5. 甲烷化技術(shù)
坑口氣化工藝中需要開發(fā)的難題是甲烷化反應(yīng)器和甲烷化回路。由于反應(yīng)熱很大而且比較集中，與上述配套的設(shè)備要產(chǎn)生大量的高壓蒸汽。
現(xiàn)今的合成氨工業(yè)中，甲烷化是作為凈化合成氣的末尾手段來除去微量的CO和CO2，在催化劑的作用下生成CH4，通常采用絕熱反應(yīng)器。在典型的甲烷化爐操作條件下，CO和CO2的總平衡濃度在10ppm以下，以滿足氨合成反應(yīng)的要求。
其主要的反應(yīng)為：
CO＋3H2 ＝ CH4＋H2O △H0＝－206.2 kJ/mol
CO2＋4H2 ＝ CH4＋2H2O △H0＝－165.0 kJ/mol
在甲烷化反應(yīng)是絕熱反應(yīng)得條件下，其絕熱升溫為：氣體中每轉(zhuǎn)化1％的CO的絕熱升溫72℃，每轉(zhuǎn)化1％的CO2 的絕熱升溫65℃ 。本方案中甲烷化前CO＋CO2含量為24－25％，體系的溫度升高值很大。顯然，單純的單級絕熱升溫的做法只能用于少量CO和CO2的轉(zhuǎn)化。對于合成氣制取甲烷的工藝，不能采用此法。
5.1 反應(yīng)熱的撤熱問題
在化肥工業(yè)中上，甲烷化是用來處理除去合成氣中微量CO和CO2的，反應(yīng)溫度在350℃左右，反應(yīng)器的溫升約30℃左右。這樣的反應(yīng)速度較慢，空速相對較小。但是對于煤制甲烷來說，合成氣中的CO和H2 要全部變成CH4，放熱量很大，反應(yīng)速度一定很快，可以采用以下的辦法來實現(xiàn)：
如果采用絕熱反應(yīng)，反應(yīng)器的筒體內(nèi)裝催化劑，可以是軸向或徑向。由于進入甲烷化反應(yīng)器的新鮮氣中CO+CO2 的含量在20-25%左右，體系的溫度升高值很大。因此，對于坑口氣化制取甲烷的工藝，不宜直接采用此法，可以在回路上想辦法。
若采用等溫甲烷化，等溫甲烷化的方法也是適合于煤制甲烷工藝的，進出甲烷化爐的氣體溫差在30℃左右為宜。一般反應(yīng)在管內(nèi)進行，反應(yīng)熱的移走是通過管間的撤熱介質(zhì)水的氣化實現(xiàn)的。
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