天然氣化工工藝學

前言

天然氣是人類的寶貴財富，與煤、石油共同構成世界能源和現(xiàn)代化學工業(yè)的三大支柱。面對當前石油資源日益枯竭、煤炭資源污染嚴重的資源和技術形勢，天然氣作為清潔、高效、方便的優(yōu)質(zhì)能源，在清潔能源和化工原料方面扮演著越來越重要的角色。 地球上蘊藏著極其豐富的天然氣資源。據(jù)估計，僅常規(guī)天然氣資源量約為600×1012m3，其中當前技術可采儲量約160×1012m3，按照現(xiàn)在（2～3）×1012m3/年的開采速度，可供人類開發(fā)利用200~~300年。我國天然氣資源也較豐富，根據(jù)第三輪全國油氣資源評估結果，我國天然氣總資源量為53×1012m3，常規(guī)資源量為14×1012m3，當前技術可采儲量約22×1012m3。近年來我國天然氣探明儲量不斷增加，海上氣田的勘探和開發(fā)也有較大進展。隨著國家對工業(yè)結構調(diào)整力度的加大和對環(huán)保要求的提高，我國天然氣利用的地域和技術范圍將大為拓寬，為我國的天然氣化學工業(yè)帶來很好的發(fā)展機遇。 本教材旨在提供一本本科生學習天然氣化工工藝的教材，并兼顧工程技術人員的學習參考。介紹以天然氣為初始原料的諸多化學工業(yè)過程的工藝、流程、設備、反應動力學、熱力學、物性數(shù)據(jù)等方面的基礎知識，內(nèi)容包括天然氣資源介紹、天然氣脫硫與脫水凈化、天然氣到合成氣的轉(zhuǎn)化、甲醇及其衍生物、天然氣制乙炔和炭黑、天然氣的鹵代和硝基化直接衍生物、液化天然氣、吸附天然氣、天然氣制氦、天然氣制合成油以及天然氣應用新技術等。使學生通過對本課程的學習，了解天然氣化學工業(yè)技術及產(chǎn)品的全貌，有助于提高學生的基礎知識和工作能力。 本教材由重慶大學化學化工學院化學工程教研室集體編寫完成，參加各章編寫的人員有魏順安(1、3章，4章部分內(nèi)容)、董立春(2、9、10章，4、8章部分內(nèi)容)、張紅晶(5、6章)、譚世語(7章)、薛榮書(8章部分內(nèi)容)。各章初稿完成后，由魏順安和譚世語進行統(tǒng)稿并修改定稿。 由于編者水平有限,時間倉促，書中論述不當和不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正，并提出寶貴意見。

內(nèi)容概要

　　天然氣是世界三大支柱能源之一，不僅是一種清潔的能源，還是一種用途廣泛的化工原料。天然氣化工在我國涉及的地區(qū)廣、產(chǎn)品品種多，很有區(qū)域性特點?！　”緯榻B以天然氣為初始原料的諸多化學工業(yè)過程的工藝、流程、設備、反應動力學、熱力學、物性數(shù)據(jù)等方面的基礎知識。內(nèi)容包括天然氣資源介紹、天然氣脫硫與脫水凈化、天然氣到合成氣的轉(zhuǎn)化、甲醇及其衍生物、天然氣制乙炔和炭黑、天然氣的鹵代和硝基化直接衍生物、液化天然氣、吸附天然氣、天然氣制氦、天然氣制合成油以及天然氣應用新技術等?！　”緯勺鳛榛瘜W工程與工藝、石油工程、油氣儲運工程等專業(yè)的本科生教材，也可供相關工程技術人員學習參考。

書籍目錄

1 天然氣資源11.1 天然氣的形成和分布11.1.1 天然氣的形成11.1.2 天然氣的儲存狀態(tài)21.1.3 天然氣資源和分布31.1.4 我國天然氣概況41.1.5 我國天然氣的利用現(xiàn)狀51.1.6 我國天然氣發(fā)展戰(zhàn)略51.2 天然氣的開采61.2.1 鉆井設備71.2.2 完井結構81.2.3 海上鉆井技術91.3 天然氣的組成與性質(zhì)91.3.1 天然氣的組成101.3.2 天然氣及其組分的物化性質(zhì)111.3.3 天然氣的熱值111.3.4 天然氣的爆炸極限111.4 天然氣的應用及前景121.4.1 天然氣的能源應用及前景121.4.2 天然氣的化工應用15參考文獻162 天然氣凈化172.1 天然氣脫硫172.1.1 醇胺法和砜胺法182.1.2 天然氣脫硫的其他方法222.2 硫磺回收與尾氣處理242.2.1 克勞斯工藝242.2.2 克勞斯尾氣處理工藝272.3 天然氣脫水302.3.1 吸收法302.3.2 吸附法322.3.3 冷卻法332.3.4 膜分離脫水方法35參考文獻363 天然氣轉(zhuǎn)化373.1 天然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化法373.1.1 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應的熱力學分析383.1.2 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應的動力學分析403.1.3 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應催化劑423.1.4 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化過程積炭及處理433.1.5 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)工藝443.1.6 甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化的工藝流程453.2 天然氣CO2轉(zhuǎn)化473.2.1 CH4CO2轉(zhuǎn)化反應的熱力學分析473.2.2 CH4CO2轉(zhuǎn)化反應的動力學分析503.2.3 CH4CO2轉(zhuǎn)化反應催化劑523.2.4 CH4CO2轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)工藝553.3 天然氣部分氧化法563.3.1 POM反應的熱力學分析563.3.2 POM反應的動力學分析573.3.3 POM反應催化劑積炭研究593.3.4 POM反應催化劑603.3.5 POM反應工藝613.3.6 POM反應器623.4 聯(lián)合轉(zhuǎn)化制合成氣643.5 合成氣的精制和分離653.5.1 低溫分離法653.5.2 其他分離方法68參考文獻684 甲醇及其衍生物694.1 甲醇694.1.1 甲醇的性質(zhì)694.1.2 甲醇合成反應原理704.1.3 甲醇合成反應熱力學714.1.4 甲醇合成催化劑與反應動力學724.1.5 甲醇合成工藝754.1.6 甲醇的用途824.2 甲醛834.2.1 性質(zhì)和用途834.2.2 甲醇氧化法制甲醛844.3 醋酸884.3.1 醋酸的性質(zhì)和用途884.3.2 甲醇高壓羰基化合成醋酸894.3.3 甲醇低壓羰基化合成醋酸894.4 碳酸二甲酯924.4.1 碳酸二甲酯的性質(zhì)和用途924.4.2 光氣甲醇法合成碳酸二甲酯合成工藝934.4.3 碳酸二甲酯的萃取蒸餾974.5 甲胺984.5.1 甲胺的性質(zhì)和用途984.5.2 甲胺生產(chǎn)工藝994.6 二甲醚1024.6.1 二甲醚的性質(zhì)和用途1024.6.2 二甲醚生產(chǎn)工藝合成熱力學1024.6.3 甲醇脫水制二甲醚工藝1044.6.4 合成氣直接制二甲醚工藝1054.7 甲酸甲酯1074.7.1 甲酸甲酯的性質(zhì)和用途1074.7.2 甲醇羰基化法生產(chǎn)甲酸甲酯1084.7.3 甲醇脫氫法生產(chǎn)甲酸甲酯1094.8 低碳烯烴1104.8.1 反應的熱力學1114.8.2 反應機理1114.8.3 催化劑1144.8.4 工藝流程114參考文獻1175 天然氣制乙炔1205.1 概述1205.1.1 乙炔的性質(zhì)和用途1205.1.2 天然氣乙炔工業(yè)概況1205.2 天然氣乙炔的制備原理和方法1235.3 天然氣乙炔的典型工藝介紹1245.3.1 甲烷部分氧化法1245.3.2 電弧法1265.3.3 乙炔生產(chǎn)方法的比較128參考文獻1286 天然氣制炭黑1296.1 概述1296.1.1 炭黑的分類1296.1.2 炭黑的性質(zhì)1336.2 天然氣制炭黑的生產(chǎn)方法1336.2.1 炭黑的生成機理1336.2.2 天然氣槽法制炭黑的生產(chǎn)工藝1346.2.3 天然氣半補強爐法炭黑生產(chǎn)工藝1376.2.4 炭黑的加工處理1396.3 國內(nèi)外炭黑的發(fā)展情況和展望1396.3.1 國外炭黑的發(fā)展情況和展望1396.3.2 我國炭黑的生產(chǎn)狀況和前景141參考文獻1427 天然氣的直接衍生物1447.1 甲烷的氯化物1447.1.1 甲烷氯化物性質(zhì)與用途1447.1.2 甲烷的氯化反應1447.1.3 甲烷氯化生產(chǎn)工藝1477.2 甲烷的其他鹵化物1497.2.1 甲烷的氟化物1497.2.2 甲烷的溴化物1537.2.3 甲烷的碘化物1557.2.4 甲烷的混合鹵化物1567.3 天然氣的硝化物1567.3.1 甲烷硝化物的性質(zhì)和用途1567.3.2 甲烷硝化物的合成方法1577.3.3 天然氣氣相硝化法生產(chǎn)硝基甲烷的工藝1587.4 天然氣的硫化物1587.4.1 二硫化碳的性質(zhì)和用途1587.4.2 二硫化碳的生產(chǎn)方法1597.4.3 天然氣制二硫化碳的生產(chǎn)工藝1597.5 天然氣制氫氰酸1607.5.1 氫氰酸的性質(zhì)和用途1607.5.2 天然氣制氫氰酸的工藝161參考文獻1628 天然氣物理加工技術1638.1 液化天然氣技術1638.1.1 概述1638.1.2 LNG裝置的類型1648.1.3 天然氣液化生產(chǎn)工藝1648.1.4 世界LNG工業(yè)發(fā)展趨勢1688.1.5 液化天然氣與天然氣合成油的比較1698.1.6 我國天然氣液化技術應用前景1698.2 吸附天然氣技術1708.2.1 概述1708.2.2 ANG儲存技術的基本原理和特點1708.2.3 ANG吸附劑1718.2.4 天然氣吸附劑研究進展1768.2.5 ANG技術展望及研究方向1768.3 天然氣制氦1778.3.1 氦的主要性質(zhì)和用途1778.3.2 低溫冷凝法天然氣制氦工藝1778.3.3 膜分離法天然氣制氦簡介1798.3.4 天然氣膜分離制氦的工藝181參考文獻1829 天然氣制合成油1839.1 概述1839.1.1 天然氣制合成油的發(fā)展史1839.1.2 GTL的主要產(chǎn)品類別及特點1849.2 天然氣制合成油技術與工藝1859.2.1 費托合成熱力學分析1859.2.2 費托合成動力學分析1879.2.3 費托合成反應機理1889.2.4 費托合成產(chǎn)物分布1899.2.5 費托合成催化劑1899.2.6 費托合成工藝1909.2.7 天然氣合成油加工精制工藝2009.3 各種天然氣合成油技術總比較2009.3.1 工藝技術比較2009.3.2 經(jīng)濟性比較2019.4 發(fā)展天然氣制合成油的前景分析203參考文獻20410 天然氣應用新技術20610.1 天然氣等離子體轉(zhuǎn)化技術20610.1.1 概述20610.1.2 甲烷等離子轉(zhuǎn)化制乙炔20710.1.3 天然氣等離子制氫20910.1.4 天然氣等離子制甲醇21110.2 甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯21310.2.1 催化劑21310.2.2 反應流程21310.3 甲烷轉(zhuǎn)化制芳烴214附表天然氣各主要組分基礎物性數(shù)據(jù)216參考文獻218

章節(jié)摘錄

插圖：合成塔出口氣經(jīng)熱交換器換熱，再經(jīng)水冷分離，得到粗甲醇，未反應氣返回循環(huán)機升壓，完成一次循環(huán)。為了使合成回路中的惰性氣體含量維持在一定范圍內(nèi)，在進循環(huán)機前弛放一股氣體作為燃料。粗甲醇在閃蒸器降壓至0．35MPa，閃蒸出的溶解氣體也作為燃料使用。ICI低壓法甲醇合成工藝的特點如下。①由于采用低壓法，合成氣壓縮機可選用離心式壓縮機。若以天然氣、石腦油為原料，蒸汽轉(zhuǎn)化制氣的流程中，可以用副產(chǎn)的蒸汽驅(qū)動透平，帶動離心式壓縮機，降低了能耗，改善了全廠技術經(jīng)濟指標。離心壓縮機排氣壓力僅5MPa，設計制造容易。而且，驅(qū)動蒸汽透平所用蒸汽的壓力為4～6MPa，壓力不高，因此蒸汽系統(tǒng)較簡單。②ICI工藝采用ICl51-1型銅基催化劑，這是一種低溫催化劑，操作溫度230～270可在低壓下（5MPa）操作，抑制強放熱的甲烷化反應及其他副反應。粗甲醇中雜質(zhì)含量低，使精餾負荷減輕。另一方面，由于采用低壓法，使動力消耗減至高壓法的一半，節(jié)省了能耗。③采用該公司專制的多段冷激式合成塔，結構簡單，催化劑裝卸方便，通過直接通人冷激氣調(diào)節(jié)床層溫度，效果良好，設計的菱形分布器補入冷激氣，使冷熱氣體混合均勻。床層溫度得到控制，延長了催化劑的壽命。（2）Lurgi低壓法甲醇合成工藝流程圖4-3所示為德國Lurgi公司開發(fā)的低壓法甲醇合成工藝流程。該流程采用管殼型反應器，催化劑裝在管內(nèi)，反應熱由管間的沸騰水帶走，并副產(chǎn)中壓蒸汽。

編輯推薦

《天然氣化工工藝學》可作為化學工程與工藝、石油工程、油氣儲運工程等專業(yè)的本科生教材，也可供相關工程技術人員學習參考。

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