化工(huàgōng)工藝學

Chemicalengineeringtechnics化學工程(huàxuéɡōnɡchénɡ)與工藝專業精品資料第6章天然氣化工(huàgōng)

Chemicalengineeringofnaturalgas6.1天然氣的組成與加工利用6.2天然氣的分離(fēnlí)與凈化6.3天然氣提氦6.4天然氣制炭黑6.5天然氣轉化合成甲醇6.6天然氣氧化加工6.7天然氣的氯化加工6.8天然氣的其它直接化學加工精品資料6.1天然氣的組成(zǔchénɡ)與加工利用

Thecomponentsofnaturalgasanditsapplication6.1.1天然氣的組成與分類6.1.1.1.組成主要成份：烷烴CH4,C2H6次要(cìyào)成份：非烴氣體CO2，H2S，H2，He微量成份：烯烴、環烷烴、芳香烴有害成份：硫化氫等。精品資料精品資料

6.1.1.2.分類原油伴生氣根據礦藏特點，是否含非伴生氣原油伴氣來劃分。干氣按含C5以上重烴液體多少來濕氣劃分貧氣按含C3以上烴類液體多少來富氣劃分酸性氣按是否顯著含有(hányǒu)H2S,CO2潔氣等酸性氣體來劃分按組成(zǔchénɡ)分類精品資料6.1.2天然氣的物理化學(wùlǐhuàxué)性質略講。精品資料精品資料略講。突出(tūchū)天然氣作為化工原料比直接作為燃料的經濟價值高得多。插入天然氣加工利用圖6.1.6.1.3天然氣的加工(jiāgōng)利用途徑精品資料圖6.1精品資料6.2天然氣的分離(fēnlí)與凈化

Separationandpurificationofnaturalgas6.2.1采出氣的分離分離目的：分離采出氣中的液體、固體雜質。重力分離法分離方法：旋風分離法其它分離法6.2.1.1.重力分離重力分離器工作(gōngzuò)3個主要步驟：沿切線進入分離器時有部分液、固體由于離心力作用可進行初步離心分離。精品資料由于重力(zhònglì)作用進行沉降分離(主要分離階段)。除霧(上部設除霧器除去霧滴)。除霧器主要形式：折流式和網狀式折流式除霧器工作原理改變流體流動方向，由于慣性作用使液滴被折流板吸附，再沿板面流入搜集器中。網狀式除霧器工作原理主要使液滴在流動中與網碰撞接觸后凝結。精品資料重力(zhònglì)分離器的工藝計算(1)重力沉降速度化工原理課程已得出重力沉降速度公式：(6.2.1)注意(zhùyì)：使用時需注意(zhùyì)單位。精品資料滯流區：過渡區：湍流區：(2)允許(yǔnxǔ)氣速允許(yǔnxǔ)氣速由實驗得出的經驗關系計算：u=(0.70.8)ut精品資料(3)重力分離器的直徑由流量關系加經驗系數得出立式：注意：經驗公式的物理量的單位！臥式：式中的Q1與前式中的Q不同(bùtónɡ)！這里是工作條件下的氣體流量，前式是標準體積流量。精品資料(4)頂部(dǐnɡbù)絲網除霧器水平絲網的最大允許氣速注意(zhùyì)：u表示氣速。實際氣速約為最大氣速的3/4.u=0.75u絲網橫截面直徑可由氣速求精品資料(5)分離器的高度(gāodù)和長度高度：H=(46)D長度：L=(46)D(6)進出口管徑常用(chánɡyònɡ)重力分離器的結構：插入立式和臥式重力分離器.圖6.6圖6.5圖6.5精品資料6.2.1.2.旋風(xuànfēng)分離離心分離原理和旋風分離器的操作在化工原理都講過。簡要復習。旋風分離器直徑可由流量及阻力損失計算。(標準(biāozhǔn)旋風分離器=8.0)注意式中系數是按公式中所用單位換算來的。實際計算過程：由D及經驗值分別計算最小流速、最小流量、壓力損失及最大流速、最大流量、壓力損失(max)，再比較范圍。精品資料設P/g=70m(55-180m)，計算出直徑D。計算氣速u=4Q1/(D2)計算壓力降計算旋風分離器的工作范圍根據D再取P/g=55m，計算最小流速(liúsù)umin,Qmin,Pmin;取壓降大值計算umax,Qmax,Pmax.計算進出氣管徑正常范圍：進口流速(liúsù)15-25m/s出口流速(liúsù)5-15m/s精品資料3.其它類型(lèixíng)的分離擴散式分離器、螺道式分離器、串級離心式分離器。（略）4.井場分離工藝流程原則：一般多用常溫分離。當含凝析油多時，采用(cǎiyòng)低溫分離流程。單井集氣常溫分離流程如圖。圖6.8圖6.9精品資料6.2.2天然氣的脫水(tuōshuǐ)由汽液平衡原理知，開采出的天然氣經分離后仍然含有水分(操作溫度下的飽和蒸汽壓決定)。當后續操作降溫時，水汽就可凝結產生(chǎnshēng)不利影響。所以，要進行脫水操作。天然氣含水量的表示絕對含水量：單位體積氣中所含水分質量。露點溫度：壓力一定時，天然氣中水蒸氣開始凝結的溫度。(間接表示)天然氣脫水主要方法：溶劑吸收法、固體吸附法精品資料6.2.2.1.溶劑(róngjì)吸收法該法使用較普遍，關鍵是選擇脫水劑。天然氣脫水深度(程度)一般用露點降表示。露點降即脫水裝置操作溫度與脫水后干氣露點溫度之差。一般用它來評價脫水劑的脫水效率(xiàolǜ)。常用的溶劑有：甘醇溶液和金屬氯化物溶液。不同脫水劑的效果和適用性不同，具體情況見表6.5.Tx精品資料表6.5精品資料(1)甘醇脫水(tuōshuǐ)工藝流程三甘醇溶液使用更廣泛，其露點降較大，但粘度大，吸收塔的操作溫度不宜低于10C.流程由吸收和再生兩部分構成。再生方法主要有蒸餾和汽提。汽提原理在前面化學肥料一章(yīzhānɡ)中已講。(化學平衡移動原理)插入圖6.10，說明工藝過程及關鍵。精品資料圖6.10精品資料(2)吸收塔工藝(gōngyì)計算進塔貧液甘醇濃度的確定壓力影響一般可忽略。由于氣體流量遠大于甘醇流量，所以取氣相操作溫度為有效吸收溫度。同時由于出塔氣體不可能達到平衡，所以根據經驗選取它與平衡溫度的差值為811C,由此算出平衡溫度，再查圖6.11得出所需甘醇溶液的濃度。te=t-t平衡溫度氣體真實(zhēnshí)溫度平衡溫距插入圖6.11.精品資料圖6.11精品資料理論(lǐlùn)塔板數和貧液循環量的確定增加塔板數和加大循環量都有利于吸收，使吸收過程露點降增大。理論塔板數的計算方法在化工原理中已講。對三甘醇溶液(róngyè)吸收天然氣中的水可用Kremser-Brown公式求：式中下標0,1分別表示進、出塔天然氣物料；ye表示與出塔天然氣與進塔貧液呈平衡的氣相水濃度。吸收因子A=L/(KV)溶液(róngyè)循環量進塔天然氣流量mol/s精品資料吸收因子A可以查圖6.12,也可以按下法估算。插入圖6.12.說明平衡關系。在通常操作條件下，液氣比為常數(chángshù)。且一般可用下式估算汽液平衡常數(chángshù)K。K=y*活度系數可查圖6.13.插入圖6.13.得出K后便可計算吸收因子A=L/KV在工程實際中用水的質量濃度表示較方便，計算時可用下式換算為摩爾濃度。W=803000y水汽質量含量，mg/Nm3.精品資料圖6.12精品資料圖6.13精品資料吸收塔選型和塔徑計算(jìsuàn)大流量多選板式(bǎnshì)塔。且多采用泡罩塔和浮閥塔來提高傳質系數。塔板數一般410塊，板效率范圍約為0.250.40.先計算最大空塔質量流速

Ga:最大空塔質量流速，kg/(h.m2)再由它計算塔徑精品資料再生系統工藝(gōngyì)條件方式：一般再沸器再生或汽提再生。再沸器操作溫度通常為191193C,最高不超過204C，因為三甘醇熱分解溫度為206C。汽提再生時，溫度也應低于204C。要求汽提汽不溶于水，常用干天然氣或三甘醇富液的蒸汽作汽提劑。共沸蒸餾再生：適用于溫度低，要求甘醇濃度很高時。共沸劑常有異辛烷、苯、甲苯、二甲苯、丁酸乙酯等。共沸劑與水一同蒸出后再冷凝(lěngníng)分離循環。精品資料再沸器加熱方式可直接或間接加熱，因天然氣為燃料，通常用天然氣燃燒直接加熱。再沸器流出的甘醇溶液溫度很高，必須通過換熱冷卻后才能進入吸收塔吸收。在吸收塔內烴類物質(wùzhì)也可被甘醇吸收，但壓力降低后它們就會逃逸出來腐蝕管道。所以富液進入再生塔前設一閃蒸器，先將烴類氣體釋放出來，防止腐蝕。酸性天然氣脫水工藝中，在富液進入再生塔前加一個酸氣汽提塔，以除去其中的H2S。插入圖6.14.精品資料圖6.14精品資料氯化鈣溶液(róngyè)脫水工藝氯化鈣溶液脫水工藝十分簡單，只用一個塔就行。塔上部為氯化鈣床層，中部為氯化鈣溶液，下部為空塔。天然氣先經空塔分離水滴，再到中部與氯化鈣溶液接觸(jiēchù)脫去部分水，然后到上部經氯化鈣床層時脫除剩余水分。水溶解氯化鈣后作為補充溶液下降。所以操作中要不斷補充氯化鈣固體。圖6.15圖6.15精品資料圖6.15精品資料2.固體(gùtǐ)吸附法(1)吸附過程和常用吸附劑吸附基本過程：多用固定床吸附塔。塔內一般為三段，上段為飽和吸附層，氣體從塔頂進入后在此被大量吸附；中段為吸附傳質層，未吸附的水分在此進一步被吸附；下段吸附量微小,稱未吸附段，用以保證出塔氣體達到規定的脫水要求(yāoqiú)。操作中飽和吸附段和傳質吸附段的下邊界會逐步下移。當吸附傳質段下邊界移至床層下端時，未吸附段消失。出口氣中水分將迅速增加，此時刻被稱為吸附過程的轉效點。通常此時就需對吸附床進行再生。當飽和吸附段移至床層下端時，稱床層吸附達到飽和點。精品資料常用吸附劑：活性鋁土礦、硅膠(ɡuījiāo)、活性氧化鋁、分子篩等。特性見表6.6。要求吸附劑表面積大、選擇性好、傳質速率高、壽命長能再生、孔隙率大等。圖6.16精品資料(2)吸附脫水(tuōshuǐ)工藝流程吸附脫水流程(liúchéng)有二塔、多塔流程(liúchéng)。二塔流程(liúchéng)時，一塔脫水，一塔再生。三塔流程(liúchéng)時，一塔脫水，一塔再生，另一塔冷卻。一典型雙塔流程(liúchéng)如圖6.17.圖6.17精品資料圖6.17精品資料操作條件：溫度3850C壓力輸氣管線壓力，注意穩定。壽命13年操作周期8、16、24小時加熱方式加熱濕天然氣再生再生溫度175260C，因吸附劑而異。再生氣流量(liúliàng)515％再生時間6575％用以加熱，2535％冷卻。冷卻器：流量(liúliàng)與再生氣流量(liúliàng)同，冷卻后溫度為4055C。吸附(xīfù)再生精品資料(3)工藝(gōngyì)計算吸附劑的濕容量式中x－吸附劑有效濕容量,kgH2O/100kg吸附劑；xs－吸附劑的動態平衡飽和濕容量,kgH2O/100kg吸附劑；hT－飽和段與傳質段床層高度(gāodù),m；hZ－傳質段床層高度(gāodù),m.其中傳質段床層高度(gāodù)用下式計算精品資料式中q－吸附劑床層的水負荷,kg/(m2.h);ug－空塔線速，m/min;－進口氣相對濕度，％；A－吸附劑常數；P、T、Z分別表示壓力、溫度和壓縮系數，下標f表示操作條件下的值，P的單位為MPa；Q－濕原料(yuánliào)氣標準體積流量，m3/h;W－濕原料(yuánliào)氣含水量，kg/m3;D－吸附床直徑，m。精品資料計算出有效濕容量后應與相對濕度達100％時該吸附劑的設計濕容量比較。一些吸附劑設計濕容量：硅膠－79kgH2O/100kg;活性氧化鋁－47kgH2O/100kg;A型分子篩－912kgH2O/100kg。吸附劑的再生一般用高溫氣體反吹進行。再生氣反吹溫度通常175260C,用分子篩深度(shēndù)脫水時，反吹溫度可高些260371C。吸附劑再生一般為常壓操作。精品資料吸附(xīfù)塔的計算吸附劑裝填體積

吸附劑操作周期，h堆密度，kg/m3空塔線速度式中S－以空氣比重(bǐzhòng)為1的氣體相對比重(bǐzhòng)；C－常數，常用值0.250.32;dP－平均粒徑，m;ug的單位為m/min.精品資料塔徑的計算

上述各式中壓縮(yāsuō)因子可查圖6.18得出。圖6.18圖6.18精品資料(4)其它吸附凈化(jìnghuà)過程可以采用抗酸分子篩同時脫除H2S，CO2等。其典型流程如圖6.19EFCO流程。吸附時重烴類容易與水一起被吸附，再生氣經冷凝將其中重烴和水冷凝后再分離。這種流程需要較長的再生冷卻時間，通常(tōngcháng)三塔操作。插入EFCO流程圖。精品資料圖6.19精品資料6.2.3天然氣脫硫與硫磺(liúhuáng)回收天然氣的脫硫方法在合成氨一章(yīzhānɡ)中已講述。請同學們自己復習。本節主要討論硫磺回收。6.2.3.1硫磺的回收脫硫后的含硫氣體通常用克勞斯(Claus)法即催化氧化法回收硫磺。(1)Claus法原理含硫氣體在燃燒爐中發生如下反應H2S+1.5O2H2O+SO2H=-519.16kJ/mol精品資料2H2S+SO22H2O+(3/x)Sx(轉化(zhuǎnhuà))x=2H=51.71kJ/molx=6H=-84.99kJ/molx=8H=-100.65kJ/mol在常溫下硫蒸汽的形態主要是S6,S8>900CS2>1700CS操作條件不同可得出不同單質硫形態。含硫氣中少量其它組分可發生一些副反應：CH4+2O2CO2+2H2O2C2H6+7O24CO2+6H2O精品資料各種形態的S也有相互轉化的反應：3S2S64S2S84S63S8反應十分復雜，但主要反應還是燃燒(ránshāo)和轉化反應。按化學需氧量計算，主要反應的理論平衡曲線如圖6.20.圖中可分兩個區域：＞900K熱反應區＜900K催化反應區(需催化劑速度才可觀)曲線先降后升原因？影響因素是什么？精品資料800-900K區域平衡(pínghéng)轉化率最低，應避免在此條件下操作。圖6.20精品資料(2)硫磺回收的催化劑活性氧化鋁：由氧化鋁水合物脫水得到。控制溫度在600C以下可得所需活性氧化鋁。＞600C生成高溫氧化鋁，無活性。目前較多應用鋁土礦催化劑，主要成分是氧化鋁水合物。通常將其制成塊狀或條狀以降低床層阻力(zǔlì)，脫水活化溫度控制在400500C.使用過程中，催化劑可能結構轉型而降低活性。或者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸鋁都可使催化劑活性降低。使用一定時期后要進行活化再生以恢復活性。使用較長時期，再生次數多后應更換催化劑。精品資料(3)回收(huíshōu)工藝流程單流法流程如圖6.21.插入圖6.21單流法流程圖。流程特點：處理(chǔlǐ)H2S含量高于25%,回收率可達95%.控制進氧量使燃燒爐中烴類全部反應而H2S只反應1/3，以便進行轉化反應。燃燒爐中已有60-70%H2S轉化為單質硫。燃燒氣體經熱能回收、冷凝分硫后進轉化器。轉化器一般分二級，一級轉化冷卻后再進入二級。因為總反應為放熱反應，原理前面已講。末級冷凝器溫度應足夠低，以保證平衡收率。精品資料插入(chārù)單流法流程圖。圖6.21精品資料分流法流程如圖6.22.插入圖6.22分流法流程圖。流程特點：處理H2S含量低于25%,回收率可達92%.控制(kòngzhì)酸性氣體入燃燒爐量(1/3),使烴類全部反應，H2S全生成SO2。其余2/3酸性氣體直接進入轉化器，以下操作與單流法同。要求氣體不含重烴類，否則可破壞催化劑。精品資料分流(fēnliú)法流程圖5-22.圖6.22精品資料阿莫科流程流程如圖6.23。流程特點：處理H2S含量＜15％，回收率90％。酸性氣與空氣混合(hùnhé)加熱后再進入特殊設計的燃燒爐，且爐內補充部分燃料氣以維持溫度。后續操作與前面流程相同。圖6.23精品資料(4)影響(yǐngxiǎng)硫磺回收率的因素轉化級數和操作溫度一般用二、三級轉化，轉化反應溫度不宜過高，但溫度又不能太低，若接近露點很危險。從較低溫度的主要反應、反應熱及平衡來分析。配風比理論上是氧完全耗盡，烴完全反應，H2S只反應1/3。但實際操作不可能達到。必須隨時監測進入(jìnrù)轉化器的H2S/SO2=2?根據測定值隨時調節空氣量。精品資料有機硫損失燃燒時可生成COS，CS2，若不處理則隨尾氣排出造成S損失。采取的措施是：提高一級轉化反應溫度至371C，使發生下列反應COS+H2OH2S+CO2CS2+2H2O2H2S+CO2轉化氣的冷凝和液硫霧滴的捕集末級冷凝器出口溫度應盡可能低，一般為127C,一定要安裝除霧器。該部分操作能否(nénɡfǒu)將硫較完全回收是影響轉化率的關鍵。也是S損失的主要部位。精品資料6.2.3.2硫磺回收的尾氣(wěiqì)處理克勞斯法回收硫磺后，尾氣中仍含37%的硫化物，必須處理后才能達到排放標準。處理方法常有兩類：斯科特法和克勞斯波爾法。(1)斯科特法使用較多，技術較成熟。CO2<40%的尾氣都可處理。硫的總回收率可達99.9%。基本原理：用CoO-MoO3-Al2O3作催化劑將尾氣中SO2等硫化物轉化成H2S，再用二異丙醇胺溶液吸收H2S，然后經再生(zàishēng)返回燃燒爐。流程圖如圖6.24.精品資料(2)克勞斯波爾法在羧酸(suōsuān)鹽催化劑作用下，低溫下用聚乙二醇等溶劑與尾氣反應，使H2S與SO2轉化成單質硫。然后再分離循環。實際上是克勞斯法回收硫磺的延續過程，液相反應得到單質硫。生成的液相產品還可根據市場需要調整。也可不生成或少生成單質硫，生成硫代硫酸鈉等產品。總回收率可達98.599.3%。但尾氣中的有機硫不能回收。流程圖如圖6.25.冷床吸附法精品資料圖6.25精品資料6.3天然氣提氦

Heliumpickedupfromnaturalgas6.3.1氦氣的性質、用途及來源稀有(xīyǒu)惰性氣體、擴散性和導熱性好，密度和溶解度低，蒸發潛熱低。高溫加工保護劑、低溫超導技術的致冷劑、激光源、火箭和導彈技術中的燃料壓送劑、冷式核反應堆的導熱劑。氦的來源主要有：空氣分離、從天然氣提取后者為重要來源。因為空氣中氦含量很少。精品資料6.3.2天然氣提氦工藝(gōngyì)1.低溫冷凝法提氦工藝主要工序：加壓降溫液化分離粗氦精制(jīngzhì)(1)工藝流程分為提濃部分和精制(jīngzhì)部分，兩部分流程如圖6.26,6.27.提濃部分操作過程：含氦天然氣經分離脫水脫硫脫CO2提氦系統進一步脫水分子篩脫CO2冷卻到-107-112C氦氣提濃塔塔頂粗氦塔底蒸發出溶解的氦后作冷源。

精品資料圖6.26精品資料精制部分操作過程：先用鈀－活性氧化鋁作催化劑除去粗氦中的氫加壓到15MPa冷凝除去氮和殘余(cányú)甲烷用活性碳吸附殘余(cányú)氦得99.99%精氦。圖6.27精品資料(2)主要(zhǔyào)技術參數凈化部分：原料氣干燥后水含量10-5分子篩吸附凈化后CO2含量510-610-5提濃部分：原料氣壓力3.03.3MPa粗氦冷凝分餾塔壓力1.82.0MPa預冷溫度-40-45C兩級氨冷頂部溫度-155C、-168-170C粗氦濃度(nóngdù)7075%，氦收率9097%殘氦10-5210-6精品資料精制部分：粗氦冷凝及吸附壓力15MPa溫度(wēndù)-196C產品氦純度＞99.99%精制系統氦收率95%,氦總收率95%(3)主要設備及技術要求插入表6.8.表6.8精品資料2.膜分離法提氦工藝(gōngyì)(1)膜分離的原理分離氦的膜主要有醋酸纖維素、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等有機高分子膜和硅膜。膜型式有多孔膜、均質膜、非對稱膜等。多孔膜：孔徑與待分離氣體分子平均自由程接近，大分子量的氣體就很難通過這種孔，只有較小分子才能通過，以此達到分離目的。插入膜分離原理動畫。均質膜：利用氣體組分在膜中溶解度不一，擴散速度(sùdù)不同達到分離目的。精品資料精品資料幾種(jǐzhǒnɡ)膜的比較：多孔膜滲透性好，處理能力大，但選擇性低。均質膜選擇性好，但滲透系數太低，處理能力差。非對稱膜結合兩者優點，在多孔膜上布一層極薄的均質膜。(2)分離工藝從天然氣中分離氦的膜分離工藝如圖6.29。一般必須用多級分離方式。生產中往往使用中空纖維膜，最典型的為Prism膜分離器。插入圖6.30Prism膜分離器。精品資料圖6.30供給(gōngjǐ)氣體殘余(cányú)氣體P1P2P3SD產品再循環精品資料(3)分離(fēnlí)計算穩定時，透過膜的氣體量之比與濃度比相等式中y,x分別為低、高壓側分離組分的摩爾分率；P1，P2分別為高、低壓側壓力；Q1，Q2分別為相應的滲透系數；A為膜的有效面積；為膜的有效厚度(hòudù)。令分離系數=Q1/Q2操作壓力比為=P1/P2對分離器作物料衡算：精品資料F0=F1+F2F0x0=F1x+F2y再令透過分率=F2/F0操作因子=+-可得x0=(1-)x+yx=(x0-y)/(1-)滲透系數的值可查表6.9。由公式(gōngshì)6.3.7可計算出分離后低壓側分離組分的濃度。

精品資料表6.9精品資料6.4天然氣制炭黑(tànhēi)

Charcoalblackfromnaturalgas6.4.1炭黑的性質和用途炭黑是與石墨、金剛石等同為元素C組成的同素異形體。但炭黑一般含有少量其它元素。炭黑一般粒度很小，小的可達近納米級。因此有很多特殊(tèshū)性質，如在橡膠中加入炭黑制成輪胎才具有耐磨性。炭黑是油墨的主要原料，也是油墨的有效添加劑。炭黑也用于油漆，提高其耐酸性和著色力。炭黑還可制造電極、電阻，還用在鑄造工業中作離型劑。精品資料6.4.2炭黑(tànhēi)生產工藝1.炭黑的生產方法主要有接觸法、爐法和熱裂法。接觸法：天然氣燃燒時用金屬切斷火焰，使火焰內部裂解的炭被冷卻附在金屬表面，然后(ránhòu)收集。爐法：烴類與一定比例空氣混合引入燃燒爐內，一部分烴與空氣燃燒產生高溫，另一部分烴在高溫下裂解生成炭黑。熱裂法：先燃燒提高爐溫至13001400C,然后(ránhòu)不通空氣只通烴類(天然氣)使之在爐內高溫條件下裂解成炭黑。屬于間接生產。精品資料2.天然氣槽法炭黑(tànhēi)生產工藝槽法屬一種接觸法。其流程如圖6.31.火嘴是槽炭黑生產的基本部件，用泡皂石機械加工或瓷質素燒制成。火嘴有條形口縫，每臺火房布17001900個火嘴，通常以2024臺火房為一生產單元，可日產炭黑15001800公斤。影響產品質量因素：空氣進入量、槽架運行周期。適當調節這些量可得不同品種的炭黑。優點：用于橡膠時補強性和著色強度高。缺點：生產效率低，原料氣消耗大，投資(tóuzī)高，污染重。精品資料主要(zhǔyào)工藝參數：火嘴槽口寬度0.81.0mm,火嘴與槽鋼距離6580mm；．每個火嘴耗氣量2.02.5m3/d;每個火嘴產炭黑量4050g/d.氣體進火嘴壓力98242Pa(表壓)炭黑生成率1820g/m3干天然氣槽鋼溫度500C，排出余氣溫度340360C,火焰溫度1350450C圖6.31.圖6.31精品資料3.天然氣半補強爐法炭黑(tànhēi)生產工藝天然氣半補強爐法如圖6.32。過程：天然氣與空氣以1：44.5的比例通入爐內，由于不完全燃燒(ránshāo)生成炭黑，炭黑在燃余氣中懸浮。將其引入冷卻塔用噴霧水冷卻，將燃余氣過濾后可得炭黑。工業產品還需造粒。主要工藝參數見書。生產中必須較好地利用余熱，才能提高效益。通常設置廢熱鍋爐回收熱量發電.精品資料圖6.32精品資料6.5天然氣轉化合成(héchéng)甲醇

Methanolsynthesizedfromnaturalgasconvertmethod6.5.1甲醇的性質(xìngzhì)及制備原理1.性質(xìngzhì)和用途性質(xìngzhì)如表6.10.特別注意甲醇有劇毒、空氣中允許濃度為0.05ml/L,爆炸極限為6.036.5%。用途：化工原料、燃料、溶劑、防凍劑等。插入表6.10.精品資料表6.10精品資料2.合成(héchéng)甲醇的制備原理用天然氣作原料合成(héchéng)甲醇的主要反應：CO+2H2CH3OHH=–102.5kJ/molCO2+3H2CH3OH+H2OH=–49.5kJ/mol由熱力學原理知，增加壓力、降低溫度對合成(héchéng)甲醇有利。這兩反應中第一反應最重要，原料配比H2/CO比值很重要。精品資料5.5.2合成(héchéng)甲醇生產工藝1.高壓法自1923年德國發明高壓法生產工藝以來，已有很多工藝，目前最廣泛(guǎngfàn)使用的是德國的UKW流程。操作條件：壓力30MPa溫度320370C催化劑氧化鋅、氧化鉻過程：合成氣脫除五羰基碳CO+H2反應換熱后分離末反應氣循環特點：催化劑耐硫、抗熱性好。選擇性差、副產物較多、收率較低、高溫高壓條件設備要求高。精品資料圖6.33精品資料2.低壓(dīyā)法低壓法合成甲醇工藝1960年由英國魯奇公司開發成功，目前在此法基礎上改進。魯奇法工藝流程如圖6.34.操作條件：壓力45MPa溫度200300C催化劑銅基催化劑(銅、鋅、鉻)過程：合成氣直接進入合成塔在催化劑作用下生成甲醇冷凝分離三級精餾產品特點：利用反應熱產蒸汽作動力、催化劑活性高、選擇性好、收率高、成本下降。設備體積龐大(pángdà)，只適于中小規模生產；催化劑耐硫性差，對合成氣脫硫要求高。精品資料圖6.34精品資料3.

中壓法中壓法是在低壓(dīyā)法基礎上改進而成的。催化劑為三元銅系催化劑。壓力815MPa,溫度230280C.中壓法兼有高壓法和低壓(dīyā)法的優點。工藝流程如圖6.35.圖6.35精品資料6.6天然氣制乙炔(yǐquē)

ProcessofmakingEthynefromnaturalgas氧化加工主要是制乙炔和甲醛。6.6.1乙炔的性質、用途及生產(shēngchǎn)方法1.乙炔的性質和用途主要性質見表6.11.插入表6.11.用途：有機化工原料、產生高溫火焰氧焊氧割、制乙炔炭黑等。精品資料精品資料2.乙炔生產(shēngchǎn)方法天然氣生產乙炔都是利用烴類氧化熱解原理。烴類部分氧化產生高溫，甲烷在高溫下裂解生成乙炔。如有其它熱源也可用電和其它能源產生高溫使烴類裂解。氧化熱解方法使用最多。1.工藝原理主要反應為：CH4+O2CO+H2+H2OH=–277.6kJ/mol2CH4C2H2+3H2H=381.0kJ/mol烴類裂解反應十分復雜，要得到乙炔，必須控制反應時間。一般在高溫區停留時間要很短(0.01s),然后(ránhòu)用水迅速冷卻，以防止生成的乙炔進一步反應。6.6.2.部分氧化法精品資料2.工藝流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)流程分兩部分：稀乙炔制備、稀乙炔提濃。工藝流程如圖6.36.(1)稀乙炔的制備過程：天然氣和氧氣分別預熱至650C,然后按O2/CH2=0.50.6的比例在混合(hùnhé)器內混合(hùnhé)，經旋焰導嘴進入反應區，在高溫下進行部分氧化和熱解反應。反應后氣體經淬冷至90C.由于熱解過程中有炭黑生成，需經沉降、淋洗、電除塵等操作才能制得稀乙炔氣。關鍵部件旋焰爐結構如圖6.37.精品資料圖6.36精品資料圖6.37精品資料(2)稀乙炔(yǐquē)的提濃乙炔(yǐquē)提濃主要用N－甲基吡咯烷酮為乙炔(yǐquē)吸收劑進行吸收富集。過程：稀乙炔(yǐquē)與回收氣、返回氣混合后經壓縮到1.2MPa進預吸收塔以除去少量水、萘及高級炔烴；然后進入主吸收塔在2035C下用N－甲基吡咯烷酮吸收乙炔(yǐquē)。尾氣CO和H2含量很高，可作合成氣。主、預吸收塔出富液必須循環使用：經換熱、節流后進預解吸塔主吸收塔尾氣反吹上部回收氣送壓縮機塔下部在80%真空度下解吸高級炔烴貧液循環。精品資料主吸收塔出富液循環過程：節流后進入逆流解吸塔二解塔部分乙炔氣反吹回收氣返回壓縮機中部出濃乙炔氣。逆流解吸塔富液預熱后送入二解塔進行乙炔二次解吸吸收液進真空解吸塔在116C將殘余氣體解吸貧液返回主吸收塔尾氣(wěiqì)處理后放空。

精品資料6.6.3電弧(diànhú)法在電弧(diànhú)爐內的兩電極間通入高電壓強電流形成電弧(diànhú)，電弧(diànhú)產生的高溫可使甲烷及其他烴類裂解而生成乙炔。所采用的電弧(diànhú)電壓為7kV，電流強度為1150A，電弧(diànhú)區最高溫度可達1800℃。圖6.38為電弧(diànhú)法制乙炔的工藝流程圖。天然氣以螺旋切線方向進入電弧(diànhú)爐的渦流室，氣流在電弧(diànhú)區進行裂解，其停留時間僅有0.002s。裂解氣先經沉降、旋風分離和泡沫洗滌除去產生的炭黑，然后經堿液洗、油洗去掉其他雜質。凈化后的裂解氣暫存于氣柜，再送后續工段進行乙炔提濃。電弧(diànhú)法要求天然氣中的甲烷含量較高。電弧(diànhú)法生產乙炔的優點是可以使用各種烴類原料，開車方便；缺點是電耗高，超過10kW.h/kg，而且電極損耗快，生產中需要雙爐切換操作。精品資料1—電弧爐；2—炭黑沉降器；3—旋風分離器；4—泡沫(pàomò)洗滌塔；5—濕式電濾器；6—堿洗塔；7—油洗塔；8—氣柜；9—解吸塔；10—加熱器；11—冷卻器12—貯槽；13—泵圖6.38電弧法制乙炔(yǐquē)工藝流程示意圖精品資料6.7天然氣的氯化加工(jiāgōng)

Chloridizeprocessofnaturalgas天然氣氯化加工產品(chǎnpǐn)主要有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。這些產品(chǎnpǐn)都是有機合成原料或溶劑。6.7.1甲烷氯化物的性質和用途甲烷氯化物的主要性質見表6.14,6.15.注意：主要是溶劑。精品資料6.7.2甲烷(jiǎwán)的氯化反應甲烷(jiǎwán)氯化反應為連鎖反應。其主要過程：加熱或引入光鏈引發鏈傳遞鏈終止1.熱氯化與光氯化反應機理Cl2Cl·+Cl·(熱或光)Cl2+M(金屬或器壁)2Cl·+MCl·+RHR·+HClR·+Cl2RCl+Cl·以上都不是與甲烷(jiǎwán)反應，得到自由基的過程都稱鏈引發。精品資料Cl·+CH4CH3·+HClCH3·+Cl2CH3Cl+Cl·Cl·+CH3ClClCH2·+HClClCH2·+Cl2CH2Cl2+Cl·Cl·+CH2Cl2Cl2CH·+HClCl2CH·+Cl2CHCl3+Cl·Cl·+CHCl3Cl3C·+HClCl3C·+Cl2CCl4+Cl·鏈終止可由下列情況引起：氯原子與器壁碰撞、自由基之間相互碰撞、氯原子發生氯化反應(fǎnyìng)、阻止劑作用。鏈傳遞(chuándì)精品資料2.甲烷(jiǎwán)的氧化氯化由于熱氯化和光氯化都要產生等分子的HCl，使氯的利用率大大降低。實際氯化工藝都是采用氧化氯化方法，它可以將HCl重新變成可利用的氯。氧化氯化反應主要過程(Deacon反應)CH4+nCl2CH4-nCln+nHCl4HCl+O22Cl2+2H2O總反應CH4+(n/2)O2+nHClCH4-nCln+nH2O關鍵反應是氯化氫氧化生成氯氣(lǜqì)，其催化反應機理如下精品資料[CumCln]+O2[CumClnO2-][CumClnO2-]+4HCl[CumCln]+2Cl2+2H2O[CumCln]+Cl2[CumClnCl2]產物中四種氯化物都有，溫度高時高氯化物多，進氣氯氣含量高時高氯化物多。進料組成(zǔchénɡ)與產物組成(zǔchénɡ)的關系見圖5-41.特別應注意反應溫度，若反應溫度超過500C,則體系可能發生爆炸生成HCl.插入圖6.39.精品資料圖6.39精品資料6.7.3甲烷(jiǎwán)氯化生產工藝1.綜合(zōnghé)氯化生產工藝同時用熱氯化和光氯化的方法稱綜合(zōnghé)氯化。主要反應階段：先在較低溫度下進行熱氯化，此時生成低氯化物多。然后再用石英水銀燈產生的光照射進行光氯化，以提高高氯化物比例。工藝流程：如圖6.40.精品資料圖6.40精品資料主要工藝過程(guòchéng)：一定比例原料氣進入一級反應器，在400C下進行熱氯化反應換熱器換熱降溫后用-20-30C的三氯甲烷和四氯化碳混合液吸收余氣