天然气水蒸气转化设计

课后习题思考题（第一章）1 现代化学工业的特点是什么？2 化学工艺学的研究范畴是什么3 简述石油化工原料乙烯的用途4 利用合成气可以合成哪些产品5 你觉得应该如何来学习该门课程？6 化学工艺与化学工程有何不同?思考题（第二章）√1 为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？2生物质和再生资源的利用前景如何？3 何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的。

4 何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？5 何谓转化率？何谓选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？6 催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？7 在天然气开采中，有时可获得含有C6～C8烃类的天然汽油，为了改善其辛烷值，用蒸馏塔除去其中的轻组分。

如果天然汽油、塔顶馏出物和塔底中等辛烷值汽油的摩尔百分数组成为：物料名称天然汽油中等辛烷值汽油塔顶馏出物1. C6H14 25 0 602. C7H16 25 21.5 303. C8H18 50 78.5 10假设它们的密度为0.8g/cm3，那么，从5000桶天然汽油中能生产出多少吨中等辛烷值汽油？（1桶= 42 US加仑，1US加仑=3.78541dm3, 1dm3 =103cm3）8 某蒸馏柱分离苯-甲苯混合物，其质量组成各占50%，进料流量为10000kg/d，从柱顶冷凝器回收的产品含95%苯；柱底馏出物含95%甲苯。

离开柱顶进入冷凝器的产物蒸气流量是8000kg/d，全部冷凝为液体后，部分产品作为回流液返回蒸馏柱的上部，其余取出即为产品。

求回流与取出产品量之比。

在一个加氢裂化器中，较大分子烃经加氢裂解成较小分子烃。

已知输入和输出的烃类组成为：a) 烃类输入输出b) C5H12 10 mol%c) C6H14 40 mol%d) C7H16 20 mol%e) C12H26 100 mol% 30 mol%（1）每100 kmol原料烃可生产出多少C5～C7烃产品？（2）每100 kmol原料烃消耗多少氢气？（3）如果原料烃的密度是0.9 g/cm3,输出烃的密度是0.8 g/cm3,那么每输出10 m3的烃物料需要输入多少m3原料烃？9 假设某天然气全是甲烷，将其燃烧来加热一个管式炉，燃烧后烟道气的干基摩尔组成为86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。

第2章化学工艺基础2-1 为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？答：石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展至今，基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有 90%来源于石油和天然气。

90%左右的有机化工产品上游原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。

其中的三烯主要有石油制取，三苯、萘、甲醇可有石油、天然气、煤制取。

2-2生物质和再生资源的利用前景如何？答：生物质和再生能源的市场在短期内不可能取代，传统能源的市场，但是在国家和国际政策的指引下，在技术上的不断突破中，可以发现新能源在开始慢慢进入试用阶段，在石油等传统资源日益紧张的前提下，开发新能源也是势不可挡的，那么在我国生物质作现阶段主要仍是燃烧利用，但是越来越的的研究开始往更深层次的利用上转变，估计在未来的一段时间生物质能源会开始慢慢走入人们的视线2-3何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的？答：化工生产工艺流程——将原料转变成化工产品的工艺流程。

教材上有2个例子。

2-4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？答：循环流程的特点：未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器。

循环流程的优点：能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。

循环流程的缺点：循环体系中惰性物质和其他杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必须定期排出这些物质以避免积累。

同时，大量循环物料的输送会消耗较多动力。

2-5何谓转化率？何谓选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？答：转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。

选择性是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。

在复杂反应体系中，选择性表达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。

1、天然气水蒸气转化合成气过程为何分为二段进行？答：从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低，因而加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补，但是在1000度高温下反应管的材质经受不了，因此，为了满足参与甲烷≤0.3%的要求，需要将转化过程分成两端进行。

2、合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？答：原料路线相似、制气方法相似、净化工艺大部分相似、合成工艺原理、生产方法基本相同、公用工程基本相同。

3、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生碳的机理有何不同？答：结焦是在较低的温度下（〈1200K〉通过芳烃缩合而成；生碳是在较高的温度下(1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子4、烃类热裂解中，为何要加入水蒸气？答：水蒸汽优点：(1)降低烃分压，有利于一次反应，抑制二次反应。

(2) 水蒸气的热容较大，水蒸气升温时虽然耗热较多，但能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。

(3) 易于从裂解产物中分离，对裂解气的质量无影响，且水蒸气便宜易得。

(4) 可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用。

水蒸气在高温下与裂解管中沉积的焦碳发生如下反应C+H2O=H2+CO实际上起了对炉管的清焦作用。

(5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用5、氧化脱氢法与催化脱氢法相比有哪些优点？答：①氧化脱氢反应温度较低。

②通常脱氢是吸热反应，而氧化脱氢却是放热的，可省去原先的供热设备；③由于催化剂在较低温度和氧气气氛下工作，结焦极少，所以催化剂可以长期运转；④在通常脱氢反应中，压力对平衡转化率有很大影响，但在氧化脱氢时，压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要；⑤由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。

而在通常的脱氢法中，升高温度转化率可以提高，但选择性因副反应激烈往往是下降的。

煤化工与甲醇化 工 设 计 通 讯Coal Cemical MethanolChemical Engineering Design Communications·10·第47卷第5期2021年5月当前，我国现代化进程不断推进，石油资源的稀缺程度日益提升，人们已经加强了对天然气蒸汽转化制氢工艺的重视程度，氢气属于一种能量载体，其具备清洁优势及可再生优势，属于十分重要的清洁能源，氢气在工业之中用途十分广泛，不仅可以进行合成甲醇和合成氨原料气的制作，也可在煤炭之中直接加入进行原料气的制作，可作为燃料池燃料气等，本文就天然气制氢工艺进行研究，并分析了相关工艺流程。

1 天然气蒸汽转化制氢工艺原理依靠空气及天然气作为制氢工艺的应用主要原理，依靠催化剂的催化作用，以更好地实现种地温度的变化，在温度条件一定的情况下，压力值处于规定值状态下，依靠催化剂开展催化处理，以更好地进行高低温的转变，实现有效的脱硫处理，采取甲烷化工序进行制造，可使之形成质量合格的氢氮气，将其在正常的生产工序之中应用，其属于天然气蒸汽转化制氢最基本的技术原理[1]。

这一工艺应用中，必须采取压缩处理措施开展天然气的处理，并依照脱硫处理方式，将水蒸气与天然气相结合，充分对二者进行混合后，依靠镍的催化效用，将天然气转化为氢气物质，以此依靠中低温变化形式，帮助一氧化碳转化为氢气，这一气体也被称之为编花器，完成后，采取冷却及分离措施进行干预后，进行变压吸附干预，并进行甲烷的净化处理，以此获得纯度较高的氢气气体。

2 天然气蒸汽转化制氢工艺流程2.1 脱硫工艺脱硫工艺应用中，最主要的环节就是对无机硫进行脱除后，依靠硫化氢与氧化锌反应，使之内部形成结构稳定性较高的硫化物，以此对硫化氢开展有效的脱除干预，这一过程应用中，必须将硫的含量进行合理控制，以0.2×10-6以下为宜，反应发生过程中，成本较低，工业生产效率较高，必须合理进行精细脱硫剂的选择，不可将其应用于较高比例的脱硫之中，无法应用于较低脱硫之中[2]。

天然气换成煤气的方法
将天然气转化为煤气的方法主要有两种：煤气化和水蒸气重整。

1. 煤气化：煤气化是将固体煤通过高温和压力作用下转化为气体燃料的过程。

煤气化通常分为两种类型：煤焦气和合成气。

- 煤焦气：将煤块通过高温热解反应生成含有一定氢气、一氧化碳和甲烷的煤焦气。

这种煤焦气可以替代天然气作为燃料使用。

- 合成气：将煤通过气化反应生成含有一氧化碳和氢气的混合气体。

合成气可经过进一步处理，生成煤制品，如甲醇、合成天然气等。

2. 水蒸气重整：水蒸气重整是利用水蒸气和天然气反应生成氧化碳和氢气的过程。

此方法主要用于生产合成气，其中含有一氧化碳和氢气的比例可根据需要调整。

需要注意的是，天然气和煤气在成分和燃烧特性上有所不同，因此在使用煤气替代天然气时，需要对燃烧设备进行相应的调整和适应。

天然气制氢技术研究进展随着全球对清洁能源需求的不断增长，氢能作为一种无污染、高效的能源形式，正日益受到人们的。

氢气的制备是氢能利用的关键环节之一，其中天然气制氢技术因具有原料丰富、成本低廉、易于运输等优点而备受。

本文将综述近年来天然气制氢技术的研究现状、关键技术和研究方法，以期为相关领域的研究提供参考。

研究现状天然气制氢技术的主要方法包括蒸汽重整、部分氧化、热分解和自热重整等。

其中，蒸汽重整是最常用的方法，约占总产氢量的70%以上。

该方法是将天然气与水蒸气在高温下反应，生成氢气和二氧化碳。

部分氧化方法是在较低的温度下，通过天然气与氧气不完全燃烧制备氢气。

热分解方法则是将天然气在高温下裂解生成氢气和碳纳米管。

自热重整方法则通过天然气与自身反应，在较低的温度下制备氢气。

每种方法均有其优缺点，需要根据具体应用场景进行选择。

关键技术1：蒸汽重整蒸汽重整是天然气制氢技术的核心，其主要原理是将天然气与水蒸气在高温下进行反应，生成氢气和二氧化碳。

具体流程为：天然气经过预处理后，与水蒸气在加热的催化剂作用下进行反应，生成氢气和二氧化碳，再经过分离提纯得到高纯度氢气。

该方法具有较高的氢气产率和纯度，但能耗较高，且催化剂易受硫、氮等杂质影响。

关键技术2：自热重整自热重整是一种新型的天然气制氢技术，其主要原理是利用天然气与自身反应，在较低的温度下制备氢气。

具体流程为：天然气经过预处理后，进入自热重整反应器，与自身在催化剂作用下进行反应，生成氢气、一氧化碳和碳纳米管。

该方法具有较低的操作温度和较好的能源利用效率，但催化剂易受碳沉积和硫、氮等杂质影响。

研究方法研究天然气制氢技术的主要方法包括文献调研、案例分析、实验研究和数值模拟等。

文献调研可以了解国内外的研究现状和发展趋势；案例分析可以深入剖析不同工艺路线的优缺点和应用场景；实验研究可以探究不同工艺条件下的制氢效果和影响因素；数值模拟可以预测不同操作条件下的制氢性能和优化工艺流程。

天然气年产11万吨甲醇毕业设计本文旨在对天然气年产11万吨甲醇的背景和重要性进行介绍。

天然气年产11万吨甲醇是一个重要的工业工程项目，具有广泛的应用和经济效益。

天然气是一种非常重要的能源资源，而甲醇是一种重要的化工原料。

通过将天然气转化为甲醇，可以充分利用天然气资源，并满足化工行业对甲醇的需求。

天然气年产11万吨甲醇的项目建设，可以有效推动能源结构的优化升级，提高能源利用效率，减少对化石能源的依赖，促进能源的可持续发展。

此外，天然气年产11万吨甲醇的工程项目还具有重要的经济效益。

甲醇是一种重要的化工原料，广泛应用于化工、医药、农药、塑料等领域。

天然气年产11万吨甲醇的项目建设将带动相关产业链的发展，带来就业机会，促进地方经济增长。

因此，天然气年产11万吨甲醇是一个具有重要背景和重要性的工程项目。

通过对其进行深入研究和设计，可以为我国能源结构的优化和经济发展做出积极贡献。

请注意：以上内容根据所给任务要求进行扩写，具体数据和内容请与实际情况相符，以确保准确性。

设计目标请注意：以上内容根据所给任务要求进行扩写，具体数据和内容请与实际情况相符，以确保准确性。

设计目标本毕业设计旨在设计一套能够年产11万吨甲醇的天然气转化工艺。

通过对天然气进行催化转化反应，将其转化为甲醇，并达到以下目标：本毕业设计旨在设计一套能够年产11万吨甲醇的天然气转化工艺。

通过对天然气进行催化转化反应，将其转化为甲醇，并达到以下目标：高产出：设计一个高效的反应体系，以确保每年能够生产出11万吨的甲醇产品。

高纯度：优化反应条件，使甲醇产品的纯度达到符合工业标准的要求。

高效能：提高反应的能源利用率，以降低生产成本，实现经济效益最大化。

环境友好：减少对环境的负面影响，采用清洁能源和环保工艺，同时控制废气和废水的排放。

通过实现上述目标，本设计旨在为天然气转化工业提供一种可行的方案，以满足甲醇市场的需求并促进经济可持续发展。

概述本设计方案旨在提供关于天然气年产11万吨甲醇的完整设计方案。

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天然气是一种丰富的资源，其中含有丰富的氢气和一些碳氢化合物，而水蒸气则是一个普遍存在于大气中的化合物。

将天然气与水蒸气进行化学反应，可以制取氢气（H2）和一氧化碳（CO），这是一种重要的工业过程。

更重要的是，这个过程是一个吸热反应，可以在工业生产中用于吸收热量，达到降温的目的。

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1. 原料预处理，去除天然气中的杂质，如硫化氢和二氧化碳。

天然气水蒸气转化设计一、氢气的用途及制造方法氢气是炼油工业中加氢裂化、加氢精制等加氢工艺中主要的原料。

在工业生产中，制氢包括两个过程，即含氢气体制造（造气）及氢气提纯（净化）。

根据不同的制氢原料和所需氢气用途不同，采用不同制造工艺，得到不同纯度的氢气。

目前制造含氢气体的原料主要是碳氢化合物，包括固体（煤）、液体（石油）及气体（天然气、炼厂气）。

水是制造氢气的另一重要原料，如电解水。

水也可以与碳氢化合物相结合制得氢气―即烃的水蒸气转化法。

二、天然气和水蒸气转化制氢天然气是廉价的制氢原料。

天然气和油田伴生气的主要成分是CH4，杂质含量少，含硫量也低，主要是硫化氢，含少量的羰基硫和硫醇，很容易加工处理，是制氢的好原料。

天然气是由以低分子饱和烃为主的烃类气体与少量非烃类气体组成的混合气体。

目前天然气大型化工利用的主要途径是经过合成气生产合成氨、甲醇及合成油等。

而在上述产品的生产装置中，天然气转化制合成气工序的投资及生产费用通常占装置总投资及总生产费用的60%左右。

因此，在天然气的化工利用中，天然气转化制合成气占有特别重要的地位。

以天然气为原料生产合成气的方法主要有转化法和部分氧化法。

工业上多采用水蒸气转化法，水蒸气转化是指烃类被水蒸气转化为氢气和一氧化碳及二氧化碳的化学反应。

蒸汽转化核心是转化炉，拥有天然气制氢技术的各大公司转化炉的型式、结构各有特点，上、下集气管的结构和热补偿方式以及转化管的固定方式也不同。

虽然对流段换热器设置不同，但是从进出对流段烟气温度数据可知，烟道气的热回收率相差不大。

在近期的工艺设置上，各公司普遍采用较高转化温度和相对较低水碳比的工艺操作参数设置有利于转化深度的提高，从而简化原料的消耗。

天然气蒸汽转化炉天然气蒸汽转化炉是天然气蒸汽转化制合成气的主体设备。

它是使天然气与蒸汽混合物通过转化管（反应管）转化成富含氢、一氧化碳、二氧化碳的合成气。

转化管由外部辐射加热，管内装有含镍催化剂。