CH4与CO2重整制合成气研究的研究报告
杨真一 1 ，胡莹梦2，徐艳 3 ，郑先坤4
（1：2009级化学工程与工艺四班，学号：0943084137
2：:2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084141
3：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084136
4：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084008）
摘要：二氧化碳和甲烷既是温室气体的主要组成，又是丰富的碳资源。在石油资源日益匮乏以及环境问题日益严重的今天，二氧化碳的资源化利用已受到了广泛的关注，二氧化碳与甲烷重整制合成气的方法也越来越多，从传统的催化重整反应到现今受到更多研究的等离子体重整CH4-CO2技术，还有等离子体协同催化剂重整技术，都有大量的研究基础，本文就目前常用的几种甲烷-二氧化碳重整技术进行了调研研究并对热等离子体重整制合成气的实验方法进行了简要说明与探讨。
关键词：甲烷二氧化碳重整合成气
研究二氧化碳和甲烷的化学转化和利用对于降低甲烷使用量、消除温室气体等具有重大意义；而合成气又是合成众多化工产品以及环境友好型清洁能源的重要原料。以天然气和CO
2
为原料制备合成气，与其他方法相比较，在获得同量碳
值的合成气情况下，不仅可以减少天然气消耗量50%，还有利于减排CO
2
。目前利用二氧化碳和甲烷重整制备合成气的方法主要有三种：（1）利用催化剂催化重
整制合成气；（2）利用等离子体技术重整CH
4-CO
2
；（3）前两种方法的综合利用。
一、催化重整反应
在催化剂的作用下，发生CH4与CO2重整的反应。而其使用的催化剂则为重点研究对象。
（1）活性组分第ⅤⅢ族过渡金属除Os 外均具有重整活性,其中贵金属催化剂具有较高的活性和抗积炭性能，但贵金属具有资源有限、价格昂贵和需要回收的缺点，因此国内研究的大多为非贵金属催化剂，特别是负载型Ni基催化剂和Co 基催化剂，或是Ni-Co双金属催化剂，且研究结果表明：双金属催化剂的催化活
性和抗积碳性能更优越于单金属催化剂。同时也有研究表明：即使是同样的活性组分,由于担载量和前驱体的不同,制成催化剂的活性也不尽相同。近来也有研究者发现Mo、W的硫化物和Co、W的碳化物也具有较好的反应活性和抗积碳性能，但该催化剂在常压下失活较快，因此需提高反应压力。【1】
（2）载体 CH4与CO2重整反应的催化剂主要是负载型催化剂，且因为该反应是在高温下进行，所以其选用的载体应有良好的热稳定性。目前,重整催化剂使用的载体包括Al2O3 、MgO、SiO2 、TiO2 、CaO、ZrO2 、稀土金属氧化物以及一些复合金属氧化物(如Al2O3 - MgO、Al2O3 - CaO - TiO2 、Al2O3 - CaO -MgO) 和分子筛等。研究者们对载体的酸碱性和氧化还原性质对重整反应的影响做了大量研究，结果表明：载体的酸碱性影响反应性能主要在于其对CO2的吸附性能的改变；具有氧化还原性能的氧化物为载体制备的催化剂CO 和H2 的收率较低。当然载体的制备方法也会导致催化剂的性能差异，因此载体的选择需要综合考虑。【1】
（3）助剂在CH4-CO2的催化重整反应中，助剂的作用主要在以下几个方面：①调节催化剂表面酸碱性；②提高活性组分的分散度；③调节活性组分的电子性质。目前常用的助剂有碱金属、碱土金属和稀土金属氧化物。【1】
甲烷与二氧化碳的重整反应对于工业发展和环境治理都具有重大意义，但也有着催化剂“积炭”和“烧结”这两个因素和反应温度高困扰着研究者们将其工业化，积炭与烧结都会导致催化剂失活，因此制备新型、廉价和具有较高催化活性及稳定性的催化剂,是急需解决的问题之一。【4】
二、等离子体技术重整
等离子体是由电子、离子、原子、分子或自由基等高活泼性粒子组成的电离气体,在等离子体的作用下，可以实现甲烷和二氧化碳的重整。如今等离子体重整CH4-CO2的技术日益成熟，可分为以下几种方法：①冷等离子体重整CH4-CO2；
②热等离子体重整CH4-CO2。
（一）冷等离子体重整CH4-CO2
热力学非平衡态等离子体中的轻粒子的温度远高于重粒子的温度，而等离子体的温度接近室温，因而也称为冷等离子体。由于产生冷等离子体所需能量很少，并且气体温度与反应器温度上升也很低，避免了反应器材料选择和冷却问题，因
此，冷等离子体在重整反应中应用比较广泛。【3】早期用于CH4-CO2重整的冷等离子体主要有电晕放电、介质阻挡放电、微波放电、大气压辉光放电和滑动弧放电。，从成本方面考虑，人们通常避免真空放电而选择大气压下的电晕放电等离子体和介质阻挡放电等离子体。但由于这些放电技术存在放电不均匀、平均电子密度低和反应器难以放大等问题，均没有实现工业化的生产。【7】
（二）热等离子体重整CH4-CO2
由电弧产生的热等离子体是一种持续均匀的等离子体，其高热焓值、高温度、高电子密度的特点使得其具有热效应和化学效应双重效应，因而有着广泛的工业应用。目前常用的热等离子体重整装置有：直流电弧等离子体炬（DC）、交流电弧等离子体炬（AC）、射频等离子体炬（RF）和高频等离子体炬等，其中直流电弧炬应用最多。近年来，大量研究者运用多种装置对CH4-CO2重整反应就行了研究，如①白玫瑰等采用大功率双阳极热等离子体装置，对CH4-CO2 重整制合成气进行了实验研究。实验采用两种不同的原料气输入方式：一种是使原料气（CH4 和CO2 的混合气体）作为等离子体放电气体全部通入第1 阳极与第2 阳极间的放电区，直接参与放电；另一种是保持前述状态，再附加另一部分原料气通入从等离子体发生器喷出的等离子体射流区；②兰天石等利用15 kW 的实验室装置，进行了天然气和二氧化碳在氢等离子体射流作用下重整制合成气研究。实验中考察了输入功率、原料气流量和原料配比对反应转化率、产物选择性的影响。结果表明：转化率主要由输入功率和原料气流量决定，产品的选择性与原料气的配比密切相关；③Yan 等利用直流电弧等离子体进行了甲烷二氧化碳重整制合成气的实验研究。在直流电弧等离子体提供的高温环境中，同时得到了高的原料转化率和产物合成气的选择性，并且实验发现，增加输入功率可以提高原料的转化率。【3】当然，现今的等离子体技术重整甲烷-二氧化碳还有待提高，在开发高效率等离子体发生器和合理设计反应器上，还需投入更多的研究，争取早日实现等离子体重整技术的工业化。
三、等离子体协同催化剂重整CH4-CO2技术
等离子体协同催化剂作用于甲烷和二氧化碳重整制合成气，不仅可以提高能量利用率，还可以提高催化剂的选择性活化以提高产物的分布。研究者们分别就冷等离子体催化耦合CH4-CO2和热等离子体催化耦合CH4-CO2做了部分研究。
（一）冷等离子体协同催化剂重整CH4-CO2
常压下，电晕等离子体与催化剂协同作用下的重整反应，主要是自由基在等离子体反应中起到了重要影响。使用这些催化剂时，有更多的烃和含氧化合物生成。当催化剂被放置在等离子体活性区域的不同的位置时，重整效果有很大的差别。当催化剂被放置在等离子体活性区域的尾部和活性区域外时，等离子体和催化剂之间的协同作用很小，甚至重整效果比单独等离子体作用、单独催化剂作用时还要差。但是，当催化剂放置在等离子体活性区域中心时，等离子体和催化剂间的协同效应得到了明显体现。【3】
（二）热等离子体协同催化剂重整CH4-CO2
冷等离子催化耦合重整存在处理量较小、能量利用率低的缺陷。而热等离子体具有高温热源和化学活性粒子源的双重作用，可为强吸热反应过程提供足够的能量并加速化学反应进程，所以相比较于冷等离子而言，更有利于CH4 和CO2 的重整反应。①孙艳朋等利用实验室制备的Ni-Ce/Al2O3 催化剂，进行了热等离子单独重整与热等离子体催化耦合重整CH4 和CO2 制合成气的实验研究，结果表明：随原料气总流量的增加，CH4 和CO2 转化率降低，H2 和CO 选择性无明显变化，C2H2 选择性和催化剂积碳速率增加。②印永祥等进行了热等离子体协同催化剂重整甲烷二氧化碳方面的研究，结果表明：在等离子体与催化剂协同作用下，反应物转化率、产物选择性及能量利用效率都比单独等离子体作用提高10%～20%；与冷等离子体过程相比，用氮热等离子体重整CH4和CO2制合成气，处理量大、能量产率高，具有较好的应用前景。【8】
四、等离子体重整甲烷-二氧化碳制合成气实验方法【2】
等离子体是部分或全部电离的气体，是由电子、离子、原子、分子和自由基等高活泼性粒子组成的集合体，是物质存在的第四态。宏观上，由于其正负电荷相等，因而称为等离子体。
热等离子体是指温度约为103~104K的部分电离气体，具有热焓值高、温度高等特点，能提供一个能量集中、温度很高的反应环境，可为强吸热反应过程提供足够的能量并加速化学反应进程。在化工领域，主要用于危险废弃物，如放射性废物、医疗垃圾、城市生活垃圾无害化处理，和煤化工、天然气化工等。
尽管甲烷和二氧化碳在常温下均为十分稳定的分子，但热力学计算表明，当温度超过1300K 时，两者将发生快速的化学反应，其转化率将达到90%以上，且其产物主要是合成气。如图1所示。 5006007008009001000110012001300140015000.0
0.10.2
0.30.40.50.60.70.8
0.91.0
CH 4 CO 2
H 2
CO
H 2O
O 2
C 摩尔量温度/K
图1 甲烷、二氧化碳体系的热力学平衡图
C/H/O=1:1.6:1.2（CH4/CO2=4:6）
（一）实验步骤如下： 1、五种气体（氮气、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳）校正因子的分析： ①接通载气：
先打开载气（Ar ）钢瓶总阀，再打开减压阀，按要求调节压力，用盛有水的烧杯检测是否有载气通过。
②设定色谱仪参数：
打开色谱仪电源，设定以下温度参数：柱箱85℃，检测器一110℃，汽化110℃，检测器一电流30mA 。等待仪器稳定在设定的参数值，大约40~60min 。 ③设定色谱工作站：
打开电脑，点击 “在线色谱工作站”通道1
实验信息方法(确保实验的存储路径和文件名称正确，方法选外标法)数据采集查看基线，至基线平
稳（可通过斜率测定确定）。
④测量校正因子：
用气囊分别取五种气体，按氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的顺序分别进气，通过N-2000色谱工作站读出峰面积、保留时间等参数，由公式算出校正因子。
2、搭建实验流程，包括从钢瓶通过减压阀将气体输送到转子流量计，从流量计计量后分别送入等离子体发生器和反应器；检查系统安全，是否有漏电、漏气、漏水等安全隐患；
3、开启系统冷却水，检查回流口十分正常出水；
4、开启送气系统，减压阀输出0.3MPa，等离子体气体分别2Nm3/h，3m3/h；
5、开启等离子体放电电源，正常后，调节电流为150A；
6、按甲烷/二氧化碳比为4:6，原料甲烷和二氧化碳加入反应器，总流量2m3/h；
7、利用气相色谱仪分析反应产生的混合气体，根据气相色谱给出的各种气体的信息，使用校正因子计算混合气体中各组分的百分含量；
8、计算每次反应的转化率、选择性、收率。给出在不同工艺下转化率、选择性、收率的函数曲线，对所得结果进行分析，对不同工艺提出评价，提出优化工艺方案。
（二）实验流程图如下：
热等离子体实验系统流程示意图
Fig. 2 Schematic diagram of experimental setup with single-anode thermal plasma
1 plasma generator;
2 feed inlet ring;
3 adiabatic fixed bed reactor;
4 collector;
5 DC power supply;
6 gas chromatograph
因此按照此种实验方法实验出来的数据如下：
●气体校正因子的分析：
●原料气组成：
反应气组成：
尾气冷凝后经分析,主要含有CH4、CO2、CO、H2,没有气态烃生成。反应后在冷凝器中收集到少量的液相产物,经气相色谱分析是水。反应后拆开反应器,在电极和器壁表面上存在少量积炭。
原料气CH4、CO2的转化率以及产物CO、H2的选择性计算公式如下:
●CH4转化率=反应前CH4的摩尔数-反应后的CH4的摩尔数反应前CH4的摩尔
数*100% (1)
●CO2转化率=反应前CO2的摩尔数-反应后的CO2的摩尔数反应前CO2的摩尔
数*100% (2)
●CO选择性=产物中CO的摩尔数转化的CH4的摩尔数+转化的CO2的摩尔数
*100% (3)●H2选择性=产物中H2的摩尔数转化的CH4的摩尔数*2*100% (4)
由此可见，用等离子体的方法重整甲烷-二氧化碳具有很高的经济价值，由
于使用CO
2为碳源制备化学品，生产1mol CO只需消耗1mol CH
4
。显然，干法重整
减少温室气体排放，符合低碳经济大趋势。
四、结语
传统的催化剂重整技术应用广泛，但缺点较多。等离子体技术应用于甲烷二氧化碳重整反应，克服了甲烷分子和二氧化碳分子的高稳定性及热力学上的不利，为重整反应提供了新的途径，是目前富有挑战的课题之一。而等离子体协同催化剂作用于甲烷二氧化碳重整更是引起了广泛的重视。目前这一领域已成为研究热点，许多研究结果表明等离子体协同催化作用于重整反应比普通化学催化法和单独等离子体作用好，显示出一定的应用前景。从工程应用角度出发，无需催化剂的热等离子体技术路线更具有发展潜力，并且在研究领域上，热等离子体重整制合成气的方法也已经日益成熟，正在逐步实现工业化。这不仅在于许多应用领域业已证明该技术易于放大，而且从等离子体工程以及化学工程技术层面来看，该技术路线还有一定的提升空间。如今甲烷-二氧化碳重整技术受到了越来越多的关注，其对能源问题和环境问题的重要性也日益明显，相信在不久的将来，CH4-CO2重整技术将越来越成熟，也会实现工业化的生产。
参考文献
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【8】孙艳朋、聂勇等。热等离子体转化温室气体的基础研究。石油与天然气化工。2010:374-394
天然气制甲醇工艺技术总结 中化二建集团有限公司王瑞军 工程名 称：内蒙古天野化工油改气联产20万吨/年甲醇项目 工程地点：内蒙古呼和浩特巾 开工日期：2004年5月 竣工日期：2005年11月 投资金 额： 约6亿元人民币 1甲醇装置简介 1.1内蒙古天野化工集团为调整产品结构，开拓碳一化工领域产品，增强企业参与市场的竞争能力，解决企业生存发展问题，以天然气取代重油为原料，采用非催化部分氧化技术对现有的30万吨/年合成氨生产装置进行技术改造，同时增建一套以天然气为原料年产20万吨的甲醇装置。 1.2 本项目由中国五环科技有限公司设计，中化二建集团有限公司承建。所采用的技术均为国产。所选用的设备除三台天然气压缩机组为进口外，其余均为国产。设计日产甲醇667吨，日耗天然气608500立方米。装置采用：变频电机驱动离心式天然气压缩、 2.5MPa 补碳一段蒸汽转化炉、蒸汽透平驱动离心式合成气压缩机、8.0MPa林达均温合成塔、三塔 精馏、普里森膜分离氢回收、MEA二氧化碳回收工艺。另外还为合成氨配套一台蒸汽透平驱动离心式天然气压缩机。 2甲醇装置工艺特点 2.1 天然气压缩工序 天然气压缩工序是将1.25MPa( A)天然气压缩至蒸汽转化要求的压力2.85MPa(A)。天然气压缩机组采用德国阿特拉斯生产的电机驱动的离心式压缩机组?离心压缩机的显著 特点是单机打气量大。运转平稳无脉冲、维修少、无需备用，与蒸汽透平驱动相比投资少，占地面积较小。 2.2 天然气转化工序 2.2.1天然气转化工序是通过天然气和蒸汽转化反应生产甲醇合成需要的合成气。天然气转化工序只设一段转化炉，转化炉采用顶烧方箱炉，对流段为水平布置，水碳比为 3.2, 转化炉出口转化气温度855E，压力2.19MPa,甲烷含量约2.5% (干基)。 2.2.2 原料天然气脱硫采用钻钼加氢串氧化锌脱硫工艺，氧化锌脱硫槽采用双塔，可并联可串联保证天然气中总硫小于O.IPPn,同时脱硫剂更换不影响生产。
环氧乙烷水合制乙二醇 乙二醇是合成聚酯树脂的主要原料,大家熟知的涤纶纤维就是由乙二醇与对苯二甲酸合成的。乙二醇还可用作防冻液,w(乙二醇)=55%的水溶液的冰点为-36℃,可用作中国北方冬天汽车必需的冷却液。此外,乙二醇还可用作溶剂和用于化妆品、毛皮加工、烟叶润湿和纺织工业染整等。据预测,2000年乙二醇的世界产量将达到10Mt/a。中国1995年的产量为53×１０４ t/a,到2000年将达72×１０４ t/a。 1.乙二醇生产方法综述 现在,乙二醇有多种工业生产方法,但环氧乙烷水合制乙二醇法仍占主导地位。 (1)环氧乙烷法 可用酸作催化剂,但用得较多的是加压水合: 反应中生成约10%的二乙二醇醚(二甘醇)和三乙二醇醚(三甘醇),它们是有用的化工产品,故反应所得的有用产品总产率按环氧乙烷计接近100%,生成的二乙二醇醚用作纤维素、树胶、涂料、喷漆的溶剂或稀释剂。三乙二醇醚主要用来生产刹车液。它们的售价比乙二醇还高,因此可改善生产装置的经济效益。 环氧乙烷法因环氧乙烷售价高,生产总成本也比较高。 (2)乙烯乙酰氧基化法 乙烯乙酰氧基化法又称奥克西兰(Oxirane)法,它可由乙烯为原料生产乙二醇。工艺分二步进行,第一步乙烯与醋酸反应生成乙二醇-醋酸酯和乙二醇二醋酸酯: 反应条件:反应温度160℃,反应压力,催化剂TeO２/HBr[w(HBr)=48%的水溶液]，还可用醋酸锰加碘化钾作催化剂,乙烯转化率60%,选择性95%～97%,产品分布:乙二醇二醋酸酯70%,乙二醇一醋酸酯25%,乙二醇5%。 第二步是醋酸酯水解生成乙二醇和醋酸:
反应条件为:反应温度107～130℃,压力,选择性95%。 该法的总反应式为: ２ＣＨ２=ＣＨ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２→２ＨＯＣＨ２-ＣＨ２ＯＨ 以乙烯计的摩尔产率为94%,高于以环氧乙烷法生产乙二醇的产率。 该法虽然以廉价的乙烯作原料,但投资和能耗比环氧乙烷法高,经济上是否比环氧乙烷法好尚有争论,再加上醋酸对设备的腐蚀是一个头痛问题,催化剂的再生和回收问题也没有很好解决,致使已开工生产的a生产装置被迫停产关闭。 (3)乙烯氧氯化法 该法又称帝人(Teijin)法。由日本帝人公司开发成功,是对老式的氯乙醇法生产环氧乙烷的改进。采用TiCl３-CuCl２-HCl水溶液为催化剂。化学反应如下: ＣＨ２＝ＣＨ２＋ＴiCl３＋Ｈ２Ｏ→ClCH２－ＣＨ２ＯＨ＋TiCl＋ＨCl ClCH２－ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＨＯＣＨ２－ＣＨ２ＯＨ＋HCl 催化剂再生: TiCl+2CuCl２→2CuCl２+H２Ｏ 2CuCl+2HCl+ 1/2 O２→2CuCl２＋Ｈ２Ｏ 反应条件为:反应温度160℃,压力,pH<4,乙二醇选择性为89%,乙醛6%,其他(二氧杂环己烷和二乙二醇)5%,如果Cl－∶Ti３＋的比例小于4∶1时,乙醛产率将显著增大,在反应温度大于120℃时,氯乙醇可在同一装置内水解。 乙烯的氧氯化亦可在另一个催化剂体系中进行: 催化剂再生: 2Cu＋(或2Fe２＋)＋２Ｈ＋＋１/２Ｏ２→2Cu２＋(或2Fe３＋)＋Ｈ２Ｏ 反应条件:反应温度150～180℃,压力～,乙二醇选择性86%,该法的优点是乙烯消耗定额很低,仅 kg/kg乙二醇,但有强腐蚀性,产物与催化剂溶液的分离比较困难。 (4)由合成气制乙二醇 合成气是一氧化碳和氢气混合物的总称。现在工业上用煤、天然气和劣质重油为原料可廉价、大量的生产出来,目前主要用来生产甲醇、合成氨、羰基化产品等。由合成气制乙二醇已引
天然气制备合成气 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。本文主要对蒸汽转化法进行具体的描述，并具体介绍此工艺的发展趋势。 蒸气转化法 蒸气转化法是目前天然气制备合成气的主要途径。蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成CO H 、2等混合气，其主反应为： 2243H CO O H CH +=+，mol /206298KJ H =?Θ 该反应是强吸热的，需要外界供热。因为天然气中甲烷含量在90%以上，而甲烷在烷烃中热力学最稳定，其他烃类较易反应，因此在讨论天然气转化过程时，只需考虑甲烷与水蒸气的反应。 甲烷水蒸气转化反应和化学平衡 甲烷水蒸气转化过程的主要反应有： 2243H CO O H CH +?+，mol /206298KJ H =?Θ 222442H CO O H CH +?+，mol /165298KJ H =?Θ 222H CO O H CO +?+，mol /9.74298KJ H =?Θ 可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是： 242H C CH +?，mol /9.74298KJ H =?Θ 22CO C CO +?，mol /5.172-298KJ H =?Θ O H C H CO 22+?+，mol /4.131-298KJ H =?Θ
天然气制合成气的新技术 摘要：伴随煤炭石油等能源的日益枯竭，天然气等新型能源进入到人们的视野当中，如何更有效的利用天然气成为关键。本文简单介绍了国内外天然气的化工利用情况，并介绍了天然气为原料制成的合成物，最后分析了天然气制合成气的新技术。 关键词：天然气催化工艺 天然气作为一种新兴重要能源，一般情况下不能直接利用，在合成燃料前会先合成气，而在整个天然气转化为使用能源的过程当中，合成气的步骤耗费相当大的成本，能够占到全程的百分之六十左右，因此天然气制合成气工艺的改善是一个巨大挑战。近年来国外发展了自然重整，非催化部分氧化和联合重整等制合成气新工艺。 一、国内外天然气的化工利用 上世纪初西方国家首次铺设了天然气管道为化工使用，自此天然气成功加入了世界能源的行列，各个国家开始了天然气的开发使用，并在相当长时间段内有着飞速发展，从1940年发展速度的开始提升至1960年达到鼎盛，天然气利用技术趋于成熟，转化成各类能源物，一定程度上促进了各国的发展。至70年代，由于石油化工廉价化，天然气研发的脚步减慢，但仍有着较为稳定的发展速度。目前，石油供给短缺，价格不断上升，世界石油局势紧张，而天然气作为一种新兴能源，处于开发的初级阶段，且储量巨大，国际能源机构认为，天然气产量增加，并且今后将会作为主要能源之一。 作为21世纪新兴能源，天然气合成燃料的工艺备受关注，不断得到改善，被应用到工业化工中去。企业中的天然气转化工艺，可分为以下两种方法： 1.直接转化法 在制作乙烯过程中，当利用甲烷作氧化剂时，可以选择氧化制甲醇和甲醛。 2.间接转化法 天然气制燃料常用的就是间接转化法，利用转化器将天然气进行转化，合成的合成气，应用于工业化工上，将之彻底转变成燃料、化肥等。 二、以天然气为原料的化工合成物 1.合成氨 氨肥是化肥工业中的主导产品，世界各国对化工氨需求量大，氨的产量直接
项目建议书 合成气制乙二醇 第一章总论 1.1 项目概况 乙二醇在经济中有着极其重要的地位。用于生产聚酯纤维、薄膜、容器瓶类等系列产品和汽车防冻剂，还可用于除冰剂、表面涂料、表面活性剂、增塑剂等化工产品的原料。其生产的聚酯碳纤维强度高、耐腐化，是世界公认的无危害高新工程材料。因此，发展和技术改造乙二醇工艺设计对我国经济发展有着重要的意义。 本项目是为一综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺制取乙二醇分厂。要求利用煤和水制取的CO和氢气，采用合成气间接法工艺合成乙二醇。 1.2 调研依据 1）《化工建设项目可行性研究报告内容和深度规定》2005 年10 月2）2015年三井杯大赛相关指导意见书 1.3 项目背景 乙二醇产业状况 目前，我国乙二醇生产技术主要为石油路线，即以乙烯为原料，
经环氧乙烷生产乙二醇，该技术全部为引进装置，主要集中在中石化、中石油及中海油等大型国有企业中，引进技术包括英荷壳牌公司（Shell）、美国科学设计公司（SD）以及美国DOW化学公司（原UCC公司）的技术。非石油路线是以合成气为原料，可采用多种方法合成乙二醇，在我国已经实现产业化的主要是我国自主研究开发的以煤或者天然气制备乙二醇的生产技术。 由煤制合成气(CO+H：)生产EG的新技术发展很快，而传统用石油基乙烯生产EG工艺受到以煤为原料的合成气路线挑战，尤其是最近几年国内已有多套以煤基合成气生产EG的工业装置实现运行，煤制EG新增产能远高于石油基乙烯路线EG，以合成气为基础的EG 生产新工艺引起业内普遍关注。 合成气制EG技术发展现状 合成气可来源于石油、煤、天然气等化石原料以及生物质资源，获取途径十分广泛，合成气生产工艺在国内已经十分成熟。合成气制EG 分为间接法和直接法2种，直接法是合成气通过高温高压和贵金属催化剂直接合成EG，目前此法仍处于研究阶段；间接法是利用合成气先合成出某些中间产品(例如草酸二甲酯)，再通过催化加氢制得EG，这是目前及今后EG生产工艺发展的重点。 煤制乙二醇发展前景 传统的乙二醇生产方法是走石油化工路线，即由石油加工得到乙烯，乙烯氧化生成环氧乙烷，环氧乙烷进一步水合生产乙二醇，随着世界石油资源的日渐短缺，开辟新的工艺路线已成为当务之急，考
天然气制备合成气 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。本文主要对蒸汽转化法进行具体的描述，并具体介绍此工艺的发展趋势。 蒸气转化法 蒸气转化法是目前天然气制备合成气的主要途径。蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成 H2、CO等混合气，其主反应为： CH4 + 出0 =C0+3战，人H% =206KJ/mol 该反应是强吸热的，需要外界供热。因为天然气中甲烷含量在 90%以上，而甲烷在烷烃中热力学最稳定，其他烃类较易反应，因此在讨论天然气转化过程时，只需考虑甲烷与水蒸气的反应。 甲烷水蒸气转化反应和化学平衡 甲烷水蒸气转化过程的主要反应有： CH4 +日2。= CO+3H2，A^29^206KJ/mol CH4+2H2O= CO2+4H2，AH % =165KJ/mol CO + H 2O u CO2+ H2，△H % = 74.9KJ / mol 可能发生的副反应主要是析碳反应，它们是： CH4=C+2H2，也Hd98 =74.9KJ/mol 2CO U C+CO2，心Hd98 =-172.5KJ/mol CO + H2U C + H2O，心H 色98 =-131.4KJ /mol
工艺选择 目前，乙二醇制备技术路线有3种：石油路线、煤路线和生物路线。 1.石油路线生产乙二醇 石油路线法均以石油化工产品乙烯或其所制产品环氧乙烷为原料，再经不同反应过程制得乙二醇，国内工业生产实际应用的石油路线法为环氧乙烷直接水合法。 环氧乙烷直接水合法采用原料环氧乙烷与水在190～200 ℃、MPa 操作条件下，反应 h，生成乙二醇含量约 10%的乙二醇、二乙二醇、三乙二醇混合水溶液，再经分离制得乙二醇。 优点：技术成熟，应用面广，收率为90%。 缺点：依赖石油资源，水耗大，成本高，并且国内缺少自主产权技术，即工艺技术对外依赖程度高。 2.煤路线生产乙二醇 该工艺是以煤为原料，制得合成气后，通过直接合成法或间接合成法最终制成乙二醇。目前国内合成气路线法乙二醇生产装置均采用间接法。 实际工程应用的间接法为草酸酯法。即先制得合成气，然后再经催化反应生成草酸二甲酯（DMO），然后以 Cu/SiO2为催化剂，150 ℃条件下进行 DMO 的低压加氢制取乙二醇。该方法转化率达 %，乙二醇选择性 %。 优点：成本低，能耗低，水耗低，适合我国缺油、少气、煤炭资
源相对丰富的资源国情。 ： 缺点：技术不成熟，目前催化剂寿命较短，聚合级产品质量不稳定，工程放大存在风险。 3.生物路线生产乙二醇 自然界中的碳水化合物，无论是淀粉基的多糖类作物（如玉米、小麦等），还是单糖或多糖类农作物（如甜高粱、菊芋等）均可以作为生物路线生产乙二醇的原料。中科院大连化学物理研究所研究人员首次尝试采用廉价的碳化钨催化剂应用于纤维素的催化转化，利用碳化钨 催化剂在涉氢反应中具有的类贵金属性质，可以替代价格昂贵的贵金属催化剂，将纤维素全部转化为多元醇，而且对乙二醇的生成表现出独特的选择性，尤其是在少量镍的促进作用下，乙二醇的收率可高达61%, 是一种极具工业应用前景的绿色工艺路线。 优点：不需要消耗大量的氧气，没有废气、废水排放，属于环境友好技术。 缺点：收率低，技术难度大，目前达不到工业化生产要求。 目前，国内外大型乙二醇的生产均为石油法，其主要原料为乙烯和氧气，用银催化剂，甲烷或氮气做致稳剂，乙烯直接氧化成环氧乙烷，然后再生成乙二醇。全球环氧乙烷生产技术大部分使用的是英荷Shell 化学公司、美国科学设计公司 ( SD)和美国 UCC 3 家公司的技术。
CH4与CO2重整制合成气研究的研究报告 杨真一1 ，胡莹梦2，徐艳3 ，郑先坤4 （1：2009级化学工程与工艺四班，学号：0943084137 2：:2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084141 3：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084136 4：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084008） 摘要：二氧化碳和甲烷既是温室气体的主要组成，又是丰富的碳资源。在石油资源日益匮乏以及环境问题日益严重的今天，二氧化碳的资源化利用已受到了广泛的关注，二氧化碳与甲烷重整制合成气的方法也越来越多，从传统的催化重整反应到现今受到更多研究的等离子体重整CH4-CO2技术，还有等离子体协同催化剂重整技术，都有大量的研究基础，本文就目前常用的几种甲烷-二氧化碳重整技术进行了调研研究并对热等离子体重整制合成气的实验方法进行了简要说明与探讨。 关键词：甲烷二氧化碳重整合成气 研究二氧化碳和甲烷的化学转化和利用对于降低甲烷使用量、消除温室气体等具有重大意义；而合成气又是合成众多化工产品以及环境友好型清洁能源的重要原料。以天然气和CO 2 为原料制备合成气，与其他方法相比较，在获得同量碳 值的合成气情况下，不仅可以减少天然气消耗量50%，还有利于减排CO 2 。目前利用二氧化碳和甲烷重整制备合成气的方法主要有三种：（1）利用催化剂催化重 整制合成气；（2）利用等离子体技术重整CH 4-CO 2 ；（3）前两种方法的综合利用。 一、催化重整反应 在催化剂的作用下，发生CH4与CO2重整的反应。而其使用的催化剂则为重点研究对象。 （1）活性组分第ⅤⅢ族过渡金属除Os 外均具有重整活性,其中贵金属催化剂
国内外天然气制合成气技术进展 徐俊忠 （西南石油大学化学化学化工学院，四川成都610500） 摘要：本文综述了国内外天然气制合成气技术的研究进展,主要介绍了甲烷部分氧化技术（包括固定床工艺、流化床工艺和陶瓷膜工艺）,甲烷临氧化制备合成气技术（包括甲烷临氧CO 2重整制合成气、甲烷临氧自热三重整制合成气和甲烷临氧水蒸气重整制合成气），水蒸气转化制备合成气，CO 2转化法制合成气，自热式转化法制合成气，以及新出现的激光促进表面反应技术和等离子体技术。 关键词：天然气，制备，合成气，技术进展 T hermal cracking gas of h ydrocarbon separation method were reviewed Xu Junzhong (College of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500) Abstract:In the paper,the progress on preparation of synthetic gas from natural gas using different processes were described.methane partial oxidation process was introduced(Including fixed-bed process,fluidized-bed process and ceramic membrane process),the preparation of methane oxidation syngas technology(autothermal CO 2reforming(ATR-CO 2),triple-reforming of methane and autothermal H 2O reforming (ATR-H 2O)),water vapor into syngas preparation,CO 2into syngas preparation,self-heating transformation ssyngas preparation,the recent discovery of laser surface reaction to promote technology and plasma technology. Key words ：Natural gas,preparation,synthetic gas,technology progress 1引言 根据17届世界石油会议提供的调查数据，全球现已探明的天然气储量为3141071.1m ×，按油当量计这与全球探明的石油储量十分接近。但因石油的储采比天然气的储采比高，预计石油资源40年后就会枯竭，天然气资源可维持约60年。我国在2005年探明的天然气储量约为312103m ×，我国天然气的人均占有量仅为全球的十分之一。对我国来讲,如何好喝的利用这些珍贵的天然气资源具有十分重要的意义。[1]
一、EG目前市场及存在的问题 我国聚酯产业的快速发展对EG 产品的需求十分旺盛，加之产品市场缺口量大，从而为EG 产能增长尤其是煤制EG 新增产能释放提供了可观的市场空间，总体市场前景是令人乐观的，但是还存在以下几个不容忽视的问题： 第一，我国EG 装置产能低，产品主要依赖进口，同时石油路线EG 成本高、缺乏市场竞争力。 第二，我国煤制EG 虽然发展较快，但仍处于起步阶段，其核心技术( 主要是草酸酯加氢催化剂) 仍有待长周期工业运行的验证，另外煤制EG还存在煤耗高、水耗高、碳排放量大等缺陷，大规模发展煤制EG 受到资源条件、环境容量等方面因素制约。 第三，国外主要采用乙烷裂解制乙烯，生产成本低，其EG 产品价廉质优，而且主要出口到中国市场，因此无论是国产石油路线EG 还是煤制EG，都仍将受到进口EG 产品的强烈冲击。我国乙二醇供需状况： 二、选择该工艺的理由 与环氧乙烷水化法比较，该新型路线从合成气出发,首先由CO气相催化偶联合成草酸酯,草酸酯再催化加氢制备乙二醇，符合我国煤多油少的国情，通过煤基合成气制乙二醇，对国家经济发展具有战略意义，而且相对于石油化工路线来说，经济效益也较好。该方法工艺流程简单、能耗小、乙二醇的选择性相对较高,成为最有工业应用前景的反应。 煤制乙二醇经济性分析： 名称规格单耗单价成本 原辅材料
一氧化碳≥98.2％800ｍ30.5 400 氢气≥99.5％1600ｍ30.8 1280 氧气≥99％260ｍ30.1 26 亚硝酸甲酯 4.4kg ５22 甲醇≥99％130kg ２260 公用工程 新鲜水5t ５23 循环水440t 0.5 220 电1100kwh 0.6 660 蒸汽 1.7 MPa 3.2t 120 384 蒸汽 1.0 MPa 3.6t 110 396 蒸汽0.5MPa 1.64t 100 164 压缩空气50ｍ3１50 合计3887 三、合成的工艺路线及简要工艺流程 草酸酯加氢制乙二醇工艺 此路线为两个反应过程组成： 首先，CO 与亚硝酸酯发生偶联反应，生成草酸酯和一氧化氮，一氧化氮在醇和氧气条件下发生再生反应，生成亚硝酸酯；其次，生成的草酸酯在催化剂的存在下与氢气发生加氢还原。反应原理及方程式如下： CO 偶联：2CO+ 2RONO →( COOR) 2+2NO NO 再生：2NO +2ROH +1/2O2 →2RONO+ H 2O 反应过程中并不消耗NO 与RONO，由CO 制草酸酯的总反应如下： 2CO +2ROH+1/2 O2→ ( COOR) 2+H 2O 草酸酯加氢机理： 首先草酸酯酯跟氢气发生反应生成中间产物烷基醇酸酯，然后中间产物再加氢生成乙二醇。由于醇羟基活泼性较高，在氢气存在下乙二醇可以进一步加氢生成副产物乙醇。方程式如下： 主反应： ( COOR) 2+2H2 →CH2OHCOOR+ROH CH2OHCOOR+2H2→(CH2OH)2+ROH 总反应：(COOR)2 + 4H2→(CH2OH)2 + 2ROH 烷基R 可为甲基、乙基、丙基、丁基等，RONO可由甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等为原料制得。 副反应：(CH2OH)2+H2→CH3CH2OH+H2O 工艺流程图：
煤制合成天然气工艺中甲烷化合成技术于岩松 发表时间：2018-01-24T20:27:41.630Z 来源：《基层建设》2017年第31期作者：于岩松 [导读] 摘要：天然气是一种高效、优质、清洁的能源,近年来随着我国城市化发展和环保政策的实施,对天然气的消费量大幅度提升;但从实际角度出发,我国的三大能源形势是"煤多、油缺、气少",自然界天然气的开采无法满足市场需求,利用煤制合成天然气就成了重要的获取途径。 内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰市 025350 摘要：天然气是一种高效、优质、清洁的能源,近年来随着我国城市化发展和环保政策的实施,对天然气的消费量大幅度提升;但从实际角度出发,我国的三大能源形势是"煤多、油缺、气少",自然界天然气的开采无法满足市场需求,利用煤制合成天然气就成了重要的获取途径。从物理构成角度来说,天然气是一种混合气体,主要成分是甲烷,因此,甲烷合成技术是煤制合成天然气工艺中的重要组成部分。 关键词：煤制合成天然气;甲烷化合成技术;煤化产业; 一、甲烷化合成技术概况 煤制天然气工艺路线较为简单,煤制气经变换、净化后合适比例的H?、CO、CO?经甲烷化反应合成得到富含甲烷的SNG,煤制天然气的关键技术在于甲烷化合成技术。甲烷化反应是在催化剂作用下的强放热反应。甲烷化的反应热是甲醇合成反应热的2倍。在通常的气体组分中,每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升;每1个百分点的CO?甲烷化可产生60℃的绝热温升。由于传统的甲烷化催化剂适用的操作温区较窄(一般为300～400℃),起活温度较高,因此对于高浓度CO和CO?含量的气体,其甲烷化合成工艺及催化剂有更高的要求。 二、国外甲烷化合成技术概况 20世纪70年代,世界出现了自工业化革命以来的第1次石油危机,引起了各国及相关公司的广泛关注,并积极寻找开发替代能源。当时德国鲁奇(Lugri)公司和南非煤、油、气公司率先在南非F-T煤制油工厂建设了1套半工业化煤制合成天然气实验装置,鲁奇公司还和奥地利艾尔帕索天然气公司在奥地利维也纳石油化工厂建设了另1套半工业化实验装置。2套实验装置都进行了较长时期的运转,取得了很好的试验成果。受能源危机影响,在试验获得成功的基础上,1984年美国大平原公司建成世界上第1个也是惟一一个煤制天然气工厂。该厂以北达科达高水分褐煤为原料,由鲁奇公司负责工程设计,采用14台鲁奇炉(12开2备)气化,耗煤量达18000t/d,产品气含甲烷96%,热值35564kJ/m3以上,年产人工天然气12.7亿m3。1978年丹麦托普索(Topse)公司在美国建成7200m3/d的合成天然气试验厂,1981年由于油价降低到无法维持生产,被迫关停。 三、鲁奇公司的甲烷化 鲁奇公司在很早就已经开展了甲烷化生产天然气的研究。在20世纪70年代,鲁奇公司、南非萨索尔公司开始进行煤气甲烷化生产合成天然气的研究和试验,经过2个半工业化试验厂的试验,证实可以生产合格的合成天然气。甲烷化反应CO的转化率可达100%,CO?转化率可达95%,低热值达35.6MJl/m3,完全满足生产天然气的需求。到目前为止,世界上惟一一家以煤生产SNG的大型工业化装置———美国大平原Dakota是由Lurgi公司设计的。 四、国内甲烷化工艺技术概况 到目前为止,国内还没有煤制合成天然气技术,但是国内低浓度CO甲烷化技术和城市煤气技术比较成熟氨合成工业中,由于CO和CO?会使氨合成催化剂中毒,在合成气进合成反应器前需将微量的CO和CO?转化掉,甲烷化技术是利用CO和CO?与H?反应完全转化为CH?,使合成气中CO和CO?体积分数小于10×10-6。由于甲烷化催化剂使用温区较窄(300～400℃),起活温度较高,为防止超温,进入甲烷化反应器的 CO+CO?体积分数要求小于0.8%,同时,为防止甲烷化镍基催化剂中毒,合成气中硫含量要求小于0.1×10-6。 另外,国内城市煤气运用也比较广泛,目前主要有2种工艺:一是采用鲁奇气化生产城市煤气,粗煤气经过净化后直接送城市煤气管网,其甲烷浓度约15%,CO浓度约35%,典型运用工厂有河南义马煤气厂、哈尔滨煤气厂等。另一种是固定层间歇气化生产半水煤气,经过净化后半水煤气中CO体积分数为29%,通过等温移热的方法,对其实现甲烷化。在20世纪80年代,在缺乏耐高温甲烷化催化剂的情况下,中国五环工程有限公司率先开发和研究该甲烷化工艺技术。这一工艺在湖北沙市、十堰第二汽车制造厂和北京顺义等城市居民用气和工业炉用气的供应中实现了工业化。 五、甲烷化工艺技术特点 5.1 甲烷化技术特点 Davy甲烷化工艺中,采用Davy公司生产的CRG高镍型催化剂。其中镍含量约为50%。该催化剂的起活温度为250℃,最佳活性温度在300～600℃,失活温度大于700℃。在使用前须对H?进行还原,若温度低于200℃,催化剂会与原料气中的CO等生成羰基镍,但是正常运行时系统温度在250℃以上,J＆M公司可以提供预还原催化剂。因此在开停车段,要避免Ni(CO)?的产生。一般须用蒸汽将催化剂床层温度加热或冷却到200℃以上,然后用氮气作为冷媒或热媒介质置换。 对于甲烷化反应,合适的n(H?)/n(CO)=3,但在Davy甲烷化工艺中对该比例不需要严格控制,对原料气组分中的CO?也没有严格要求。这是由于CRG催化剂本生具有CO变换的功能。另外CRG催化剂具有对CO和CO?良好的选择性。因此在净化工艺中,应选择经济的CO?净化指标。 原料气经脱硫后直接进入甲烷化反应。一般要求净化总硫体积分数小于0.1×10-6就可以,但在戴维甲烷化工艺中甲烷化反应器前设置了保护床,以进一步脱硫,脱硫后总硫小于30×10-9。 由于反应温度的差别,补充甲烷化反应器中的催化剂寿命约比大量甲烷化反应器中催化剂寿命高2～3年。从已运行的情况来看,催化剂失活主要有2种原因:①催化剂中毒,主要毒物为S;②催化剂高温烧结。另外催化剂结碳后,也可能造成催化剂局部失活。甲烷化过程是一个高放热过程,在戴维甲烷化工艺 流程中可以产出高压过热蒸汽(8.6～12.0MPa,485℃),用于驱动大型压缩机,每生产1000m3天然气副产约3t高压过热蒸汽,能量效率高。
二甲醚原料----合成气 合成气的主要组分为CO和H2,可作为化学工业的基础原料,亦可作为制氢气和发电的原料。经过多年的发展,目前以天然气、煤为原料的合成气制备工艺已很成熟,以合成气为原料的合成氨、含氧化物、烃类及碳一化工生产技术均已投入商业运行。清洁高效的煤气化联合循环发电系统的成功开发,进一步促进了合成气制备技术的发展。合成气的用途广泛,廉价、清洁的合成气制备过程是实现绿色化工、合成液体燃料和优质冶金 产品的基础。 1合成气的制备工艺 根据所用原料和设备的不同,合成气制备工艺可以分为不同的类型,目前大多数合成气制备工艺是以处理天然气和煤这2种原料的工艺为基础发展起来的。 以天然气为原料的合成气制备工艺 以天然气为原料制备合成气是一个复杂的反应过程,其主要的反应包括天然气的蒸汽转化反应(1)、部分氧化反应(2)、完全燃烧反应(3)、一氧化碳变换反应(4)和甲烷与二氧化碳重整反应(5)。 CH4+H2O CO+3H2 +206 kJ/mol (1) CH4+0·5O2 CO+2H2 -36 kJ/mol (2) CH4+2O2 CO2+2H2O -802 kJ/mol (3) CO+H2O CO2+H2 -41 kJ/mol (4) CH4+CO2 2CO+2H2 +247 kJ/mol (5) 这几个主要反应的不同组合、不同的实施方式和生产装置,形成了天然气转化制备合成气的多种工艺。从工艺特征上来讲,目前成熟的天然气转化制备合成气的工艺可分为管式炉蒸汽转化法、部分氧化法和两者的组合方法等三大类。 甲烷蒸汽转化 甲烷蒸汽转化的代表反应式为(1)。工业上使用以Ni为活性组分,载体可用硅铝酸钙、铝酸钙以及难熔的耐火氧化物为催化剂,生成的合成气中H2/CO体积比约为3：0,适合于制备合成氨和氢气为主产品的工艺。此工艺能耗高,燃料天然气约占天然气总用量的1/3,高温下催化剂易失活,设备庞大,投资和操作费用高。 甲烷非催化部分氧化 甲烷非催化部分氧化的代表反应式为(2)。CH4与O2的混合气体在1 000~1 500℃下反应,伴有燃烧反应进行,生产的合成气中H2/CO体积比约为2:0,适合于甲醇、F-T合成生产。此工艺对反应器材质要求苛刻,耐高温金属管的投资高,需要复杂的热回收和除尘装置。
天然气转化合成甲醇的工艺综述 2015-6-24 专业：化工12-3班 学号： 学生姓名：劳慧 指导教师：刘峥
一．前言 (1) 二．主体部分 (2) 1. 天然气合成甲醇的原理 (2) 2. 高压法合成甲醇的原理及工艺流程 (2) 3. 低压法合成甲醇的原理及工艺流程 (3) 4. 中压法合成甲醇的原理及流程 (4) 5. 三者的比较 (4) 6. 以天然气合成甲醇的优势和现状 (6) 7. 其他原料合成甲醇与天然气合成甲醇的比较 (6) 三．结论部分 (8) 1. 对天然气合成甲醇的认识和了解 (8) 2. 对天然气转化合成甲醇提出我的观点和见解 (8) 四．参考文献 (8)
天然气转化合成甲醇的工艺 一．前言 20世纪60年代，石油和天然气作为一次能源与煤炭一起成为主要能源。与此同时，以石油和天然气为原料的化学工业也迅猛发展起来。与石油不同的是，天然气的成分主要是低分子量的烷烃。因此，天然气化工在发展中逐步成为一个体系。天然气是储量十分丰富的资源和能源，同时也是主要的温室气体之一，合理地利用天然气不仅关系到未来的资源配置和能源利用，而且也是可持续发展的重要战略发展方向之一。 天然气可以合成多种化工原料产品，比如生产合成氨还有甲醇，其中甲醇是最重要的。甲醇是一种重要的基础化工产品和化工原料，主要用于生产甲醛。醋酸、甲苯胺、氯甲烷、乙二醇及各种酸的酯类和维尼纶等，并在很多工业部门中广泛用作溶剂。甲醇在气田开发中用作防冻剂，添在汽油中可提高汽油的辛烷值，甲醇还可直接用作燃料用于发动机。 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。 天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品（焦炭、焦炉煤气）、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行。由天然气制合成气进而合成甲醇是制甲醇产品一条重要的工艺路线。
煤基合成气制乙二醇技术
华东理工大学 上海浦景化工技术有限公司 安徽淮化股份有限公司
公司基本情况简介
?公司名称：上海浦景化工技术有限公司 ?公司网址：https://www.doczj.com/doc/c14390120.html, ? 成立于2005年5月 ? 中国浦发机械工业股份有限公司控股子公司 ，国资委三级 企业（隶属中国机械工业集团，https://www.doczj.com/doc/c14390120.html,） ? 主营业务： 化工技术投资 研发 以及市场推广 化工技术投资，研发，以及市场推广 化工设备成套
项目背景
Fiber, resin, PET bottles, 86%
乙二醇 (EG) Ethylene Glycol
EG dinitrate-based explosive
Solvents in medicine
Organic immediate Water-based adhesives
Antifreeze, 7%
项目背景
z 国内对乙二醇(EG)需求巨大；而自给率低
年份 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 国内产量/万吨 70.7 75 0 75.0 84.8 84.9 85.0 89.2 96.9 106.3 120.0 151.8 174.0 214.0 217.2 254.0 278.0 进口量/万吨 19.9 32 8 32.8 56.7 105.0 159.7 214.6 251.6 339.1 400.0 406.1 480.0 521.6 582.8 664.0 710.0 出口量/万吨 2.4 05 0.5 0.0 0.01 0.2 3.2 2.3 2.6 1.2 0.091 0.2 2.94 0.0 0.0 表观需求量/万吨 88.2 107 3 107.3 141.5 189.9 244.5 300.6 346.2 442.8 518.8 557.8 653.9 732.7 840.0 918.0 988.0 自给率/% 80.2 69 9 69.9 59.9 44.7 34.8 29.7 28.0 24.0 23.1 27.2 26.6 29.2 25.6 27.7 28.14
5.2由天然气制造合成气 一概述 天然气（Natural Gas）天然气是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。天然气其主要成分为甲烷，热值为8500大卡/米3是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。 当非化石的有机物质经过厌氧腐烂时，会产生富含甲烷的气体，这种气体就被称作生物气（沼气）。生物气的来源地包括森林和草地间的沼泽、垃圾填埋场、下水道中的淤泥、粪肥，由细菌的厌氧分解而产生。生物气还包括胃肠涨气，胃肠气最通常来自于牛羊等家畜。 当甲烷散逸到大气层中时，它将是一种直接促使全球变暖愈演愈烈的温室气体。这种飘散的甲烷，就会被视作一种污染物，而不是一种有用的能源。然而，在大气中的甲烷一旦与臭氧发生氧化反应，就会变成二氧化碳和水，因此排放甲烷所导致的温室效应相对短暂。而且就燃烧而言，天然气要比煤这类石炭纪燃料产生的二氧化碳要少得多。甲烷的重要生物形式来源是白蚁、反刍动物（如牛羊）和人类对土地的耕种。据估计，这三者的散发量分别是每年15、75和100百万吨（年散发总量约为1亿吨）。 二天然气制合成气的工艺技术及其进展 目前已实现工业化的以天然气为原料生产合成气技术有部分氧化法和蒸汽转化法。部分氧化法需要使用纯氧为气化剂，目前已较少采用。蒸汽转化法又有一段蒸汽转化法，加热型两段蒸汽转化法和换热式两段转化法之分。一段转化法由于流程短，投资省，应用最广泛。加热型两段转化法第一段用蒸汽转化，第二段用纯氧或富氧作气化剂，但用于制氨时可用空气替代纯氧作气化剂，同时又可减少一段炉的负荷，节省高镍合金钢，故广泛应用于制氨。换热式两段转化工艺最有发展前途。其二段转化炉出口高温气体热量供一段炉所需的热量，故可大幅度减少燃料天然气的热用量，存在的问题是副产蒸汽量减少。但从节能的角度来看，这种方法最有竞争能力，是今后大型装置的主要发展方向。用天然气两段转化制合成气，含氢量高但碳量不足，因此一段转化炉采用副产的二氧化碳作为气化剂来增碳，不仅可改善合成氨的氢碳比，同时减少了工厂二氧化碳的排放，因此也是值得推广的一种工艺技术。 三天然气蒸气转化过程工艺研究 甲烷在天然气中的含量最大，另外甲烷在烷烃中是热力学最稳定的，其他烃类较易反应，因此只讨论甲烷与水蒸气的反应。 1.甲烷水蒸气转化反应和化学平衡 甲烷水蒸气转化的主、副反应都是可逆反应。另外甲烷水蒸气转化反应是在催化剂存在下才能发生反应，才有了反应速率。副反应主要是析碳反应，如果操作条件不适当，如温度、压力、催化剂不适合，析碳反应就会发生，生成的碳产生不利影响。因此应严格操作条件，防止析碳。
第五章合成气的生产过程 5.1 概述 合成气是指一氧化碳和氢气的混和气，英文缩写是Syngas。其H2/ CO (摩尔比)由1/2 到3/1。合成气在化学工业中有着重要作用。 5.1.1 合成气的生产方法 (1) 以煤为原料的生产方法：有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/ CO 比值较低，适于合成有机化合物。 (2) 以天然气为原料的生产方法：主要有转化法和部分氧化法。目前工业上多采用水蒸气转化法( steam reforming )，该法制得的合成气中H2/ CO 比值理论上是3，有利于用来制造合成氨或氢气。 (3) 以重油或渣油为原料的生产方法：主要采用部分氧化法( partial oxidation )。 5.1.2.1 工业化的主要产品 (1) 合成氨 (2) 合成甲醇 (3) 合成醋酸 (4) 烯烃的氢甲酰化产品 (5) 合成天然气、汽油和柴油 5.1.2.2 合成气应用新途径 (1) 直接合成乙烯等低碳烯烃 (2) 合成气经甲醇再转化为烃类 (3) 甲醇同系化制乙烯 (4) 合成低碳醇 (5) 合成乙二醇 (6) 合成气与烯烃衍生物羰基化产物
5.2由煤制合成气 以煤或焦炭为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧） 、水蒸气等为气化剂，在高温条件下 通过化学反应把煤或焦炭中的可燃部分转化为气体的过程， 其有效成分包括一氧化碳、氢气 和甲烷等。 5.2.1.1煤气化的基本反应 煤气化过程的主要反应有: 原反应也是重要的气化反应。气化生成的混合气称为水煤气。总过程为强吸热的。 提高反应温度对煤气化有利 ，但不利于甲烷的生成。 当温度高于900C 时，CH 4和CO 2 的平衡浓度接近于零。低压有利于 CO 和H 2生成，反之，增大压力有利于 CH 4生成。 5.2.1.2煤气化的反应条件 （1） 温度 一般操作温度在1100 C 以上。 （2） 压力 一般为2.5?3.2MPa 。 （3） 水蒸气和氧气的比例 H 2O/O 2比值要视采用的煤气化生产方法来定。 5.2.2煤气化的生产方法及主要设备 气化过程按操作方式来分， 有间歇式和连续式。目前最通用的分类方法是按反应器分类, 分为固定床（移动床）、流化床、气流床和熔融床。至今熔融床还处于中试阶段，而固定床 （移动床）、流化床和气流床是工业化或建立示范装置的方法。 5.2.2.1固定床间歇式气化制水煤气法 该法的操作育式为燃烧2制气分阶段进行，在实厢生产中，为了防止空气在高温下接 触水煤气而发生爆炸，同时保证煤吒质量?一个工作睛环由以下六个阶段粗成’ P 吹区 亠 恚寬吹净 亠一】忠上唏瓯 亠T 吹制耳 亠 二次上吹帛帆 亠 空耳吹浄d （空气自下而上M 蒸汽目下而上） （黄汽自上而下）〔轰汽自下而上H 自下而上川 屮f I 5.2.2.2固定床连续式气化制水煤气法 此法由德国鲁奇公司开发。目前鲁奇炉已发展到 MarkV 型，炉径5m ，每台炉煤气（标 准状态）的生产能力达 100000m3/h 。鲁奇法制的水煤气中甲烷和二氧化碳含量较高，而一 氧化碳含量 较低，在 C1 化工中的应用受到一定限制，适合于做城市煤气 。 C +丄0之QCO 2丄 o+q =co 3 C + H.OttCO+H. C + 2H a O?CC 2+2H a c+cq SCO c+込 ? CH 4 上眼-12%J7翻加 入弧-40弘7 F 用刃 第 90 3V/^/ 劈 Y72&J 皿J 此反应为强吸热过程。碳与二氧化碳的还
工艺与设备 化 工 设 计 通 讯 Technology and Equipment Chemical Engineering Design Communications ·56· 第45卷第9期 2019年9月 随着经济水平和科学技术不断的发展，我国的工业水平也得以不断的提高和强大。但是在工业生产的发展过程中，能源问题成为制约发展最为关键的因素。甲烷和二氧化碳作为两种主要的温室气体，它们的化学利用是一条非常好的节能减排途径，能够缓解当前日益严重的温室效应。1 甲烷二氧化碳催化重整制合成气的工艺技术 甲烷在实际化工过程中的利用主要可以分为两个部分。首先它可以直接转化：甲烷可以发生氧化反应，生产乙烯等一些重要的化工基本的原料。但是因为甲烷分子结构比较特殊，非常的稳定，所以它在发生氧化反应的过程中对反应的条件非常的苛刻，目前的技术手段下，没有办法大规模应用。第二种就是间接转化，可以将甲烷先转化成合成气，然后再转化成某种化工产品。生产过程中也可以通过一系列的反应来生产比较重要的化工产品。在目前的发展阶段中，完成规模化的生产甲烷制成合成气有三种办法：通过水蒸气来进行催化重整、进行甲烷的部分氧化、二氧化碳的重整。这三种模式在实际操作的过程中，最为基本的理论都是要提供一些还原性的物质。二氧化碳重整制成合成气的方法较其他两种方法相比具有一定的优点。首先通过这种方法制成的合成气具有较低的氢碳比，这样的比例可以使得在实际反应过程中直接作为合成的原料，这样就可以弥补在实际制成合成气过程中的一些不足。其次就是生产过程中使用了甲烷和二氧化碳这两种对地球温室效应影响大的气体，可以有效地改善人类的生存环境，提高人们生活的质量。还有就是甲烷和二氧化碳的催化重整，在实际反应过程中是具有较大反应热的可逆反应，所以它可以作为能源的储存介质。这样就可以使得甲烷和二氧化碳这样的惰性气体能够在一定程度上实现活化来进行相应的转变。近几年以来，人们对重整过程中催化剂的选择给予了高度的重视，并且在催化剂助剂、催化剂积碳行为以及催化反应理论等方面都取得了一系列的成果。 2 负载型技术催化剂 2.1 活性组分 活性组分见表1。 表1 活性组分 活性金属担载量% 反应温度K 1.Al 2O 3 Rh>Pd>Ru>Pt>Ir 1823Rh>Pd>Pt>>Ru 0.5~1823~973Ir>Rh>Pd>Ru 1 1 050Ni>Co>>Fe 9773~973Ni>Co>>Fe 10 1 023Ru>Rh 0.5873Ru>Rh 0.5 923~1 073 2.SiO 2 Ru>Rh>Ni>Pt>Pd 1973Ni>Ru>Rh>Pt>Pd>>Co 0.5 893 3.MgO Rh>Ru>Ir>Pt>Pd 0.5 1 073Ru>Rh>Ni>Pd>Pt 1973Ru>Rh~Ni>Ir>Pt>Pd 1823Ru>Rh>Pt>Pd 1 913 4.Eu 2O 3Ru>Ir 1~5 873~973 5.NaY Ni>Pd>Pt 2 873 在实际研究的过程中，甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂一般都会采用除锇外贵金属元素（钌、铑、铱、钯、铂）作为主要的活性组分，表1所示，其中钌、铑、铱催化性能较好，钯、铂次之。贵金属催化剂在甲烷氧化碳的重整反应中表现出了较高的活性，并且其选择性和抗积碳的性能也比非贵金属的性能要好。然而实际生产中，贵金属资源稀缺，价格昂贵，并且要考虑再回收问题，所以我国在实际研究的过程中，对 摘 要：近几年随着我国科学技术和经济水平的不断发展和提升，随之而来的环境问题也日益严峻，而二氧化碳则是重要的一环，为此我国政府以及相关工作部门加强了对甲烷和二氧化碳催化重整制合成气的研究力度。在甲烷和二氧化碳催化重整的相关技术取得阶段成果的同时，在反应时涉及的难点部分：催化剂的活性组分、载体的研究以及助剂的研究取得了突破，这体现出对工业发展质量和速度的高度肯定，但重整过程中仍然存在催化剂积碳失活等问题。主要对重整过程进行了综述，对重整过程需要的催化剂活性组分、载体以及催化剂积碳行为进行了介绍，并对制备方法进行了讨论。 关键词：甲烷；二氧化碳；催化重整；制合成气；研究进展；工艺技术中图分类号：O643.36；X51 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2019）09–0056–02 Research Progress and Technology of Catalytic Reforming of Methane with Carbon Dioxide to Synthetic Gas Chang Hui Abstract ：In recent years ，with the continuous development and improvement of science ，technology and economy in China ，the environmental problems are becoming more and more serious.Carbon dioxide is an important link.Therefore ，our government and relevant departments have strengthened the research on catalytic reforming of methane and carbon dioxide to syngas ，in methane and carbon dioxide.At the same time ，the related technologies of carbon dioxide catalytic reforming have achieved some achievements ，and the difficult parts involved in the reaction ：the research of active components ，carriers and promoters of catalysts have made breakthroughs ，which reflects the high affirmation of the quality and speed of industrial development ，but the deactivation of catalyst carbon deposition still exists in the process of reforming.And so on.In this paper ，the reforming process is reviewed.The active components ，supports and carbon deposition behavior of catalysts needed in the reforming process are introduced.The preparation methods are also discussed. Key words ：methane ；carbon dioxide ；catalytic reforming ；synthesis gas ；research progress ；process technology 甲烷二氧化碳催化重整制合成气的研究进展和工艺技术 常?卉 （山西潞安煤基合成油有限公司，山西长治?046000） 收稿日期：2019–07–04作者简介： 常卉（1989—），女，山西长治人，助理工程师，主要从 事化工工艺相关工作。