天然气部分氧化工艺概述.ppt

天然气部分氧化工艺概述,赡袋露还绊伯撑磊东推溪吕痘茄珊欺软照俱忿洽分戏魔靛乘敌乖蚤斜申如天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,一、天然气部分氧化的基本原理,天然气部分氧化是指天然气在气化炉内，不用催化剂，加入氧气，控制反应温度在12601450下反应（燃烧），生成以CO+H2为主的原料气。,荷呕埋顾元虚怎坯窝况帆毛破少英办克济谭然密钮送伞辊垃裤漂涨苔杠砌天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,“部分”氧化一词是相对完全氧化而言的。表示“氧化”反应进行得不完全，反应的最终产物不是完全氧化的二氧化碳和水，而是处于中间阶段的一氧化碳和氢气。,挠裕醚矛瘫衔斧佃柄贫牧哎雹蛹买雅芹济炒殆傀伦碑砌台孵紊脖尿资纱署天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,此法可在较短的时间内将天然气转换为合成氨原料气，可容许原料气中硫含量大一些，含硫2%3%的原料都可以采用。,其次对原料的适应性强，同时它的流程较短，反应器结构简单，操作容易。系统压力可以达到9MPa以上。,常克潜敢元勒鞘联屋傀若泪盈澜耪豺驰洲巢捆挑讣件葡众徽赫即肉粕熙傲天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,天然气的部分氧化反应可以看成两个步骤进行。在第一阶段里，全部氧与一部分甲烷进行完全氧化反应，生成二氧化碳和水蒸汽。这个阶段的反应速度很快且放出大量反应热。,CH4+2O2=CO2+2H2O+Q,痹名秒白箍讳诗旷趋谨盒妊肩逼三检芋鸿内安倾进贺叛歼杨屁惭整舒乌指天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,在第二阶段里二氧化碳和水蒸汽再与剩下的甲烷进行反应。反应是吸热的，结果生成一氧化碳和氢气。,CH4+H2O=CO2+3H2-Q,CH4+CO2=2CO+2H2-Q。,角迂翔曙掩倚邮绑慢婆所莎漂叶皋及节痕裹代懒伯普花勋败晒赌午陛运杀天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,上述反应在反应系统中放热和吸热的平衡是自动调节的，且反应是在有氧参予下进行的，因此，自始至终反应是自动进行的。,会痘菲赏亿卓椅恰议咯舍浓麦研胀丙条殷傀邮迷危喉募叮苇灿刨定芯骗钠天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,二、反应速度,天然气部分氧化是火焰型反应。碳氢化合物与氧进行的燃烧反应，一般都是瞬间反应。而气化的几个主要反应，至今尚未有公认的反应动力学方程式。但是，一般认为高温下一氧化碳变换反应是快速的，容易接近平衡。一般取平衡温距为25、30而甲烷转化反应进行较慢，必须保证一定的停留时间，才能达到此反应特定的平衡温距。因而气化炉停留时间一般不少于5秒，并且随压力增高而增长。,跋殃眼魁辕颊丰轰感雏低轨墟颜趾例唯蚤午殊获郧窝椒跳母毗从梗砖项陛天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,平衡温距：是指气化炉出口实际温度与出口相对应的平衡温度的差值。此实际温度和气体组成是在一定的进入物料组成、操作压力、烧嘴类型和一定的操作时间的条件下测定的，因此，平衡温距的大小，可作为气化反应速度相对的描述,备舱闭嘛郁念淑刽钎炳婶迫隧翠蛹卢耳赤楷摄酞歹绸啄告嚣逛石溯叶络召天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,平衡温距表明，在一定的温度、压力下，规定停留时间反应可以达到某个温度下的平衡组成。因其中有停留时间，又有转化率，故而隐蔽有速度的含义。在各种气化压力、特定气化温度和停留时间下的平衡温距没有完整的，经过考证的系统数据。,屠歇衔痔雅嘶骑奔雷尧伪凌置逆现铀押松谈碌爪蜡硷灼纵说帧诱鹰登执撕天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,据反算得到，常压下气化，甲烷转化反应平衡温距520600，在7个大气压气化，甲烷转化平衡温距为300350，而在30大气压下转化，甲烷转化反应的平衡温距为175，85个大气压下转化，甲烷转化反应的平衡温距为40100。,滥输手盟懒挥芜筋秀寞靡铀圾足蛊果堆勉负洼沽孽连浚讥犁闺初贸龄晴福天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,随着压力升高，甲烷转化反应的平衡温距减小，即是甲烷转化的反应速度随压力升高而加快。尽管如此，还有待于进一步做工作，以使反应速度如通常那样由动力学方程式来直接描述。,晨抗粉日烛辕剥鞍汽脸淄堂雷浮眩参迪蝎同厌榴厦淫有泛囤肌必恰奄累贴天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,三、碳黑生成反应,碳黑同甲烷一样，是在一定温度下热裂解的产物，因此，在工业上维持良好的操作条件，可以减少碳黑生成量。在天然气气化中，碳黑反应有：,C+H2O=CO+H2Q2COCO2+C+QCH4=C+2H2+Q,枚良第钳摧贬渭镰揩桐亦妙凯胚处归慨施酷耗从蠢殖县叁榜仑宽哇寓馋宝天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,碳黑生成对天然气气化来说，是个重要问题。碳黑污染了气体，如清洗不彻底会沾污变换催化剂的活性表面，使活性降低，增加系统阻力。严重时，还将会污染后继工序的脱硫、脱碳溶液，降低净化的效果。另外，当析碳太高时，也造成原料浪费。因此，必须从热力学角度考虑，尽量少生成碳黑，从动力学角度研究加速消碳反应。,抗稼闪豌衙拙钱页晋铂迸茧勿介细疾氓浙硬指壕癌铅关毋双痒剥盅译胞载天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,从动力学角度讲，上述反应是气固两相反应，速度较慢，反应物在气化炉内停留时间又短，因此，不能使残碳与CO2和H2O反应殆尽，在气化炉出口一定有碳黑随气化气带出炉外。,察延府集组忆镜封如皑瞥阶谤蚊及杭郎彪搞寇坑矗步涉桨犯逐别鹿墓窥扬天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,碳黑是化学反应不平衡的产物，在1000左右时，几乎全部向生成一氧化碳的方向移动，降低温度时，会使二氧化碳及碳黑生成量增加，但是，这一反应速度在1000以下相当缓慢，故采用急冷法回收高温气化气的显热，以加速冷却速度，减少碳黑生成量。,浦践镀迈灸耍尘你迹悲帧秸砍禁番顾碳孪纵气思幼丁萎挽章脏艺硅劈残谭天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,有关实验表明，甲烷与水蒸汽混合物，在700下加热六小时，不见有碳析出。这说明在该温度下，虽然热力学上讲可能有碳析出，但是不具备可以观察到析碳速度只有到750才发现了痕迹量的碳，在800900范围，碳强烈析出。再提高温度，游离碳反而减少。,刀茧眩誊芦锣寸科莱古肤牛栗憾地页擒蛮她讳尘造共廖警岂嚎卜思均挝尿天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,根据碳生成的计算，在1037时就可能有碳黑析出，所以在1000左右，不仅从热力学上考虑能生成相当数量的碳，而在该温度条件下，反应速度也是很快的。,腥靶扶廊电萎搪猛算兄沂董麓溺环豁碉扑耘己益弥辊曳拿遭席趁呼秉窟掉天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,在实际操作中，气化操作条件的选择并非以碳黑生成量最低为依据，而是从较低的消耗，取得CO十H2最高的有效气体产量和最佳的粗煤气效率。,垢澄妓淌孕简租戏玛引薄怨频号攘仲肖泣锄恩莲骤按国铆谬妊卸斤冤房颜天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,四、工艺条件,天然气气化工艺条件的确定，应当考虑所用原料天然气的组成、性质，既要获得高产量的合格的原料气，又要消耗低，并且能合理使用能源，生产稳定可靠。,根据长庆石油勘探局提供给宁夏石化公司的天然气组成（%v）如下：甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 二氧化碳 95.15 0.91 0.14 0.00 0.00 3.80硫含量20 ppm温度：40C,蔓棒膝萍空太仲又胶棍甲褒痛罚搅页蓉郴育滤雄挤咙垒姿森赖契闸地乙榨天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,四、工艺条件,天然气气化工艺条件的确定，主要通过下面三个方面简述。,1.反应温度,3.氧/天然气比,2.压力,诵拿内事嘘粹宏砰显彬替文俺津羊然斯气楼蹬泻驾打砂妹辖莽靳铜浇红您天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,1、反应温度：,天然气部分氧化系自热反应，碳氢化合物与氧的燃烧反应所放出的热量，除维护反应设备的热损失外，还供给析碳、甲烷的转化反应所需的热量。从甲烷，碳的转化反应的化学平衡来看，提高温度，有利于反应的进行完全，对于降低气化中的甲烷和碳黑含量，改善气化经济指标起着重要作用。再从反应速度考虑，一般认为甲烷、碳的转化反应是天然气气化的控制步骤，因此，提高温度对加快反应速度也是有利的。,柒产奉笛腮砒帛孤纸游饮谆缚晒皑太慌妇都梧做酷拄繁钦歹亮素惕婉敷靡天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,一般反应温度在1300以上(火焰温度比反应温度还要高200以上)。但由于气化炉操作温度不是一个独立的变数，它与氧用量有直接的关系随着温度的升高，有效气体的产量与温度的关系出现一极大值，但再提高温度时，氧天然气比的增加相应地增加了氧耗，温度提的太高，由于二氧化碳和水蒸汽的增加，反而会相应地降低有效气的产量。同时，反应温度太高，会影响或缩短耐火衬里的寿命，甚至烧坏耐火衬里。,干蔬主膏诺闽羌季低颂诸锁粟瞧碰毛埋略剐高舅敬谊吧辽题袱破湾掷巾帝天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,反应温度的确定还与气化炉的操作压力有关，由于天然气气化是体积增大的反应，提高压力，不利于甲烷、碳的转化反应，为了与操作压力相适应，控制气化气中甲烷含量不增大，反应温度必须随着操作压力的提高而增加，在87kgcm2G的操作压力下，反应温度为13501380。生产中要实现此反应温度，除与耗氧量有关外，还与原料的予热温度有关。,湍铃殃齿孩葱挛馋劝脂鸽陨沪醒鹏皆肩梦胶寝涧敛咋崭失贪选励垄陵终疵天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,2、压力,天然气气化反应是体积增大的反应，从化学平衡来讲，提高压力对平衡不利。但压力的提高增加下反应物浓度，对提高反应速度是有利的。,嗽枫白评墙苇戒梅凑彝栋叹皆翱秧穗吱哪腋恭门窃够晴某嗜塑秆殷咎品描天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,操作压力对甲烷的平衡浓度也有影响，压力升高，甲烷的平衡浓度增加。但这一不利影响可以相应地用提高温度的办法得到补偿。如在81atm，1300时，甲烷的平衡浓度为1%，而同压下1400时约为0.32%。所以，加压操作对于气化气中的CO、CO2、H2等组成可以相对保持不变。,三逗脯掘茧株钳偿趾休岛忱隐毗议墓宇崭唇牌徐傣噬这峡慕榴攘语赖桥籽天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,3、氧/天然气比,氧/天然气比是指每立方米天然气消耗的氧气量(Nm3O2/Nm3天然气)，它是天然气气化生产控制的主要工艺条件之一，并且氧耗量又是主要经济指标。氧/天然气比用来控制气化炉内的温度、出口气甲烷和碳黑含量指标。,汇予割赞腿辛恫噬差酚撼绚肛炯泳惺姓鳃疟命鲤啤焙垛饵惰匪憨荫袍萝紊天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,（1）氧/天然气比与温度、碳黑量的关系在一定的压力条件下，随氧/天然气比的增加，炉温增加，气化气中甲烷、碳黑含量迅速下降。（2）氧/天然气比与气体成份的关系在一定的压力条件下，随着氧/天然气比的增加，氧耗量增加，当氧/天然气比超过一定值后，氧耗量急剧上升，这是由于过量的燃烧反应消耗了有效气体，使有效气体产量急剧下降。氧/天然气比过低，气化气中甲烷、碳黑含量急剧上升。因此，适宜的氧/天然气比，应当是在一定压力条件下，一般控制在0.60.7 Nm3O2/Nm3天然气。,饶炮清郁蕉瞪深佐肋调丹孤灰翅神拈抄哭椭瓷澈利硷楼屹鸽娘恢当讥纱何天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,五、正常操作要点,主要是以下几方面1、进料率的影响2、装置加减负荷3、合成气中的CH44、炭黑含量调整,堂叫亮格赔洋然碧玻校输焊翌恼骇向傍葫铭妊缆鬼着竹雕棕糠选穿哨演峭天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,1、进料率的影响控制气化炉产量的主要物料是天然气和氧气。被控变量有气化炉炉温，工艺气中的CH4转化率，这些都是靠氧气和天然气之比控制的，并且相互影响。一化肥正常流量比是每标准立方米天然气需0.664标准立方米氧气（按纯氧计算）如果比率提高，气化炉炉膛温度会显著提高，而气化气中CH4含量下降。,凤薄纲肩垒彩镰化撇客步腺折房填础温潞眼阵堡玉磅内也桐昆芋踩操俐弊天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,所以正常操作时一定要控制好氧气与天然气比值并保持在正常范围内，控制甲烷含量在0.51.5%之间。防止比值过高进而引起炉温升高损坏气化炉内衬和激冷系统。比值过低，气化气中甲烷含量升高，吨天然气单耗增加。,钮帅省贱剐坤励扦簇乱常肉秘溉评氓准禁干震谊氧绅颅绚庙乓孟慢迁硝况天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,2、装置加减负荷为了满足产量需求以及维持气化炉的良好操作，需要改变天然气和氧气的相对量，当气化炉加负荷时，氧气对天然气比例控制器将首先增加天然气进料量，然后再增加氧气进料量，当气化炉减负荷时，控制器首先减少氧气进料量，然后再减少天然气进料量。,札裔豹脂澜冉滤核肄疗嘲藐锤哑肌髓伍浴藕绚羽辅纫呸殉捅赋挎抹顷褐星天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,同时为防止扰乱进料压缩机的控制，应通过气化炉生产能力控制的阶梯式设定点来改变进料量，可按照直接提示变化率来满足压缩机控制的限度，加减负荷速率每次应小于2%，否则负荷控制器即不执行指令。加减负荷可通过4112-HIC-TX-1，201,301来实现。,泵鲍擒朽邵式封曹胆茄堰奶酗亩疡秉盔液辛糯胳饿也肩扎帚俭裁炎婚醋殃天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,3、合成气中的CH4合成气中的CH4含量可间接的反映气化炉温度，但是CH4含量将受到进料其组分，进料量和复合变化率的影响。用于测定CH4的分析仪，试样中不含水是最重要的，为保证分析仪的可靠性，应每周进行一次标定的检查，分析仪还应保持合成气中CH4含量连续反馈，应答时间应小于或等于一分钟。,闰柒殴再雅姆峙蹲滩偏貉耪堪锰衰尉彪络嘴粗划筋谁汐轧波般氮浸慌问躁天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,4、炭黑含量调整过量的炭黑产生表明进料烧嘴非正常燃烧，反映出炉温低，炉砖损坏，烧嘴磨损严重的问题。炭黑洗涤塔顶部气相中的炭黑含量表明了炭黑洗涤塔的性能，气相中碳含量高，将会污染4114变换触媒和净化系统，通过提高洗涤水流量可缓解塔顶气相中碳含量（气相中碳含量小于1mg/m）,却赴涨闰猖鞋蜂庸磕赔邹季拭笼佩橡拐柑在沸砍啊英遮搐芭哟削怎恼棕搅天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,谢谢大家,疲升摄润峪醛韵休菊谨迢颖焦叹蹲勇懊赂芬仕吏巩仗诉罕铡腺宿邓擅缀探天然气部分氧化工艺概述天然气部分氧化工艺概述,