天然氣的化學加工方法有哪些

『壹』 以天然氣為原料生產合成氣過程有哪些主要反應

以天然氣為原料生型櫻神產合成頌指氣過程有以下主要反應：
甲烷燃燒反應∶ CH4+2O2→CO2+2H2O
蒸汽轉化反應∶ CH4+H2O →CO+3H2
CO2轉化反應∶ CH4+CO2→2CO+2H2
提出該過程中首先進行的是放熱反應,然後進行的是吸熱反應.他們認為,催化劑最開始的部分床層內有25 %的CH4發生燃燒反應,消耗了全部化學計量的O2,放出熱量使床層溫度升高；接下來是剩餘的CH4與燃燒反應生成的H2O和/或CO2進行吸熱的重整反應生成H2和CO,使床層溫度降低.
直接氧化機理
CH4(g)→CHx(g) + (4–x)H(s)
2H(s)→H2(g)
O2(g)→2O(s)
C(s)+O(s)→CO(s)→CO(g)
這種機理認為甲烷解離生成表面C和H,表面C再與表面O(s)反應生卜虧成CO.表面H也可以與表面O(s)反應生成OH,OH再與表面H反應生成H2O,CO如不及時脫附還可能被進一步氧化成CO2,因此H2O和CO2是CO和H2深度氧化的產物

『貳』 合成氣的生產方法

第二次世界大戰前，合成氣主要是以煤為原料生產的;戰後,主要採用含氫更高的液態烴（石油加工餾分）或氣態烴（天然氣）作原料。1970年代以來，煤氣化法又受高或到重視，新技術及各種新的大型裝置相繼出現，顯示出煤在合成氣原料中的比重今後將有可能增長，但主要從烴類生產合成氣，所用方法主要有蒸汽轉化和部分氧化兩種。 主要反應為：
主要工藝參數是溫度、壓力和水蒸氣配比。由於此反應是較強的吸熱反應，故提高溫度可使平衡常數增大，反應趨於完全。壓力升高會降低平衡轉化率。但由於天然氣本身帶壓，合成氣在後處理及合成反應中也需要一定壓力，在轉化以前將天然氣加壓又比轉化後加壓經濟上有利，因此普遍採用加壓操作，同時增加水蒸氣用量以提高甲烷轉化率。高水蒸氣用量也可防止催化劑上積炭。除上述主要反應外，還有下列反應發生：
此兩反應均為放熱反應。
在溫度 800～820℃、壓力2.5～3.5MPa、H2O/C摩爾比3.5時，轉化氣組成（體積%）為：CH410、CO10、CO210、H269、N21。
為在工業上實現天然氣蒸汽轉化反應，可採用連續轉化和間歇轉化兩種方法。
①連續蒸汽轉化流程這是現有合成氣的主要生產方法(圖1)。在天然氣中配以0.25%～0.5%的氫氣，加熱到380～400℃時,進入裝填有鈷鉬加氫催化劑和氧化鋅脫硫劑的脫硫罐，脫去硫化氫及有機硫，使總硫含量降至0.5ppm以下。原料氣配入水蒸氣後於 400℃下進入轉化爐對流段，進一步預熱到 500～520℃,然後自上而下進入各支裝有鎳催化劑的轉化管，在管內繼續被加熱，進行轉化反應，生成合成氣。轉化管置於轉化爐中，由爐頂或側壁所裝的燒嘴燃燒天然氣供熱(見天然氣蒸汽轉化爐)。轉化管要承受高溫和高壓，因此需採用離心澆鑄的含25%鉻和20%鎳的高合金不銹鋼管。連續轉化法雖需採用這種昂貴的轉化管，但總能耗較低，是技術經濟上較優越的生產合成氣的方法。
合成氣
②間歇蒸汽轉化流程亦稱蓄熱式蒸汽轉化法。採用周期性間斷加熱來補充天然氣轉化過程所需的反應熱（圖2）。過程可分為兩個階段：首先是吹風（升溫、蓄熱）階段：一部分天然氣首先作為燃料與過量空氣在燃燒爐內進行完全氧化反應，產生1300℃左右的高溫煙氣，經第一、二蓄熱爐進入轉化爐，從上而下穿過催化劑層，使催化劑吸收一部分熱量。同時，煙氣中的殘余氧與催化劑中的金屬鎳發生氧化反應放出大量的熱，進一步提高床層溫度。煙氣從轉化爐底部出來時約850℃左右,經回收熱量後放空。然後是制氣階段：作為原料的天然氣與水蒸氣（如生產合成氨則另加空氣）經蓄熱爐預熱到950℃左右,進入催化劑床層進行蒸汽轉化反應。從催化劑床層出來的氣體，溫度約 850℃左右，同樣經回收熱量後，存入合成氣氣櫃。中國曾採用間歇蒸汽轉化爐，建設了一批小型合成氨廠，這些廠不用昂貴的合金鋼轉化管，其主要設備為耐火材料襯里的圓筒型轉化爐，結構簡單，建設費用低廉。缺點是常壓操作，設備龐大，佔地多，操作費用較高。國際上還有用此法生產城市煤氣的。 是50年代英國卜內門化學工業公司開發的，1959年建成第一座工廠。此法主要反應為：
在許多方面與天然氣蒸汽轉化相似。C/H比較高，更因其中除烷烴外，還有芳烴甚至少量烯烴，易生成炭而析出，因此必須採用抗析炭的催化劑。一般仍採用鎳催化劑，而以氧化鉀為助催化劑，氧化鎂為載體。輕質油中含硫一般較天然氣為高，而此催化劑對硫又很敏感，因殲岩此在蒸汽轉化前，需先嚴格脫硫，並同時加氫。裂化輕油脫硫十分困難，極少用來製取合成氣。用來制合成氣的是直餾輕質油。由於輕質油價格較高，又有上述不利之處，因此只有在缺少天然氣供應的地區，才發展以輕油原料的合成氣生產。
部分氧化 天然氣或輕質油蒸汽轉化的主要反應為強吸熱反應，反應所需熱量由反應管外燃燒天然氣或其他燃料供給，而部分氧化法則是把管內外反應合為一體。本法可不預脫硫，反應器結構材料比蒸汽轉化法便宜。此外，更主要的優點是不擇原料，幾乎從天然氣到渣油的任何液態或氣態烴都能適用。 加入不足量的氧氣，使部分甲烷燃燒為二氧化碳和水：
此反應為強放熱反應。在高溫及水蒸氣存在下，二氧化碳及水蒸氣可與其他未燃燒甲烷發生吸熱反應：
所以主要產物為一氧化碳和氫氣，而燃燒最終產物二氧化碳不多。反應過程中為防止炭析出，需補加一定量的水蒸氣。這樣做同時氏念御也加強了水蒸氣與甲烷的反應。
天然氣部分氧化可以在催化劑的存在下進行，也可以不用催化劑。
①非催化部分氧化天然氣、氧、水蒸氣在3.0MPa或更高的壓力下，進入襯有耐火材料的轉化爐內進行部分燃燒,溫度高達1300～1400℃,出爐氣體組成(體積%)約為:CO25、CO42、H252、CH40.5。反應器用自熱絕熱式。
②催化部分氧化使用脫硫後的天然氣與一定量的氧或富氧空氣以及水蒸氣在鎳催化劑下進行反應。當催化床層溫度約900～1000℃、操作壓力3.0MPa時,出轉化爐氣體組成（體積%）約為： CO27.5、CO25.5 、H267、CH4<0.5。反應器也採用自熱絕熱式，熱效率較高。反應溫度較非催化部分氧化法低。 各種重油，包括常壓渣油、減壓渣油及石油深度加工所得燃料油，都是部分氧化中常用的原料，其代表性反應為：
反應產物主要也是一氧化碳和氫氣。反應條件為：1200～1370℃，3.2～8.37MPa,不用催化劑,每噸原料加入水蒸氣量約為400～500kg。水蒸氣起氣化劑作用，同時可以緩沖爐溫及抑制炭的生成。這種反應器（氣化爐,圖3）的出口氣體用水直接急冷。該法的缺點是：①需要氧氣或富氧空氣，即需另設空氣分離裝置；②生成的氣體比蒸汽轉化法有更高的一氧化碳對氫氣的比例;③使用重油部分氧化時有炭黑生成,這不但增加了消耗，還將影響合成氣下一步處理和使用。使用油吸收除炭，炭與吸收油再循環返回氣化爐的方法（圖4）。 新型煤化工主要應用先進、高效的煤氣化技術生產合成氣，相比傳統的煤化工，合成氣具有壓力高、惰性氣含量低、雜質易脫除等，用途更為廣泛。
煤氣化工藝技術分為固定床氣化技術、流化床氣化技術、氣流床氣化技術三大類，各種氣化技術均有其各自的優缺點，對原料煤的品質均有一定的要求，其工藝的先進性、技術成熟程度也有差異。 氣流床加壓氣化技術大都以純氧作為氣化劑，在高溫高壓下完成氣化過程，粗煤氣中有效氣（CO+H2）含量高，碳轉化率高，不產生焦油、萘和酚水等，是一種環境友好型的氣化技術。氣流床氣化技術主要分為水煤漿氣化技術和粉煤氣化技術。

『叄』 天然氣制氫的化學方程式

天然氣的主要成分是甲烷，隔絕空氣時，1000攝氏度分解成炭黑和氫氣。CH4=C+2H2由於甲烷儲量有陸燃限，所以不是理簡悉孝想的長久方法，長久的方法是利用太陽能或電能使水分解成氫氣和氧氣，再加以利用。攔稿

『肆』 可用天然氣作燃料 化學方程式

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

鎂在空氣中燃燒：2Mg + O2 2MgO
鐵在氧氣中燃燒：3Fe + 2O2 Fe3O4
銅在空氣中受熱：2Cu + O2 2CuO
氫氣中空氣中燃燒：2H2 + O2 2H2O
紅磷在空氣中燃燒：4P + 5O2 2P2O5
硫粉在空氣中燃燒： S + O2 SO2
碳在氧氣中充分燃燒：C + O2 CO2
碳在氧氣中不充分燃燒：2C + O2 2CO
一氧化碳在氧氣中燃燒：2CO + O2 2CO2
甲烷在空氣中燃燒：CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
酒精在空氣中燃燒：C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
水在直流電的作用下分解：2H2O 2H2↑+ O2 ↑
加熱鹼式碳酸銅：Cu2(OH)2CO3 2CuO + H2O + CO2↑
利用過氧化氫和二氧化錳的混合物制氧氣： 2H2O2 2H2O+ O2 ↑
加熱高錳酸鉀：2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑
碳酸不穩定而分解：H2CO3 = H2O + CO2↑
高溫煅燒石灰石：CaCO3 CaO + CO2↑
氫氣還原氧化銅：H2 + CuO Cu + H2O
木炭還原氧化銅：C+ 2CuO 2Cu + CO2↑
二氧化碳溶解於水：CO2 + H2O === H2CO3
一氧化碳還原氧化銅：CO+ CuO Cu + CO2
一氧化碳還原氧化鐵：3CO+ Fe2O3 2Fe + 3CO2
一氧化碳還原四氧化三鐵：4CO+ Fe3O4 3Fe + 4CO2
鋅和稀硫酸反應：Zn + H2SO4 === ZnSO4 + H2↑
鐵和稀硫酸反應：Fe + H2SO4 === FeSO4 + H2↑
鎂和稀硫酸反應：Mg + H2SO4 === MgSO4 + H2↑
鋁和稀硫酸反應：2Al + 3H2SO4 === Al2(SO4)3 + 3H2↑
鋅和稀鹽酸反應：Zn + 2HCl === ZnCl2 + H2↑
鐵和稀鹽酸反應：Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑
鎂和稀鹽酸反應：Mg+ 2HCl === MgCl2 + H2↑
鋁和稀鹽酸反應：2Al + 6HCl === 2AlCl3 + 3H2↑
氧化鐵和稀鹽酸反應：Fe2O3 + 6HCl === 2FeCl3 + 3H2O
氧化鐵和稀硫酸反應：Fe2O3 + 3H2SO4 === Fe2(SO4)3 + 3H2O
氧化銅和稀鹽酸反應：CuO + 2HCl === CuCl2 + H2O
氧化銅和稀硫酸反應：CuO + H2SO4 === CuSO4 + H2O
氧化鎂和稀硫酸反應：MgO + H2SO4 === MgSO4 + H2O
氧化鈣和稀鹽酸反應：CaO + 2HCl === CaCl2 + H2O
氫氧化鈉與硫酸銅：2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
氫氧化鈉與氯化鐵：3NaOH + FeCl3 = Fe(OH)3↓ + 3NaCl
氫氧化鈉與氯化鎂：2NaOH + MgCl2 = Mg(OH)2↓ + 2NaCl
氫氧化鈉與氯化銅：2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2↓ + 2NaCl
氫氧化鈣與碳酸鈉：Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓+ 2NaOH
二氧化碳溶解於水：CO2 + H2O === H2CO3
生石灰溶於水：CaO + H2O === Ca(OH)2
氧化鈉溶於水：Na2O + H2O ===2NaOH