO2?提氦系统进一步脱水 ?分子筛脱CO2 ?冷却到-107?-112?C ?氦气提浓塔 ?塔顶粗氦 ?塔底蒸发出溶解的氦后作冷源。 净化部分：原料气干燥后水含量10-5 分子筛吸附净化后CO2含量5?10-6?10-5 提浓部分：原料气压力3.0 ?3.3MPa 粗氦冷凝分馏塔压力1.8