进步合成气生产效率的新一代蒸汽转化催化剂

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行业动态 · 发布日期:2020年11月17日 · 作者:中成泵业

合成气生产中能耗最大的环节是一段转化炉。这篇文章将介绍了一种新型蒸汽转化催化剂,可很大程度上下降能源消耗并提高生产率。

1合成气制造

合成气的制造时包括蒸汽转化工艺,蒸汽在镍催化剂的反应下,将碳氢化合物如甲烷和石脑油等转化为氢和碳基成分 (C0、C02)。这一进程在甲烷蒸汽转化炉中进行,垂直的转化管(每 个转化管可视为一个独立的反应器)都装有催化剂,由外部燃烧供热以进行所需的吸热转化反应。依据工厂的工艺规划,烧嘴可位于转化炉的顶部、底部或侧壁。

蒸汽转化炉是合成气工厂的中心设备,也是能耗最大和本钱最高的设备。蒸汽转化炉结构复 杂,熔炉和管道等装置费用高昂,给项目带来了相当大的资金负担。由于转化反应在极端温度下才能进行,能源成本高,因此转化炉对生产工况的运营成本也有着较大的影响。

2蒸汽转化催化剂

用于促进管内化学反应的转化催化剂的性能对工艺成本和效率影响很大。转化炉运行温度高,接近炉管材料的极限,再加上蒸汽转化反应为吸热反应,需要高活性且稳定的催化剂以防止炉管过热。除此之外,在已装填催化剂的床层中,甲烷蒸汽转化炉通常具有最大的压降,额外的天然气压缩成本可导致成本上升,从而在某些情况下成为工厂产量的瓶颈。

3催化剂特征

由于许多转化管(可达几百根)内都装填有催化剂,在催化剂的整个使用寿命内,每根转化管 都需要保持相同的压降水平以确 保整个转化炉良好运行。否则,气体将优先进人压降较低的转化管,使未反应的甲焼增加或管壁 温度升高,影响转化炉性能,从而使工厂的产量受限。因此,为了减少压缩合成气的能源消耗,需要使用低压降催化剂。

蒸汽转化催化剂通常以氧化态供应(氧化镍在合适的载体中),然后在工厂开车期间还原, 因为镍是进行转化反应的理想活性相。在每次关闭和开车的过程中,转化管都会经历热循环,这意味着它们收缩和膨胀的程度可能会比装载的催化剂颗粒更大,并对催化剂产生非常大的局部应力。因此,催化剂在氧化和还原状 态下都需要具有较强的物理强度。

性能最佳的转化催化剂还必须能够降低管道出口的甲烷 (CH4)浓度,以最大限度地提高产量和节约能源。这不仅能保证氢气(H2)的高产量,而且能降低惰性气体的浓度和氨合成回路的排放,从而减少能耗。此外,更低 管壁温度的催化剂设计之所以受欢迎,是因为催化剂能延长反应管寿命,以降低成本支出。

4性能标准

蒸汽转化催化剂在使用时必须满足几个基本要求以确保合成气的高效生产。其中一个必要条 件是催化剂同时具备高的本征活 性和表观活性。转化催化剂的本征活性受其键含量与载体之间的相互作用、镍的分散以及载体材料配方的影响。表观活性则由催化剂的扩散能力、孔隙的体积和大小分布及其几何比表面积决定。催化剂的其他关键性能参数包括低压降、良好的热传导性、高物理强度和稳定性,以及抑制积碳生成的能力。

5催化剂形状的重要性

蒸汽转化催化剂的形状和它的配方一样重要。每个形状的参数(例如颗粒大小、催化剂高度与直径的纵横比、孔和外部通道间的空隙或催化剂颗粒之间的填充性能)都会对单位装填体积的几何比表面积和催化剂床层的压降产生影响。另外,主要的是,在催化剂形状设计过程中作出的任何改善都有必要将具有高抗压强度作为边界指导条件。


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