焦爐氣制甲醇反應過程和特點

      焦爐氣和天然中都含有一定量的甲烷，但生產(chǎn)甲醇只需要CO、CO2和H2氣，CH4是甲醇合成氣中的惰性氣，需要通過轉化反應將CH4變成CO、CO2和H2。從目前的技術發(fā)展看，焦爐氣生產(chǎn)合成氣的工藝有蒸汽轉化和非催化部分氧化轉化、蒸汽—純氧催化部分氧化轉化等幾種工藝。
      焦爐氣的組分中甲烷含量約為23~25%（V）及多碳烷烴和烯烴，將烴類轉化成合成甲醇所用的有效氣體CO和H2均采用轉化工藝，轉化氣殘余CH4<0.4%，轉化率高。目前工業(yè)常用的有以下幾種工藝：
（1）蒸汽催化轉化，一是用蒸汽與CH4一段催化轉化生成CO、CO2和H2。這種工藝投資高，但需要消耗多量工藝蒸汽和燃料，操作費用高，CH4轉化率較低。二是一段蒸汽催化轉化加二段純氧轉化工藝，由于一段蒸汽轉化爐本身的工況及結構的要求，其頂部燒嘴、轉化管、下集氣管等必須使用特殊材料，在對焦爐氣在一段轉化爐烴類的轉化量不是很多，同時也需要空分裝置，才能完成轉化任務，一次性投資較大。
（2）非催化部分氧化轉化最早用于重油轉化，此法不需要進一步凈化，直接進入轉化，轉化在無催化轉化爐內(nèi)進行，轉化后的轉化氣再進行凈化，其轉化溫度高達到1300~1400℃，對天然氣為原料，燃料氣的消耗要比純氧催化轉化工藝高25~30%，耗氧、蒸汽消耗比純氧轉化分別高40%、20%，轉化后的氣體中CO2體積分數(shù)高達10%，到目前為止還沒有采用非催化部分氧化轉化工藝的工業(yè)裝置。但是對焦爐氣而言，由于焦爐氣中的甲烷含量低，耗氧與純氧轉化基本持平，無需加蒸汽，利用自反應水即可達到轉化爐出口的甲烷小于0.4%V，還有一個優(yōu)點是轉化氣的二氧化碳的含量（2.5%V）比純氧催化部分氧化轉化二氧化碳的含量(8.5%V)低，是甲醇合成理想二氧化碳的含量。
（3）純氧催化部分氧化轉化工藝中的轉化爐不需要特殊鋼材制造轉化爐管，其結構類似于傳統(tǒng)蒸汽轉化的二段爐結構簡單、流程短、投資低。盡管避免了蒸汽轉化外部間接加熱的形式，反應速度比蒸汽轉化快，有利強化生產(chǎn)，但最大的缺點是催化劑對硫有要求，在轉化前必須脫出硫化合物。
      純氧加壓非催化部分氧化轉化工藝具有以下特點：
（A）用氧化反應內(nèi)熱進行烴類蒸汽轉化反應，不需外部加熱，熱效率高。
（B）不需在轉化前脫硫，不受催化劑隊含硫化物的限制。
（C）工藝流程和設備結構簡單，無需催化劑，不受催化劑溫度的限制。
（D）不需要外加蒸汽，減小設備的大小。
      焦爐氣非催化部分氧化法，是將焦爐氣中的烴類（甲烷、乙烷等）進行部分氧化和蒸汽轉化反應，在轉化爐中首先發(fā)生H2、CH4與O2的部分氧化燃燒反應，然后氣體進入轉化段進行甲烷、乙烷等與蒸汽的轉化反應，所以這個方法也稱為自熱轉化法。生產(chǎn)原理可以簡單解釋為甲烷、蒸汽、氧混合物的復雜的相互作用：             第一階段為部分氧化反應，主要是氫氣與氧接觸發(fā)生燃燒氧化反應生成H₂O。該反應是劇烈的放熱反應：
2H₂ +O₂ —→ 2H₂O + 191.7千卡/克分子 （1）
      第二階段為水蒸汽和二氧化碳氧化性氣體在轉化段，CH4進行蒸汽轉化反應，該反應是吸熱反應：
CH₄ + H₂O —→ CO+3H₂ - 49.3千卡/克分子 （2）
CH₄ + CO₂ —→ 2CO+2H₂ - 59.1千卡/克分子 （3）
      上述兩階段的反應可以合并成一個總反應式如下：
2CH₄ + CO₂ + O₂ —→ 3CO + 3H₂ + H₂O （4）
      由于第二個階段反應是吸熱反應，當轉化溫度越高時，甲烷轉化反應就越完全，反應后氣體中的殘余甲烷就越低。甲烷部分氧化通常加入一定量的蒸汽，目的是避免焦爐氣在受熱后發(fā)生析炭的反應，使甲烷進行蒸汽轉化反應，在轉化反應的同時也起到抑制炭黑的生成。

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