第2章
合成氣的制備和凈化技術(shù)

2.1　合成氣制造綜述

2.1.1　合成氣的來(lái)源

合成氣是以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學(xué)合成用的一種原料氣。由含碳礦物質(zhì)如煤、石油、天然氣以及焦?fàn)t煤氣、煉廠氣、污泥和生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化而得。生物質(zhì)和污泥在熱解或者氣化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的合成氣。按合成氣的不同來(lái)源、組成和用途，它們也可稱(chēng)為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣等。合成氣的原料范圍極廣，生產(chǎn)方法甚多，用途不一，可簡(jiǎn)列如下：

①以煤為原料，經(jīng)煤氣化制得合成氣；

②焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化制備合成氣；

③黃磷尾氣制備合成氣；

④乙炔尾氣制備合成氣；

⑤鋼鐵廠廢氣等工業(yè)尾氣制備合成氣；

⑥生物質(zhì)等制備合成氣。

2.1.2　合成氣的要求

合成氣經(jīng)變換、凈化后得到合適比例的H₂、CO和CO₂，再經(jīng)甲烷化反應(yīng)使其甲烷含量增加。因此，合成氣甲烷化對(duì)合成氣具有一定的要求，具體如下。

（1）原料氣適配比

合成甲烷化反應(yīng)為H₂、CO和CO₂在催化劑的作用下生產(chǎn)甲烷的過(guò)程，要求合成氣中H₂/CO摩爾比為3.0左右。

上述各種原料氣經(jīng)預(yù)處理、凈化等多種工序后進(jìn)入甲烷合成器合成甲烷時(shí)，通過(guò)對(duì)其碳?xì)浔冗M(jìn)行調(diào)節(jié)達(dá)到最佳甲烷化反應(yīng)區(qū)間。當(dāng)H₂/CO滿(mǎn)足一定比值時(shí)，甲烷化反應(yīng)生產(chǎn)的天然氣品質(zhì)好，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品的熱值最高。

（2）硫含量

總硫含量降到0.1×10^-6以下才能夠滿(mǎn)足甲烷化的要求。如果粗煤氣中硫化物較多，容易對(duì)后續(xù)的工藝管道和設(shè)備儀器等產(chǎn)生危害，且容易使甲烷化催化劑失活，因此需要進(jìn)行脫硫工藝使粗煤氣中的大部分硫化物脫除回收。

（3）CO₂氣體含量

甲烷化過(guò)程中，由于CO和CO₂在甲烷化工藝中都是反應(yīng)物，只需要部分轉(zhuǎn)化CO，部分脫除CO₂即可，因此要求合成氣中CO₂含量降到1%（干基）以下。這是因?yàn)榇置簹庵械腃O₂屬于酸性氣體，會(huì)對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕，必須進(jìn)行必要的脫除和回收。

（4）合成氣中不參加反應(yīng)的氣體需要盡可能少

合成氣中若含有不參加反應(yīng)的N₂、H₂和Ar等，這些氣體對(duì)催化劑雖然無(wú)毒害作用，但是若含量高會(huì)增加設(shè)備的投入和降低設(shè)備的效率。根據(jù)不同原料和工藝路線要求，原料氣中惰性氣體在1%～5%為可允許的最佳范圍。