焦?fàn)t氣制甲醇反應(yīng)過(guò)程和特點(diǎn)

      焦?fàn)t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(guò)轉(zhuǎn)化反應(yīng)將CH4變成CO、CO2和H2。從目前的技術(shù)發(fā)展看，焦?fàn)t氣生產(chǎn)合成氣的工藝有蒸汽轉(zhuǎn)化和非催化部分氧化轉(zhuǎn)化、蒸汽—純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化等幾種工藝。
      焦?fàn)t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(lèi)轉(zhuǎn)化成合成甲醇所用的有效氣體CO和H2均采用轉(zhuǎn)化工藝，轉(zhuǎn)化氣殘余CH4<0.4%，轉(zhuǎn)化率高。目前工業(yè)常用的有以下幾種工藝：
      （1）蒸汽催化轉(zhuǎn)化，一是用蒸汽與CH4一段催化轉(zhuǎn)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(fèi)用高，CH4轉(zhuǎn)化率較低。二是一段蒸汽催化轉(zhuǎn)化加二段純氧轉(zhuǎn)化工藝，由于一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐本身的工況及結(jié)構(gòu)的要求，其頂部燒嘴、轉(zhuǎn)化管、下集氣管等必須使用特殊材料，在對(duì)焦?fàn)t氣在一段轉(zhuǎn)化爐烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化量不是很多，同時(shí)也需要空分裝置，才能完成轉(zhuǎn)化任務(wù)，一次性投資較大。
      （2）非催化部分氧化轉(zhuǎn)化最早用于重油轉(zhuǎn)化，此法不需要進(jìn)一步凈化，直接進(jìn)入轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化在無(wú)催化轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化氣再進(jìn)行凈化，其轉(zhuǎn)化溫度高達(dá)到1300~1400℃，對(duì)天然氣為原料，燃料氣的消耗要比純氧催化轉(zhuǎn)化工藝高25~30%，耗氧、蒸汽消耗比純氧轉(zhuǎn)化分別高40%、20%，轉(zhuǎn)化后的氣體中CO2體積分?jǐn)?shù)高達(dá)10%，到目前為止還沒(méi)有采用非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝的工業(yè)裝置。但是對(duì)焦?fàn)t氣而言，由于焦?fàn)t氣中的甲烷含量低，耗氧與純氧轉(zhuǎn)化基本持平，無(wú)需加蒸汽，利用自反應(yīng)水即可達(dá)到轉(zhuǎn)化爐出口的甲烷小于0.4%V，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化氣的二氧化碳的含量（2.5%V）比純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化工藝中的轉(zhuǎn)化爐不需要特殊鋼材制造轉(zhuǎn)化爐管，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化的二段爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流程短、投資低。盡管避免了蒸汽轉(zhuǎn)化外部間接加熱的形式，反應(yīng)速度比蒸汽轉(zhuǎn)化快，有利強(qiáng)化生產(chǎn)，但最大的缺點(diǎn)是催化劑對(duì)硫有要求，在轉(zhuǎn)化前必須脫出硫化合物。
純氧加壓非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝具有以下特點(diǎn)：
      （A）用氧化反應(yīng)內(nèi)熱進(jìn)行烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，不需外部加熱，熱效率高。
      （B）不需在轉(zhuǎn)化前脫硫，不受催化劑隊(duì)含硫化物的限制。
      （C）工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)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(shè)備的大小。
       焦?fàn)t氣非催化部分氧化法，是將焦?fàn)t氣中的烴類(lèi)（甲烷、乙烷等）進(jìn)行部分氧化和蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在轉(zhuǎn)化爐中首先發(fā)生H2、CH4與O2的部分氧化燃燒反應(yīng)，然后氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化段進(jìn)行甲烷、乙烷等與蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，所以這個(gè)方法也稱(chēng)為自熱轉(zhuǎn)化法。生產(chǎn)原理可以簡(jiǎn)單解釋為甲烷、蒸汽、氧混合物的復(fù)雜的相互作用： 第一階段為部分氧化反應(yīng)，主要是氫氣與氧接觸發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)生成H₂O。該反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)：
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(zhuǎn)化段，CH4進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)：
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(yīng)可以合并成一個(gè)總反應(yīng)式如下：
2CH₄ + CO₂ + O₂ —→  3CO + 3H₂ + H₂O         （4）
由于第二個(gè)階段反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化溫度越高時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)就越完全，反應(yīng)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?fàn)t氣在受熱后發(fā)生析炭的反應(yīng)，使甲烷進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)的同時(shí)也起到抑制炭黑的生成：

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