烃类蒸汽转化流程

烃类水蒸气转化法制氢概述摘要：本文以烃类水蒸气转化法为例概述了原料经过预处理、转化、中温变换、PSA变压吸附等步骤转化为氢气纯度达到99.9%以上的过程。

关键词：烃类水蒸气转化预处理吸附提纯1 烃类水蒸气转化法原理烃类水蒸汽转化是以烃类为原料，在一定温度和催化剂作用下使烃类和水蒸汽经过一系列的分解、裂化、脱氢、结炭、消炭、氧化、变换、甲烷化等反应，最终转化为H2、CO、CO2、和少量残余的CH4，其中H2是本阶段的目的产物。

烃类的蒸汽转化反应如下：CnHm+nH2O=nCO+（n+m/2）H2――QCH4+H2O=CO+3H2――206000KJ/KmolCO+H2O=CO2+H2――41200KJ/Kmol转化炉内进行的烃类蒸汽转化反应是一个极复杂的平行、顺序反应体系。

从以上反应原理中可以看出其反应过程需需要吸收大量的热，这就要就反应要有较高的反应温度，而烃类易在高温下裂解结炭特别是烯烃，结炭是转化过程中的必然反应，当结炭反应速度大于消炭反应速度时，转化催化剂就会积炭，使催化剂活性下降甚至丧失。

为保证催化剂活性，就要有大于反应所需求过量的水蒸气来进行消炭，从转化后阶段来看，反应生成的CO也需要水蒸汽与之反应，所以生产时要求转化进料始终保持一定的水碳比，使消炭速度大于结炭速度，避免催化剂上炭的沉积。

烃类水蒸气转化法其催化剂主要活性组分为单质Ni，其对原料品质有较高要求，原料中的硫、氯等有害杂质能与转化催化剂活性组分Ni反应生成不可逆转的化合物，从而使其永久性中毒失去活性。

为了充分发挥转化催化剂的活性，并获得较高的氢收率，转化床层一般装填有两种不同性能的催化剂，一般选用Z417/Z418转化催化剂。

Z417/Z418转化催化剂可以适应多种原料，并且对脱毒的需求相对较低。

Z417含有一定钾碱金属的抗结炭助剂因此作为上段催化剂使用，其具有较好的低温活性及抗积炭性能，Z418具有较高的转化活性作为下段床层催化剂。

甲烷蒸汽转化反应甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它在工业生产和能源开发领域中具有广泛的应用。

在这篇文档中，我们将介绍甲烷蒸汽转化反应的基本原理、反应过程、应用和挑战等方面内容，旨在给读者提供一个更深刻的了解。

一、甲烷蒸汽转化反应的基本原理甲烷蒸汽转化反应是一种高温反应，其基本原理是将甲烷和水蒸气在高温和高压下反应，产生氢气和一氧化碳等烃类气体。

这种反应至少涉及两个化学反应，即水气转移反应和蒸汽重整反应。

水气转移反应是指甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应，生成氢气和二氧化碳。

这个反应式可以用如下式子表示：CH4 + H2O → CO + 3H2蒸汽重整反应是指将一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下反应，生成氢气和二氧化碳。

这个反应式可以用如下式子表示：CO + H2O → CO2 + H2这两种反应都需要催化剂的存在，通常使用镍作为催化剂。

而在反应中产生的一氧化碳和二氧化碳则被称为“反应渣”，需要进一步处理或回收。

二、甲烷蒸汽转化反应的反应过程甲烷蒸汽转化反应是一种复杂的反应，通常需要在高温和高压下进行。

反应过程可以分为三个主要步骤：甲烷水气转移、蒸汽重整和一氧化碳转换为二氧化碳等反应渣。

甲烷水气转移反应：在高温和高压下，甲烷和水蒸气在催化剂的加速下发生氧气和氢气的水气转移反应，生成CO和H2，反应可作为如下：CH4 + H2O → CO + 3H2蒸汽重整反应：反应前反应渣的CO和H2O进行重整反应，生成CO2和H2，反应可作为如下：CO + H2O → CO2 + H2其次在上述的反应过程中会产生一些二氧化碳、甲烷、一氧化碳等Reforming gas的其他成分，其中一氧化碳需要进一步氧气化、还原或其他的处理方式进行净化或者回收利用。

三、甲烷蒸汽转化反应的应用甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它在工业生产和能源开发等领域中具有广泛的应用。

其应用主要集中在以下几个领域：1.工业领域：甲烷蒸汽转化反应广泛应用于合成氨、甲醇、二甲醚等化工产品的生产。

合成氨工艺及反应原理简介合成氨工艺采用烃类蒸汽转化法。

天然气经加压至4.05MPa，经预热升温在脱硫工序脱硫后，与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2，随后进入二段转化炉，在此引入空气，转化气在炉内燃烧放出热量，供进一步转化，同时获得N2。

工艺气经余热回收后，进入变换系统，将CO变为CO2，随后经脱碳、甲烷化反应除去CO和CO2，分离出的CO2送往尿素工艺。

工艺气进入分子筛系统除去少量水份，为合成氨提供纯净的氢氮混合气。

氢氮混合气经压缩至14MPa，送入合成塔进行合成氨的循环反应，少量惰性气体经过普里森系统分离进行回收利用。

产品氨送往尿素工艺和氨罐保存。

合成氨工艺的5个过程：1、天然气脱硫：R-SH+H2＝RH+H2S H2S+ZnO＝H2O(汽)+ZnS2、转化CH4+H20(汽)＝CO+3H2 CH4+2H2O(汽)＝CO2+4H2 （H2+ 1/2 O2＝H2O）3、变换：CO+H2O(汽)＝CO2+H24、脱碳：1）K2CO3＋CO2＋H2O⇔2KHCO32KHCO3⇔K2CO3＋CO2＋H2O2）甲烷化：CO+3H2＝CH4+H2O CO2+4H2＝CH4+2H2O5、N2＋3H2＝2NH31 脱硫系统工艺流程及原理1.1流程天然气进入界区后分为两路：一路作原料气，另一路作燃料气。

原料天然气进入原料气压缩机吸入罐116-F，除去携带的液体，经过原料气压缩机102-J被压缩到4.05MPa(G)，经过原料气预热盘管预热到399℃，接着原料气与来自合成气压缩机103-J一段的富氢气混合。

经过Co-Mo加氢器101-D把有机硫转换成H2S，将3 ml/m3的有机硫转化为无机硫，原料气中总硫为30～90ml/m3左右，经氧化锌脱硫槽脱硫至总硫小于0.5mg/m3。

随后进入氧化锌脱硫槽，天然气中的硫化物被ZnO所吸附，制得合格原料气。

ZnO脱硫槽共二个，可以串联或并联操作，一般串联操作。

阀门及管线的配置可以使任何一个脱硫槽停止使用而另一个继续运转。

甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它可以将甲烷和水蒸气反应生成一系列有用的化学品，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等。

这种反应在化工生产中得到了广泛应用，尤其是在石油化工、化肥生产、合成气等领域。

甲烷蒸汽转化反应的化学方程式为：CH4 + H2O → CO + 3H2。

这个反应是一个放热反应，需要高温和高压条件下进行。

一般来说，反应温度在700℃以上，压力在1-3 MPa之间。

在这种条件下，甲烷和水蒸气可以充分反应，生成大量的氢气和一氧化碳。

甲烷蒸汽转化反应的反应机理比较复杂，主要包括以下几个步骤：首先，甲烷和水蒸气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气；其次，一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气；最后，氢气和一氧化碳在催化剂的作用下发生水气转移反应，生成更多的二氧化碳和氢气。

甲烷蒸汽转化反应的催化剂是非常重要的，它可以影响反应的速率和选择性。

目前，常用的催化剂包括镍、铁、钴等金属催化剂，以及氧化铝、硅酸盐等氧化物催化剂。

这些催化剂具有不同的催化活性和选择性，可以根据不同的反应条件和反应目的进行选择。

甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，可以将甲烷和水蒸气转化为有用的化学品。

这种反应在化工生产中得到了广泛应用，对于
提高资源利用率和环境保护具有重要意义。

未来，随着科技的不断进步，甲烷蒸汽转化反应的催化剂和反应条件将会不断优化，为化工生产带来更多的发展机遇。

流程框图一、烃类蒸汽转化催化剂烃类蒸汽转化都是在1000℃下反应，其反应速度也很慢，需加催化剂。

①活性组分：10～25％（重量）Ni②载体：α-Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O，CaO-Al2O3③活化：原因，镍的氧化物无活性目的，还原氧化物、脱除微量毒物④中毒：硫和铅等。

对催化剂的要求：①高活性；②高强度；③较好的热稳定性和抗析碳能力1、催化剂的活性组分、助催化剂和载体①活性组分：从性能和经济方面考虑，活性组分，镍为最佳。

NiO为最主要活性成份。

实际加速反应的活性成份是Ni，②助催化剂：提高镍的活性、延长寿命和增加抗析碳能力。

③镍催化剂的载体：使镍高度分散、晶料变细、抗老化和抗析碳等作用。

催化剂中毒（1）S S ≤0.5ppm,可逆性中毒催化剂活性越高，允许S含量越低。

温度越低，S对镍催化剂毒害越大。

（2） As 永久性中毒 As来源:含As碱液脱碳（3）卤素卤素≤0.5ppm,永久性中毒二、合成气催化剂◆铁系催化剂◆未还原前FeO+Fe2O3，可视为Fe3O4，尖晶石结构。

◆ Al2O3: 结构型促进剂，改善还原态铁的结构◆ MgO K2O :电子型促进剂，有利于氮气的吸附和活化◆ CaO二、催化剂的还原与活性保持◆（1）还原◆反应的活性组成是金属铁，所以使用前要将催化剂还原。

通常用氢气作还原剂：◆ Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O kJ/kmol◆确定还原条件的原则：①使完全还原为a-Fe。

②保持还原铁晶粒具有大的表面积、大的活性中心。

◆还原温度一般选500-520℃，根据反应式可确定H2/H2O之比要尽可能高三、乙苯催化脱氢催化剂的选用⏹乙苯在高温下脱氢时，主要产物是苯！⏹脱氢反应是在高温、有氢和大量水蒸气存在下进行的⏹脱氢催化剂的活性组分是氧化铁，助催化剂有钾、钒、钼、钨、铬等氧化物Fe2O3:K2O: Cr2O3=87:10:3组成的催化剂乙苯的转化率可达60%，选择性为87%催化剂种类① Cr2O3/Al2O3烷烃烯不能有水(侵占活性中心)减压操作失活快（易结焦），用含O2的烟道气再生。

催化剂基本知识1．什么是催化剂？催化剂作用的特征是什么？答：在化学反应中能改变反应速度而本身的组成和重量在反应前后保持不变的物质叫做催化剂，加快反应速度的称正催化剂；减慢称负催化剂，通常所说的催化剂是指正催化剂。

催化作用改变了化学反应的途径。

在反应终了，相对于始态，催化剂虽然不发生变化，但却参与了反应，例如形成了活化验室吸附态，中间产物等，因而使反应所需的活化能降低。

催化作用不能改变化学平衡状态，但却缩短了达到平衡的时间，在可逆反应中能以同样的倍率提高正、逆反应的速度。

催化剂只能加速在热力学上可能发生的反应，而不能加速热力学上不可能发生的反应。

催化作用的选择性。

催化剂可使相同的反应物朝不同的方向反应生成不同的产物，但一种催化剂在一定条件下只能加速一种反应。

例如CO和H2分别使用铜和镍两种催化剂，在相应的条件下分别生成CH3OH和CH4+H2O。

一种新的催化过程，新的催化剂的出现，往往从根本上改变了某种化学加工过程的状况，有力推动工业生产过程的发展，创造出大量财富，在现代的无机化工、有机化工、石油加工和新兴的石油化工工业中这样的例子不胜枚举。

在与人类的生存息息相关的诸多方面如资源的充分利用，提高化学加工过程的效率，合成具有特定性能的产品，有效地利用能源，减少和治理环境污染以及在生命科学方面，催化作用具有越来越重大的作用。

2．什么是活化能？答：催化过程之所以能加快反应速度，一般来说，是由于催经剂降低了活化能。

为什么催化剂能降低活化能呢？关键是反应物分子与催化剂表面原子之间产生了化学吸附，形成了吸附化学键，组成表面络合物，它与原反应物分子相比，由于吸附键的强烈影响，某个键或某几个键被减弱，而使反应活化能降低很多，催化反应中的活分能实质是实现上述化学吸附需要吸收的能量，从一般意义来说，反应物分子有了较高的能量，才能处于活化状态发生化学反应。

这个能量一般远较分子的平均能量为高，两者之间的差值就是活化能。

在一定温度下，活化能愈大，反应愈慢，活化能愈小，反应愈快，对于特定的反应物和催化剂而言，反应物分子必须跨过相应的能垒才能实现化学吸附，进而发生化学反应，简言之，在化学反应中使普通分子变成活化分子所须提供的最小能量就是活化能。

煤制油天然气制氢烃类蒸汽转化炉设备操作规程一、简介以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定的地位。

炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。

其工作原理、操作参数和结构设计等都大致相同。

所不同的是合成氨厂因有二段转化炉，因此其一段转化炉的转化率要低一些，残余甲烷比制氢炉高一倍左右，一段转化炉的残余甲烷一般是12%-15%，而制氢炉的仅5%-7%。

就合成氨工业而言，目前世界上应有该法生产的原料气占其总产量的80%以上。

天然气蒸汽转化最早由德国法本公司，英国I.C.I公司和美国美孚公司进行研究，1936年英国建立了第一套生产装置，1959年英国又建立了第一套石脑油蒸汽转化装置，该技术得到了进一步的发展并日趋完善。

烃类蒸汽转化制氢的路线具有工艺流程短、投资省、能量利用合理、自控程度高、环境污染少等优点，因此，应用极为普遍。

为多生产化肥支持农业，我国在上世纪70年代引进薄8套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于大庆、辽河、沧州、齐鲁二化、泸天化、赤天化、云天化；80年代迄今又引进8套以天然气为原料的大型合成氨装置，建于濮阳、锦西、涪陵、合江、海南、乌石化。

二、烃类蒸汽转化概述1.烃类蒸汽转化热力学1.1化学反应主要反应：CH4+H2O→CO+3H2-206288kj∕kg·molCH4+2H2O→CO+4H2-185098kj∕kg·molCH4+CO2→2CO+2H2-247478 kj∕kg·molCO+H2O→CO2+H2-41190kj∕kg·mol析碳反应：CH4→C+2H2-74898 kj∕kg·mol2CO→C+CO2+172580 kj∕kg·molCO+H2→C+H2O+131390 kj∕kg·mol对于烃类混合物（包括轻油）转化时，通过换算，用下列统式表示：CHｍ+（a+b）H２O→Aco+bCO２＋(1-a-b)CH４＋（3a＋4b－4－m ∕2）H２1.2 影响平衡甲烷含量的因素根据反应式，用平衡转移的原理进行分析。