合成氣甲烷化技術(shù)

第1章緒論1
1.1甲烷化與合成天然氣1
1.2天然氣供需形勢(shì)與合成天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展3
1.2.1國(guó)際天然氣供需形勢(shì)3
1.2.2國(guó)內(nèi)天然氣供需形勢(shì)3
1.2.3合成天然氣發(fā)展概況5
1.3合成天然氣技術(shù)路線10
1.3.1按工藝路線分類11
1.3.2按原料路線分類11
1.3.3按反應(yīng)器類型分類12
1.4我國(guó)合成天然氣產(chǎn)業(yè)展望14
1.4.1國(guó)家高度重視14
1.4.2市場(chǎng)前景廣闊16
1.4.3環(huán)境保護(hù)需求17
1.5本書的意義和主要內(nèi)容17
參考文獻(xiàn)18

第2章合成氣的制備和凈化技術(shù)20
2.1合成氣制造綜述20
2.1.1合成氣的來源20
2.1.2合成氣的要求20
2.2以煤為原料制備合成氣21
2.2.1煤氣化反應(yīng)基本原理21
2.2.2固定床煤氣化制備合成氣23
2.2.3流動(dòng)床煤氣化制備合成氣26
2.2.4氣流床氣化制備合成氣27
2.2.5氣化對(duì)原料氣中甲烷成分的影響29
2.2.6氣化對(duì)原料氣其他成分的影響30
2.3其他原料制備合成氣31
2.3.1焦?fàn)t氣制備合成氣31
2.3.2黃磷尾氣制備合成氣32
2.3.3電石氣制備合成氣32
2.3.4鋼鐵廠廢氣制備合成氣33
2.3.5生物質(zhì)等制備合成氣33
2.4合成氣凈化和氣體組成的調(diào)整33
2.4.1CO變換33
2.4.2脫硫34
2.4.3二氧化碳脫除38
參考文獻(xiàn)39

第3章合成氣甲烷化反應(yīng)過程分析41
3.1合成氣甲烷化反應(yīng)熱力學(xué)與平衡狀態(tài)分析41
3.1.1合成氣甲烷化過程的化學(xué)反應(yīng)41
3.1.2理想氣體狀態(tài)下合成氣甲烷化熱力學(xué)41
3.1.3非理想氣體狀態(tài)下合成氣甲烷化熱力學(xué)44
3.2甲烷化反應(yīng)機(jī)理48
3.2.1CO甲烷化反應(yīng)機(jī)理48
3.2.2CO2甲烷化反應(yīng)機(jī)理53
3.3甲烷化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)55
參考文獻(xiàn)60

第4章合成氣甲烷化催化劑62
4.1合成氣甲烷化催化劑研究開發(fā)概況62
4.1.1國(guó)外研究開發(fā)概況62
4.1.2國(guó)內(nèi)研究開發(fā)概況64
4.2合成氣甲烷化催化劑的組分性質(zhì)65
4.2.1活性組分65
4.2.2助劑66
4.2.3載體66
4.2.4流化床催化劑67
4.3工業(yè)合成氣甲烷化催化劑67
4.3.1合成氣甲烷化催化劑的制備67
4.3.2催化劑構(gòu)型設(shè)計(jì)69
4.3.3合成氣甲烷化催化劑的還原70
4.3.4甲烷化催化劑工業(yè)應(yīng)用性能72
4.3.5合成氣甲烷化催化劑的失活77
4.3.6工業(yè)合成氣甲烷化催化劑的使用維護(hù)83
4.4合成氣甲烷化催化劑性能評(píng)價(jià)和表征85
4.4.1評(píng)價(jià)方法的建立85
4.4.2催化劑老化方法的建立86
4.4.3催化劑分析與表征87
參考文獻(xiàn)92

第5章合成氣甲烷化工藝95
5.1合成氣甲烷化工藝技術(shù)研究進(jìn)展95
5.1.1甲烷化技術(shù)分類95
5.1.2絕熱固定床甲烷化工藝95
5.1.3等溫固定床甲烷化工藝100
5.1.4流化床甲烷化工藝101
5.1.5漿態(tài)床甲烷化工藝103
5.1.6合成氣甲烷化技術(shù)展望104
5.2合成氣甲烷化裝置的工藝流程105
5.2.1工藝流程的配置原則105
5.2.2Lurgi甲烷化工藝105
5.2.3Davy甲烷化工藝109
5.2.4Topsφe甲烷化工藝111
5.3合成氣甲烷化裝置的工藝操作條件115
5.3.1原料氣精制處理116
5.3.2操作溫度控制117
5.3.3操作壓力控制123
5.3.4模值控制125
5.3.5空速控制127
5.3.6循環(huán)比控制128
5.3.7產(chǎn)品質(zhì)量控制129
5.3.8催化劑床層溫度控制132
5.4合成氣甲烷化裝置的操作要點(diǎn)133
5.4.1甲烷化新裝置的開車準(zhǔn)備133
5.4.2甲烷化裝置開車程序133
5.4.3催化劑的升溫還原134
5.4.4甲烷化催化劑的鈍化137
5.4.5結(jié)炭138
5.4.6正常操作要點(diǎn)140
5.4.7不正常現(xiàn)象判斷與處理142
5.5合成氣甲烷化裝置的主要設(shè)備144
5.5.1甲烷化反應(yīng)器144
5.5.2廢熱鍋爐和蒸汽過熱器149
5.5.3循環(huán)氣壓縮機(jī)155
參考文獻(xiàn)158

第6章合成氣甲烷化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬160
6.1合成氣甲烷化反應(yīng)器模擬研究進(jìn)展160
6.2絕熱甲烷化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型161
6.2.1絕熱甲烷化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型建立161
6.2.2高溫甲烷化反應(yīng)器模擬結(jié)果分析168
6.2.3中溫甲烷化反應(yīng)器模擬結(jié)果分析175
6.2.4低溫甲烷化反應(yīng)器模擬結(jié)果分析181
6.3列管式甲烷化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型188
6.3.1列管式甲烷化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)188
6.3.2守恒方程組的建立188
6.3.3床層與冷卻介質(zhì)間的總傳熱系數(shù)189
6.4流化床甲烷化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型190
6.4.1數(shù)學(xué)模型描述190
6.4.2流化床模型計(jì)算結(jié)果195
6.4.3靈敏度研究199
6.4.4流化床模擬結(jié)論206
參考文獻(xiàn)207

第7章合成氣甲烷化工藝過程模擬209
7.1流程模擬系統(tǒng)介紹209
7.1.1流程模擬系統(tǒng)功能209
7.1.2流程模擬軟件的分類211
7.1.3流程模擬軟件的構(gòu)成211
7.1.4主要商業(yè)化流程模擬軟件213
7.2合成氣甲烷化流程模擬研究進(jìn)展216
7.3合成氣甲烷化過程模擬217
7.3.1模擬物性方法選擇與單元模型選擇217
7.3.2合成氣甲烷化過程模擬219
7.4合成氣甲烷化過程能耗分析與換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化221
7.4.1合成氣甲烷化過程能耗分析221
7.4.2合成氣甲烷化過程換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化222
參考文獻(xiàn)224

第8章煤制天然氣新技術(shù)展望227
8.1耐硫甲烷化227
8.2高效流化床甲烷化229
8.3無(wú)循環(huán)甲烷化231
8.4加氫氣化甲烷化232
8.5催化氣化甲烷化234
參考文獻(xiàn)236