化工工艺学教案 - 图文

四、工艺条件

(1)水碳比，表示转化操作所用的工艺蒸汽量。在约定条件下，水碳比愈高，甲烷平衡含量愈低。 (2)温度 烃类蒸汽转化是吸热的可逆反应，温度增加，甲烷平衡含量下降。反应温度每降低10℃，甲烷平衡含量约增加1-1.3％

(3)压力 烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反应，增加压力，甲烷平衡含量也随之增大。

（4）二段转化的空气量：加入空气量的多少，可从二段炉出口温度上反映出来，但不能它来控制炉温和出口甲烷含量的手段。因为空气量的加入有合成反应的氢氮比决定。

（5）二段出口甲烷含量：二段炉出口残余甲烷每降低0.1％，合成氨产量可增加1.1-1.4％。一般控制在0.2-0.4％。五、反应机理（反应的微观步骤）

在催化剂的表面，甲烷转化的速度比甲烷分解的速度快的多，中间产物中不会有碳生成。其机理为在催化剂表面甲烷和水蒸气解离次甲基成和原子态氧，在催化剂表面被吸附并互相作用，最后生成CO、CO2和H2。

六催化剂

甲烷蒸汽转化是吸热的可逆反应，提高温度对化学平衡和反应速度均有利。但无催化剂存在时，温度1000℃反应速度还很低。因此，需要采用催化剂以加快反应速度。

由于烃类蒸汽转化是在高温下进行的，并存在着析炭问题，因此，除了要求催化剂有高活性和高强度外，还要求有较好的耐热性和抗析炭性。

1．催化剂的组成

(1)活性组分和促进剂 在元素周期表上第Ⅷ族的过渡元素对烃类蒸汽转化部有活性，但从性能和经济上考虑，以镍为最佳。在镍催化剂中，镍以氧化镍形式存在，含量约为4％一30％：使用时还原成金属镍。金属镍是转化反应的活性组分，一般而言，镍含量高，催化剂的活性高。一段转化催化剂要求有较高的活性，良好的抗忻炭性，必要的耐热性能和机械强度。为了增加催化剂的活性，一段转化催化剂中镍含量较高。二段转化催化剂要求有更高的耐热性和耐磨性，因此，镍含量较低。为增加抗析炭能力加入促进剂，镍催化剂的促进剂有氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铬、氧化钡和氧化钛等。

(2)镍催化剂的载体 镍催化剂中的载体应具有分散和稳定活性组分微晶的作用。对蒸汽转化催化剂，由于操作温度很高，镍微晶易于熔解而长大。金属镍的熔点为1445℃，烃类蒸汽转化温度都在熔点温度的一半以上，分散的镍微晶在这样高的温度下很容易互相靠近而熔结。这就要求载体能耐高温，并且有较高的机械强度。所以，转化催化剂的裁体都是熔点在2000℃以上的难熔的金属氧化物或耐火材料。

2．催化剂的还原

转化催化剂大都是以氧化镍形式提供的，使用前必须还原成为具有活性的金屑镍，其反应为

工业生产中，一般都不采用纯氢气还原，而是通入水蒸气和天然气的混合物，只要催化剂局部地方有微弱活性并产生极少量的氢，就可进行还原反应，还原的镍立即具有

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催化能力而产生更多的氢。为使顶部催化剂得到充分还原，也可以在天然气中配入—些氢气。

还原了的催化剂不能与氧气接触，否则会产生强烈的氧化反应、即

如果水蒸气中含有1％的氧气，就可产生130 的温升，氮气中含1％的氧气则会造成165c的温升。所以在停车催化剂需氧化时，应严格控制载气中氧的含量，还原态的镍在高于200时不得与空气接触。

3．催化剂的中毒与再生

当原料气中含有硫化物、砷化物、氯化物等杂质时，都会使催化剂中毒而失去活性。催化剂中毒分为暂时性中毒和永久性中毒。暂时性中毒，即催化剂中毒后经适当处理仍能恢复其活性。水久性中毒是指催化剂中毒后，无论采取什么措施，再也不能恢复活性。 镍催化剂对硫化物十分敏感，不论是无机硫还是有机硫化物都能使催化剂中毒。硫化氢能与金属镍作用生成硫化镍而使催化剂失去活性。

原料气中的有机硫能与氢气或水蒸气作用生成硫化氢，而使镍催化剂中毒。中毒后的催化剂可以用过量蒸汽处理，并使硫化氢含量降到规定标准以下，催化剂的活性就可以逐渐恢复。为了确保催化剂的活性和使用寿命，要求原料气中总硫含量的体积分数小于o．5×10-6。氯及其化合物对镍催化剂的毒害和琉相似，也是暂时性中毒。一般要求原料气中含氯的体积分数小于o．5×10☆。氯主要来源于水蒸气，因此，在生产中要始终保持锅炉给水质量。砷中毒是不可逆的永久性中毒，微量的砷都会在催化剂上积累而使催化剂逐渐失去活性。

七、工艺条件

防止析碳的原则

第一，应使转化过程不在热力学析碳的条件下进行，这就是用量提高到大于理论最小水碳比，是保证不会使炭黑生成的前提。

第二，选用适宜的催化剂并保持活性良好以避免进入动力学可能析碳区。对于含有易折碳组分烯烃的炼厂气以及石脑油的蒸汽转化操作，要求催化剂应具有更高的抗析碳能力。

第三，选择适宜的操作条件，例如：含烃原料的预热温度不要太高,当催化剂活性下降时可适当加大水碳比或减少原料的流量。

第四，检查转化管内是否有积碳，可通过观察管壁颜色，如出现“热斑、热带”、转化管内阻力增加，可帮助判断。

第五，当洗碳较轻时，可采用降压、减量，提高水碳比的方法除碳。

八、工艺流程

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九、主要设备

一段转化炉：

二段转化炉

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河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸

上次课复习： 氨的性质和烃类蒸汽转化法制取原料气的原理及其特点， 本次课题（或教材章节题目）： 第二节 固体燃料气化法 教学要求：掌握固体燃料气化法生产煤气的方法、原理，工艺指标的确定原则；间歇制气的工艺循环和工艺特点，知道间歇法制半水煤气为什么要把一个制气循环分成若干步骤；了解提高制气效率，减低煤耗的措施。 重点：半水煤气的制取 难点：半水煤气生产的特点 教学手段及教具： 讲授内容及时间分配： 第三节 半水煤气的制取 第二节：固体燃料的气化 一 燃料层的分区 一、概述 二：化学反应 二、基本概念 三、半水煤气生产的特点 三、造气对煤质的基本要求 四 制气过程 四、煤气化的基本原理 五 气化效率 （一）、煤的气化过程 六 工艺条件 （二）、煤气化的工业方法 七 工艺流程 五、气化炉类型 八 间歇、连续法造气对比 九节能措施 1工业煤气有哪几种?组成如何？ 2固体燃料气化制取合成氨原料气的方法有那几种?各有什么特点? 3间歇法制半水煤气为什么要把一个制气循环分成若干步骤? 4什么是吹风效率？如何提高吹风效率？ 5．什么是制气效率？如何提高制气效率? 课后作业 6．简述评价间歇式制半水煤气工艺条件优劣的原则。对炉温、料层高度、循环时间的分配等几个工艺条件的选择进行分析。 7．间歇式制半水煤气工艺流程的设置原则有哪几点?对中型厂的UGI流程与小型厂的节能型流程的异同点进行比较。 8煤气发生炉的结构如何？ 参考资料 同上

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