煤气部分氧化法防止析碳反应的探讨.pdf

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1、化学工程师ChemicalEngineer2010年第3期善文章编号：1002—1124{2010)03—0o39一o2：媚；：：，：遴杨利国(中煤黑龙江煤炭化工(集团)有限公司。黑龙江哈尔滨150090)摘要：本文阐述了甲烷部分氧化过程中的积碳原因和积碳危害，并从析碳反应的机理上讲述了从5个方面如何预防这种危害。关键词：部分氧化；积碳；甲烷中图分类号：TQ522．31文献标识码：AAnalysisonpreventionofcabonprecipitionincoalgaspartialoxidationprocessYANGLi—guo(HeilongjiargLongmay

2、MiningGroupCo．Ltd．，ChinaCoal，Harbin150090，China)Abstract：Thispaperdescribesthecabondepositionreasonandharminprocessofpartialoxidationofmethane，andanalysismechanismofcarbonprecipitionleadtothefiveaspec~abouthowtoprevent．Keyword：partialoxidation；carbonprecipition；methane中煤黑龙江煤炭化工(集团)有限公司(哈尔滨发生甲

3、烷与蒸汽的转化反应。转化炉出口温度约气化厂)是依托于原民主德国的PKM加压气化技960~C，残余甲烷含量约0．4％(V)～0．6％(V)。通过甲术，以长焰煤为原料，生产城市煤气并联产甲醇的烷的转化，转化气中碳氢比(H一CO：)／(CO+CO)约大型企业。随着退出城市煤气供应，煤气全部用来为1．9～2．1(甲醇合成现理想比例为2．O5～2．1)，达生产甲醇，煤气中的甲烷成分在合成气中是惰性组到甲醇合成的要求。分，弛放气中甲烷成分高，造成甲醇单耗增高，为此，采用催化部分氧化技术对甲烷进行转化生成CO和2析碳反应对生产的危害H：(以下简称为部分氧化法)。甲烷转化过程中常有极少量炭黑生成

4、，造成催1工艺过程简述化剂床层堵塞，阻力降增大，这一过程常称为析碳反应。在化工生产中，析炭危害具体表现如下：部分氧化工艺采用纯氧自热式部分氧化转化，(1)炭黑覆盖在催化剂表面，堵塞微孔，降低催化反应速度比蒸气法转化快，设备结构简单，流程短。剂涪陛艘甲烷转化率下降，出口气中残余甲烷增多。在加压条件下，种用内热进行转化反应，不需外加(2)影响传热，使局部反应区产生过热而缩短热。综合反应式如下：反应管使用寿命。CH4+1／202=C0+2H2+Q(3)使催化剂破碎而增大床层阻力，影响生产部分氧化法通常加入一定蒸气，在有镍催化剂作能力。丑下，反应可力陕，反应温度可降f氐副960～1002

5、~C，生产中，催化剂活性显著下降可由3个现象来反应后残余CH<0．4％。设备采用圆筒式纯氧转化判断：(1)反应器出口气中甲烷含量升高；(2)出口处炉，炉内装转化催化剂。炉体为钢结构+耐火绝热平衡温距增大。平衡温距为出口实际温度与出口气材料+冷却夹套，炉内装转化催化剂，炉顶为混合体实际组成对应的平衡温度之差。催化剂活性下降烧嘴。转化所需热量通过0：与净煤气中的H：发生时，出口甲烷含量升高；CO和H含量降低，此组成对部分燃烧反应提供，燃烧后的高温气体在催化床层应的平衡常数减小，故平衡温度降低，平衡温距增大。催化剂活性越低，平衡温距则越大；(3)出现“红管”现象。因为反应是吸热的，活性

6、降低则吸热减少，收稿日期：2009—11-16而管外供热未变，多余热量将管壁烧得通红。作者简介：杨利国(1964一)，男，高级工程师，多年从事化工管理与应用工作。杨利国：煤气部分氧化法防止析碳反应的探讨2010年第3期碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。压力对3发生析碳反应的原因CO变换反应平衡无影响，部分氧化过程的操作压力一般为2．0～4．0MPa。下面分析在什么情况下会有碳析出，如何避免(4)原料配比的影响在甲烷部分氧化制合成或尽量减少析碳的可能性。气体系中，0：与甲烷摩尔比对积碳的影响。在实际3个析碳反应都是可逆的，它们的平衡常数式操作中，可根据不同的温度条件选择适宜的

7、原料配分别为：比，或根据不同的原料配比选择适宜的反应温度，CO+H2~C+H20t△HzgsK=一131．47kJ·mol一(1)以尽量减少催化剂积碳。CI-h~C+2H2下△H螂I(=一74．9kJ·mol(2)(5)催化剂的影响Claridge等人对甲烷部分2C0-~--C+CO2TA一172．5kJ·mol-(3)氧化制合成气反应中金属催化剂上的积碳进行了以上3式中各组分的分压均为体系在某指定系统的研究，采用程序升温线质谱分析方法，研究了状态时的实际分压，而非平衡分压可由温