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天然气化工工艺骞伟中2008.9.16天然气制备合成气•甲烷水蒸汽重整温度，压力，问题？CH4＋H2O＝CO＋3H2213KJ/mol•甲烷部分氧化（催化与非催化）CH4+0.5O2＝CO＋2H2-36KJ/mol•CH4+2O2＝CO2＋2H2O-210KJ/mol•甲烷二氧化碳重整245KJ/molCH4＋CO2＝2CO＋2H2强化的水蒸汽转化•二段转化工艺•一段催化转化，70-80%的转化率•二段非催化转化，通氧气，使甲烷接近完全转化850℃1100℃天然气和一定量的蒸汽在一段炉发生转化反应，大部分甲烷与蒸汽反应生气H2、CO和CO2等，随后一段转化气到二段炉，二段炉加入空气，空气中的氧与原料反应提供热量，并产生合成氨生产所需要的N2，一段转化气中的甲烷在二段炉内进一步转化成氢及碳氧化物，二段炉出来的原料气经一系列净化处理后，合格的氢氮气经去氨合成工段生产合成氨产品。作业•从分子式上计算，甲烷水蒸汽重整，部分氧化，CO2重整生产一吨氢气时，分别生成多少吨CO2,三个反应的共性是什么,不同点在哪里?•从能量总体核算的角度，甲烷水蒸汽重整，部分氧化，CO2重整生产一吨氢气时，分别生成多少吨CO2天然气化工路线一天然气化工路线二天然气化工路线三甲烷制备氢氰酸•CH4＋NH3＋O2＝HCN＋H2O＋CO2•800℃,铂催化剂德国巴斯夫公司L·安德鲁索夫于1930年在洛伊纳化工厂完成甲烷(天然气)氨氧化制氢氰酸中间试验，成为经济有效的氢氰酸生产方法。•CH3CH=CH2＋NH3＋O2CH3CH=CN＋H2O＋CO2CH3CH3CNCNNH3O2420℃天然气化工路线四美欧天然气化工结构国外天然气占合成氨与甲醇原料比例为什么天然气受欢迎？H2OBiomassCoalCH4TypicalH2productionUnitCost天然气制备乙炔•电弧法•蓄热炉裂解法•氧化热裂解法•等离子体法•所有烷烃裂解制乙炔都是高温吸热反应，上述方法主要是供热方式不同•共性：•短的停留时间（0.01-0.001s）,将原料加热到1200-1500K,含乙炔气在几毫秒的时间内，被冷却到550K.甲烷部分氧化制乙炔550℃1500℃100℃毫秒级反应甲烷水蒸汽转化的速率？部分氧化流程甲烷等离子体制备乙炔•过程的控制因素有哪些？。Fincke等[1]在总结比较Hüels以及Dupont等工艺技术的基础上,通过改进反应体系物料的混合、反应产物的淬冷以及减小反应器内的温度梯度和边界层效应,得到甲烷转化率接近100%,乙炔收率在90%～95%之间,烟炱产率2%～4%,乙炔能耗16kW·h·kg-1的研究结果。煤化工中也有相近的思路•煤制备电石，然后制备乙炔•3C+CaO=CaC2+CO•CaC2+H2O=C2H2+CaO•煤与氢在等离子体作用下，直接生成乙炔乙炔生产法的经济技术评价项目单价电石法天然气电弧裂解法天然气部分氧化等离子裂解法消耗量金额消耗量金额消耗量金额消耗量金额天然气0.98元/m3－－280526895740562525502499电，度0.464元11991556413900645023001067100004640氧气1元/m3----32201996--焦炭500元/t1.65825------蒸汽72元/t0.564042884.53244288冷却水0.45元/t471212300135650293300135NMP32元/kg7.52407.52407224CO+H20.3元/m3----87502625--C2H44元/kg--204816--115460H20.2元/m3--3800760--2700540炭黑11元/kg--1161276--54594成本合计，元6641706669206192单位投资比21.531估算基准：乙炔600t/a,质量收率55%,操作时间7200h/a上表中的谬误•电石炉尾气的主要成分有:一氧化碳(含量75％~90％)、氢气(含量2％~10％)、甲烷(含量2％～4％)等，400-600℃•我国每年产生的电石炉尾气超过150亿立方米，绝大部分被放空或“点天灯”，每年因此相当于损失240万吨标准煤。同时排放1200万吨二氧化碳和90余万吨粉尘。反思•与几条天然气制备乙炔的过程相比，煤经过电石法制备乙炔，最大的好处在哪里？•大家想一想，上述几条路线在放大过程中各自遇到什么问题？作业:仿照如下流程,计算煤等离子体制备乙炔的能耗焦炉煤气燃烧焓97.7%煤气焓，0.7%空气焓，0.6%湿煤焓，1.0%焦炭焓，37.6%化学产品焓，3.6%煤气焓，14.8%水汽焓，16.0%燃烧废气焓，18.0%焦炉散失，10.0%室温1050℃假设:煤等离子体技术,首先把氢气加热到3000℃左右,把煤粉通入,短时间升温到2000℃左右,将煤中30%的有机质变为乙炔,然后用水快速冷却至200℃.